随着聚氨酯行业的不断发展，越来越多的行业和企业运用到了聚氨酯，聚氨酯是一种新兴的有机高分子材料，被誉为“第五大塑料”，目前，聚氨酯中的水性聚氨酯备受欢迎。水性聚氨酯是一种工业原料，水性聚氨酯是以水代替有机溶剂作为分散介质的新型聚氨酯体系，也称水分散聚氨酯、水系聚氨酯或水基聚氨酯。水性聚氨酯以水为溶剂，无污染、安全可靠、机械性能优良、相容性好、易于改性等优点。聚氨酯树脂的水性化已逐步取代溶剂型，成为聚氨酯工业发展的重要方向，因些应用范围广泛，需求量大，水性聚氨酯可广泛应用于涂料、胶粘剂、织物涂层与整理剂、皮革涂饰剂、纸张表面处理剂和纤维表面处理剂。接下来贤集网小编来为大家介绍水性聚氨酯和油性聚氨酯的区别、水性聚氨酯性能优势、4种水性聚氨酯配方及工艺步骤、水性聚氨酯合成过程及所需原料、水性聚氨酯干燥成膜问题及其干燥理论。一起来看看吧！
水性聚氨酯和油性聚氨酯的区别
水性聚氨酯和油性聚氨酯的区别一
水性聚氨酯化学灌浆材料是淡黄色的，而油性聚氨酯堵漏剂是深褐色的。这是两个产品直观最明显的区别。
水性聚氨酯和油性聚氨酯的区别二
水性聚氨酯化学灌浆材料包水量大，渗透半径大，适合动水地层的堵漏涌水，土质浅层和表面层的结固和防护。又因为水性聚氨酯化学灌浆材料固结体弹性好，所以，最适合混凝土动缝的防渗堵漏。
水性聚氨酯和油性聚氨酯的区别三
油性聚氨酯化学灌浆材料国内俗称“氰凝”，其所形成的固结体强度大，防渗透性好，适用于加固地基、防护林水堵漏兼备的工程。同时油性聚氨酯化学灌浆材料弹性小，所以比较适合混凝土静缝的防渗堵漏及加固。
水性聚氨酯性能优势
1、环保：以水作为分散介质，无污染、无溶剂臭味、不会造成环境污染，VOC 含量低、 符合环保法规的要求；
2、耐磨性和耐刮擦性强 ：水性聚氨酯地坪涂料具有较高的硬度，普通型的水性聚氨酯地坪 硬度能达到 3~4H；加强型的可以达到 4~5H;重载型的水性聚氨酯地坪的硬度可以达到 5H~6H，耐磨性能比环氧地坪漆更胜一筹；
3、超强的附着力：水性聚氨酯具有非常强的附着力，甚至可以附着在玻璃制品表面；
4、卓越的耐候性：可经受长期的太阳照射，抗紫外线能力强，不仅适用于室内、室外地面；同时，也可以用作水性外墙涂料；
5、单面透气性：水性聚氨酯在固化过程中发生2个反应，一是复杂的化学交联反应二是作为溶剂的水分挥发的过程，水分子在挥发过程中，留下微米级的微孔，就像人的皮肤一样，当季节变化或气温上升时，内部水汽可以通过毛细孔排出而外部水分却不易深入到里面；
6、光泽度可调：亮光、半哑、哑光；水性聚氨酯可以根据客户要求，光泽度可以在10-90度之间进行调整；
7、颜色可调：涂膜外观优美，水性聚氨酯可以根据国标色卡、国际标准色卡、劳尔色卡等颜色生产色漆；也可以根据客户的样块颜色定制生产；
8、耐油污、自洁性好：耐冲击性强 耐污性好 ； 耐涂鸦、易清洁，在使用时不易产生裂纹，不需要打蜡护理，可以直接冲洗、易维修保养；
9、薄涂率广：适用于薄涂工艺，一般在15-22㎡/㎏，可对环氧自流平，水泥自流平、普通环氧，PVC等地坪起到表面保护的作用；
10、低温成膜特性：具有更好的低温成膜特性，无需再添加成膜助剂或可塑剂，可施工季节更长；
11、具有一定柔韧性：不仅可以提供优异的裂缝桥接、耐冲击 等机械性能，对混凝土保护性更好，还具有消音，柔性脚感等特性；
12、水性聚氨酯可以是哑光： 水性聚氨酯光泽度可以做成哑光，相对来说，环氧地坪只能是亮光。
4种水性聚氨酯配方及工艺步骤
1、水性聚酯聚氨酯
（1）产品配方(甲组分):OH∶NCO(物质的量比)=1.5:1,K值=1.02,醇超量R=1.18。
（2）工艺步骤:按配方将新戊二醇、己二酸、苯偏三甲酸酐、DMPA加入反应釜,通入CO2气,升温至120℃,加入钛酸四异丙基酯,搅拌升温至180℃,反应2h后,每隔30min取样测试其酸值,直至达到79mgKOH/g,羟值达到79.5,降温至130℃加入二甲苯,升温至150℃回流脱水,脱尽后,抽真空回收二甲苯,降温至80℃加入丙酮进行稀释,保温在60℃,1.5h滴加TDI,滴完加入10%磷酸(甲苯)液搅匀,升温至70℃反应(4—5)h,测试游离TDI＜0.2%,加入50%苯酚(甲苯)液升温至80℃反应15min,再升温至90℃,蒸馏出1/2投料量的丙酮,70℃保温备用。在另一个装有快速搅拌的反应釜中,加入N-甲苯二乙醇胺、三乙胺、乙二胺、去离子水开动快速搅拌,将上述保温在70℃的物料,缓慢加入反应釜,在60℃进行中和反应透明后,升温至70℃,抽真空减压,蒸馏出余下的全部丙酮,降温至40℃,过滤,出料。
2、水性豆油酸聚酯聚氨酯
（1）产品配方(甲组分):OH∶NCO(物质的量比)=1:1.5,树脂K值=1.019,醇超量R=1.3、r=1.5,油度56%。
（2）工艺步骤:按配方将豆油脂肪酸、蓖麻油脂肪酸、季戊四醇、新戊二醇加入反应釜,通入CO2气,升温至120℃加入二月桂酸二丁基锡进行搅拌,升温至220℃,反应3h,降温至180℃加入间苯二甲酸、苯偏三甲酸酐、DMPA在180℃下反应2h后,每隔30min取样测试其酸值,直至达到75mgKOH/g,羟值为80,降温至120℃加入甲苯,升温至132℃回流脱水,脱尽后,降温至65℃加入10%苯酚甲苯液搅匀,将TDI加入单体滴加釜,开始滴加,1.5h滴完后,升温至70℃反应4h,80℃lh,测试游离TDI在0.2%,加入50%苯酚(甲苯)液搅匀,升温至90℃反应15min,进行真空减压脱出2/3的甲苯,加入异丁醇降温至50℃,加入三乙胺、二甲苯乙醇胺及1/3的去离子水,调整pH值为8.6,升温到60℃反应至透明,抽真空脱出全部甲苯,加入余下的去离子水,调整固含量50%,过滤,出料。
3、水性菜油醇酸聚氨酯
（1）产品配方(甲组分):OH∶NCO(物质的量比)=1:1.5,树脂K值=1.01,醇超量R=1.314,r=1.499,油度=55.2%,理论NCO含量=228%。
（2）工艺步骤:按配方将菜籽(色拉)油、蓖麻油脂肪酸、TMP、新戊二醇加入反应釜,通入CO2气,升温至120℃加入环烷酸锂搅拌,升温至230℃反应(2～3)h,测试醇解透明合格后,降温至180℃,加入苯二甲酸酐、苯偏三甲酸酐、DMPA,在180℃反应2h后,每隔30min,测试一次酸值,直至达到70mgKOH/g为止,然后降温至110℃加入甲苯,升温至132℃脱水,将水脱尽后,降温至65℃加入10%磷酸(甲苯)液搅匀,将TDI加入单体滴加釜,开始滴加,滴完后升温至70℃反应(4—5)h,80℃1h,测试游离TDI达到0.2%,加入50%苯酚(甲苯)液,升温至90℃反应15min,抽真空脱出1/3的甲苯,加入异丙醇,降温至50℃加入N-二甲基乙醇胺、三乙胺,及1/2的去离子水,调整pH值为8.6,升温到60℃反应至透明,抽真空脱出全部甲苯,加入余下的去离子水,调节固含量50%,过滤,出料。
4、水性蓖麻油醇酸聚氨酯
（1）产品配方(甲组分):OH∶NCO(物质的量比)=1：1.5,树脂K值=0197,醇超量R=1.23,r=1.36,油度=5514%,理论NCO含量=2.3%。
（2）工艺步骤:按配方将蓖麻油、甘油(95%)、新戊二醇加入反应釜,通入CO2气,升温至120℃加入一氧化铅搅拌,升温至230℃,反应(2-3)h,测试其醇解透明合格后,降温至180℃加入苯二甲酸酐、苯偏三甲酸酐、DMPA、松香二元醇,在180℃反应2h后,每隔30min测试酸值,直至达到80mgKOH/g为止,然后降温至110℃加入甲苯,升温到128回流脱水,脱尽后,加入10%磷酸甲苯液降温至65℃,用1.5h滴完TDI,升温至70℃反应4h,80℃1h,测试其游离TDI达到0.2%,加入50%苯酚(甲苯)液,升温至95反应15min,抽真空脱出1/2量的甲苯,加入异丙醇,降温至50加入一乙醇胺、三乙胺及1/2量的去离子水,调整pH值为8.6,升温到60℃反应至透明,抽真空脱出全部甲苯,加入余下的去离子水,过滤,出料。
水性聚氨酯合成过程及所需原料
水性聚氨酯的合成反应按照化学机理聚合机理分类属于逐步聚合反应，合成过程包括预聚：多异氰酸酯和大分子多元醇反应；扩链：通过引入小分子扩链剂和亲水扩链剂剂来增大水性聚氨酯分子量。中和：通过将引入的亲水扩链剂中和成盐，使之可以分散在水中。乳化：将成盐的预聚体告诉分散在水中。所以水性聚氨酯合成的原料包括多异氰酸酯、大分子多元醇、亲水扩链剂、中和剂、水，还有调节反应体系黏度的溶剂丙酮。
1、多异氰酸酯：常用的品种有TDI、MDI等芳香族二异氰酸酯，HDI等脂肪族二异氰酸酯和IPDI、H-MDI等脂环族二异氰酸酯等。其中，脂肪族或脂环族聚氨酯的耐水解性比芳香族的聚氨酯好，储存也更稳定，更重要的是其具有优异的耐黄变性能，高品质的水性聚氨酯一般均采用脂肪族或脂环族的异氰酸酯原料。
2、大分子多元醇：水性聚氨酯合成所用的大分子多元醇主要是聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚乙二醇、聚四氢呋喃醚、聚酯酰胺、丙烯酸多元醇等等。其中聚醚型聚氨酯中的醚基易旋转，具有较好的柔顺性，较好的低温性能，并且醚基不易水解，耐水性能优于聚酯型聚氨酯。但由于聚酯本身的耐水解性较差，故一般原料制得的聚酯型水性聚氨酯，其储存周期相对较短。
3、扩链剂：小分子扩链剂有1,4-丁二醇、乙二醇、已二酸醇、乙二胺等，亲水扩链剂是对端异氰酸酯及的聚氨酯预聚体进行扩链的同时引入亲水性基团的物质，分为阴离子型、阳离子型和非离子型三种，常用的有二羟甲基丙酸（DMPA）、乙二氨基乙磺酸钠、二乙烯三胺、甲基二乙醇胺等。这些结构中通常带有羧基、磺酸基或仲氨基，当其侧链挂到聚氨酯分子链上，会使聚氨酯链段上带有能被离子化的功能性集团。
4、中和剂：也叫成盐剂，能将羧基、磺酸基等基团反应形成聚合物盐或者生成离子基团的试剂。阴离子型水性聚氨酯使用的中和剂主要有三乙胺、氨水、氢氧化钠等，阳离子型水性聚氨酯使用的中和剂主要有醋酸、CH3I、环氧氯丙烷等。5、溶剂：常用的溶剂是丙酮，因为水性聚氨酯在反应过程中黏度会增大，导致搅拌困难，反应不充分，加入丙酮以降低粘度，利于搅拌使反应充分。丙酮沸点低，合成后将水性聚氨酯中的丙酮脱除即可。
水性聚氨酯干燥成膜问题及其干燥理论
水性聚氨酯的干燥，主要是乳液中作为分散介质的水的挥发。水的挥发在生活中是一个十分常见的现象，但是这个简单的现象却包含了一套复杂的理论。水的挥发包括两部分内容，一是水分的挥发，即水分子从体系表面逸出；二是水分的迁移，即从体系内部迁移到体系的表面。这两个现象所对应的就是两个干燥过程，即水性聚氨酯垂直干燥过程和水平干燥过程。
1.水性聚氨酯的垂直干燥理论:在水性聚氨酯的干燥过程中，水分子从涂层表面逸出进入空气当中，随着上层水分的会发，就造成了在涂层内部垂直方向上水分分布的不均，内部的水分浓度差使得处于涂层内部的水向上层扩散，随着干燥的进行，涂层中就存在两个竞争尺度，一个是水从表面逸出的速度，另一个是水从涂层内部迁移到表面的速度。如果水从表面逸出的速度远远大于水从涂层内部迁移到表面的速度，那么在涂层表面乳液粒子的浓度就会越来越大，最终在表面出现“结皮”现象，“结皮’’不仅影响膜的强度和外观，造成暗泡或者裂面，而且“结皮"会覆盖在水性聚氨酯的表面，进而影响水分的挥发，造成干燥速度变慢甚至是涂层内部不能干燥的现象。因此控制WPU的干燥温度对水性聚氨酯成膜影响很大。影响水从表面逸出速度的主要因素是干燥温度以及空气中的饱和蒸汽压，对于水性聚氨酯干燥来说，过高的干燥温度不仅不能加快膜的干燥速率，还会影响膜的品质。
2.水性聚氨酯的水平干燥理论:在水性聚氨酯干燥过程中，常常可以看到在水平方向上水性聚氨酯干燥不均匀。一般的干燥都是从边缘处开始，向中心推进。在干燥的过程中，已干燥部分和未干燥部分有一个明显的界限，厚度差异也很大。随着干燥进行，界限会向前推动，最终与另一边的干燥界线相遇，膜完全干燥。控制在水性聚氨酯干燥中水平干燥速率一致，可以防止因干燥界限推进的急缓而造成的干燥痕迹甚至是出现的裂纹。影响干燥速率的主要因素为水性聚氨酯的表面张力以及干燥的温度，控制水性聚氨酯张力大小和控制干燥温度的大小以及分布，可以防止水性聚氨酯在干燥过程中的开裂现象。
不同的水性聚氨酯干燥速度有很大区别，如水性聚氨酯本身的亲水性、成膜后膜表面的疏松程度，表面分子紧密排列的，内部的水分子很难逸出，相反则干燥速度快些。在具体的应用过程中，助剂也会对干燥成膜速度有影响，如成膜助剂会减缓成膜速度，催干剂则会加快干燥成膜速度等。
