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阴离子水性聚氨酯扩链剂

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2018-4-27 15:47:38
在水性聚氨酯中,以阴离子水性聚氨酯扩链剂的应用较为广泛,它是在聚氨酯链上引入阴离子基团,使其具有足够的亲水性而分散在水中形成稳定的乳液。常用的阴离子水性聚氨酯扩链剂基团主要是羧酸盐型和磺酸盐型两大类。

含羧基物质主要有二羟甲基丙酸(DMPA)、二羟甲基丁酸(DMBA)、酒石酸、含羧基半酯二元醇、N,N2二羟基单马来酰胺酸及二氨基苯甲酸等,前两种尤其常见;含磺酸基团物质有乙二胺基乙磺酸钠、22磺酸钠21,42丁二醇、1,32二羧基2苯磺酸钠,以及合成的长链磺酸钠等.在阴离子水性聚氨酯扩链剂中,用得最多的就是二羟甲基丙酸(DMPA)。

近年来,有关水性聚氨酯的研究主要集中在对制备工艺方法多样性的尝试和原料的混合设计、NCOΠOH摩尔比率、DMPA的含量、中和度以及反离子的种类等方面,对聚氨酯进一步与含碳二酰亚胺、三聚氰胺、氨基甲醛等的交联反应以及跟其他材料共混形成复合材料也有报道。

离子基团赋予了聚氨酯能在水中分散的性质,而聚氨酯分散体的性质主要由软硬段的性质及其相互作用来决定,所以作为离子载体的软段或者硬段以及软硬段之间的关系是影响水性聚氨酯性能的关键因素。

水性聚氨酯的组成、结构及性能。软段原料一般指具有一定柔性的长链分子.主要指聚醚二醇、聚酯二醇或二者的混合物,也包括脂肪族长链异氰酸酯,如HDI。

聚酯型PU比聚醚型PU具有较高的强度和硬度,这归因于酯基的极性大,其内聚能(12.2kJΠmo1)比醚基的内聚能(4.2kJΠmo1)高,软段分子间作用力大,内聚强度较大,机械强度就高,而聚醚的耐低温性能和 抗水解性能强于前者.关于单一的二醇类的研究已经非常深入。

对二元或者三元共聚二醇改性聚氨酯分散体也展开研究,成果较显著的有Kim和Yen[研究小组,Kim小组分别采用PPG作单一的二元醇类,PPGΠPCL、PTMGΠPCL、PPGΠPTAd、PTMGΠPTAd作二元共聚二醇类,PCL2PTMG2PCL作三元共聚二醇类制备阴离子型聚氨酯分散体,发现醇类共聚改性对平均粒径大小影响为:二元三元单一;水蒸发渗透性:三元二元一元;对二元聚二醇来说,聚酯型储存模量和Tg大于聚醚。



外观:白色粉末

铁(PPM)≤5

羟基含量%≥99

钠(PPM)≤10

羟值,mgKOH.g-1:728~782

钾(PPM)≤100

熔点°C≥108°C

磷(PPM)≤10

色度(PT-CO)≤150#

硅(PPM)≤1

水份%≤0.3

硫酸根离子(PPM)≤10

灰分%≤0.03

残醛%≤0.03

酸值mgKOH/g:374.3-378.2

丙酮-三乙胺溶解试验:澄澈透明

2,2-二羟甲基丁酸(扩链剂亲水剂DMBA)用途:DMBA是带有两个活性的羟甲基团的新戊基羧酸,因此可以被用作合成水性高分子体系,可广泛用于水溶性聚氨酯、聚酯、环氧树脂等方面。DMBA在不同溶剂中具有比DMPA更好的溶解性能,因此可以使工作效率得到很大的改善。

DMBA被视为水性聚氨酯用新一代绿色环保型扩链剂和内乳化剂,生产水性聚氨酯胶黏剂,无需使用有机溶剂,有机残留物为零。不存在使用DMPA熔点高、溶解慢、反应时间长、能耗高、产品性能差、需要加入有机溶剂、溶剂残留量大等问题。还可用于水性环氧树脂、聚酯等胶黏剂的制造。目前水性聚氨酯、水性树脂、水性胶粘剂、水性涂料等水性产品多用途改性助剂(亲水扩链剂),作为单体,改性过程中,二羟甲基丁酸(DMBA)无需添加任何有机溶剂(以水代替),生产工艺更加简单,性能稳定,.其中二羟甲基丙酸(DMPA)以优越的性价比使得其在水性领域应用较为普遍!



Yen研究小组的研究主要集中在以PCL2PEG2PCL为基础的三嵌段水性聚氨酯,研究不同分子量的PEG和不同质量分数的软段部分,以及R值(NCOΠOH)和DMPA的含量对产物性能的影响。

近年来,特殊结构聚二醇的制备有较大的进展,研究人员根据不同领域的需要制出具有特殊结构 的聚二醇以期待更高的热稳定性和更强的力学性能.Fernada[10] 以HTPB(羟基封端的聚丁二烯)为聚二醇合成的阴离子型水性聚氨酯,使其具有聚丁二烯原有的性质。

另外随着HTPA含量的增加,分散体的粘度和粒径都有不同程度的增加,拉伸强度和模量都在提高。

Kim等通过AA(己二酸)和DEPD(2,42二乙基21,52戊二醇)合成的聚二醇制备的阴离子型聚氨酯分散体,由于该聚二醇具有较大的空间位阻而提高了产物的水解稳定性,进一步提高了热稳定性和高弹态模量。

同样还有Lee等通过含有磺酸盐基团的长链聚二醇合成了阴离子型的聚氨酯分散体,由于2SO3-Na+和2COO-N+ HR3之间强的静电作用和二者高的解离度使材料具备了高的断裂伸长率和粘度。

水也是二官能度起始剂,可在高官能度聚醚多元醇生产中起降低聚醚平均官能度的作用,一般很少单独使用。因此在制造聚醚多元醇应注意起始剂中的水分含量,否则会降低聚醚官能度。

由于碱催化环氧丙烷的开环聚合反应过程存在少量羟基的歧化副反应,聚醚多元醇的实际羟基官能度低于起始剂的平均官能度,对于高分子量聚醚,这种实际官能度与理论官能度的差异比较明显。


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