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      應用

      水性聚氨酯樹脂介紹和聚己內酯多元醇的應用

      2016-06-28

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      水性聚氨酯是以水代替有機溶劑作為分散介質的新型聚氨酯體系,有無污染、安全可靠、機械性能優良、相容性好、易于改性等優點。聚氨酯樹脂的水性化已逐步取代溶劑型,成為聚氨酯工業發展的重要方向。水性聚氨酯可廣泛應用于涂料、膠粘劑、織物涂層與整理劑、皮革涂飾劑、紙張表面處理劑和纖維表面處理劑等。

       

      一、合成水性聚氨酯樹脂的主要原料

      多元醇:主要是聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚丁二烯二醇等作為低聚物多元醇。從目前聯系客戶來看,做PU漿料的幾乎都會用到PCL,而且大部分客戶都是使用PCL220這個產品,說明2000分子量多元醇做這個產品是比較成熟的,耐水解和耐黃變好,耐磨性好。

      異氰酸酯:可分為芳香族異氰酸酯型(MDI、TDI)、脂肪族異氰酸酯型(HDI、HMDI、IPDI)等。TDI和MDI不耐黃變,他們沒有用,用IPDI做的成膜很好,透明平滑,主要是耐黃變好。主要用IPDI。

      親水劑:DMPA和DMBA等。

       

      二、水性聚氨酯樹脂的合成方法

      水性聚氨酯整個合成過程可分為兩個階段:

          1、預逐步聚合,即由低聚物二醇、擴鏈劑(親水性的二元醇或多元胺,一般是小分子量的)、水性單體、二異氰酸酯通過溶液逐步聚合生成相對分子質量為l000量級的水性聚氨酯預聚體。

         2、中和后預聚體在水中的分散,分散方法有兩種自乳化法和外乳化法。

      自乳化法又稱內乳化法,是指聚氨酯鏈段中含有親水性成分,因而無需乳化劑即可形成穩定乳液的方法。

      外乳化法又稱為強制乳化法,若分子鏈中僅含少量不足以自乳化的親水性鏈段或基團,或完全不含親水性成分,此時必須添加乳化劑,才能得到乳液。但因該法存在乳化劑用量大、反應時間長以及乳液顆粒粗、影響固化后聚氨酯膠膜的性能,最終得到的產品質量差、膠層物理機械性能不好等缺點,因而目前生產基本不用該法。

      水性聚氨酯的制備以離子型自乳化法為主??蛻舳鄶凳亲鲎匀榛?,使用的親水擴鏈劑有DMPA和DMBA,二者價格差別很大,系能也不同。

       

      三、水性聚氨酯分類

      1、依水性聚氨酯粒徑和外觀分可分為:

                聚氨酯水溶液(粒徑<1nm,外觀透明)

                聚氨酯水分散體(粒徑:1nm-100nm,外觀半透明)

                聚氨酯乳液(粒徑>100nm,外觀白濁)

      水性聚氨酯粒徑一般是50nm—1000nm都有,所以應用最多的是水分散體和乳液,統稱水性聚氨酯或聚氨酯乳液。

      2、依親水性基團的電荷性質可分為陰離子型水性聚氨酯、陽離子型水性聚氨酯和非離子型水性聚氨酯。其中陰離子型最為重要,分為羧酸型和磺酸型兩大類。

      3、依合成單體不同可分為聚醚型、聚酯型和聚醚、聚酯混合型。

      4、依照選用的二異氰酸酯的不同分為芳香族和脂肪族,或具體分為TDI型、HDI型等等。

      5、依產品包裝形式水性聚氨酯可分為單組分水性聚氨酯和雙組分水性聚氨酯。

       

      四、水性聚氨酯的顏色

          當光線射入水性聚氨酯分散體系時,一部分自由地通過,一部分被吸收、反射或散射。其中波長長的紅光、橙光、黃光穿透能力強,最易被分子所吸收。波長較短的藍光、紫光穿透能力弱,遇到分子時,最易被散射和反射,又由于人們眼睛對紫光很不敏感,往往視而不見,而對藍光比較敏感,一般就可以看見藍色。

         1、如果粒徑小于1nm,就成為水溶液(水分子是0.4nm),由于溶液十分均勻,散射光因相互干涉而完全抵消,看不見散射光,呈現無色透明,但是水性聚氨酯不會做到這種程度。

         2、如果分散質粒子的半徑小于入射光的波長(大于1nm),就主要發生散射,可以看見光的顏色,顏色分別是透明--貝殼清(藍色)--紅--乳白,乳液越是泛藍那就是粒徑越小,如果較白且泛紅那就是粒徑大的表現。

          3、如果分散質的粒子大于入射光的波長,主要發生反射或折射現象,使體系呈現混濁,看不到特定顏色。

      水性聚氨酯粒徑一般是50nm—500nm,高固含量水性聚氨酯乳液粒子比低固含量的大很多,一般認為30%固含量樹脂粒徑在50nm左右,也就是屬于水分散體,會呈現透明泛藍光;50%以上固含量樹脂粒徑往往大于200nm,也就是屬于乳液,會呈現乳白色。市場上一般都是藍光的。

      紅620nm--760nm
      橙592nm--620nm
      黃578nm-- 592nm
      綠500nm-- 578nm
      青464nm--500nm
      藍446nm --464nm
      紫400nm--446nm

       

       五、水性聚氨酯的固含量solid content

          固含量是比較直接而重要的數據,是指水性分散體系中聚氨酯樹脂的質量占比,其余大部分為溶劑,水分等。固含量不僅是成膜物質,還包括填料、助劑等,國內一般的水性聚氨酯都是做到25-30%之間,價格在20-30元/公斤不等。但是國外的大公司如拜爾可以做到60%以上。油性聚氨酯漿料固含可以做到40%以上。

      • 皮革涂飾行業如何使用水性聚氨酯

           水性聚氨酯用途廣泛,這里只談談水性聚氨酯在皮革涂飾行業的應用情況。 皮革涂飾使皮革面形成各種顏色、光澤和風格,并獲得一定的防水性及易保養性。采用不同涂飾材料和工藝方法還能開創新的皮革花色品種和提高次皮利用率。皮革涂飾劑的主要成分有成膜劑、著色劑、光亮劑、固定劑、手感劑等。涂飾溶劑有水和有機溶劑兩類。涂飾層次一般分為底層、中層和頂層,依次進行。

          皮革涂飾行業和水性聚氨酯有關聯的共有三類企業:合成水性聚氨酯樹脂企業、使用水性聚氨酯企業(如皮革廠、合成革廠)、銷售水性聚氨酯樹脂企業三類。

          合成水性聚氨酯樹脂企業做的水性聚氨酯只是半成品,是成膜樹脂。皮革涂飾革廠家購買過去還需要加水,加色粉,加助劑,做成成品,再使用。皮革涂飾廠家也不會去測試固含量等數據,他們拿去只要往皮革上噴涂,確定附著力、光亮度的情況,決定該如何配成品。

      皮革分為三種,PVC革,PU革,真皮。真皮和PU革表面涂飾成熟使用到PCL多元醇型水性樹脂,PVC革上使用PCL多元醇型樹脂尚不能滿足要求。真皮上使用皮革處理需要涂三層,底層、中層和頂層,因為真皮經過處理后仍會有凹凸不平,需要補傷膏先抹平,再使用皮革處理劑,都會用到水性聚氨酯。而人造革是一層革,只需要涂一層即可,但是要求水性聚氨酯可以和這塊革良好粘接相容,聚氨酯革一般都能滿足要求,PVC革目前比較困難。

        皮革涂飾劑主要是用在真皮上,一共涂三層,底層和中層已經滿足,要想做頂層,必須和中層相配,因此需要好的產品。

       

      七、目前存在的問題

      1. 用PCL多元醇做出來的水性聚氨酯看不出很獨特的特性,反映不出好的性價比,推廣比較困難。產品有什么問題他們也不清楚,可能是自己配方和技術問題。至于原料這塊只能選擇相信供應商,他們不會花較大成本去檢測原料質量,即使出了問題也是都有責任。對于多元醇的水分含量沒有提要求,說是還沒那個水準。
      2. 目前皮革市場不景氣,他們公司是哪一款產品掙錢就主推哪一款,先維持生存,再圖發展。他們公司資金也比較進展,生產工藝設備都很簡陋,幾乎都是人工操作進料等。
      3. 光澤度問題已經買了配方,還在試驗, 但是效果不大。覺得國內其他同行水平也是一般,如冠志,萬華做的樣品都測試過,也不好。國產的95%都達不到高光。光澤度是一個比較難解決的問題,要想達到好的光澤度必須使用水性聚氨酯,其他光亮劑等都達不到效果,除了做啞光可以用啞光粉。
      4. 溶劑問題,目前想要一款沸點高的產品,最好200度以上,對成膜性好。推薦乳酸酯試樣。

       

       

       

       

       

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