無機材料改性水性德國巴斯夫Elastollan SP9269 TPU的研究進展
水性德國巴斯夫Elastollan SP9269 TPU
德國巴斯夫Elastollan SP9269 TPU是軟硬段結(jié)構(gòu)交替構(gòu)成的嵌段式分子聚合物。TPU的生產(chǎn)過程是，進行加成反應(yīng)低聚物多元醇(例如聚醚和聚酯)與異氰酸酯得到預(yù)聚體，再在預(yù)聚體中加入擴鏈劑，進行擴鏈反應(yīng)獲得*終產(chǎn)物TPU。TPU的硬段部分主要是由擴鏈劑(主要是醇和胺)和異氰酸酯反應(yīng)形成，為軟段部分的變形和伸長提供可變節(jié)點是硬段部分的作用。軟段部分是由聚酯多元醇或聚酸形成的，在室溫下軟段部分能夠處于高彈狀態(tài)，產(chǎn)生較大拉伸變形。
TPU具有的化學(xué)結(jié)構(gòu)是獨特的嵌段式，使得TPU存在以好的耐化學(xué)品、耐熱耐磨、高強度、高彈性等性能。TPU被廣泛應(yīng)用于膠黏劑、橡膠、合成革、泡沫塑料、汽車、建筑等領(lǐng)域。在材料產(chǎn)業(yè)中TPU材料占據(jù)十分重要的地位，TPU產(chǎn)品品種逐年增加，世界各大公司都在積極的發(fā)展TPU產(chǎn)業(yè)鏈。
水性TPU是將TPU預(yù)聚體通過機械攪拌分散或溶解于水中，形成TPU體系，也叫做水系TPU或水基TPU。水性TPU一般是由雙官能團或者多官能團的異氰酸酯與含有兩個或兩個以上活潑氫的低聚物反應(yīng)所合成的高分子聚合物。
相較于溶劑型TPU，水性TPU具有高硬度、高強度、并且具有良好的柔韌性和優(yōu)異的耐疲勞性能等。同時水性TPU相比溶劑型TPU還具備不同的優(yōu)點。環(huán)保無刺激性氣味、方便的操作使用性能、易被改性且不燃等。這些性能于許多領(lǐng)域使得水性TPU可以比較成功地應(yīng)用，廣泛的替代溶劑型TPU，如膠黏劑、建筑材料、油墨涂料、紡織印刷、皮革加工等行業(yè)。
水性德國巴斯夫Elastollan SP9269 TPU的一般制備方法
一般制備方法中，水性TPU是不能從水性乙烯合成樹脂，得到樹脂自由基的乳液聚合法。這是由于具有特殊性有異氰酸酯參與的反應(yīng)，所以一般制備水性TPU的方法是將水性TPU與多元醇水性化之前充分反應(yīng)，使得多元醇進入TPU分子中。
要得到性能良好穩(wěn)定的水性TPU，制備原理以及制備方法則必須充分掌握。在水性TPU合成過程中水性TPU的配方及其乳化條件十分重要。否則，在放置的過程制備的水性TPU會產(chǎn)生分層和沉降的現(xiàn)象，產(chǎn)生具有彈性顆粒的大粒徑，導(dǎo)致無法較穩(wěn)定存放水性TPU，不能乳化而發(fā)生凝膠。
水性TPU合成一般的過程分為兩個步驟:首先，在低聚物(例如聚二醇)反應(yīng)下，合成預(yù)聚體。然后，在水溶液條件下將其分散，進行剪切。
納米改性水性德國巴斯夫Elastollan SP9269 TPU
（一）、納米改性水性TPU的意義
由上文提到的，水性TPU在性能上有一些缺陷，希望通過對于水性TPU的改性達到更加良好的性能。而納米粒子所特有的小尺寸粒子效應(yīng)、軌道量子效應(yīng)以及表面效應(yīng)等特性，很大程度上可以使水性TPU的耐熱性、機械力學(xué)性以及耐水性能得到的彌補。同時與宏觀粒子表現(xiàn)出的電磁、光和化學(xué)性質(zhì)與納米粒子不同，能夠賦予水性TPU一些特殊性能。復(fù)合材料的性能由于納米材料的加入使得實現(xiàn)質(zhì)的飛躍，同時，開辟了復(fù)合多功能材料的全新領(lǐng)域。得到很多高效經(jīng)濟的納米材料根據(jù)前人的研究能夠與水性TPU制得復(fù)合材料，例如碳納米管、納米氧化鋅、納米碳酸鈣、二氧化硅和二氧化鐵，得到了十分顯著的效果。
（二）、常用納米改性水性聚氧酯方法
水性TPU通過納米材料改性得到的性能復(fù)合材料。其處理方法在水性TPU的納米增強改性中，主要有插層法、原位生成法、溶膠凝膠法和直接混合法。
（三）、原位生成法
將四乙氧基硅烷或者四丁基鈦酸等前驅(qū)體加入到水性TPU的基體上，并在合適的反應(yīng)條件下，在TPU基體上采用原位縮合法，與SiO2、TiO2等反應(yīng)得到納米粒子，這就是原位生成法。
納米改性水性TPU采用原位生成法能夠?qū)崿F(xiàn)，從而獲得納米改性水性TPU復(fù)合材料。原位生成法的優(yōu)點是首先反應(yīng)條件方面，條件較易控制且十分溫和；其次是生成的納米粒子方面，得到的納米粒子保持了較好的納米特性且沒有聚集分散均勻；*后是產(chǎn)物產(chǎn)率方面，原位生成法得到的產(chǎn)物產(chǎn)率較高，這是因為只進行一次聚合反應(yīng)，副反應(yīng)的發(fā)生有效的防止而導(dǎo)致的聚合物不純或者降解消耗，復(fù)合材料的性能穩(wěn)定性充分的保障。
但是原位聚合法有局限性的適用范圍。這是由于這種方法只適用于含有特定物質(zhì)的膠體粒子溶液(例如硫化物和氧氧化物)，在這些溶液中只有才能夠使單體分子發(fā)生原位聚合得到納米復(fù)合涂料。
四）、插層法
有機單體不發(fā)生原位聚合，聚合物直接進入層式結(jié)構(gòu)的層間，得到插層式復(fù)合納米材料，這就是插層法；或者進入到無機物層結(jié)構(gòu)的層間中，并發(fā)生原位聚合。采用插層法得到的無機夾層的有機改性，能夠獲得間距增加幾到幾十的納米無機插層結(jié)構(gòu)。
另外，在片層之間單體進一步發(fā)生聚合，由于進一步的聚合，層間間距進一步加大，分子量進一步增加，無機物的整個層片結(jié)構(gòu)進而破壞，這樣就將得到經(jīng)過剝離的復(fù)合納米材料，此時的復(fù)合納米材料分離開無機物的夾層。取適量與水性TPU混合，將采用插層法得到的復(fù)合納米材料，適當(dāng)?shù)慕?jīng)過反應(yīng)處理后，制得雜化的無機水性TPU復(fù)合材料。這種復(fù)合材料具有優(yōu)良的硬度、分散性、耐熱性，這是由于在聚合物水性TPU的有機相中片層結(jié)構(gòu)的納米無機物均勻分布，從而有效提高提高復(fù)合材料的綜合性能。但是復(fù)合材料本身的彈性會受到影響。
（五）、直接混合法
在TPU基體中直接混合法是指直接加入納米粒子，并采用超聲分散和機械攪拌的方法，得到水性TPU納米復(fù)合材料。由于納米粒子的表面積大，顆粒直徑較小，導(dǎo)致納米粒子間的二次聚合粒子易聚合構(gòu)成。與此同時，高分子聚合物具有極性的水性TPU，與納米粒子引起其不易相容，形成兩個獨立的分散相。所以，通常使用加入增稠劑以改變?nèi)橐旱恼扯龋蛘呒尤敕稚┗蛘吲悸?lián)劑等表面改性納米粒子的方法。在水性TPU得到納米粒子均勻分散，且不成為獨立的兩相，制得穩(wěn)定分散均勻的復(fù)合乳液。
納米改性水性德國巴斯夫Elastollan SP9269 TPU材料的展望與應(yīng)用
由于納米材料原料來源較廣泛、制備工藝方便、經(jīng)濟節(jié)約、成本不高，以其自身固有的獨特功能和優(yōu)異特性，注入了新的希望為涂料的發(fā)展，并提供了條件為綠色涂料的發(fā)展，同時世界范圍促進了涂料產(chǎn)品日新月異。雖然在水性TPU中將納米材料添加使得復(fù)合材料的綜合性能可以提高，但對于納米改性水性TPU材料并不能提高所有性能。目前，研究納米改性水性TPU的方向主要包括了以下幾個方面:
研發(fā)高活性基團的分散劑，納米材料表面改性劑種類和用量進一步研究探索對涂料綜合性的影響機理，提供有力的理論為納米粒子分散劑及分散性能的選擇。
優(yōu)化納米改性水性TPU的合成工藝科學(xué)指導(dǎo)，從而使納米粒子在聚合物中能夠均勻穩(wěn)定的分散。