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水性聚氨酯(PU)扩链剂

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2018-5-6 14:33:53
聚氨酯(PU)具有良好的耐磨、耐化学药品、耐低温等性能,而且柔韧性好,粘合强度大,其弹性体、泡沫、塑料、涂料及粘合剂等已获得广泛应用。

水性聚氨酯(PU)扩链剂的化学结构基本可分为醇类化合物和胺类化合物,其官能基均为2或小于4。

随着聚氨酯工业的高速发展,水性聚氨酯(PU)扩链剂的新品种也在迅速增加,但实际大量使用的水性聚氨酯(PU)扩链剂仍然是二醇或二胺类低分子化合物。

但由于有机溶剂有毒、易燃、且价格较贵,这就使以水作为介质的水性聚氨酯的研究成为必然趋势。早在1943年西德Schlack曾在乳化剂或保护胶体存在下,将二异氰酸酯在水中乳化并在激烈搅拌下,添加二胺,得聚氨酯乳液。

1953年Wyandott将由二异氰酸酯和聚酯多元醇制成的端异氰酸酯预聚体的甲苯溶液分散于水中,再用二胺扩链也合成了水系聚氨酯。

60年代末,随着各发达国家环境保护法规的确立和日益强化,推动了水性高分子材料的发展,水性聚氨酯也同样得到了发展。并于1967年实现了工业化。

1972年正式将聚氨酯水分散体作为皮革涂料使用,引起了世界各国的极大重视。初期的产品是通过强烈搅拌依靠剪切力和大量乳化剂的作用将聚氨酯强制乳化分散于水中,粒径粗大,物性低劣不能满足应用要求。

到1975年,向聚氨酯分子链中引入亲水成分,使之于水中自乳化,从而得到高性能聚氨酯乳液,其应用领域也随之逐步拓展。



中文名:2,2-二羟甲基丙酸(扩链剂亲水剂DMPA);二羟甲基丙酸,

英文名:2,2-Dimethylol Propionic Acid;DMPA
 
中文别名:α,α-双羟甲基丙酸,

分子式:C5H10O4

分子量:134.13

C  A  S 号:4767-03-7

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。



德国的Loraze自70年代以来对水性PU作了大量研究,对自乳化PU的稳定机理、相转变过程都作了描述和解释。

Kim和Lee对各种阴阳离子聚氨酯的结构和性能关系也作了大量研究,得出了很多有价值的结论。

我国对水性的PU的研究始于70年代,近十几年来发展迅速,每年都涌现出大量关于水性PU的论文和产品。水性PU的理论和实践都在不断地深化,关于在实践应用中存在的问题,如何用水性PU理论来合理解决和正确解释,还有待人们去深入研究。

自乳化PU乳液的分类方法。按原料分类。按异氰酸酯类型分有:芳香族PU,脂肪族PU;按羟基组分类型分有:聚醚型、聚酯类型其他型。
按乳液的热属性分类 按热属性分有:热塑性和热固性PU乳液。按乳液的亲水基团的荷电性分类 因为自乳化PU乳液是在聚合物链上接入亲水基团,使分子部分亲水自乳化而成。因此,高分子链中的亲水基团成为其自身乳化稳定剂。

亲水基团有离子和非离子亲水链段,可按亲水基团的荷电性,将PU乳液分为:(1)非离子型;(2)阳离子型;(3)阴离子型,其中有:(a)磺酸型;(b)羧酸型;(4)两性离子型。

异氰酸酯的选择。常用的芳香族二异氰酸酯有:甲苯二异氰酸酯(TDI)萘二异氰酸酯(NDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)。

由于TDI价格较低而且在2,4-甲苯二异氰酸酯中两个不同位置的异氰酸根活性相差很大,有利于化学反应中分子设计,应用较为广泛。MDI比TDI制备的PU具有较高的模量和撕裂强度,因为MDI对称,产生结构规整有序的相区结构。

芳香族异氰酸酯制备的PU,由于具有刚性的芳环,硬段内聚能增大,其强度比来自脂肪族的异氰酸酯的PU大,并且抗氧化性能也好。

但是,在TDI和MDI的结构中,有一个共同特点是异氰酸酯基团直接与苯核上碳原子相联,这样异氰酸酯基团与苯核形成醌型结构易于氧化变黄,抗UV降解性能较差。


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