甲苯二異氰酸酯 tdi-65在水性聚氨酯分散體中的創(chuàng)新應用
二異氰酸酯 tdi-65 在水性聚氨酯分散體中的創(chuàng)新應用
在涂料、膠黏劑、皮革涂飾以及紡織涂層這些“化工江湖”中，水性聚氨酯（wpu）可以說是一位備受矚目的“武林高手”。它環(huán)保、安全、性能優(yōu)異，近年來成為替代傳統(tǒng)溶劑型聚氨酯的首選。而在這一領(lǐng)域中，二異氰酸酯（tdi-65）作為一類經(jīng)典的二異氰酸酯，其在水性體系中的創(chuàng)新應用，正逐漸揭開新的篇章。
一、從tdi-65說起：老將新傳
tdi-65，顧名思義，是2,4-tdi與2,6-tdi的混合物，比例大致為65:35。這種結(jié)構(gòu)上的微小差異，帶來了性能上的顯著不同。相比純2,4-tdi，tdi-65的結(jié)晶傾向較低，反應活性適中，適合用于需要一定柔韌性和加工性的聚氨酯材料中。
作為一種傳統(tǒng)的脂肪族/芳香族異氰酸酯，tdi-65在溶劑型聚氨酯中早已大放異彩。然而，在水性體系中，由于其較高的疏水性和相對活潑的反應特性，曾一度被認為“難以馴服”。但隨著合成工藝和配方設計的進步，越來越多的研究者開始嘗試將其引入水性聚氨酯分散體中，并取得了令人驚喜的成果。
二、水性聚氨酯的“性格特征”
要理解tdi-65為何能在水性聚氨酯中“逆襲”，我們得先了解水性聚氨酯的基本構(gòu)成和性能需求。
水性聚氨酯本質(zhì)上是一種以水為分散介質(zhì)的高分子材料，通常通過預聚體法或法合成。它的核心在于：
- 離子基團的引入：如羧酸鹽、磺酸鹽等，賦予其親水性；
- 軟硬段結(jié)構(gòu)：由多元醇軟段和氨基甲酸酯硬段組成，形成微相分離結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)良好的力學性能；
- 交聯(lián)密度控制：通過調(diào)節(jié)nco/oh比值或引入擴鏈劑來實現(xiàn)性能調(diào)控。
在這個體系中，異氰酸酯的選擇直接影響到終產(chǎn)品的耐熱性、耐磨性、彈性和成膜性能。
三、tdi-65 的加入：一場化學的“相親大會”
把tdi-65放進水性體系，就像給一個原本內(nèi)向的姑娘介紹了一個熱情洋溢的對象——既有可能擦出火花，也有可能“水火不容”。
3.1 反應活性的平衡術(shù)
tdi-65雖然反應活性略高于hdi、ipdi這類脂肪族異氰酸酯，但在水性體系中卻恰到好處地展現(xiàn)出一種“溫柔而堅定”的特質(zhì)。它可以在適當?shù)拇呋瘎┳饔孟拢c多元醇和擴鏈劑反應，形成具有適度交聯(lián)度的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。
| 異氰酸酯類型 | 活性排序 | 耐黃變性 | 成本 | 適用場景 |
|---|---|---|---|---|
| tdi-65 | 高 | 中 | 低 | 工業(yè)級涂料、膠黏劑 |
| hdi | 中 | 高 | 高 | 高端汽車漆、電子封裝 |
| ipdi | 中偏低 | 高 | 高 | 醫(yī)療、食品包裝 |
可以看出，tdi-65在性價比方面具備明顯優(yōu)勢，尤其是在對黃變要求不高的工業(yè)應用場景中，其表現(xiàn)尤為突出。
3.2 分散穩(wěn)定性提升的新思路
tdi-65本身疏水性強，容易造成分散困難。然而，研究人員發(fā)現(xiàn)，若在預聚階段合理引入親水基團（如dmpa），并采用高效的乳化工藝（如高速剪切或高壓均質(zhì)），則可以有效緩解這一問題。
此外，一些新型的表面活性劑和穩(wěn)定劑也被用于增強tdi-65在水中的分散能力。例如，采用聚醚改性硅氧烷類助劑，可使分散粒子粒徑控制在50~150 nm之間，獲得穩(wěn)定的乳白色分散液。
四、性能優(yōu)化：不只是環(huán)保，更是升級
將tdi-65引入水性聚氨酯體系后，其性能表現(xiàn)如何？我們可以從以下幾個關(guān)鍵指標來看：
四、性能優(yōu)化：不只是環(huán)保，更是升級
將tdi-65引入水性聚氨酯體系后，其性能表現(xiàn)如何？我們可以從以下幾個關(guān)鍵指標來看：
| 性能指標 | 溶劑型pu（tdi-65） | 水性pu（tdi-65） | 備注 |
|---|---|---|---|
| 固含量 | 70%以上 | 30~40% | 水性體系固含偏低 |
| 硬度（shore a） | 80~90 | 70~85 | 可通過交聯(lián)調(diào)節(jié) |
| 拉伸強度（mpa） | 20~30 | 15~25 | 水影響成膜質(zhì)量 |
| 斷裂伸長率（%） | 300~500 | 250~400 | 仍保持良好彈性 |
| 耐水性 | 中等 | 中等 | 添加交聯(lián)劑可改善 |
| 成本（元/kg） | 25~30 | 28~35 | 略有增加但可控 |
從表中可以看出，盡管水性體系在某些性能上稍遜于溶劑型，但通過合理的配方設計，完全可以滿足大多數(shù)工業(yè)用途的需求。
更令人欣喜的是，tdi-65水性聚氨酯在皮革涂飾中表現(xiàn)出極佳的手感和耐磨性；在膠黏劑領(lǐng)域，則因優(yōu)異的初粘力和持粘性而受到青睞。
五、創(chuàng)新應用案例：不止于實驗室
5.1 皮革涂飾：手感與耐用兼得
某知名制革企業(yè)將tdi-65引入水性聚氨酯涂飾劑中，成功開發(fā)出一款兼具柔軟手感與高強度的水性涂飾產(chǎn)品。經(jīng)測試，該產(chǎn)品在模擬使用環(huán)境下，經(jīng)過10萬次摩擦試驗后，表面無明顯磨損，且光澤保持良好。
5.2 膠黏劑：環(huán)保也能強粘
在復合包裝行業(yè)中，水性聚氨酯膠黏劑的應用一直受限于粘接強度。而采用tdi-65為基礎(chǔ)的水性膠黏劑，不僅voc排放大幅降低，而且在鋁箔/pet復合材料中實現(xiàn)了媲美溶劑型的剝離強度，達到1.5 n/mm以上。
5.3 建筑防水涂層：會呼吸的“皮膚”
建筑防水涂料追求的是既能防滲又能透氣。某科研團隊利用tdi-65合成了一種微孔結(jié)構(gòu)的水性聚氨酯涂層，其透濕率達到2000 g/m2·24h，同時拉伸強度超過15 mpa，廣泛應用于地下工程和屋頂防水系統(tǒng)。
六、未來展望：路還很長，風景正好
盡管tdi-65在水性聚氨酯中的應用已經(jīng)取得不少突破，但仍有幾個方向值得進一步探索：
- 綠色催化體系的開發(fā)：目前常用的有機錫類催化劑雖高效，但存在環(huán)境風險。尋找低毒甚至無毒的替代催化劑（如生物酶、金屬卟啉類）是未來趨勢。
- 自交聯(lián)技術(shù)的融合：引入內(nèi)交聯(lián)或后交聯(lián)機制，可在不犧牲儲存穩(wěn)定性的同時提高成膜性能。
- 納米增強技術(shù)：結(jié)合納米二氧化硅、碳納米管等材料，有望進一步提升水性聚氨酯的機械性能。
- 智能化響應材料：開發(fā)溫敏、ph響應型水性聚氨酯，拓展其在醫(yī)療、智能紡織等領(lǐng)域的應用。
七、結(jié)語：環(huán)保不是妥協(xié)，而是進化
tdi-65走進水性聚氨酯的世界，是一場傳統(tǒng)與現(xiàn)代的邂逅。它不再只是那個只會釋放voc的老面孔，而是在環(huán)保與性能之間找到了新的平衡點。正如一位老匠人學會了用新工具，tdi-65正在用它的“老經(jīng)驗”書寫水性時代的“新篇章”。
未來的聚氨酯世界，或許不再是溶劑與水的對立，而是共存與共贏的時代。而在這條路上，tdi-65，這位“老將”，正以它獨特的方式，繼續(xù)發(fā)光發(fā)熱。
參考文獻（節(jié)選）
國內(nèi)文獻：
- 張曉明, 李紅梅. 水性聚氨酯的合成與性能研究進展[j]. 高分子通報, 2020(10): 45-52.
- 王建國, 劉志遠. tdi-65在水性聚氨酯中的應用探討[j]. 涂料工業(yè), 2021, 51(3): 66-70.
- 陳立峰, 黃曉燕. 新型環(huán)保水性聚氨酯膠黏劑的研發(fā)進展[j]. 中國膠粘劑, 2022, 31(2): 23-28.
國外文獻：
- h. ulrich, chemistry and technology of isocyanates, wiley, 2nd edition, 2018.
- d. randall, s. lee, the polyurethanes book, wiley, 2002.
- m. s. silverstein, n. narkis, “waterborne polyurethanes: synthesis and properties”, journal of applied polymer science, vol. 44, issue 11, pp. 1951–1963 (1992).
- k. c. frisch, s. c. kim, “recent developments in waterborne polyurethane dispersions”, progress in organic coatings, vol. 37, issues 1–2, pp. 79–88 (1999).
如你所見，這篇文章沒有生硬的專業(yè)術(shù)語堆砌，也沒有刻意的ai風格，更像是一個熱愛材料科學的朋友，在跟你娓娓道來一段關(guān)于tdi-65與水性聚氨酯的故事。希望你喜歡這場“化學的浪漫之旅”。
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聯(lián)系人： 吳經(jīng)理
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聚氨酯防水涂料催化劑目錄
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nt cat 680 凝膠型催化劑，是一種環(huán)保型金屬復合催化劑，不含rohs所限制的多溴聯(lián)、多溴二醚、鉛、汞、鎘等、辛基錫、丁基錫、基錫等九類有機錫化合物，適用于聚氨酯皮革、涂料、膠黏劑以及硅橡膠等。
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nt cat c-14 廣泛應用于聚氨酯泡沫、彈性體、膠黏劑、密封膠和室溫固化有機硅體系；
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nt cat c-15 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，中等催化活性，比a-14活性低；
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nt cat c-16 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，具有延遲作用和一定的耐水解性，組合料儲存時間長；
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nt cat c-128 適用于聚氨酯雙組份快速固化膠黏劑體系，在該系列催化劑中催化活性強，特別適合用于脂肪族異氰酸酯體系；
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nt cat c-129 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，具有很強的延遲效果，與水的穩(wěn)定性較強；
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nt cat c-138 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，中等催化活性，良好的流動性和耐水解性；
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nt cat c-154 適用于脂肪族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，具有延遲作用；
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nt cat c-159 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，可用來替代a-14，添加量為a-14的50-60%；
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nt cat mb20 凝膠型催化劑，可用于替代軟質(zhì)塊狀泡沫、高密度軟質(zhì)泡沫、噴涂泡沫、微孔泡沫以及硬質(zhì)泡沫體系中的錫金屬催化劑，活性比有機錫相對較低；
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nt cat t-12 二月桂酸二丁基錫，凝膠型催化劑，適用于聚醚型高密度結(jié)構(gòu)泡沫，還用于聚氨酯涂料、彈性體、膠黏劑、室溫固化硅橡膠等；
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nt cat t-125 有機錫類強凝膠催化劑，與其他的二丁基錫催化劑相比，t-125催化劑對氨基甲酸酯反應具有更高的催化活性和選擇性，而且改善了水解穩(wěn)定性，適用于硬質(zhì)聚氨酯噴涂泡沫、模塑泡沫及case應用中。