水性聚氨酯（Waterborne Polyurethane, WPU）是一种以水为分散介质的高分子材料，通过将聚氨酯树脂分散在水中形成稳定的乳液或分散液。与传统溶剂型聚氨酯相比，水性聚氨酯具有环保、低VOC（挥发性有机物）排放、安全无毒等优势，广泛应用于涂料、胶粘剂、纺织、皮革、医疗等领域。

1. 基本组成与结构

● 主要原料：多元醇（如聚醚、聚酯）、异氰酸酯（如TDI、MDI、IPDI）、亲水扩链剂（如DMPA、羧酸盐）、中和剂（如三乙胺）等。

● 结构特点：分子链中引入亲水基团（如羧基、磺酸基、季铵盐），使其能够在水相中稳定分散，同时保留聚氨酯的弹性、耐磨性等特性。

2. 制备方法

● 预聚体法：先合成端-NCO基团的预聚体，再加入亲水扩链剂中和，最后分散于水中。

● 丙酮法：在丙酮溶剂中合成聚氨酯，再乳化分散后脱除溶剂。

● 熔融分散法：通过高温熔融反应制备，无需溶剂，环保性更高。

3. 性能特点

● 环保性：无溶剂挥发，符合严格的环保法规（如REACH、RoHS）。

● 物理性能：兼具柔韧性和硬度，耐磨、耐冲击、耐化学腐蚀。

● 成膜性：可在常温下成膜，与基材（如木材、金属、塑料）附着力强。

● 耐候性：部分产品可通过改性（如添加UV吸收剂）提升耐黄变和耐老化性能。

● 可调性：通过调整多元醇类型、异氰酸酯比例、交联度等，可定制不同性能的产品。

4. 应用领域

● 涂料：木器漆、金属防腐涂料、汽车内饰涂料、地坪涂料等。

● 胶粘剂：鞋材、包装、纺织层压、复合薄膜等。

● 纺织与皮革：用作涂层剂，提升防水性、透气性和手感。

● 医疗：生物相容性材料，用于敷料、导管等。

● 新能源：锂离子电池隔膜涂层、柔性电子器件封装。

5. 局限性

● 耐水性：亲水基团的存在可能导致长期耐水性较差，需通过交联或疏水改性改善。

● 成膜效率：干燥速度较溶剂型慢，可能需要烘烤设备。

● 成本：原料（如高纯度异氰酸酯）和工艺成本较高。

● 储存稳定性：对pH值、温度敏感，长期储存可能发生乳液破乳。

6. 发展趋势

● 高性能化：开发耐高温、高强度的水性聚氨酯。

● 功能化：添加抗菌、阻燃、导电等功能性填料。

● 生物基原料：采用可再生资源（如植物油、淀粉）替代石油基多元醇。

● 复合技术：与丙烯酸、环氧树脂等复合，提升综合性能。

总结

水性聚氨酯凭借其环保性和多功能性，正逐步替代传统溶剂型产品，成为绿色化学领域的重点发展方向。未来随着技术的突破，其应用场景将更加广泛，性能也将进一步优化。

（本文仅供参考；若有技术问题，可咨询在线工程师）