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亲水性聚氨酯所用扩链剂

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2018-5-5 18:24:07
二羟甲基丁酸(DMBA)作为新一代的亲水性聚氨酯所用扩链剂,结构与DMPA相似,却能缩短了反应时间,降低能耗,节省能源,其产品性能优越,使水性聚氨酯分散体系在皮革涂饰、胶粘剂、涂料等方面得到更加广泛的应用。

曾俊等在实验中发现,新一代的亲水性聚氨酯所用扩链剂DMBA与DMPA在聚合物多元醇中的溶解行为受聚合物多元醇相对分子质量影响较小,但二者的溶解温度有很大的差别。DMPA的溶解温度为145~150 ℃,低于此温度,又慢慢析出,而DMBA的溶解温度为80 ℃,一旦溶解,降低温度无析出现象。这由于DMBA的熔点较低(Tm=108~113 ℃),而DMPA的熔点则较高(Tm=175~188 ℃)。

在反应活性方面DMPA体系在6 h后仍有较强的NCO基吸收峰,此时仍可看到反应瓶中有少量未溶解的DMPA。而DMBA体系在5 h后NCO基吸收峰已不明显,这说明DMBA与NCO基反应较快。

这是因为,DMBA在聚合物多元醇中溶解温度为80 ℃,而体系反应温度也为80 ℃,整个反应在均相体系中进行;其二是DMPA与DMBA在分子结构上的差异,DMBA由于碳链上增加一个亚甲基(—CH2),使羧基与羟基距离加大,羟基与异氰酸酯基反应的空间位阻减小。

新一代的亲水性聚氨酯所用扩链剂DMBA聚氨酯乳液胶膜的拉伸强度及断裂伸长率高于DMPA聚氨酯,但50%模量则较低。原因还是在于DMBA的分子结构,庞大的侧链—CH2COO—妨碍了聚氨酯硬段的聚集,硬段堆砌程度差,使硬段本身在软段基质中溶解程度偏高,硬段微区中硬段减少,这些因素会导致模量下降,然而,低模量会导致较大的断裂伸长,反过来较大的断裂伸长又会使软段进一步产生应力结晶,结果出现较高的拉伸强度。

随着DMPA用量的增加,分散体的粒径总体减小,粒径分布变窄,稳定性增强,涂膜的拉伸强度和剪切强度提高,断裂伸长率降低。但DMPA含量过高将导致耐水性下降,相转变点后延,使乳化过程需要更多的水,固含量大大降低。



理化指标:2,2-二羟甲基丙酸(扩链剂亲水剂DMPA)是一种无味,白色结晶,易溶于水、甲醇、二甲基甲酰胺等,难溶于丙酮、苯、甲苯等。。新戊基结构使它有良好的耐热性、耐水性和颜色稳定性,它既具有醇的性质,又具有羟酸化合物的性质结构又赋予它一些特殊用途。

2,2-二羟甲基丙酸(扩链剂亲水剂DMPA)用途:DMPA是一种既有羟基又有羧基基团, 多功能受阻的二元醇分子,自由酸基团在与碱中和后,能积极提高树脂的水溶性或分散性能;引入极性基团,改进涂料的附着力和合成纤维的染色性能;增加镀膜的碱溶性。DMPA是一种多用途的有机原料。本产品在水性聚氨酯制造中既是扩链剂,又能使聚氨酯获得自乳化性能,可制成稳定性优良的自乳化性水性聚氨酯;还用于制备聚氨酯水乳液型皮革涂饰剂,是传统的水乳性聚丙烯酸酯皮革涂饰剂的升级换代产品;用作改进聚酯树脂的添加剤;用作制造光敏树脂和液晶的原料;用于环氧酯涂料、聚氨酯弹性体及粉末涂料;用于制造磁性记录材料及其粘合剂,以生产录音磁带、录像磁带、计算机磁带、数据记录磁带和磁卡等。



当DMPA含量较低时,乳液粘度随DMPA含量的增大而变化不明显,而当DMPA含量较高时,随着亲水基团含量的增加,双电层厚度增加和水溶胀性因素占主导地位,乳液的粘度明显增大。

DMBA作为新一代的亲水性聚氨酯所用扩链剂,结构与DMPA相似,却能缩短了反应时间,降低能耗,节省能源,其产品性能更加优越,但由于价格远高于DMPA,故工业应用较少。

根据O Lorentz的双电层理论,乳液的粘度不受分散粒子大小的影响,而是受水合粒子大小的影响。DMPA含量越高,预聚体成盐后与水形成水合离子稳定性就越高,同时水合离子的双电层厚度增加、体积增大且与水分子的相互作用力增强,导致体系的粘度增加。当DMPA含量较低时,乳液粘度随DMPA含量的增大而变化不明显,这可能与亲水性基团含量的增加会导致两个相反的结果有关。

一方面亲水基团含量的增加导致亲水性增强,使粒子的粒径减小;另一方面,总离子浓度的增加,导致总双电层厚度的增加和粒子流体动力学体积的增加,致使粒子的粒径增大。此外,由于亲水性的增大而产生的颗粒水膨胀性也能使粒子的粒径明显增大。因此,当DMPA含量较低时,亲水基团含量的增加导致亲水性增强使粒子的粒径减小是主要因素,乳液粘度变化不明显,但当DMPA含量较高时,随着亲水基团含量的增加,双电层厚度增加和水溶胀性因素占主导地位,乳液的粘度明显增大。

DMPA是目前使用较广泛的亲水性聚氨酯所用扩链剂,但DMPA熔点高(175~185℃),很难加热溶解,这就需加入溶剂如N-甲基吡咯烷酮(NMP)、丙酮等,NMP沸点高,制备PU后很难除去,而DMPA在丙酮中的溶解度较小,在合成过程中需要加入大量的丙酮,脱酮过程麻烦且脱不干净,给生产过程带来安全隐患。


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