非离子型亲水基团扩链剂
非离子型亲水基团扩链剂主要是采取各种手段将其引入到主链或侧链上的聚乙二醇链段上,最终实现聚氨酯在水中的分散。由于不存在离子型聚氨酯乳液中的双电层结构,因此非离子型水性聚氨酯乳液对电解质不是很敏感,这使其可以与不同pH值的其他乳液任意共混而不担心出现破乳等问题。
两性离子型亲水扩链剂同时兼有了阴离子和阳离子的特性,使合成出的聚氨酯具有良好的表面活性。
采用聚四氢呋喃醚二醇(PTMEG)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和非离子型亲水基团扩链剂为主要原料合成了非离子型水性聚氨酯乳液,以三羟甲基丙烷聚乙二醇单甲醚(TMPEG)作为非离子型亲水扩链剂,将重复的—CH2CH2O—引入聚氨酯大分子中作为侧链,对其性能进行测试,结果表明该非离子聚氨酯能够很好地分散在水中,并且粒径随TMPEG用量的增大而减小,且分布变窄,但胶膜吸水溶胀比增大。
魏欣等以胺类化合物为起始剂,制备了几种含叔胺基的聚氧化乙烯二醇。他们并没有以此作为合成聚氨酯的直接原料,而是将该类聚醚转化成各种阳离子型或双离子型功能聚醚,作为合成软段含离子基团的聚氨酯离聚物的原料。
刘斌等在聚氨酯链段中同时引入阴离子亲水单体和侧链为非离子的双羟基亲水单体(A-100),合成出一种稳定的高固含量阴非离子型水性聚氨酯。结果表明,以聚碳酸酯二元醇(PCD)为软段,并引入适量的A-100,可以明显提高水性聚氨酯乳液的固含量。
赵艳娜等以二乙醇胺和乙二醛水溶液为原料,自制了N,N-二羟乙基甘氨酸,并以此为扩链剂,用N-甲基吡咯烷酮、聚四氢呋喃醚和IPDI合成出了一种两性聚氨酯。通过各种分析检测,表明亲水扩链剂已引入到聚合物分子链上,且制得的两性聚氨酯在一定pH值的酸、碱介质中,都能形成稳定的纳米水分散液,乳液粒径分布单一,为规则的球形,且具有良好的表面活性。该工艺用较少的原料合成出了所需的扩链剂N,N-二羟乙基甘氨酸,但所需的时间较长。
聚四亚甲基醚二醇双对氨基苯甲酸酯,P1000类产品与美国的740M结构相类似,属于同系列化合物,740M已被美国FDA批准可用于食品药品接触场合,P-1000亦应为无毒产品,使用时不会对工作场所和周围人群造成威胁。
聚四亚甲基醚二醇双对氨基苯甲酸酯(P1000)性能及用途:
聚四亚甲基醚二醇双对氨基苯甲酸酯,P1000为液体,因此可在室温下与预聚体混合,浇注和硫化,它可作为TDI和MDI体系的扩链剂,也可作为环氧树脂固化体系的柔性改性剂。应用领域包括浇注、涂料、黏合剂、密封剂和喷涂体系,由于它的易加工性,决定了它特别适用于现场加工。XYLINK P-1000的室温硫化体系与MDI/二醇热硫化体系相比,不仅操作工艺简单,而且性能优于后者。另外在室温下硫化所得到的弹性体的收缩率低,这也是该扩链剂的一大特点。
非离子型亲水扩链剂合成出的水性聚氨酯可与不同pH值的乳液任意共混而不会出现破乳,两性亲水扩链剂制备的水性聚氨酯同时兼备阴阳离子型聚氨酯特性,两种类型的亲水扩链剂都有很好的发展前景。
总体来说,对水性聚氨酯亲水性扩链剂的研究是很有必要的,在未来聚氨酯领域中,也会越来越受到关注,并且会有很好的应用价值。
阴离子型水性聚氨酯的亲水性中心为磺酸盐和羧酸盐,它们一般结合在二醇或二胺类物质的分子中,并通过羟基或氨基同—NCO间的反应引入到聚氨酯分子结构中。相比于羧酸型WPU,磺酸型WPU具有以下优点。
(1)磺酸型WPU 的生产工艺比羧酸型 WPU 的生产工艺更为简单、有效,并且可以实现连续化的生产。
(2)磺酸型WPU 不需要中和,节省了中和剂并且有利于环境保护,具有很好的经济价值和市场前景。
(3)含磺酸盐基团的WPU具有良好的水分散性、涂敷加工性、干燥成膜性和乳液稳定性。
(4)硬段中引入磺酸基团会使分子内库仑力 和氢键作用均增强,从而可以提高软、硬段间的微相分离程度。
(5)磺酸型WPU具有较高的初黏强度和黏结强度,其耐水性和耐热性也很好。
(6)磺酸盐型水性聚氨酯的亲水基团为强酸 强碱盐,离子化强度比较高,这就增强了乳胶粒子“双电层”的§电位,在乳胶粒子间形成较强的静电排斥力,阻止乳胶粒的凝聚,较易得到高固含量(>50%)的水性聚氨酯。
(7)二羟甲基丙酸合成的羧酸盐型水性聚氨酯相比于磺酸盐型水性聚氨酯来说,其亲水性较差、硬段含量较高,难以满足诸如高耐水性、高柔软性、高固含量等要求,而磺酸盐型水性聚氨酯则更易得 到高固含量的产品,可适用的pH值范围较宽(pH值为5~8),并具有较好的初黏度、耐水及耐热性。
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