磺酸型水性PU的種類、應用領域與優劣勢

文: 蘇智禾 / 聚和國際 分析技術組

攝影師：Ivan Samkov: https://www.pexels.com/zh-tw/photo/9628854/

何謂聚氨酯(polyurethane, PU)

由異氰酸酯與多元醇聚合而成，具有橡膠的彈性韌性，又有塑料的強度及優異的加工性，廣泛應用於油漆、海綿、接著劑、皮革、塗料、敷料、生物醫學等領域。
 

傳統溶劑型聚氨酯 VS 水性聚氨酯

傳統溶劑型聚氨酯在生產過程中，會使用大量有機溶劑，在近年環保意識越來越受到重視的情況下，發展水性聚氨酯可大幅降低溶劑的使用量，甚至無須使用溶劑(CN1869091A, 2006)。如此所產生的揮發性有機物(Volatile Organic Compounds, VOCs)大幅下降，不僅有益於環境保護，也能減少產線員工的健康危害。
 

水性聚氨酯的種類

水性聚氨酯種類可根據親水基團類型分為陽離子、陰離子及非離子型：

1. 陽離子型：基團多為季銨鹽(CN105601876A, 2016)

1. 其季胺鹽基團受熱易分解或產生逆反應，耐熱性不佳。近年發現在紡織、皮革塗飾、造紙、木器漆的應用上，因正電荷與纖維的結合性好，有較好的滲透性(CN111533875A, 2020)，研究發現，結合殼聚糖具有優異的抗菌性、生物可降解性、生物相容性，可應用於食品包裝、藥物釋放載體等(CN106700021A,2017)

2. 2 非離子型：基團有乙氧基(CN101638472A, 2009)、聚乙二醇醚(CN108164650B, 2017)

1. 由於乳液穩定性及膠膜性能較差，固含量低，應用較少。需要依情況加入功能助劑，如:潤濕劑、流平劑、消泡劑、抗氧化劑等(WO2021103376A1, 2019)

3. 3 陰離子型：基團分為羧酸型(CN104356330B, 2014)、磷酸型(KR101858774B1,2010)及磺酸型(CN107446105B, 2017)

1. 陰離子型水性聚氨酯受到的研究最為廣泛，常見的羧酸型水性聚氨酯，解離度低，導致其耐熱性差、固含量低，水含量高意味著蒸發熱高、乾燥時間長(CN111454420B, 2020)，需要在鹼性環境下才能穩定保存，製程中也常採用揮發性的胺類物質中和成鹽，在儲存過程中胺類物質易分解及揮發，因此容易有異味。

磺酸型水性聚氨酯解離度高，乳膠粒子靜電排斥力大，乳液穩定，具備高固含量，熱穩定性、耐水性、黏著性佳，製程無須透過胺中和，成品而無異味(CN108976371B, 2018)，以下針對磺酸型水性聚氨酯的應用及發展作介紹。
 

磺酸型水性聚氨酯的應用及發展

表面修飾

隨著經濟發展，人們對於產品的表面要求也愈加的提高。表面修飾有兩個發展面向，一是高透明高光澤度，一是消光。傳統聚氨酯的消光能力主要通過分散於聚氨酯中的蠟粉、二氧化矽的填料來增加表面粗糙度，進而減少光線的反射，達到消光的效果，但此類做法，分散性為最大的問題。

後來發展出在合成中控制粒徑大小，達到控制乾燥表面的粗糙度，無須添加消光劑的技術，避免消光劑分散性不佳造成的塗層泛白、掛霜、脆性大、易破碎脫落等問題(CN106519133B,2016)

膠帶

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