软段结构对水性聚氨酯性能的影响

王 刚

（福建省交发高科有限公司，福建 福州 350004）

摘  要：水性聚氨酯(WPU)是一种以水为介质的环保型材料,相较于传统溶剂型聚氨酯，其具有无溶剂污染、成本低廉、无毒、不易燃及环境友好的显著优势，因而成为了聚氨酯材料领城的重要发展方向。以异佛尔酮二异象酸酯(IPDI)和4’,4’-二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)为原料，分别与PBA2000及其他6种聚多元醇（包括聚醚或聚酯多元醇)通过自乳化方式合成WPU。采用控制软段结构种类、分子量和含量的方法来改善乳液的成膜性能，并利用傅里叶红外光谱(FTIR)、差示扫描量热法(DSC)、液相色谱分析(GPC)及拉伸性能试验等手段对WPU进行了性能检测，重点探究了不同软段对WPU性能的影响。

关键词：水性聚氨酯(WPU);聚多元醇;软段结构;成膜性能

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聚氨酯材料自20世纪40年代诞生以来，经历了从实验室到工业化应用的漫长发展历程。在早期，由于聚氨酯材料科学尚处于起步阶段,科研工作者更倾向于研究相对成熟的溶剂型胶黏剂，导致水性聚氨酯（WPU)的发展相对滞后。直到20世纪60 年代,聚氨酯乳液才在美国实现工业化生产并进人材料市场。随后，石油危机的爆发使得溶剂型胶黏剂的市场地位受到冲击,科研人员开始将目光转向水性聚氨酯的制备、改性和应用研究。1972年,德国拜耳公司首次将聚氨酯乳液应用于皮革涂料生产，此后，水性聚氨酯凭借其环保、无毒、不易燃烧等优势，逐渐成为聚氨酯材料领域的重要研究方向,并在多个应用领城占据重要地位。

WPU作为1种环保型材料，在制备和使用过程中几乎不使用有机溶剂，而是以水作为稀释剂，从而显著减少了对环境的污染。这种特性不仅便于控制生产过程中的黏度和流变性，还能有效节约成本，减少化学药剂对人体健康的潜在危害。由于其本身所具有的不易燃、无污染、无毒、节能、安全等优点，得到广泛的关注。近几十年，随着环境污染问题的日益加剧和全球环保意识的不断提高，各国政府和相关部门对有机溶剂的使用和排放制定了更为严格的规定，这不仅促使WPU逐步取代溶剂型聚氨酯，也推动了WPU在研究和应用方面的快速发展。

WPU乳液拥有耐低温、柔韧性佳、耐候性好和附着力强等优点，它的应用面取决于其本身材料优越的软硬可调特性，因此,不论是硬度要求严格的金属材料，还是弹性要求卓越的纺织涂层，甚至是在柔软有韧性的低温胶黏剂和不返黏的高温胶黏剂等方面都有其应用场景。此外，WPU乳液的双亲结构赋予其高分子表面活性剂的特性，使其在特殊助剂领域（如胶黏剂、皮革涂饰剂、纺织助剂、建筑涂料和医疗等)也具有较高的应用价值与前景。然而，WPU也还存在着一些不足之处，由于其长链结构和较短的支链，难以形成交联互穿结构，导致其耐热性较差。此外，WPU分子链侧链上含有亲水基团(如羧基—COOH 和氨基—NH₂），这使得其耐水性也受到限制。在实际应用中，这些问题主要表现为固含量低、表面结膜、耐水性差和耐热性差等，从而限制了WPU的应用范围。本文通过优化软段结构，旨在设计并制备出性能更优异的WPU乳液，并对其性能进行全面综合评价。

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