第114篇｜聚氨酯分散體
第114篇｜聚氨酯分散體
Polyurethane Dispersion (PUD)
⸻
一句話定義
聚氨酯分散體（Polyurethane Dispersion, PUD）是將聚氨酯高分子以微粒形式穩定分散於水中的水性聚氨酯系統，兼具聚氨酯優異性能與水性環保特性，是目前高性能水性接著劑、塗料與功能材料的重要技術平台。
⸻
為什麼重要
如果說：
傳統PU。
⸻
代表性能。
⸻
那麼：
PUD。
⸻
代表未來。
⸻
過去幾十年。
⸻
全球PU產業主要依賴：
溶劑。
⸻
甲苯。
⸻
MEK。
⸻
乙酸乙酯。
⸻
DMF。
⸻
NMP。
⸻
提供加工能力。
⸻
但環保法規愈來愈嚴格。
⸻
VOC限制愈來愈高。
⸻
於是產業開始思考：
能不能保留PU性能。
⸻
又不用大量溶劑？
⸻
答案就是：
PUD。
⸻
PUD是什麼？
PUD全名：
Polyurethane Dispersion。
⸻
中文：
聚氨酯分散體。
⸻
不是溶液。
⸻
而是：
Dispersion。
⸻
也就是：
PU微粒分散在水中。
⸻
Dispersion與Solution差異
Solution
完全溶解。
⸻
分子級存在。
⸻
Dispersion
微粒懸浮。
⸻
奈米至微米級存在。
⸻
PUD屬於後者。
⸻
PUD基本結構
可簡化表示：
Water
• ●
PU Particle
• ●
Ionic Group
⸻
形成穩定系統。
⸻
PUD如何製造？
典型流程：
Prepolymer Formation
↓
Neutralization
↓
Dispersion in Water
↓
Chain Extension
↓
PUD Formation
⸻
這是全球最主流製程。
⸻
第一步：預聚物製備
首先製造：
NCO-Terminated Prepolymer。
⸻
反應如下：
Polyol+Isocyanaterightarrow NCO{-}Terminated Prepolymer
⸻
第二步：導入親水基
加入：
DMPA
Dimethylolpropionic Acid。
⸻
提供：
Carboxyl Group。
⸻
形成：
親水性結構。
⸻
第三步：中和
利用：
TEA
Triethylamine。
⸻
中和酸基。
⸻
形成：
離子中心。
⸻
第四步：水分散
加入水後。
⸻
PU形成奈米粒子。
⸻
穩定存在於水中。
⸻
第五步：擴鏈
利用：
Diamine。
⸻
進行：
Chain Extension。
⸻
反應如下：
NCO+NH_2rightarrow Urea Bond
⸻
提升分子量。
⸻
形成最終PUD。
⸻
PUD粒徑
一般範圍：
30–300 nm。
⸻
部分高階系統：
可低於：
20 nm。
⸻
PUD為什麼穩定？
因為粒子表面帶電。
⸻
形成：
Electrostatic Repulsion。
⸻
避免聚集。
⸻
PUD主要分類
Anionic PUD
陰離子型。
⸻
市場主流。
⸻
Cationic PUD
陽離子型。
⸻
紡織產業常見。
⸻
Nonionic PUD
非離子型。
⸻
特殊應用。
⸻
陰離子PUD
全球佔比最高。
⸻
優點：
• 穩定性佳
• 成本低
• 加工容易
⸻
陽離子PUD
與纖維親和性高。
⸻
常見於：
• 紡織塗層
• 皮革塗飾
⸻
非離子PUD
耐電解質能力較佳。
⸻
適合特殊用途。
⸻
PUD與溶劑型PU比較
項目 PUD 溶劑型PU
VOC 極低 高
氣味 低 高
安全性 高 較低
環保性 高 較低
性能 高 極高
⸻
PUD與耐水性
很多人誤解：
水性膠不耐水。
⸻
事實上。
⸻
高階PUD耐水能力極佳。
⸻
因為最終成膜後。
⸻
形成：
PU Network。
⸻
而非水。
⸻
PUD與成膜
水分蒸發後：
PU粒子接觸。
⸻
融合。
⸻
形成：
Continuous Film。
⸻
過程稱為：
Coalescence。
⸻
PUD與MFFT
最低成膜溫度：
MFFT。
⸻
若低於MFFT。
⸻
成膜不完整。
⸻
性能下降。
⸻
PUD與交聯
現代PUD常加入：
Crosslinker。
⸻
形成：
Crosslinked PUD。
⸻
提高：
• 耐熱
• 耐水
• 耐化學品
⸻
PUD與耐磨性
PU本身具有：
優異耐磨能力。
⸻
因此：
PUD塗層廣泛應用於：
工業保護。
⸻
PUD與柔軟性
透過Polyol設計。
⸻
可實現：
超柔軟。
⸻
至：
高硬度。
⸻
廣泛性能範圍。
⸻
PUD與環保法規
全球法規趨勢：
• REACH
• EPA
• VOC Regulation
⸻
皆推動：
PUD快速成長。
⸻
PUD與鞋材
水性鞋膠。
⸻
目前主流技術之一。
⸻
PUD與紡織
應用於：
• 塗層
• 貼合
• 防水膜
⸻
PUD與汽車
車用內裝塗層。
⸻
大量使用：
PUD技術。
⸻
PUD與電子材料
可應用於：
• 保護塗層
• 柔性材料
• 功能膜
⸻
重要數據或表格
PUD主要分類
類型 特點
Anionic 主流市場
Cationic 紡織應用
Nonionic 特殊用途
⸻
PUD特性
性能 表現
VOC ★★★★★
耐磨性 ★★★★★
柔軟性 ★★★★★
環保性 ★★★★★
耐化學性 ★★★★☆
⸻
與接著工程的關係
PUD直接影響：
Waterborne Adhesive
水性接著劑。
⸻
Sustainable Materials
永續材料。
⸻
VOC Reduction
VOC降低。
⸻
Film Formation
成膜能力。
⸻
Durability
耐久性。
⸻
Environmental Compliance
法規符合性。
⸻
因此是未來接著劑的重要發展方向。
⸻
鞋材案例
水性鞋膠。
⸻
大量使用：
PUD系統。
⸻
紡織案例
防水透濕膜。
⸻
核心材料之一。
⸻
車用案例
低VOC內裝塗層。
⸻
主要採用：
PUD技術。
⸻
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
• Waterborne Adhesive（水性接著劑）
• Dispersion（分散體）
• Polyurethane（聚氨酯）
• Chain Extension（擴鏈）
• DMPA（二羥甲基丙酸）
• Coalescence（粒子融合）
• MFFT（最低成膜溫度）
• Crosslinked PUD（交聯型PUD）
⸻
FAQ
Q1：PUD就是水性PU嗎？
是。
但更精確名稱為Polyurethane Dispersion。
⸻
Q2：PUD一定比溶劑型PU差嗎？
不一定。
高階PUD已接近部分溶劑型PU性能。
⸻
Q3：PUD裡面的水最後去哪裡？
施工後蒸發。
留下PU成膜結構。
⸻
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並不是傳統PU的低階替代品，而是一個全新的技術平台。
過去產業認為環保與性能無法兼得。
如今高性能PUD已逐步打破這個觀念。
未來十年，隨著VOC法規持續收緊，PUD將不只是選項，而可能成為主流。
因為在材料世界裡，真正能長期存在的技術，往往不是性能最強的，而是性能與環保同時達標的。
⸻
延伸閱讀
• Waterborne Adhesive（水性接著劑）
• Dispersion（分散體）
• Polyurethane（聚氨酯）
• Chain Extension（擴鏈）
• DMPA（二羥甲基丙酸）
• Coalescence（粒子融合）
• MFFT（最低成膜溫度）
• Crosslinked PUD（交聯型PUD）
⸻
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 (PUD)
⸻
一句話定義
聚氨酯分散體（Polyurethane Dispersion, PUD）是將聚氨酯高分子以微粒形式穩定分散於水中的水性聚氨酯系統，兼具聚氨酯優異性能與水性環保特性，是目前高性能水性接著劑、塗料與功能材料的重要技術平台。
⸻
為什麼重要
如果說：
傳統PU。
⸻
代表性能。
⸻
那麼：
PUD。
⸻
代表未來。
⸻
過去幾十年。
⸻
全球PU產業主要依賴：
溶劑。
⸻
甲苯。
⸻
MEK。
⸻
乙酸乙酯。
⸻
DMF。
⸻
NMP。
⸻
提供加工能力。
⸻
但環保法規愈來愈嚴格。
⸻
VOC限制愈來愈高。
⸻
於是產業開始思考：
能不能保留PU性能。
⸻
又不用大量溶劑？
⸻
答案就是：
PUD。
⸻
PUD是什麼？
PUD全名：
Polyurethane Dispersion。
⸻
中文：
聚氨酯分散體。
⸻
不是溶液。
⸻
而是：
Dispersion。
⸻
也就是：
PU微粒分散在水中。
⸻
Dispersion與Solution差異
Solution
完全溶解。
⸻
分子級存在。
⸻
Dispersion
微粒懸浮。
⸻
奈米至微米級存在。
⸻
PUD屬於後者。
⸻
PUD基本結構
可簡化表示：
Water
• ●
PU Particle
• ●
Ionic Group
⸻
形成穩定系統。
⸻
PUD如何製造？
典型流程：
Prepolymer Formation
↓
Neutralization
↓
Dispersion in Water
↓
Chain Extension
↓
PUD Formation
⸻
這是全球最主流製程。
⸻
第一步：預聚物製備
首先製造：
NCO-Terminated Prepolymer。
⸻
反應如下：
Polyol+Isocyanaterightarrow NCO{-}Terminated Prepolymer
⸻
第二步：導入親水基
加入：
DMPA
Dimethylolpropionic Acid。
⸻
提供：
Carboxyl Group。
⸻
形成：
親水性結構。
⸻
第三步：中和
利用：
TEA
Triethylamine。
⸻
中和酸基。
⸻
形成：
離子中心。
⸻
第四步：水分散
加入水後。
⸻
PU形成奈米粒子。
⸻
穩定存在於水中。
⸻
第五步：擴鏈
利用：
Diamine。
⸻
進行：
Chain Extension。
⸻
反應如下：
NCO+NH_2rightarrow Urea Bond
⸻
提升分子量。
⸻
形成最終PUD。
⸻
PUD粒徑
一般範圍：
30–300 nm。
⸻
部分高階系統：
可低於：
20 nm。
⸻
PUD為什麼穩定？
因為粒子表面帶電。
⸻
形成：
Electrostatic Repulsion。
⸻
避免聚集。
⸻
PUD主要分類
Anionic PUD
陰離子型。
⸻
市場主流。
⸻
Cationic PUD
陽離子型。
⸻
紡織產業常見。
⸻
Nonionic PUD
非離子型。
⸻
特殊應用。
⸻
陰離子PUD
全球佔比最高。
⸻
優點：
• 穩定性佳
• 成本低
• 加工容易
⸻
陽離子PUD
與纖維親和性高。
⸻
常見於：
• 紡織塗層
• 皮革塗飾
⸻
非離子PUD
耐電解質能力較佳。
⸻
適合特殊用途。
⸻
PUD與溶劑型PU比較
項目 PUD 溶劑型PU
VOC 極低 高
氣味 低 高
安全性 高 較低
環保性 高 較低
性能 高 極高
⸻
PUD與耐水性
很多人誤解：
水性膠不耐水。
⸻
事實上。
⸻
高階PUD耐水能力極佳。
⸻
因為最終成膜後。
⸻
形成：
PU Network。
⸻
而非水。
⸻
PUD與成膜
水分蒸發後：
PU粒子接觸。
⸻
融合。
⸻
形成：
Continuous Film。
⸻
過程稱為：
Coalescence。
⸻
PUD與MFFT
最低成膜溫度：
MFFT。
⸻
若低於MFFT。
⸻
成膜不完整。
⸻
性能下降。
⸻
PUD與交聯
現代PUD常加入：
Crosslinker。
⸻
形成：
Crosslinked PUD。
⸻
提高：
• 耐熱
• 耐水
• 耐化學品
⸻
PUD與耐磨性
PU本身具有：
優異耐磨能力。
⸻
因此：
PUD塗層廣泛應用於：
工業保護。
⸻
PUD與柔軟性
透過Polyol設計。
⸻
可實現：
超柔軟。
⸻
至：
高硬度。
⸻
廣泛性能範圍。
⸻
PUD與環保法規
全球法規趨勢：
• REACH
• EPA
• VOC Regulation
⸻
皆推動：
PUD快速成長。
⸻
PUD與鞋材
水性鞋膠。
⸻
目前主流技術之一。
⸻
PUD與紡織
應用於：
• 塗層
• 貼合
• 防水膜
⸻
PUD與汽車
車用內裝塗層。
⸻
大量使用：
PUD技術。
⸻
PUD與電子材料
可應用於：
• 保護塗層
• 柔性材料
• 功能膜
⸻
重要數據或表格
PUD主要分類
類型 特點
Anionic 主流市場
Cationic 紡織應用
Nonionic 特殊用途
⸻
PUD特性
性能 表現
VOC ★★★★★
耐磨性 ★★★★★
柔軟性 ★★★★★
環保性 ★★★★★
耐化學性 ★★★★☆
⸻
與接著工程的關係
PUD直接影響：
Waterborne Adhesive
水性接著劑。
⸻
Sustainable Materials
永續材料。
⸻
VOC Reduction
VOC降低。
⸻
Film Formation
成膜能力。
⸻
Durability
耐久性。
⸻
Environmental Compliance
法規符合性。
⸻
因此是未來接著劑的重要發展方向。
⸻
鞋材案例
水性鞋膠。
⸻
大量使用：
PUD系統。
⸻
紡織案例
防水透濕膜。
⸻
核心材料之一。
⸻
車用案例
低VOC內裝塗層。
⸻
主要採用：
PUD技術。
⸻
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
• Waterborne Adhesive（水性接著劑）
• Dispersion（分散體）
• Polyurethane（聚氨酯）
• Chain Extension（擴鏈）
• DMPA（二羥甲基丙酸）
• Coalescence（粒子融合）
• MFFT（最低成膜溫度）
• Crosslinked PUD（交聯型PUD）
⸻
FAQ
Q1：PUD就是水性PU嗎？
是。
但更精確名稱為Polyurethane Dispersion。
⸻
Q2：PUD一定比溶劑型PU差嗎？
不一定。
高階PUD已接近部分溶劑型PU性能。
⸻
Q3：PUD裡面的水最後去哪裡？
施工後蒸發。
留下PU成膜結構。
⸻
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並不是傳統PU的低階替代品，而是一個全新的技術平台。
過去產業認為環保與性能無法兼得。
如今高性能PUD已逐步打破這個觀念。
未來十年，隨著VOC法規持續收緊，PUD將不只是選項，而可能成為主流。
因為在材料世界裡，真正能長期存在的技術，往往不是性能最強的，而是性能與環保同時達標的。
⸻
延伸閱讀
• Waterborne Adhesive（水性接著劑）
• Dispersion（分散體）
• Polyurethane（聚氨酯）
• Chain Extension（擴鏈）
• DMPA（二羥甲基丙酸）
• Coalescence（粒子融合）
• MFFT（最低成膜溫度）
• Crosslinked PUD（交聯型PUD）
⸻
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.
