第1章　水性聚氨酯材料

聚氨酯从20世纪30年代开始发展，而水性聚氨酯的研究始于40年代。1942年，德国的P.Schlack在乳化剂和保护胶的存在下，通过剧烈搅拌将二异氰酸酯分散于水中并添加二胺，成功地研制出聚氨酯乳液[1]。1953年DuPont公司的Wyandott将二异氰酸酯基团封端聚氨酯预聚体的甲苯溶液分散于水中，用二元胺扩链，再加入适当的乳化剂，在强剪切力作用下形成聚氨酯乳液。但该工艺因存在乳化剂用量大、反应时间长以及乳液颗粒较粗而导致稳定性差、成膜性差及涂膜性能差等难以达到应用要求[2]。

由于当时聚氨酯材料科学刚刚起步，水性聚氨酯未受到足够重视，研究过程和生产都没有多大进展。直至1967年水性聚氨酯才首次以工业化形式出现在美国市场，1972年拜耳公司正式将聚氨酯水分散体作为皮革涂料进行大批量生产。20世纪70～80年代，美、德、日等国的一些聚氨酯乳液产品从试制阶段发展为工业生产和应用，开始有多种牌号的聚氨酯乳液产品供应[3]。

1962年以前，水性聚氨酯所用的多异氰酸酯几乎都是TDI，这种材料具有综合性能好、产量大、品种多、应用广、价格低等诸多优点，但有一个严重的缺点：耐黄变性较差。而后出现的IPDI和HDI等脂肪族多异氰酸酯克服了这一缺点，但成本较高。现今，对于耐黄变性没有特殊要求的情况下，仍然以TDI作为主要的多异氰酸酯原料。

由于聚氨酯结构具有软、硬嵌段，并且软硬段可调，通过对结构的调整，得到的材料具有以下诸多优点。

①耐磨性与黏附性强。

②防腐性能优异，耐油、耐酸碱盐、耐工业废气。

③施工温度范围广，可以从低温到室温，直至热固化温度。

④具有优良的电性能。

⑤与多种树脂混用性好。

⑥装饰与保护性能好。

⑦耐高低温性能好，-40～300℃都有相应的品种。

由于早期溶剂型聚氨酯材料含有有毒溶剂，严重污染环境，危害人体健康。随着人类生活质量的提高，以及环保法规越来越严格，各种环保条例对挥发性有机化合物（VOC）的排放量、有害溶剂的含量都有严格的限制[4]。水性聚氨酯由于以水为分散介质，不仅具有无毒、不易燃烧、不污染环境、节能、安全可靠等优点，同时还具备溶剂型聚氨酯的一些重要的性能特征[5]。水性聚氨酯材料既具有良好的综合性能，又具有不污染、运输安全及工作环境好等特点，满足了环保要求，更加具有诱惑力的是其价格低廉。在基本不改变有机溶剂型使用工艺前提下保持有机溶剂型的产品性能，并且廉价、安全，因此水性聚氨酯材料是近年来迅速发展的一类水性材料。

水性聚氨酯材料的柔韧性、机械强度、耐磨性、黏结性、耐化学药品及耐久性等都十分优异，欧洲、美国、日本均将其视为高性能的品种大力研发。

相比而言[6]，中国的水性聚氨酯仍处在初步发展阶段，市场扩展仍尚待时日，产品的产量远不能满足大量的市场需求。另外，国内水性聚氨酯在很多方面仍存在不少缺陷和改进的空间，如耐水性差、储存期短、分子量低、乳液中树脂含量低，以及批次产品差异大等。所以，对水性聚氨酯的应用及改性研究成为了国内各相关企业和高校科研工作者的研究热点。