水性聚氨酯的性能指標(biāo)-耐水性

能否獲取耐水性是水性聚氨酯樹脂膠膜性能的重要指標(biāo)。在很多應(yīng)用場(chǎng)合，制品要求具有耐水性。將薄膜浸泡于水中，仔細(xì)觀察產(chǎn)品外觀是不是泛白、檢測(cè)薄膜吸水后增重率和面積、體積增重率，及其強(qiáng)度的變化，就能掌握膠膜的耐水程度。

水性聚氨酯樹脂起到二種作用:首先是增塑作用，水分子滲透到聚氨酯大分子網(wǎng)中，與這其中的極性基團(tuán)形成氫鍵，大大降低了相鄰分子間的相互作用，從而使得力學(xué)性能降低，這個(gè)過(guò)程是可逆的，水被排出后，材料的力學(xué)性能仍可以恢復(fù);第二就是水解降解，水分子與PU大分子中的基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，分子鏈斷裂而降解，致使力學(xué)性能顯著并且永久性地降低，這個(gè)過(guò)程不可逆轉(zhuǎn)。

水性聚氨酯一般是由含親水性基團(tuán)，尤其是由含離子基團(tuán)的聚氨酯樹脂制作而成，在干燥固化環(huán)節(jié)中，若成鹽試劑能逸出，則羚基親水性較弱，膠膜獲取疏水性;假如成鹽試劑不可以逸出，親水性基團(tuán)殘留，則膠膜耐水性差。主要是通過(guò)熱處理及采用交聯(lián)劑提升耐水性。當(dāng)高分子物浸于水中時(shí)，水分子會(huì)往有親水性的高聚物內(nèi)部擴(kuò)散，滲透。雖然大分子間的交聯(lián)限制這樣的溶劑化傾向，但是由于聚氨酯高分子物是分子量非常大的柔曲長(zhǎng)鏈，尤其是在軟鏈段所形成的大量無(wú)定形區(qū)，分子熱運(yùn)動(dòng)使鏈間形成孔隙，可以被水分子充滿，產(chǎn)生溶脹。親水基團(tuán)則為此提供動(dòng)力，分子中這樣的親水基團(tuán)越多，溶脹也就越大。當(dāng)水溶性足夠大時(shí)，大分子會(huì)發(fā)生溶劑化，甚至可能破壞分子間交聯(lián)，產(chǎn)生溶解。針對(duì)涂層織物，親水性強(qiáng)則勢(shì)必會(huì)降低耐水性。所以在確保實(shí)現(xiàn)微乳化前提下自乳化單體量應(yīng)盡可能少。

通常情況下，成膜物的吸濕率和體積膨脹率都隨離子型親水單體的使用量增大而增加。為了克服聚氨酯這種固有缺陷，改進(jìn)乳液涂膜耐水性，也可以采用交聯(lián)的方法。單組分自交聯(lián)體系，也可以采用兩種途徑，即甲亞胺交聯(lián)和自動(dòng)氧化交聯(lián)。甲亞胺交聯(lián)的原理是基于多元胺之間的反應(yīng)?；膩?lái)源是乙酷乙酸基類、醛類或酮類，受酸催化而產(chǎn)生甲亞胺，伴隨著中和劑和水分的蒸發(fā)，體系pH值降低，就可以產(chǎn)生迅速交聯(lián)反應(yīng)，所得的涂膜的耐化學(xué)品性比較強(qiáng)，硬度高，價(jià)格低廉，在涂料工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。自動(dòng)氧化交聯(lián)的聚氨酯一般加入多元不飽和脂肪酸或油類，當(dāng)將這種乳液施于底材上之后，在催干劑如鉆、錳和鉆等金屬皂的影響下，會(huì)和空氣中氧氣反應(yīng)產(chǎn)生交聯(lián)，該法制備的聚氨酯乳液涂膜耐化學(xué)品性比較好，且外觀優(yōu)異，對(duì)木材潤(rùn)濕性好，尤其適用于室內(nèi)地板涂裝。運(yùn)用外交聯(lián)法，選用氮丙呢、碳化亞胺、金屬鹽類化合物和親水聚異氰酸醋在室溫條件下進(jìn)行交聯(lián)，交聯(lián)反應(yīng)發(fā)生在聚氨酷分子的羚基上。這種交聯(lián)劑通常應(yīng)用聚氨酯乳液時(shí)加入，因?yàn)槠浣宦?lián)反應(yīng)速率迅速，在短期內(nèi)產(chǎn)生凝膠而破乳。外交聯(lián)法所得的涂膜性能優(yōu)越，適應(yīng)性廣。但另加的交聯(lián)劑費(fèi)用較高，并且所組成的雙組分體系應(yīng)用期限比較短，給應(yīng)用造成不便。還可以采用熱活化交聯(lián)和UV交聯(lián)，在使用過(guò)程中需要烘烤設(shè)備和UV光源。新交聯(lián)體系的發(fā)展趨勢(shì)為研制常溫交聯(lián)體系、交聯(lián)密度高、存儲(chǔ)比較穩(wěn)定、成本費(fèi)用低、涂膜物理及力學(xué)性能好的水分散聚氨酯體系。含有反應(yīng)基團(tuán)的聚氨酯水分散體，并使其與含有多醛基的交聯(lián)劑混合配制單組分聚氨酯。這種多醛基交聯(lián)劑在水中不與聚氨酯反應(yīng)，混合后的水分散體存儲(chǔ)比較穩(wěn)定，成膜過(guò)程中，隨水分的揮發(fā)，交聯(lián)反應(yīng)在常溫下即可發(fā)生并能生成穩(wěn)定的化學(xué)鍵，提高了涂膜的耐水性。