1、水性聚氨酯應用與技術進展水性聚氨酯是聚氨酯溶解或分散于水中形成的二元膠態體系，經歷6 0 多年的發展，水性聚氨酯制備技術已日趨完善。而近年來，隨著溶劑價格的不斷飆升，加之人們對環保的關注和各國對揮發性有機化合物及有毒物的限制日趨嚴格，更使以水為介質的高環保、低消耗的水性聚氨酯日益得到重視，成為市場追逐熱點，對水性聚氨酯技術的研究和應用的開發也進入一個重要時期，目前正朝著多品種、多功能、低消耗、優品質等方向發展。隨著水性技術的不斷進步，水性聚氨酯的應用領域隨之逐步擴大， 目前主要集中在皮革、織物整理、涂料、膠粘劑等領域。1.皮革     (1)皮革涂飾劑 

2、   水性聚氨酯皮革涂飾劑是國內最早研究的水性聚氨酯樹脂，到目前為止也是產量最大的品種。水性聚氨酯作為皮革用涂飾劑，可與溶劑型聚氨酯相媲美，并可減少公害。用聚氨酯乳液涂飾后的皮革，具有光亮、豐滿、手感好、耐磨、不易斷裂等優點，克服了聚丙烯酸類樹脂涂飾劑熱粘冷脆的缺點， 因而聚氨酯乳液常用于生產高檔皮革制品。根據皮革行業新的需求，已研究開發出防塵耐污型皮革涂飾劑：氟改性的水性聚氨酯樹脂在皮革和涂料耐污防塵方面性能都有顯著提高，應用前景十分廣泛。(2)人造革樹脂水性聚氨酯作為人造革漿料目前是最熱門的聚氨酯材料發展領域之一。水性聚氨酯合成革樹脂具有無毒、無污染、施工方便、安全等特

3、點，是溶劑型合成革聚氨酯樹脂的主要替代品。由于具有良好的成膜性能，水性聚氨酯合成革樹脂適用于合成革、移膜革、超纖材料等的噴涂或滾涂面層加工，可直接涂布，也可轉移法施工。各種不同模量以及不同特性的樹脂產品可以滿足不同制品的要求，制成品具有高強度、高彈性、耐寒、耐彎折、耐剝離、耐紫外線、耐水解、耐濕熱、耐溶劑以及手感良好等特點。水性聚氨酯樹脂在鞋革上的應用最大的問題是耐折問題。在應用上具體表現在合成很軟的水性聚氨酯樹脂時成膜會發粘：合成硬的水性聚氨酯樹脂延伸率低，耐彎折性差。國內水性聚氨酯人造革樹脂的研究主要是提高分子鏈段的規整性，使彈性好(如采用TDI和MDI混合的異氰酸酯，采用提高鏈的規整性的

4、二元醇) 用硅氧烷改性水性聚氨酯和丙烯酸酯改性水性聚氨酯樹脂以解決軟粘的問題。    (3)鞋材用樹脂水性聚氨酯應用于鞋材材料的兩個用途是填充和表面光亮裝飾。鞋用樹脂要求透光性好，所以多選擇聚酯型、聚己內酯型和聚四氫呋喃醚型，多異氰酸酯可采用甲苯二異氰酸酯(TDI)、二苯甲烷二異氰酸酯(MDI)和(異佛爾酮二異氰酸酯)JPDI等，其中IPDI系樹脂清澈性好，特別適合作鞋材用樹脂。為了做到較高的固含量，一般都采用后擴鏈工藝。目前國內市場鞋材領域的水性聚氨酯用量較大，僅次于皮革生產用樹脂，而產品多為外來產品。2.膠粘劑     水性聚氨酯

5、膠粘劑主要是通過膠層與被粘物之間的物理作用力而獲得優良的粘接效果。膠膜物性可調節范圍大，適用于多種基材的粘接，可用作織物、無紡布等的粘合劑，在用于多孔表面的材質和易被溶劑溶脹的材質粘合時更為適宜，且無公害、成本低、粘合效果好，應用前景廣闊。由于大多數水性聚氨酯膠粘劑中不含NCO基團，所以主要是靠分子內極性基團產生內聚力和粘附力進行固化。此外在特定條件下， 分子鏈中含有的羧基、羥基等基團也可參與固化反應，使大分子交聯。這類膠粘劑具有較多的極性基團，如氨酯鍵、脲鍵、離子鍵等，對許多合成材料特別是極性材料、多孔性材料均有良好的粘接性。我國目前在合成型水性類膠粘劑中，仍以聚丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚醋酸乙

6、烯及水性三醛樹脂(脲醛、酚醛、三聚氰胺甲醛)等膠粘劑為主，水性聚氨酯膠粘劑還需花較大精力去研究與開拓。目前水性聚氨酯粘合劑的應用技術研究主要集中在三個方面：(1)提高初粘接強度：技術研究主要圍繞提高結晶性、提高相對分子質量和進行改性。(2)提高最終粘接強度：提高硬段和軟段比例、采用聚酯型多元醇等。(3)開發水性聚氨酯固化劑。3. 織物整理織物進行涂層整理是紡織品后整理中發展起來的一種新型技術，是國內外紡織工業的發展方向之一。織物整理后的指標主要有手感、耐靜水壓、透氣透濕能力、耐洗滌性、耐干濕磨擦能力等，水性聚氨酯可滿足其中大部分要求，用于紡織品后整理可明顯提高服裝或飾品的華麗莊重感和衣著的舒適

7、感。國外在上世紀80年代末開始批量生產和應用。在我國，水性聚氨酯紡織涂層也已成為增長速度最快的紡織用涂層材料品種。目前國內在此領域的研究主要集中在提高涂層的柔軟和彈性以及提高耐水壓和高透濕透氣性兩個方面。按整理效果主要有以下幾種用途。(1)防水透濕涂層劑：利用水性聚氯酯分子鏈中所含的一定量親水性基團(-OH，-COOH，-NH2 )，以這些基團作為水分子的階石，水分子因氫鍵和其他分子間力在高濕度一側吸附水分子，通過大分子鍵的熱運動，由親水基團傳遞到低濕度一側解吸，形成“吸附一擴散一解吸”過程，達到透氣目的。其防水性則來自于薄膜自身的連續性和較大的膜面張力。用于織物涂層膠的水性聚氨酯主要以聚醚作

8、多元醇原料，現已開發出有機硅改性、丙烯酸改性和光固化聚氨酯等水性新品種。(2)羊毛織物防縮整理劑：羊毛纖維表面具有鱗片結構，順鱗片方向與逆鱗片方向間較大的摩擦系數差會導致羊毛纖維易推向或拉向它的根部，因此羊毛織物在洗滌時，由于羊毛纖維受機械力作用，在一個方向上每次少量的蠕動位移的累積，造成羊毛纖維卷曲纏結，宏觀上表現出織物發生不可逆氈化收縮。樹脂整理是將聚合物沉積于羊毛纖維表面遮蓋鱗片層，達到減少順逆摩擦差的目的。水性聚氨酯羊毛防縮劑具有優良的防縮效果，是樹脂遮蓋鱗片層降低定向摩擦系數和纖維之間存在粘接點阻礙纖維相互移動，這兩者雙重作用的結果。(3)抗靜電整理劑： 大多數化纖織物摩擦后會產生負

9、電荷，因而需采用抗靜電劑進行整理。水性聚氨酯尤其是含離子型水性聚氨酯，是良好的織物整理劑，不僅具有很好的抗靜電效果，而且與織物粘附性好，耐洗滌。多異氰酸酯與聚醚多元醇反應生成的聚氨酯預聚體，用亞硫酸氫鈉封端后成水溶性聚氨酯化合物，后者在加熱時發生裂解，其中的異氰酸基團(NCO)恢復活性， 并相互縮合或與陽離子表面活性劑中的活潑氫反應，在織物表面形成聚氨酯高分子薄膜，賦予織物耐久的抗靜電性能。(4)抗起毛起球整理劑：純棉針織物經過煮漂、染色、整理等加工，其表面會產生許多絨毛，加上靜電作用，穿著一段時間后織物表面會起毛起球，而滌棉混紡針織物在服用和洗滌過程中，起毛起球現象更為嚴重。樹脂整理提高織物

10、抗起毛起球的原理是，利用樹脂可在纖維表面交聯網狀成膜的功能，使纖維表面包裹一層耐磨的樹脂膜，減弱纖維間的滑移；同時，樹脂均勻地交聯凝聚在紗線的表層，使纖維端粘附于紗線上，摩擦時不易起球。對織物進行樹脂整理可以提高織物抗起毛起球性能并可以改善織物防皺、抗靜電等性能。經過水性聚氯酯整理后，織物表面起毛起球現象降低，可由原來的12級提高到4級以上，且整理后織物無游離甲醛釋放。(5)免燙整理劑： 天然纖維織物特別是棉纖維，具有手感自然、吸濕透氣、抗靜電、穿著舒適、經濟實惠等優點：但純棉織物也存在彈性差、易起皺、洗后需熨燙等缺點。近年來人們崇尚自然，棉纖維織物又普遍流行，人們對服裝不僅要求穿著舒適，對保

11、持平整外觀、料理簡便也提出了更高要求。棉織物在洗滌或穿著過程中經受外力作用時易折皺。通常纖維素與抗皺整理劑在高溫焙烘下發生交聯。干燥的纖維交聯緊密，因此不僅干燥的紡織品具有抗皺性，而且遇水后纖維溶脹且被交聯控制，也不會產生折皺，即同時具有濕抗皺性。    國外在上世紀60年代開始用聚氨酯樹脂對紡織品進行抗皺整理，采用的聚氨酯樹脂基本都是溶劑型及乳液型，存在不易乳化、穩定性差和有毒性等缺點。上世紀7O年代，逐步應用水溶性聚氨酯樹脂。作為抗皺整理劑水性聚氨酯能夠明顯提高織物的回彈性、耐磨性和織物強度，而且手感滑爽豐厚。但聚氨酯樹脂整理的織物耐久壓燙效果差，而且耐高溫(

12、>1 8O )穩定性差。(6)涂料印花：由于水性聚氨酯能賦予印花膜較好的柔軟性和機械強度，有效地提高色牢度，并能將印花涂料微粒固著在纖維表面，可特別適用于高彈性織物。在印花涂料中更多的是使用封閉型的水性聚氨酯，當封閉端基異氰酸酯解封后，可與纖維中的羥基發生交聯反應，再者大分子重復單元上含有活潑氫，能與分子本身未反應的異氰酸酯形成交聯，進一步提高涂料印花的牢度。封閉型的水性聚氨酯在制備工藝上要求比較高，選用何種封閉劑以及封閉率多少直接影響其性能，市場上提供的產品比較少，更多的是丙烯酸改性水性聚氨酯。4.涂料     水性聚氨酯涂料是發展最快的涂料品種之一。20

13、世紀90年代，在國外水性涂料研究中，水性聚氨酯涂料就占了主導地位。水性聚氨酯涂料具有干燥時間短、外觀好、耐溶劑性好等特點，使其在木器涂料中占有很大份額。目前水性聚氨酯木器涂料研究與開發應用倍受關注，緊隨水性木器涂料化工行業標準的實施，以及正在制定中的水性涂料國家標準，必將加快水性聚氨酯木器涂料的開發與應用的步伐。具有良好的耐低溫性和耐化學品性的水性聚氨酯皮革涂料，已取代傳統溶劑型丙烯酸皮革涂飾劑、硝基纖維素涂飾劑，成為皮革涂料的主要品種。此外，水性聚氨酯可用汽車涂料、建筑涂料、紙張涂料、玻璃纖維涂料、塑料涂料、工業涂料和防腐涂料，還可在航天航空、艦船、光纖、軍工等部門和領域作持殊專用涂料用。但

14、水性聚氨酯涂料的性能尚有不足之處，主要表現在耐水性方面。另外在施工與應用性能方面也不盡人意，如雙組分水性聚氨酯涂料干燥速度慢：與水反應產生的CO2 氣泡殘留在涂膜中：成本高，價格貴：水性涂料對鐵質基材可能引起“閃蝕”：體系表面張力大引起對基材和顏料潤濕性較差等。今后，在水性聚氨酯涂料應用方面的技術研究應集中于以下幾方面(1)降低樹脂的內聚強度： 使樹脂內聚強度低于附著力，解決水性聚氨酯的耐撕折起性。(2)復合改性利用聚氨酯分子的可設計性，在聚氨酯鏈上引入特殊功能的分子結構，如含氟、含硅聚合物鏈，使涂膜具有更多的功能性，如優異的表面性能、耐高溫性、耐水性、耐沾污性和耐候性等：與丙烯酸樹脂進行共聚，