植物油基水性聚氨酯的制备及性能分析

植物油基水性聚氨酯的制备及性能分析

秦好辉1,贾世谦2,徐韦3,张成4

山东蓝星东大有限公司 255000

摘要:植物油作为一种天然可再生能源，在生活实践当中有很多的应用，通过采取以官能化植物油基结构的不同官能团转换制备相关植物油基水性聚氨酯，将其进一步用来替代石油基多元醇进行有效合成，从而实现节约能源以及保护环境的目的，本文就针对植物油基水性聚氨酯的制备及性能进行分析研究，希望能够为化工制备以及生活应用提供参考借鉴。

关键词：植物油；水性聚氨酯；制备；性能分析

1 水性聚氨酯的分类及制备方法

1.1 水性聚氨酯的分类

（1）按粒径和外观分类

相关水性聚氨酯可以通过按照相对应的粒径以及外观形式来有效进行分类，主要来说可以分为以下三类：聚氨酯水溶液、聚氨酯水分散体以及聚氨酯乳液，相关分类标准如下表1所示。

表1 水性聚氨酯粒径外观分类

（2）按亲水性基团的类型分类

根据相对应亲水基团当中所带电荷类型有所不同也可以进行分类，分为非离子型、阳离子型、阴离子型以及两性水性聚氨酯，它们主要在水性聚氨酯的制备过程中被添加到不同类型的疏水增强剂当中。相关非离子型聚氨酯则主要是以相关水性聚氨酯的分子链形式存在，非离子型聚氨酯不含有相关离子基团，但在实践过程当中含有中低分子量的亲水性聚乙二醇。水性聚氨酯主要是指在合成相对应水性聚氨酯过程当中通过进一步有效加入相对应疏水性阴离子以及亲水性扩链剂等等，从而在一定程度上使得分子链带有一定的正电荷或是负电荷。

1.2 水性聚氨酯的主要制备方法

目前，大多数水性聚氨酯的制备方法主要通过外乳化法以及相对应的自乳化法进行制备。所谓外乳化法，主要是指由相关多元醇以及相对应的异氰酸酯聚合得到的不含有相关亲水基团的聚氨酯预聚物，然后通过在高速搅拌下进一步与水之间进行混合，混合一定时间后得到水性聚氨酯乳液。这一工艺在实践应用过程当中所制备得出的水性聚氨酯粒径相对来说较大，如若相关储存时间过长，那么就会出现相关沉淀现象，乳液储存稳定性相对较差，在实践过程当中会影响相关水性聚氨酯的性能以及外观。在水性聚氨酯成膜后不可避免地会含有少量的乳化剂，这将会在一定程度上极大地影响水性聚氨酯的性能。因此，目前对该方法的研究相对较少，同时不能实现工业化。与外部乳液之间进行比较，自乳化方法不需要添加相对应的乳化剂，而是将疏水增强剂引入到聚氨酯的分子链当中，然后响应疏水物上的一个或多个阴离子添加盐试剂。发泡剂形成盐。使得聚氨酯链在乳化过程中能够稳定地分散在水中。通过这种方法进行研究制备得出的水性聚氨酯乳液粒径相对较小，同时相关乳液稳定性较好，可实现长期储存。同时水性聚氨酯成膜后不含可乳化杂质，涂膜整体性能优于外乳化法。自乳化法的不同工艺制备流程如下表2所示。

表2 自乳化法的不同工艺制备流程

2 植物油基水性聚氨酯的绿色化学制备方法

2.1 无溶剂植物油基水性聚氨酯的制备

在相关水性聚氨酯进行制备过程当中，有机溶剂在其中起到非常重要的作用，有机溶剂起降低反应体系粘度、溶解相关试剂以及有效帮助聚氨酯在水中实现有效分散的作用，有机溶剂是无溶剂植物油基水性聚氨酯的制备关键。目前在无溶剂植物油基水性聚氨酯制备过程当中，由于相关植物油化学性能当中存在一定的疏水性，因此在进行植物油基水性聚氨酯制备过程当中如若没有溶剂，那么制备过程将会很难有效将油性聚氨酯分子分散在水中。因此从当前学术界研究来看，大部分研究都主要集中在针对无溶剂植物油基水性聚氨酯的制备上，针对石油基水性聚氨酯制备合成，这也在一定程度上有效为相关无溶剂水性聚氨酯制备提供了一定参考作用。有学者通过采取以过量的异氰酸酯来进一步有效控制制备过程当中反应物粘度大小，通过采取以高温措施有效解决分散问题，实现了无溶剂植物油基水性聚氨酯的有效制备。

2.2 植物油基水性聚氨酯的乳化过程优化

由于目前相对应植物油基水性聚氨酯在制备过程当中存在一定的网状结构，实际乳化过程相对来说会比石油基聚氨酯更为粘稠，那么这就会加大乳化难度，并且更难以将其分散在水中。有学者提出，蓖麻油等中间体可以增加水性聚氨酯在转化阶段的粘度，从而进一步有效增加相关多元醇的相对分子量，有效降低在植物油基水性聚氨酯制备过程当中的异氰酸酯实际比例，增加内部含量。当乳化水性聚氨酯时，乳化剂以及中和剂会导致存在一定的相位延迟。

2.3 植物油基水性聚氨酯的固化方法

天然植物油含有相关不饱和键，通过进一步有效改性相关水解聚氨酯可以有效实现光固化。有学者通过比较了四种固化方式:紫外光固化、空气干燥、紫外光/空气双固化(先紫外光固化，后空气干燥)和空气/紫外光双固化(空气干燥后紫外光固化)，有效改进水性聚氨酯薄膜的性能。相关结果显示，紫外光/空气双重固化能在一定程度上有效克服相关传统紫外光固化的缺点，所得薄膜性能最佳。由于相关植物油是几种脂肪酸的混合物，并且所制备的植物油多元醇的结构存在一定变化，所以与异氰酸酯的反应速率是不均匀的，并且由于基于植物油的水性聚氨酯的网状结构，反应体系包含许多不规则的卷曲分子，在制备过程中容易产生结霜的现象。因此，有必要进一步研究植物油基水性聚氨酯的制备方法对其性能的影响，改进方法也可以从降粘法、中和法、进料顺序、软件比等方面入手，来制备高性能水性聚氨酯。

3 植物油基水性聚氨酯的性能分析

目前相关改进植物油基水性聚氨酯性能的方法主要包括有效引入相关官能分子如纳米二氧化硅等等，或通过使用相关植物油以及聚氨酯分子当中的末端异氰酸酯基团将它们直接与水性产品共混，从而进一步有效提高改善了植物油基水性聚氨酯性能。此外，采取以石墨烯、碳纳米管等等，可将其用于制备水性聚氨酯复合材料当中，从而进一步改善聚氨酯膜的机械性能以及热稳定性和耐水性等等，并赋予聚氨酯一定的导电性，促进植物油基水性聚氨酯薄膜在相关柔性电子等领域的高效应用。或添加二氧化钛纳米粒子，用于制备耐水帽和耐雾的水性聚氨酯；有木质素，碳点等，提高水性聚氨酯的力学性能；添加卤素、氮、磷等。使水性聚氨酯防火等。与石油基水性聚氨酯相比，植物油基水性聚氨酯的网状结构能够在一定程度上有效赋予相关涂膜相对优越的机械性能，促进植物油基水性聚氨酯更好地用于薄膜领域。

参考文献：

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[2]刀家普, 谢媛, 冯焱,等. 生物基可降解聚乳酸基水性聚氨酯的制备与性能研究[J]. 云南民族大学学报:自然科学版, 2022, 31(2):8.

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[4]李聪, 刘欢欢, 杨桂花,等. 基于肟-氨基甲酸酯的超强自修复水性聚氨酯胶粘剂的制备及性能分析[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(8):10.

作者简介：第一作者 秦好辉 1987.06 男 山东青州 汉 研究生

 研发工程师  山东蓝星东大有限公司 研究方向:环氧化物合成及应用

第二作者 贾世谦 1983.09 男 山东省淄博市 汉族 本科 中级（工程师） 山东蓝星东大有限公司 研究方向:聚醚多元醇的合成与应用

第三作者 徐韦 1981.1 女 山东省淄博市 汉族 研究生 中级 研究方向:化学工程与工艺

第四作者 张成 男 山东淄博 汉 本科 山东蓝星东大有限公司