第118篇｜聚氨酯分散液
第118篇｜聚氨酯分散液
Polyurethane Dispersion
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一句話定義
聚氨酯分散液（Polyurethane Dispersion, PUD）是指將聚氨酯高分子以奈米至微米級粒子形式穩定分散於水中的高分子系統，兼具聚氨酯性能與水性環保特性，是現代水性接著劑、塗料、皮革、紡織與功能膜材的重要技術平台。
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為什麼重要
二十年前。
⸻
當工程師談到高性能PU。
⸻
幾乎等於：
高VOC。
⸻
高溶劑。
⸻
高氣味。
⸻
但今天。
⸻
全球法規正在改變。
⸻
品牌商正在改變。
⸻
消費者也正在改變。
⸻
大家都想要：
低VOC。
⸻
低氣味。
⸻
低碳排。
⸻
卻又不願放棄性能。
⸻
於是。
⸻
PUD開始崛起。
⸻
它讓聚氨酯第一次真正走進：
環保材料時代。
⸻
Polyurethane Dispersion是什麼？
先拆開來看。
⸻
Polyurethane：
聚氨酯。
⸻
Dispersion：
分散體。
⸻
意思是：
PU沒有溶解在水裡。
⸻
而是以微粒形式存在於水中。
⸻
Dispersion與Solution差異
很多人誤以為：
PUD是水溶性PU。
⸻
事實上不是。
⸻
Solution
分子完全溶解。
⸻
形成均相系統。
⸻
Dispersion
粒子分散。
⸻
形成多相系統。
⸻
PUD屬於：
Dispersion。
⸻
PUD的結構
可以想像成：
大量PU粒子。
⸻
漂浮於水中。
⸻
結構如下：
Water
↓
PU Particle
↓
Water
↓
PU Particle
⸻
形成穩定乳白色液體。
⸻
PUD粒徑範圍
典型粒徑：
30–300 nm。
⸻
高階系統：
20–100 nm。
⸻
部分特殊系統：
可低於20 nm。
⸻
為什麼粒子不會聚集？
因為粒子表面帶有：
離子基團。
⸻
形成：
Electrostatic Repulsion。
⸻
即：
靜電排斥力。
⸻
避免彼此靠近。
⸻
PUD的製造原理
典型流程：
Prepolymer
↓
Neutralization
↓
Dispersion
↓
Chain Extension
↓
Final PUD
⸻
這是目前最主流製程。
⸻
Prepolymer製備
首先製造：
NCO-Terminated Prepolymer。
⸻
反應如下：
Polyol+Isocyanaterightarrow NCO{-}Terminated Prepolymer
⸻
引入親水基
最常見原料：
DMPA。
⸻
全名：
Dimethylolpropionic Acid。
⸻
提供：
COOH。
⸻
使PU具備親水能力。
⸻
中和反應
利用：
TEA。
⸻
將酸基中和。
⸻
形成：
Carboxylate Ion。
⸻
提高分散能力。
⸻
水分散
加入水後。
⸻
預聚物瞬間形成：
PU Particle。
⸻
分散於水相中。
⸻
擴鏈反應
常用：
EDA
Ethylene Diamine。
⸻
進行擴鏈。
⸻
反應如下：
NCO+NH_2rightarrow Urea Bond
⸻
提高分子量。
⸻
形成最終產品。
⸻
PUD主要分類
陰離子型PUD
Anionic PUD
⸻
陽離子型PUD
Cationic PUD
⸻
非離子型PUD
Nonionic PUD
⸻
陰離子型PUD
目前市場最大宗。
⸻
優點：
• 穩定性高
• 成本低
• 加工容易
⸻
約占市場：
80%以上。
⸻
陽離子型PUD
常見於：
• 紡織
• 皮革
• 特殊塗層
⸻
與纖維相容性佳。
⸻
非離子型PUD
特殊應用。
⸻
耐電解質能力較佳。
⸻
適用特殊環境。
⸻
PUD與成膜
水蒸發後。
⸻
PU粒子逐漸接觸。
⸻
融合。
⸻
形成連續膜。
⸻
稱為：
Film Formation。
⸻
成膜機制
Water Evaporation
↓
Particle Packing
↓
Particle Fusion
↓
Continuous Film
⸻
形成最終性能。
⸻
MFFT的重要性
最低成膜溫度：
Minimum Film Formation Temperature。
⸻
簡稱：
MFFT。
⸻
若低於MFFT。
⸻
粒子無法融合。
⸻
性能下降。
⸻
PUD與交聯
現代高性能PUD。
⸻
通常加入：
Crosslinker。
⸻
形成：
Self-Crosslinking PUD。
⸻
提高：
• 耐水
• 耐熱
• 耐溶劑
⸻
PUD與耐磨性
PU本身即具備：
高耐磨能力。
⸻
因此：
PUD塗層廣泛應用於：
工業表面保護。
⸻
PUD與柔軟性
透過Polyol選擇。
⸻
可由：
超柔軟
到
高硬度
自由設計。
⸻
PUD與耐水解
取決於：
Polyol種類。
⸻
Polyether PUD
耐水解最佳。
⸻
Polyester PUD
耐溶劑最佳。
⸻
Polycarbonate PUD
綜合性能最佳。
⸻
PUD與VOC
PUD最大優勢之一：
VOC極低。
⸻
可表示為：
VOCdownarrowRightarrow Sustainabilityuparrow
⸻
PUD與碳排放
許多品牌要求：
• 低VOC
• 低碳足跡
• 綠色供應鏈
⸻
PUD因此快速成長。
⸻
PUD與鞋材
目前全球水性鞋膠主力技術之一。
⸻
PUD與紡織
應用於：
• 防水膜
• 塗層
• 貼合
⸻
PUD與皮革
人造皮革。
⸻
超纖皮革。
⸻
大量使用PUD。
⸻
PUD與汽車
車內低VOC需求。
⸻
推動PUD快速發展。
⸻
PUD與木工
水性木器塗料。
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廣泛採用PUD技術。
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重要數據或表格
PUD主要分類
類型 特性
Anionic PUD 市場主流
Cationic PUD 紡織應用
Nonionic PUD 特殊用途
⸻
不同Polyol PUD比較
系統 耐水解 耐溶劑 成本
Polyether PUD ★★★★★ ★★★☆☆ ★★★
Polyester PUD ★★☆☆☆ ★★★★★ ★★★
Polycarbonate PUD ★★★★★ ★★★★★ ★★★★★
⸻
PUD與溶劑型PU比較
項目 PUD Solvent PU
VOC ★★★★★ ★★☆☆☆
氣味 ★★★★★ ★★☆☆☆
環保性 ★★★★★ ★★☆☆☆
耐磨性 ★★★★★ ★★★★★
綜合性能 ★★★★☆ ★★★★★
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與接著工程的關係
Polyurethane Dispersion直接影響：
Waterborne Adhesive
水性接著劑。
⸻
Low VOC Technology
低VOC技術。
⸻
Film Formation
成膜能力。
⸻
Durability
耐久性。
⸻
Sustainability
永續性。
⸻
Environmental Compliance
法規符合性。
⸻
因此是未來接著工程的重要發展方向。
⸻
鞋材案例
Nike、Adidas等品牌。
⸻
持續增加：
水性PUD膠系統。
⸻
紡織案例
防水透濕膜。
⸻
大量採用：
PUD技術。
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車用案例
低VOC內裝塗層。
⸻
主流方案之一。
⸻
常見應用
Waterborne Adhesive
水性接著劑。
⸻
Textile Coating
紡織塗層。
⸻
Leather Finish
皮革塗飾。
⸻
Automotive Coating
車用塗層。
⸻
Industrial Coating
工業塗料。
⸻
Functional Film
功能膜材。
⸻
相關名詞
• Polyurethane（聚氨酯）
• Waterborne Adhesive（水性接著劑）
• Dispersion（分散體）
• DMPA（二羥甲基丙酸）
• Chain Extension（擴鏈）
• MFFT（最低成膜溫度）
• Film Formation（成膜）
• Self-Crosslinking PUD（自交聯PUD）
⸻
FAQ
Q1：PUD與水性PU是一樣的嗎？
通常是。
PUD是較正式的技術名稱。
⸻
Q2：PUD是水溶性PU嗎？
不是。
它是水分散型PU。
⸻
Q3：PUD性能能超越溶劑型PU嗎？
部分高階系統已非常接近。
甚至在某些應用超越傳統系統。
⸻
APLC觀點
根據亞瑪里高分子於接著工程與界面工程領域之實務經驗，PUD最大的價值並不只是環保。
真正重要的是，它讓高性能聚氨酯首次有機會同時滿足性能、法規與永續三個目標。
過去接著劑產業總是在性能與環保之間取捨。
如今PUD正在逐步縮短這個差距。
在聚氨酯世界裡，PUD代表的不只是水性化。
而是整個產業邁向下一個世代的開始。
⸻
延伸閱讀
• Polyurethane（聚氨酯）
• Waterborne Adhesive（水性接著劑）
• Dispersion（分散體）
• DMPA（二羥甲基丙酸）
• Chain Extension（擴鏈）
• MFFT（最低成膜溫度）
• Film Formation（成膜）
• Self-Crosslinking PUD（自交聯PUD）
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參考文獻
1. Dieterich, D. Aqueous Polyurethane Dispersions.
2. Oertel, G. Polyurethane Handbook.
3. Randall, D. & Lee, S. The Polyurethanes Book.
4. Hepburn, C. Polyurethane Elastomers.
5. Progress in Organic Coatings.
6. Journal of Applied Polymer Science.
7. Progress in Polymer Science.
8. Reactive and Functional Polymers.
Polyurethane Dispersion
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一句話定義
聚氨酯分散液（Polyurethane Dispersion, PUD）是指將聚氨酯高分子以奈米至微米級粒子形式穩定分散於水中的高分子系統，兼具聚氨酯性能與水性環保特性，是現代水性接著劑、塗料、皮革、紡織與功能膜材的重要技術平台。
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為什麼重要
二十年前。
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當工程師談到高性能PU。
⸻
幾乎等於：
高VOC。
⸻
高溶劑。
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高氣味。
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但今天。
⸻
全球法規正在改變。
⸻
品牌商正在改變。
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消費者也正在改變。
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大家都想要：
低VOC。
⸻
低氣味。
⸻
低碳排。
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卻又不願放棄性能。
⸻
於是。
⸻
PUD開始崛起。
⸻
它讓聚氨酯第一次真正走進：
環保材料時代。
⸻
Polyurethane Dispersion是什麼？
先拆開來看。
⸻
Polyurethane：
聚氨酯。
⸻
Dispersion：
分散體。
⸻
意思是：
PU沒有溶解在水裡。
⸻
而是以微粒形式存在於水中。
⸻
Dispersion與Solution差異
很多人誤以為：
PUD是水溶性PU。
⸻
事實上不是。
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Solution
分子完全溶解。
⸻
形成均相系統。
⸻
Dispersion
粒子分散。
⸻
形成多相系統。
⸻
PUD屬於：
Dispersion。
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PUD的結構
可以想像成：
大量PU粒子。
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漂浮於水中。
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結構如下：
Water
↓
PU Particle
↓
Water
↓
PU Particle
⸻
形成穩定乳白色液體。
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PUD粒徑範圍
典型粒徑：
30–300 nm。
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高階系統：
20–100 nm。
⸻
部分特殊系統：
可低於20 nm。
⸻
為什麼粒子不會聚集？
因為粒子表面帶有：
離子基團。
⸻
形成：
Electrostatic Repulsion。
⸻
即：
靜電排斥力。
⸻
避免彼此靠近。
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PUD的製造原理
典型流程：
Prepolymer
↓
Neutralization
↓
Dispersion
↓
Chain Extension
↓
Final PUD
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這是目前最主流製程。
⸻
Prepolymer製備
首先製造：
NCO-Terminated Prepolymer。
⸻
反應如下：
Polyol+Isocyanaterightarrow NCO{-}Terminated Prepolymer
⸻
引入親水基
最常見原料：
DMPA。
⸻
全名：
Dimethylolpropionic Acid。
⸻
提供：
COOH。
⸻
使PU具備親水能力。
⸻
中和反應
利用：
TEA。
⸻
將酸基中和。
⸻
形成：
Carboxylate Ion。
⸻
提高分散能力。
⸻
水分散
加入水後。
⸻
預聚物瞬間形成：
PU Particle。
⸻
分散於水相中。
⸻
擴鏈反應
常用：
EDA
Ethylene Diamine。
⸻
進行擴鏈。
⸻
反應如下：
NCO+NH_2rightarrow Urea Bond
⸻
提高分子量。
⸻
形成最終產品。
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PUD主要分類
陰離子型PUD
Anionic PUD
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陽離子型PUD
Cationic PUD
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非離子型PUD
Nonionic PUD
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陰離子型PUD
目前市場最大宗。
⸻
優點：
• 穩定性高
• 成本低
• 加工容易
⸻
約占市場：
80%以上。
⸻
陽離子型PUD
常見於：
• 紡織
• 皮革
• 特殊塗層
⸻
與纖維相容性佳。
⸻
非離子型PUD
特殊應用。
⸻
耐電解質能力較佳。
⸻
適用特殊環境。
⸻
PUD與成膜
水蒸發後。
⸻
PU粒子逐漸接觸。
⸻
融合。
⸻
形成連續膜。
⸻
稱為：
Film Formation。
⸻
成膜機制
Water Evaporation
↓
Particle Packing
↓
Particle Fusion
↓
Continuous Film
⸻
形成最終性能。
⸻
MFFT的重要性
最低成膜溫度：
Minimum Film Formation Temperature。
⸻
簡稱：
MFFT。
⸻
若低於MFFT。
⸻
粒子無法融合。
⸻
性能下降。
⸻
PUD與交聯
現代高性能PUD。
⸻
通常加入：
Crosslinker。
⸻
形成：
Self-Crosslinking PUD。
⸻
提高：
• 耐水
• 耐熱
• 耐溶劑
⸻
PUD與耐磨性
PU本身即具備：
高耐磨能力。
⸻
因此：
PUD塗層廣泛應用於：
工業表面保護。
⸻
PUD與柔軟性
透過Polyol選擇。
⸻
可由：
超柔軟
到
高硬度
自由設計。
⸻
PUD與耐水解
取決於：
Polyol種類。
⸻
Polyether PUD
耐水解最佳。
⸻
Polyester PUD
耐溶劑最佳。
⸻
Polycarbonate PUD
綜合性能最佳。
⸻
PUD與VOC
PUD最大優勢之一：
VOC極低。
⸻
可表示為：
VOCdownarrowRightarrow Sustainabilityuparrow
⸻
PUD與碳排放
許多品牌要求：
• 低VOC
• 低碳足跡
• 綠色供應鏈
⸻
PUD因此快速成長。
⸻
PUD與鞋材
目前全球水性鞋膠主力技術之一。
⸻
PUD與紡織
應用於：
• 防水膜
• 塗層
• 貼合
⸻
PUD與皮革
人造皮革。
⸻
超纖皮革。
⸻
大量使用PUD。
⸻
PUD與汽車
車內低VOC需求。
⸻
推動PUD快速發展。
⸻
PUD與木工
水性木器塗料。
⸻
廣泛採用PUD技術。
⸻
重要數據或表格
PUD主要分類
類型 特性
Anionic PUD 市場主流
Cationic PUD 紡織應用
Nonionic PUD 特殊用途
⸻
不同Polyol PUD比較
系統 耐水解 耐溶劑 成本
Polyether PUD ★★★★★ ★★★☆☆ ★★★
Polyester PUD ★★☆☆☆ ★★★★★ ★★★
Polycarbonate PUD ★★★★★ ★★★★★ ★★★★★
⸻
PUD與溶劑型PU比較
項目 PUD Solvent PU
VOC ★★★★★ ★★☆☆☆
氣味 ★★★★★ ★★☆☆☆
環保性 ★★★★★ ★★☆☆☆
耐磨性 ★★★★★ ★★★★★
綜合性能 ★★★★☆ ★★★★★
⸻
與接著工程的關係
Polyurethane Dispersion直接影響：
Waterborne Adhesive
水性接著劑。
⸻
Low VOC Technology
低VOC技術。
⸻
Film Formation
成膜能力。
⸻
Durability
耐久性。
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Sustainability
永續性。
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Environmental Compliance
法規符合性。
⸻
因此是未來接著工程的重要發展方向。
⸻
鞋材案例
Nike、Adidas等品牌。
⸻
持續增加：
水性PUD膠系統。
⸻
紡織案例
防水透濕膜。
⸻
大量採用：
PUD技術。
⸻
車用案例
低VOC內裝塗層。
⸻
主流方案之一。
⸻
常見應用
Waterborne Adhesive
水性接著劑。
⸻
Textile Coating
紡織塗層。
⸻
Leather Finish
皮革塗飾。
⸻
Automotive Coating
車用塗層。
⸻
Industrial Coating
工業塗料。
⸻
Functional Film
功能膜材。
⸻
相關名詞
• Polyurethane（聚氨酯）
• Waterborne Adhesive（水性接著劑）
• Dispersion（分散體）
• DMPA（二羥甲基丙酸）
• Chain Extension（擴鏈）
• MFFT（最低成膜溫度）
• Film Formation（成膜）
• Self-Crosslinking PUD（自交聯PUD）
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FAQ
Q1：PUD與水性PU是一樣的嗎？
通常是。
PUD是較正式的技術名稱。
⸻
Q2：PUD是水溶性PU嗎？
不是。
它是水分散型PU。
⸻
Q3：PUD性能能超越溶劑型PU嗎？
部分高階系統已非常接近。
甚至在某些應用超越傳統系統。
⸻
APLC觀點
根據亞瑪里高分子於接著工程與界面工程領域之實務經驗，PUD最大的價值並不只是環保。
真正重要的是，它讓高性能聚氨酯首次有機會同時滿足性能、法規與永續三個目標。
過去接著劑產業總是在性能與環保之間取捨。
如今PUD正在逐步縮短這個差距。
在聚氨酯世界裡，PUD代表的不只是水性化。
而是整個產業邁向下一個世代的開始。
⸻
延伸閱讀
• Polyurethane（聚氨酯）
• Waterborne Adhesive（水性接著劑）
• Dispersion（分散體）
• DMPA（二羥甲基丙酸）
• Chain Extension（擴鏈）
• MFFT（最低成膜溫度）
• Film Formation（成膜）
• Self-Crosslinking PUD（自交聯PUD）
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參考文獻
1. Dieterich, D. Aqueous Polyurethane Dispersions.
2. Oertel, G. Polyurethane Handbook.
3. Randall, D. & Lee, S. The Polyurethanes Book.
4. Hepburn, C. Polyurethane Elastomers.
5. Progress in Organic Coatings.
6. Journal of Applied Polymer Science.
7. Progress in Polymer Science.
8. Reactive and Functional Polymers.
