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自乳化型水性聚氨酯用扩链剂

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2017-3-22 20:21:12
根据分子结构上亲水基团的类型,自乳化型水性聚氨酯可分为阳离子型、阴离子型、两性型和非离子型。阳离子型PU是在预聚体溶液中,使用卤素元素化合物或自乳化型水性聚氨酯用扩链剂N-烷基二醇扩链,然后经季铵化或用酸中和从而实现自乳化。

而阴离子型是采用自乳化型水性聚氨酯用扩链剂二羟甲基丙酸(DMPA)、自乳化型水性聚氨酯用扩链剂二氨基烷基磺酸盐等为扩链剂,引入羧基或磺酸基,再用三乙胺等进行中和并乳化。若在PU骨架上引入羟基、醚基、羟甲基等非离子基团,尤其是聚氧化乙烯(PEO)链段,可得到非离子型自乳化PU。

制备自乳化型水性PU分散体的方法很多,其共同特点是首先制备分子质量中等、端基为-NCO的PU预聚体,不同步骤在于扩链过程。其中最重要的有3种:丙酮法(相转变法)、预聚体混合法和熔融分散法。

(1)丙酮法:先由大分子多元醇与多异氰酸酯反应,制成端基为-NCO的高黏度的疏水型预聚体,加入低沸点溶剂如丙酮、丁酮、四氢呋喃等,用亲水单体进行扩链,在高速搅拌下加入水,通过一系列相态变化最终形成溶液,最后回收溶剂,得到稳定的PU乳液。因使用丙酮为最多,故称丙酮法。

该工艺特点是在丙酮存在下,预聚体与亲水基团进行扩链反应形成高聚物,最后蒸去丙酮溶剂。此法具有适应性强,溶剂来源广泛,易于回收处理,所得产品质量好,反应易于控制等优点,但工艺复杂,成本较高; 

(2)预聚体混合法:该工艺特点是不用溶剂或少用溶剂,借助特殊设备,直接将预聚体分散于水中进行扩链反应。此法较丙酮法溶剂用量少,工艺简化,成本降低,但分散性差,一般只适用于低粘度特殊的预聚体; 

(3)熔融分散法:首先是将扩链后的高聚物熔融,用尿素封端,接着加入甲醛溶液进行羟甲基化反应,然后分散于水中形成PU乳液。此法工艺简单,不用溶剂,易于控制,但反应不完全,产品性能不好。此外,还有固体自动分散法、剪切力分散法、亚胺法、甲酮连氮法、-NCO封端法等。

(4)水性PU乳液的稳定机理。O.Lorenz以双电层理论来说明离子型水性PU的稳定机理:预聚物分散以后,疏水的分子链卷曲形成颗粒的核,带有离子的亲水基团则位于颗粒的表面,亲水基团朝向水中。



4,4'-双仲丁氨基三苯基甲烷(MDBA)优点:

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由于颗粒不停地做布朗运动以及正负离子相伴而生,在颗粒表面形成一个双电层,产生了电动势。这种电动势阻止了颗粒之间的相互接近而凝聚,起到了类似乳化剂的作用。

在非离子分散体中,亲水性的PEO链段分布在粒子表面,并向水相中伸展,当粒子靠得很近时,PEO在水相中的链段的自由运动受阻,导致体系熵减小,因此粒子之间的排斥是自发产生的。

PU乳液涂膜的透气性和透水汽性比较差,作为顶层光亮剂在装饰方面仍不如溶剂性涂饰剂。在已商品化的水性PU中,大多是线型聚合物,常需要改性来增加膜的耐水、耐溶剂、耐化学品性以及力学性能。这些性能取决于水性PU的亲水性和分子结构。

这些性能的改进通过接枝或嵌接其它聚合物,外加或内置交联剂以及共混和形成互穿聚合物网络等手段来实现。在各种改性手段中,接枝、嵌段和交联是最常用的。

结果表明,通过引入环氧树脂得到的涂膜耐水性大大提高。 吴晓青等探讨了环氧树脂E-44对水性聚氨酯进行改性,当DMPA质量分数为5%~7%,环氧树脂添加量的质量分数为5%~8%,采用相反转分散方法时,可得到较稳定的环氧树脂改性水性聚氨酯分散液,且分散液综合性能较好;用环氧树脂改性的水性聚氨酯制备的涂膜具有硬度高,耐水性和耐溶剂性好等特点。 

王春会等人采用环氧树脂(EP)、聚酯二元醇、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二羟甲基丙酸(DMPA)等制备了环氧树脂改性水性聚氨酯。

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