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水分散型聚氨酯在功能性整理中的应用杨栋樑全国染整新技术应用推广协作网一、前言早在1937年，德国化学家OttoBayer发现异氰酸酯与活泼氢化合物（如多元醇）的加成反应，便可制得聚氨基甲酸酯，简称聚氨酯，它是含-NHCOO-单元结构的高分子化合物，由此奠定了聚氨酯化学的基础。由于聚氨酯各方面性能优异，其生产规模迅速增长，同时品种开发也十分活跃，其足迹很快遍及有关部门。大约于1950年，聚氨酯涂层剂首先在欧洲的染整行业应用，当时是溶剂型的单组分或双组分的产品。尽管1943年已开发了水分散型（或水性）聚氨酯产品，直至1967年水分散型聚氨酯才投入工业化生产，并有商品开始投放了市场。可是，在纺织、皮革、粘合剂（胶粘剂）和涂料等行业大都仍沿用溶剂型商品。究其原因，水分散型聚氨酯的结构为热塑性线形结构或稍有交联的半热塑性结构；其次，是价格高，制造过程复杂；所用的亲水性基团、封闭剂等原料的价格昂贵，制抑了水分散型聚氨酯商品推广应用。于20世纪70年代以来，水分散型聚氨酯的制备技术，由最初的强制乳化法，逐步采用以丙酮法为代表的一些新合成技术,加快了其新产品的开发，出现了不同结构不同配料的交联型水分散的聚氨酯商品。水分散型聚氨酯推广应用才出现一些松动局面，其中可以Bayer公司率先推出用于皮革涂饰剂水分散型聚氨酯——Impranil为代表，以及尔后日本第一制药推出Elastron系列商品。随着水分散型聚氨酯商品推广应用，它在纺织化学整理中的应用，从溶剂型氨酯的仅用于涂层整理，逐步进入纺织化学整理中的若干分领域。此外，20世纪末的全球性生态环保呼声的日益高涨，以及各国生态环保法令的相继出台，为水分散型氨酯商品推广应用增添了巨大的推动力。我国于上世纪80年代开始应用溶剂型聚氨酯涂层（干法和湿法），大约在90年代后期，水分散型聚氨酯先后在涂层和化学整理方面开始试用，本文拟对水分散型聚氨酯在功能性整理方面作一简单的回顾，以就教于同行诸同仁们。二、水分散型聚氨酯的制备与性能水分散型（或水性）聚氨酯是以水为连续相，聚氨酯颗粒为分散相的二元胶粒体系（或含极少量的溶剂）。水分散型聚氨酯可分为离子型和非离子型两大类。离子型聚氨酯的结构特征是：在聚合物分子链上除重复出现的氨基甲酸酯基团外，还有多个离子基团，它们是无规地或均匀地布在分子链上。这些离子基团在水中发生电离，吸附有极性的水分子，在粒子周围形成水层，毋需经高剪切力搅拌就能象加了乳化剂一样形成水分散体，以致有人称这些基团为“内乳化剂”。按这些离子基团的荷电性，又可分为阴离子型、阳离子型和两性离子型；而且，这些离子基团都是通过扩链剂引入聚氨酯结构的。此外，还有非离子型聚氨酯，它是用亲水性低聚物二元醇（如聚乙二醇），接在聚氨酯的分子链上；其亲水性可使整个聚氨酯自发地分散于水中成水分散体。它的合成工艺类似于离子型聚氨酯。（一）制备（1）（2）（3）（4）离子型聚氨酯水分散体的合成过程大致如下：1、低聚物二元醇和二异氰酸酯反应，生成端异氰酸酯的预聚体；2、端异氰酸酯的预聚体和低分子扩链剂反应，生成中等分子量（2000-10000）的中间体，为了降低反应物的粘度，可适当加入溶剂；3、加入酸或碱进行中和；4、在强烈搅拌下，把水加至中间体中进行乳化；5、必要时脱溶剂并加水稀释。由此可知，合成离子型聚氨酯的过程，是使聚氨酯从溶解状态转变为水分散体的过程。而离子基团是由扩链剂引入的，它们存在于聚氨酯的硬段部位，其软段是低聚物二元醇，硬段和软段的极性差异很大。在溶剂中，软段呈溶剂化状态，而硬段部分因中和盐式结构是非溶剂化状态，由于静电吸引聚集在一起，形成微晶体，从而使大分子缔结在一起。开始注入水时，这种缔结状态被破坏，表现为体系的粘度不降低，形成油包水（W-O）；加入水量达一定程度时，情况发生逆转，体系成为水包油（O-W），硬段完全溶剂化，而软段因疏水特性分子重排，使疏水链段水缩到颗粒的中心，外壳为亲水链段并吸收大量的水，离颗粒中心愈远含水量愈大，形成很厚的边界层。这样的颗粒结构使水分散体系十分稳定处于颗粒中心的聚酯型聚氨酯也不易水解。颗粒的直径从0.01um到...