水性聚氨酯是以水代替有機(jī)溶劑作為分散介質(zhì)的新型聚氨酯體系，也稱水分散聚氨酯、水系聚氨酯或水基聚氨酯。水性聚氨酯是以水為分散介質(zhì)、有機(jī)高分子的聚氨酯在水中分散形成透明或不透明的乳狀液體。因此，水性聚氨酯是液態(tài)的，通常也是涂料工業(yè)中的一大門類。

按粒徑和外觀分可分為聚氨酯水溶液(粒徑<0．001微米，外觀透明)、聚氨酯水分散體(粒徑：0．001-0．1微米，外觀半透明)、聚氨酯乳液(粒徑>O．1微米，外觀白濁)；

　　依親水性基團(tuán)的電荷性質(zhì)，水性聚氨酯可分為陰離子型水性聚氨酯、陽(yáng)離子型水性聚氨酯和非離子型水性聚氨酯。其中陰離子型最為重要，分為羧酸型和磺酸型兩大類。

　　依合成單體不同水性聚氨酯可分為聚醚型、聚酯型和聚醚、聚酯混合型。依照選用的二異氰酸酯的不同，水性聚氨酯又可分為芳香族和脂肪族，或具體分為TDI型、HDI型等等。

　　依產(chǎn)品包裝形式水性聚氨酯可分為單組分水性聚氨酯和雙組分水性聚氨酯。

水性聚氨酯以水為溶劑，無(wú)污染、安全可靠、機(jī)械性能優(yōu)良、相容性好、易于改性等優(yōu)點(diǎn)。聚氨酯樹脂的水性化已逐步取代溶劑型，成為聚氨酯工業(yè)發(fā)展的重要方向。水性聚氨酯可廣泛應(yīng)用于涂料、膠粘劑、織物涂層與整理劑、皮革涂飾劑、紙張表面處理劑和纖維表面處理劑。

水性聚氨酯的主要用途如下 ：

1．涂層劑  

 (1)皮革涂層 聚氨酯材料柔韌、耐磨，可用作天然皮革及人造革的涂層劑及補(bǔ)傷劑。我國(guó)自70年代就有水性聚氨酯皮革涂飾劑開發(fā)，80年代末、90年代初發(fā)展較快，類型以陰離子型聚醚型為主，用于替代丙烯酸酯樹脂乳液皮革涂飾劑，處理高檔天然皮革時(shí)它克服了丙烯酸酯樹脂的“熱粘冷脆”的缺點(diǎn)，經(jīng)涂飾的皮革手感柔軟豐滿。它可與丙烯酸酯樹脂共混使用。聚氨酯涂飾的皮革可用于靴鞋、服裝、女士包等。  

 (2)織物涂層 可用于多種織物的涂層劑，例如帆布、服裝面料、傳送帶涂層。  

 (3)纖維處理劑 棉纖維、化學(xué)纖維經(jīng)聚氨酯乳液稀溶液浸漬，脫水，熱處理，可改善手感、耐折痕性和防縮性。  

   (4)塑料涂層 尼龍、ABS等表面涂層。  

 (5)地板涂層 可用于體育館、室內(nèi)木地板的涂層，混凝土地板的涂層，耐磨、耐沖擊，光澤度好。  

(6)其他材料的涂層，如紙張涂層、汽車內(nèi)裝飾件涂層。  

   (7)底涂劑。  

2．膠粘劑(粘合劑)  

和溶劑型聚氨酯膠粘劑一樣，水性聚氨酯膠粘劑粘接性能好，膠膜物性可調(diào)節(jié)范圍大，可用于許多應(yīng)用領(lǐng)域。除可用作各種基材的涂層膠，可用于多種基材的粘接和粘結(jié)。  

(1)多種層壓制品的制造，包括：膠合板，食品包裝復(fù)合塑料薄膜，織物層壓制品，各種薄層材料的層壓制品，如軟質(zhì)PVC塑料薄膜或塑料片與其他材料(如木材、織物、紙、皮革、金屬)的層壓制品。  

(2)植絨粘合劑、人造革粘合劑、玻纖及其他纖維集束粘合劑、油墨粘合劑。 

(3)普通材料的粘接，如汽車內(nèi)裝飾材料的粘接。 

水性聚氨酯用于膠粘劑用途時(shí)，一般必須進(jìn)行調(diào)配，以適合施工條件及基材等因素。以水性聚氨酯為基礎(chǔ)，可添加交聯(lián)劑、增稠劑、填料、增塑劑、顏料、其他添加劑、其他類型水性樹脂及水。施膠之前必須將漿料攪拌均勻，還需考慮各添加劑對(duì)水性聚氨酯的短期穩(wěn)定性有無(wú)影響。為了獲得較高的耐水性、耐熱性及粘接強(qiáng)度，目前許多水性聚氨酯體系已流行使用交聯(lián)劑，組成雙組分體系，這和單組分溶劑型(揮發(fā)型)聚氨酯膠粘劑體系有點(diǎn)類似。顏料一般必須預(yù)先分散在水中，再加人水性聚氨酯。增稠劑一般在最后添加。在噴涂場(chǎng)合，為了改善粘流性和對(duì)基材的潤(rùn)濕性，可添加表面活性劑(如Bayer公司的Emulgator FD)。但增稠劑及表面活性劑等添加劑具有親水性，可能影響膠層的耐水性、耐濕熱性。  

水性聚氨酯膠粘劑的施膠方法和溶劑型基本相同，如手工刷涂、機(jī)械輥涂、噴涂等。噴涂時(shí)，須注意乳液的粒徑及粘度不能太大。  

粘接方式有濕粘接法、熱活化法等。  

 (1)濕層壓 對(duì)于多孔性基材，可在常溫涂布后，直接貼合、加壓，進(jìn)行粘接。濕層壓法也是水性樹脂膠粘劑最常用的粘接施工方法。  

 (2)對(duì)于非滲透性基材，可在膠粘劑涂布、干燥后，用熱空氣、紅外燈或烘箱、烘道進(jìn)行熱活化，即干法層壓，也就是加熱使涂布干燥后表面已無(wú)粘性的膠層熱融，賦予可粘接性，貼合后樹脂再結(jié)晶化，立即得到較高的初期粘接強(qiáng)度。這種粘接方式，在工業(yè)操作上希望熱活化溫度低。 下面將水性聚氨酯膠粘劑的幾個(gè)主要應(yīng)用領(lǐng)域作一簡(jiǎn)介。  

3.木材加工  

木材加工是水性膠粘劑的最大應(yīng)用領(lǐng)域。據(jù)日本膠粘劑工業(yè)協(xié)會(huì)(日本接著劑工業(yè)會(huì))統(tǒng)計(jì)，2008年用于各種木材加工的脲醛樹脂產(chǎn)量有33．92萬(wàn)噸、三聚氰胺樹脂7．33萬(wàn)噸、水性酚醛樹脂2．42萬(wàn)噸、醋酸乙烯及其共聚乳液17．03萬(wàn)噸、EVA乳液3．26萬(wàn)噸、丙烯酸酯乳液6．74萬(wàn)噸、用于木材粘接的水性乙烯基聚氨酯0．9萬(wàn)噸、其他水性膠粘劑5．42萬(wàn)噸。  

膠合板、纖維板、刨花板制造常用的水性膠粘劑有脲醛樹脂、三聚氰胺—甲醛樹脂、酚醛樹脂等，木工粘接用水性膠粘劑還有醋酸乙烯樹脂乳液、乙烯-醋酸乙烯樹脂乳液、丙烯酸酯樹脂乳液等。采用“三醛樹脂，，制造復(fù)合板材，一般要求木材水分含量在2％以內(nèi)，而未經(jīng)干燥處理的木材水分含量在10％左右甚至更高，需要經(jīng)過(guò)干燥處理才能進(jìn)行層壓復(fù)合加工，耗能大，否則壓制的板材產(chǎn)生爆裂；并且三醛樹脂在粘接過(guò)程及制品使用、放置過(guò)程均可能產(chǎn)生有刺激性氣味和毒性的甲醛，對(duì)環(huán)境造成污染；脲醛膠粘合的制品耐水性較差，白膠則耐水及耐熱性均不佳，熱壓時(shí)易透膠。

而采用含異氰酸酯基團(tuán)的乙烯基水性聚氨酯膠粘劑及異氰酸酯乳液可避免以上缺點(diǎn)，固化快，制品耐水性好。水性聚氨酯類膠粘劑用量少，可彌補(bǔ)價(jià)格高的不足。日本、美國(guó)、德國(guó)等國(guó)家已將水性乙烯基聚氨酯膠粘劑部分取代了污染嚴(yán)重的“三醛樹脂”膠粘劑。水性乙烯基聚氨酯膠粘劑就是為了替代脲醛等甲醛樹脂而開發(fā)的。由日本光洋產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社和株式會(huì)社于1974年開發(fā)成功的水性乙烯基聚氨酷膠粘劑，最早應(yīng)用于木材加工，據(jù)1983年的報(bào)道年產(chǎn)量就達(dá)1萬(wàn)噸，1987年以來(lái)用于膠合板及木材粘接等用途的水性乙烯基聚氨酯年產(chǎn)量達(dá)1—1．5萬(wàn)噸左右。  

日本光洋產(chǎn)業(yè)(株)以生產(chǎn)KR系列水性乙烯基聚氨酯木材膠粘劑而著稱，其產(chǎn)品有：具有高耐久性、用于粘接高強(qiáng)度木制品的KR7800、134L、181L、135、136；短時(shí)間加壓粘接、硬木材用KR134、181，軟木材用KRl37；膠合板用的KRl6460C；一般木材及聚烯烴泡沫粘接用KRl20；另外用于PVC粘接的高耐水性KR302XT，聚烯烴泡沫粘接用KR646等。12mm厚單板采用三聚氰胺—脲醛樹脂膠粘劑(MUF)或水性乙烯基聚氨酯膠粘劑(APl)制成五合板的粘接強(qiáng)度。  

水性乙烯基聚氨酯具有以下特性：  

①常溫固化，甚至可在0℃粘接，加熱固化性能更好；  

②pH值在6-8，基本上為中性，對(duì)木材無(wú)污染；  

③不含甲醛、苯酚等有害物質(zhì)；  

④根據(jù)主劑材料配方及交聯(lián)劑多異氰酸酯用量、品種的選擇，可適應(yīng)不同的基材的粘接。 缺點(diǎn)是有適用期限制，由于異氰酸酯基團(tuán)的反應(yīng)性，如粘附在衣物、手上，于燥后不易清除。  

4.復(fù)合層壓及貼塑加工  

聚氯乙烯、聚酯、ABS、經(jīng)電暈處理的聚烯烴等塑料薄膜或片材，以及棉布和化纖織物、紙張、皮革之間可用水性聚氨酯膠粘劑進(jìn)行層壓復(fù)合，聚氨酯具有柔韌的膠膜，并且特別適合于含增塑劑的軟質(zhì)PvC的涂層和粘接。水性聚氨酯最初的應(yīng)用是用于粘接PVC等材料。  

聚氨酯具有優(yōu)異的耐低溫性、柔韌性，是其他水性膠粘劑所不及的，可用于制造高質(zhì)量的復(fù)合布、布-塑料片復(fù)合層壓物等，如水性聚氨酯可用于地毯背襯膠粘劑。溶劑型聚氨酯膠粘劑的用途中用量最大的領(lǐng)域是食品包裝復(fù)合薄膜及裝飾紙用復(fù)合膠粘劑，但溶劑的氣味大，已有人研究用雙組分水性聚氨酯作為復(fù)合薄膜干法復(fù)合膠粘劑，使制品仍具有較好的復(fù)合強(qiáng)度及柔軟性。即為一種復(fù)合塑料薄膜粘接用水性膠與一種溶劑型膠的粘接強(qiáng)度的比較示例。  

大多數(shù)水性聚氨酯是熱塑性聚氨酯，能夠采用熱熔膠的方法進(jìn)行粘接。在這種情況下，需要掌握聚氨酯的熔融粘度特性，一般來(lái)說(shuō)，熔融粘度在104Pa·s左右是比較合適的熱熔粘接溫度。 國(guó)外用于房屋建筑材料的鋁板／牛皮紙／鋁復(fù)合板，過(guò)去采用乙烯—丙烯酸酯共聚乳液(EVA)等膠粘劑制造，而采用水性聚氨酯膠粘劑時(shí)粘接性能優(yōu)于EVA。另?yè)?jù)報(bào)道，國(guó)外某些儀表、汽車裝飾構(gòu)件等用途的層壓板(如PE／PET層壓板)，用水性聚氨酯膠粘劑時(shí)粘接強(qiáng)度甚至比用溶劑型膠粘劑還要高。  

5.其他  

 (1)植絨加工 植絨加工中，要求粘合劑對(duì)PVC塑料底材或布料具有較高的粘附力。衣料植絨要求成型的植絨層具有耐干濕洗滌性，以及對(duì)二次加工的適應(yīng)性。靜電植絨，有機(jī)溶劑有發(fā)生火災(zāi)、爆炸的危險(xiǎn)，必須采用高性能的水性膠粘劑。水性聚氨酯具有優(yōu)良的柔韌性，膠層柔軟，可作為植絨粘合劑。內(nèi)交聯(lián)水性聚氨酯或添加交聯(lián)劑之水性聚氨酯粘合劑的性能超過(guò)丙烯酸酯乳液粘合劑。作為植絨粘合劑，必須增稠。  

例如，一種由聚醚二醇、DMPA、聚酯類增塑劑、少量三羥基交聯(lián)劑、防老劑、三乙胺制成的陰離子型聚氨酯乳液，用聚丙烯酸增稠劑增稠至48Pa·s，刮涂在斜紋棉布上，濕膠層厚0.25mm，在15-30s內(nèi)撒1mm長(zhǎng)的人造絲，通過(guò)打漿棒使毛絨定向，在150-155℃干燥5min，吹去未粘附的絨毛，即得到具有柔軟織態(tài)感的植絨制品。經(jīng)干濕擦測(cè)試，性能評(píng)價(jià)為A級(jí)。  

 (2)壓敏膠 乳液壓敏膠的用途是制造膠帶、不干膠標(biāo)簽等，也可直接使用，廣泛用于辦公用品、建筑、家具、車輛等領(lǐng)域，考慮到耐老化性、粘接強(qiáng)度、透明性、無(wú)毒性等因素，目前一般使用丙烯酸酯類乳液。而聚氨酯具有粘接強(qiáng)度高、耐寒等性能，可成為水性壓敏膠中一種新型優(yōu)良品種，基材主要是紙張、塑料薄膜及織物等。