阳离子水性含氟聚氨酯的制备(3)
1.1 阳离子水性含氟聚氨酯的概述
由于环保需要，水性聚氨酯的应用范围越来越广，而且对于阴离子水性聚氨酯的研究报道非常多，其产品也已实现了工业化。因为阳离子水性聚氨酯一般为季铵盐型，对预聚体进行季铵盐化工序比较复杂，乳化产品不够稳定，给工业化生产带来困难，所以对阳离子水性聚氨酯的研究报道较少。但阳离子型水性聚氨酯的骨架上带有阳离子，使其具有独特的性能：阳离子水性聚氨酯对水的硬度不敏感，可以在酸性条件下使用。在皮革、涂料、纺织和造纸等领域有着较好的应用。但是普通的阳离子水性聚氨酯较难成膜或成膜后力学性能较差，在阳离子水性聚氨酯的主链或侧链上加上氟原子可改善聚氨酯的弹性、力学性能、耐磨性、耐腐蚀性、耐紫外线和优异的表面性能等，阳离子含氟水性聚氨酯是具有发展前途的新型高分子材料。
1.2 阳离子含氟水性聚氨酯的反应机理
合成阳离子水性聚氨酯时，一般通过两种途径引入阳离子。
一是用卤素元素化合物引入阳离子，该机理先将聚醚或者聚酯二醇与二异氰酸酯制成预聚体：加入溶剂降低粘度后，加入卤素元素化合物 (如2,3一二溴丁二酸)扩链,然后再加入溶剂降低粘度，加入三乙胺季铵化,搅拌离子化，将离子化后的PU分散到水中,高速剪切乳化,最后蒸除溶剂。该机理的季铵化是SN2(亲核取代反应)；
二是用叔胺化合物引入阳离子，该机理首先将聚醚或者聚酯二醇与二异氰酸酯制成预聚体，加入溶剂降低粘度后，用叔胺化合物(如IV_甲基二乙醇胺)扩链，再加入溶剂降低粘度，然后加入离子化试剂如乙酸，搅拌离子化。将离子化后的PU分散到水中，高速剪切乳化，最后蒸除溶剂。该机理的季铵化是酸碱中和。
1.3 阳离子含氟水性聚氨酯的制备原理和方法
阳离子含氟水性聚氨酯的制备原理与水性聚氨酯的相同，水性聚氨酯的合成及其改性研究水性聚氨酯的制备方法归纳为:外乳化法和自乳化法，其中自乳化法的制备工艺有丙酮法和预聚体分散法。
1.3.1 外乳化法
最早制备水性聚氨酯是采用外乳化法进行的，其原理是先制备一定分子量的聚氨酯预聚体，在搅拌下加入适当的乳化剂，在强烈搅拌下经强力剪切作用将其分散于水中，依靠外部机械力制成聚氨酯乳液。可以在水中进行扩链(常用乙二胺)生成高分子量的聚氨酯乳液。此法制得的聚氨酯粒径较大(一般大于1um)，稳定性较差。因使用了较多的乳化剂，产品的成膜性不好，并影响涂膜的耐水性、强韧性和粘着性，限制了使用范围。一般只使用于要求不高的材料表面处理，如羊毛不粘处理等。
1.3.2 自乳化法
20世纪吹冰十年代，发展起来一种不用乳化剂来制备稳定的能成膜的聚氨酯乳液的新方法——自乳化法或内乳化法。其主要原理是在聚氨酯链上引入一些亲水性基团，使聚氨酯分子具有一定的亲水性，然后在剧烈搅拌下，不外加乳化剂，凭借这些亲水基团使之自发地分散于水中，从而制成水性聚氨酯。通过调节亲水性基团与疏水性基团的比例，可以制得多种类型的水性聚氨酯。自乳化法制得的水性聚氨酯乳液粒径小，稳定性高，成膜性、粘附性好，是目前制备水性聚氨酯的主要方法。
1.4 阳离子含氟水性聚氨酯的原料
1.4.1 低聚物多元醇
水性聚氨酯制备中常用的低聚物多元醇一般以聚醚二醇、聚酯二醇居多，有时还使用聚醚三醇、低支化度聚酯多元醇、聚碳酸酯二醇等。