水性聚氨酯的主要合成原料

合成水性聚氨酯的原料主要包括三類，分別是異氰酸酯、大分子多元醇和小分子擴鏈劑。

一、異氰酸酯

異氰酸酯是合成水性聚氨酯必不可少的原料之一，其中二異氰酸酯使用的最多，是合成水性聚氨酯的高反應性化合物，可分為芳香族和脂肪族兩類，如下圖所示。芳香族二異氰酸酯使用最多的是二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)和甲苯二異氰酸酯(TDI)。脂肪族二異氰酸酯使用最多的是氫化苯甲基二異氰酸酯(H12MDI)、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)和六次亞甲基二異氰酸酯(HDI)。在芳香族二異氰酸酯分子中，異氰酸根(-NCO)基團的反應活性比較高，價格也比較便宜，且由芳香族二異氰酸酯合成的水性聚氨酯膜具有較好的機械強度和粘結(jié)強度。但是芳香族二異氰酸酯分子上含有苯環(huán)，易被光照氧化，導致由芳香族二異氰酸酯合成的水性聚氨酯膜容易發(fā)生黃變，影響水性聚氨酯產(chǎn)品的使用。水性聚氨酯的分散劑是水，-NCO基團會與水發(fā)生副反應，因此在乳化的過程中，-NCO與水的副反應要降到最低。脂肪族二異氰酸酯分子上的-NCO與水反應程度比較低，毒性比芳香族二異氰酸酯低，且由脂肪族二異氰酸酯合成的水性聚氨酯產(chǎn)品不易發(fā)生黃變，膜也具有較好的耐磨性和良好的柔韌性，而且脂肪族二異氰酸酯分子上的-NCO基團的反應活性相對比較溫和，反應過程便于控制。與芳香族二異氰酸酯合成的水性聚氨酯產(chǎn)品相比，由脂肪族二異氰酸酯合成的水性聚氨酯產(chǎn)品表現(xiàn)出更好的光穩(wěn)定性，更好的耐水解性和熱穩(wěn)定性，但芳香族二異氰酸酯具有更高的反應性和更低的價格。

二、大分子多元醇

大分子多元醇也是制備水性聚氨酯的主要原料之一，該類多元醇通常含有兩個或兩個以上的活潑性氫，可分為聚酯型多元醇、聚醚型多元醇和聚碳酸酯型多元醇三種類型，如下圖所示。聚酯型多元醇主要包括聚己內(nèi)酯二元醇(PCL)和聚己二酸丁二元醇(PBAG)，聚醚型多元醇主要包括聚四氫呋喃二元醇(PTMG)和聚氧化丙烯二元醇(PPG)，聚碳酸酯多元醇主要包括聚碳酸酯二元醇(PCDL)。聚酯型二元醇主要是由多元醇和二元酸通過縮合反應形成。由聚酯型二元醇制得的水性聚氨酯膜耐磨性良好，但是由于酯基容易發(fā)生水解，所以由聚酯型二元醇合成的水性聚氨酯乳液的耐水解性比較差。聚醚型二元醇是使用最多、應用最廣泛的一類二元醇，主要由環(huán)氧烷烴和分子內(nèi)具有活性氫的化合物通過催化加熱合成制得。由PTMG合成的水性聚氨酯產(chǎn)品性能比較好，但是PTMG的價格比較昂貴。聚碳酸酯型的二元醇分子鏈上有碳酸酯基，主要是由小分子型的多元醇和碳酸二烴基酯通過酯交換的方法制備而成。由聚碳酸酯型二元醇制得的水性聚氨酯產(chǎn)品不僅不易發(fā)生水解，而且比由聚醚型二元醇和聚酯型二元醇制得的水性聚氨酯產(chǎn)品具有更好的耐候性能和機械性能，但是聚碳酸酯型二元醇的價格相對比較高。

三、小分子擴鏈劑

小分子擴鏈劑又叫做鏈的增長劑，通過與-NCO封端的線性PU預聚體反應，可以增長水性聚氨酯的分子鏈，增加水性聚氨酯分子量。小分子擴鏈劑是合成水性聚氨酯的重要原料之一，直接影響著水性聚氨酯產(chǎn)品的力學性能。小分子擴鏈劑的分子量通常在40~300之間，分子鏈上含有氨基或羥基的小分子化合物都屬于擴鏈劑，常用的擴鏈劑有三羥甲基丙烷(TMP)、2,2-雙羥甲基丙酸(DMPA)、乙二胺(EDA)和1,4-丁二醇(BDO)等，如下圖所示。DMPA分子中不僅含有活潑性的羥基，還含有親水性的羧基，在使用DMPA作為擴鏈劑的同時，也將羧基引入到PU分子鏈上，從而有助于PU分子鏈在水中的乳化，因此DMPA也被稱為乳化劑，使用也最為廣泛。

除了以上提到的多異氰酸酯、大分子多元醇和小分子擴鏈劑三種主要合成原料外，在水性聚氨酯的合成和后期處理過程中還需要使用到流平劑、消泡劑、阻燃劑、潤濕分散劑、防霉劑、殺菌劑和成膜助劑等助劑，根據(jù)水性聚氨酯的不同使用需求選擇不同的助劑。