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二羥甲基羧酸含親水基類擴(kuò)鏈劑
| 來源：邵君( 先生，國內(nèi)國際部經(jīng)理 ) 發(fā)布時(shí)間：2018-5-4 16:30:30 |
目前水性聚氨酯樹脂合成中，常使用二羥甲基羧酸含親水基類擴(kuò)鏈劑，二羥甲基羧酸含親水基類擴(kuò)鏈劑主要有DMPA和DMBA兩種，其中DMPA使用時(shí)間較早，是目前使用最為普遍的一種。
雖然二羥甲基羧酸含親水基類擴(kuò)鏈劑有許多優(yōu)點(diǎn)，但是還存在許多缺點(diǎn)，主要是自身熔點(diǎn)較高（180℃-185℃），很難加熱熔解，這就需要加入有機(jī)溶劑如N-甲基吡咯烷酮（NMP）、N.N-二甲基酰胺（DMF）、丙酮等，而NMP沸點(diǎn)高，制備APU后很難除去。
而且DMPA在丙酮中溶解度較小，在合成過程需要加入大量的丙酮，脫酮過程既浪費(fèi)能源又帶來安全隱患。所以說使用DMPA不僅生產(chǎn)能耗高，而且產(chǎn)品中易造成有機(jī)殘留等。
而DMBA由于有其特殊的分子結(jié)構(gòu)，可以在合成過程不需要消耗一點(diǎn)溶劑，這樣不僅縮短了反應(yīng)時(shí)間，降低能耗，而且節(jié)省能源。DMBA和DMPA相比，DMBA存在如下明顯優(yōu)點(diǎn)：
（1）DMBA在有機(jī)溶劑中有更好的溶解性
DMBA在水中溶解度為48%，DMPA為12%。 同時(shí)DMBA熔點(diǎn)低，為108℃～115℃；
由于DMBA具有優(yōu)良的溶解性和低熔點(diǎn)，因而它在合成水性聚氨酯乳液過程不需要溶劑或少加溶劑。
謝偉等人在《DMBA基水性聚氨酯乳液的合成研究》表明：利用DMBA作為親水?dāng)U鏈劑，采用后擴(kuò)鏈工藝，整個(gè)反應(yīng)過程6h基本可以完成，不用溶劑，使得產(chǎn)品環(huán)保，而且不需脫溶，避免浪費(fèi)。
劉都寶等人在《無溶劑水性聚氨酯的合成及性能研究》表明：在用DMBA合成水性聚氨酯過程，不要加一點(diǎn)溶劑既可以完成整個(gè)反應(yīng)過程，而且反應(yīng)結(jié)果附合配方設(shè)計(jì)。
（2）高反應(yīng)率，反應(yīng)速度快，反應(yīng)溫度低。
合成聚氨酯預(yù)聚體反應(yīng)時(shí)間短，一般只要50-60分鐘，而DMPA則要150-180分鐘。這是因?yàn)镈MBA結(jié)構(gòu)中比DMPA多了一個(gè)亞甲基，使羧基與亞甲基的距離加大，羧基與異氰酸酯的空間位阻減少，從而使反應(yīng)速率增大。
熔點(diǎn)(℃)≥180
鐵Fe3+ (PPM)≤5
含量(%)≥99
鈉Na+ (PPM)≤50
水份(%)≤0.3
鉀K+ (PPM)≤10
羥值(mgKOH/g):810～860
磷PO43- (PPM)≤10
酸值(mgKOH/g):414.2-418
硅SiO2 (PPM)≤1
殘荃(%)≤0.03
灰份(%)≤0.03
硫酸根離子SO42-(PPM)≤10
2,2-二羥甲基丙酸(擴(kuò)鏈劑親水劑DMPA)用途：DMPA是一種既有羥基又有羧基基團(tuán)， 多功能受阻的二元醇分子，自由酸基團(tuán)在與堿中和后，能積極提高樹脂的水溶性或分散性能；引入極性基團(tuán)，改進(jìn)涂料的附著力和合成纖維的染色性能；增加鍍膜的堿溶性。DMPA是一種多用途的有機(jī)原料。本產(chǎn)品在水性聚氨酯制造中既是擴(kuò)鏈劑，又能使聚氨酯獲得自乳化性能，可制成穩(wěn)定性優(yōu)良的自乳化性水性聚氨酯；還用于制備聚氨酯水乳液型皮革涂飾劑，是傳統(tǒng)的水乳性聚丙烯酸酯皮革涂飾劑的升級(jí)換代產(chǎn)品；用作改進(jìn)聚酯樹脂的添加剤；用作制造光敏樹脂和液晶的原料；用于環(huán)氧酯涂料、聚氨酯彈性體及粉末涂料；用于制造磁性記錄材料及其粘合劑，以生產(chǎn)錄音磁帶、錄像磁帶、計(jì)算機(jī)磁帶、數(shù)據(jù)記錄磁帶和磁卡等。
（3）用于水性聚氨酯乳液其粒徑更細(xì)且分布窄，膠膜性能優(yōu)異，光澤度高。
劉都寶等人在《無溶劑水性聚氨酯的合成及性能研究》中，分別以二羥基丁酸（DMBA）、異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）、聚氧化丙烯二醇（PPG-220）等主要原料，采用預(yù)聚體法合成無溶劑型水性聚氨酯樹脂，與DMPA基合成的WPU進(jìn)行對(duì)比代表DMPA中羧基含量是1.0%和2.0%，B-1、B-1代表DMBA中羧基含量是1.0%和2.0%。
劉都寶等人經(jīng)研究認(rèn)為，DMBA聚氨酯乳液的位伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率高于DMPA聚氨酯，原因是：一是DMBA的分子結(jié)構(gòu)，龐大的側(cè)鏈-CH2COO-妨礙了聚氨酯硬段的聚集，硬段堆砌程度差，使硬段本身在軟段基質(zhì)中溶解度偏高，硬段微區(qū)中硬段減小，這些因素會(huì)導(dǎo)致模量下降，然而低模量會(huì)導(dǎo)致較大的斷裂伸長(zhǎng)，反過來較大的斷裂伸長(zhǎng)又會(huì)使軟段產(chǎn)生進(jìn)一步的應(yīng)力結(jié)晶，結(jié)果出現(xiàn)較高的拉伸強(qiáng)度。
二是DMBA具有比DMPA更低的熔點(diǎn)，而且DMBA容易熔于多元醇，所以在相同的時(shí)間內(nèi)DMBA可以完全按照配方反應(yīng)，而由于DMPA只有一部分溶解反應(yīng)掉，所以DMBA比DMPA合成的分子量大，力學(xué)性能更優(yōu)越。DMBA光澤度比DMPA的光澤度高的原因，可能是由于DMBA的親水性更好，導(dǎo)致乳液的粒徑比較小，粒子較均勻。
綜上所述，二羥甲基丁酸具有比二羥甲基丙酸無法比擬的優(yōu)勢(shì)，可以認(rèn)為是目前己知性能最優(yōu)的親水基化合物。
隨著國家對(duì)環(huán)保政策的日益嚴(yán)厲，各項(xiàng)法規(guī)相繼出臺(tái)，我國的水性樹脂的必將快速發(fā)展，水基材料替代傳統(tǒng)的油性材料已是大勢(shì)所趨，二羥甲基羧酸含親水基擴(kuò)鏈劑作為一種性能更優(yōu)的羧酸型親水?dāng)U鏈劑，必將迎來廣闊的市場(chǎng)。
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