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PU亲水型扩链剂

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2018-4-20 14:34:45
作为水性聚氨酯合成过程的重要组分,PU亲水型扩链剂的种类、用量、加入方式等将直接影响PU分散体系及其涂膜的性能。本文将通过分析PU亲水型扩链剂DMPA结构和性质,解释其对PU分散体性能的影响,并对比DMPA和DMBA两种不同PU亲水型扩链剂制得的PU分散体系。

2,2-二羟甲基丙酸,又称α,α-双羟甲基丙酸,英文缩写为DMPA是一种多功能化合物。它的结构是一种典型的新戊基结构,又是一种典型的二元醇结构。新戊基结构赋予它良好的耐热性、耐水解性和颜色稳定性。而作为带有羧基的二元醇,DMPA可以参加聚氨酯扩链反应,而在扩链反应中由于位阻效应和反应活性,羧基将被保存下来,可以转化为铵盐或碱金属盐而使聚氨酯有水溶性,使聚氨酯获得自乳化性能,因而使用DMPA可制造稳定性优良的自乳化型聚氨酯。

DMPA对PU分散体性能的影响。DMPA因其作为亲水基团引入组分,在大分子链段中的分布,用量直接影响分散体的粒径,从而影响分散体的性能,同时将其引入大分子体系中是作为刚性链段,DMPA用量也会影响涂膜的机械性能。

于海深等考察了DMPA加入量的增加多粒径的影响。试验过程中,随着DMPA用量的增加,水性PUA乳液由乳白色不透明慢慢变成了半透明状,最后变成了溶液状泛红光。

这是由于随着DMPA含量的增加,乳液的平均粒径发生了变化:一方面,从热力学的观点看,乳液中聚合物的总自由能G不变,即ΔG=γΔA,当DMPA用量增大(即—COOH量增大)时,聚合物的亲水性增大,必然导致聚合物与水的界面张力Y减小及聚合物表面积A增大,当聚合物质量一定时,则表现为粒径变小。

另一方面,由于亲水性的增加而产生的颗粒水膨胀性能使粒径增大,这种膨胀性随亲水性的增大而愈发明显。因此,羧基含量和粒径的关系是综合因素影响的结果,总的效果是使乳胶粒的粒径随羧基的含量增大而减小。因而从外观上看,乳液变得透明。



4,4'-亚甲基双(2-乙基)苯胺(芳香族二胺类扩链剂MOEA)用途

本品为氨基邻位乙基取代的芳香族二胺类扩链剂,与TDI和MDI预聚体有着良好的相容、配伍性,反应速度较快,与E100搭配可用于反应注射成型和聚脲喷涂工艺,制品具有优良的物理以及动态力学性能。用于聚脲弹性防水材料,可有效提高材料的强度、耐植物穿刺和耐老化性能。本品也可用作环氧树脂的固化剂,赋予制品良好的抗张、耐撕裂、电绝缘及耐热等性能。

中文名:4,4'-亚甲基双(2-乙基)苯胺(芳香族二胺类扩链剂MOEA); 3,3'-二乙基-4,4'-二氨基二苯基甲烷; 硬化剂 ME-DDM

中文别名:3,3-二乙基-4,4-二氨基二苯基甲烷;硬化剂ME-DDM

英文名称:4,4'-Methylenebis(2-ethylbenzenamine)

英文别名:Aniline,4,4'-methylenebis[2-ethyl- (8CI);3,3'-Diethyl-4,4'-diaminodiphenylmethane;4,4'-Diamino-3,3'-diethyldiphenylmethane;4,4'-Methylenebis(2-ethylaniline);4,4'-Methylenebis(o-ethylaniline);4,4'-Methylenebis[2-ethylbenzamine];Araldite HY 350;C 100S;C 100S (amine);H 256;H 256 (amine);HY 450;KayahardA-A;

CAS No.:19900-65-3

EINECS号:243-420-1

分子式:C17H22N2

分子量:254.41



DMPA含量对体系粘度的影响。纪学顺等人研究各种因素对PU分散体系粘度的影响。在其研究的体系中,当w(DMPA)≤2.4%时,不能形成稳定的乳液,所以粘度测试数据有误差(偏大);当w(DMPA)>2.4%时,随着DMPA用量的增加,乳液外观呈现由乳白到透明有蓝光的变化趋势,乳液粘度也随之增大。

这是由于预聚体分散在水中后,疏水的分子链段向内收缩形成乳液粒子的核,带有羧基阴离子的亲水基团分布在乳胶粒表面朝向水中;由于粒子的布朗运动,正负离子相伴在粒子表面形成双电层,使得水合离子能够稳定地分散在水中,致使乳液稳定。

随着亲水基团含量的增加,乳液外观发生明显的变化,这是WPU粒子粒径变化的宏观表现所致(即粒径大、阻碍了光线的通过,乳液外观呈发白现象;当分散粒子大小达到纳米级别时,光线可以绕过WPU粒子继续前进,乳液外观呈透明、蓝光现象)。

水性聚氨酯是水溶型、水分散型和水乳化型聚氨酯的统称。自20世纪60年代工业化以来,水性聚氨酯以其优良的性能和环境友好特性得以迅速发展。其在皮革涂饰、纺织涂层、玻璃纤维集束、涂料和粘合剂等领域的应用,也成为近年来研究的热点。

水性聚氨酯材料主要由二异氰酸酯、大分子多元醇、水性聚氨酯用亲水性扩链剂、中和剂、后扩链剂等组成。生产PU分散体的一般工艺流程为:多元醇减压蒸馏脱水后,加入多异氰酸酯,可选择是否加入催化剂,80~85℃下反应到NCO达到理论值,加入亲水性扩链剂,可选择是否加入其他扩链剂以及丙酮等溶剂,保温反应至NCO达到理论值后,降温至45~50℃,加入中和剂,搅拌0.5~1 h,将产品高速分散于水中同时加入水性聚氨酯用亲水性扩链剂进行扩链,均匀分散稳定后,得到PU分散体产品。

在上述工艺中,水性聚氨酯用亲水性扩链剂的作用是在对端异氰酸酯基的聚氨酯预聚体进行扩链的同时,引入亲水性基团。根据亲水基团的类型,水性聚氨酯用亲水性扩链剂可分为阴离子型扩链剂、阳离子型扩链剂和非离子性扩链剂。现在工业上最常用的是阴离子型扩链剂2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)。


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