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親水性聚氨酯所用擴(kuò)鏈劑
| 來源：邵君( 先生，國內(nèi)國際部經(jīng)理 ) 發(fā)布時間：2018-5-5 18:24:07 |
二羥甲基丁酸（DMBA）作為新一代的親水性聚氨酯所用擴(kuò)鏈劑，結(jié)構(gòu)與DMPA相似，卻能縮短了反應(yīng)時間，降低能耗，節(jié)省能源，其產(chǎn)品性能優(yōu)越，使水性聚氨酯分散體系在皮革涂飾、膠粘劑、涂料等方面得到更加廣泛的應(yīng)用。
曾俊等在實驗中發(fā)現(xiàn)，新一代的親水性聚氨酯所用擴(kuò)鏈劑DMBA與DMPA在聚合物多元醇中的溶解行為受聚合物多元醇相對分子質(zhì)量影響較小，但二者的溶解溫度有很大的差別。DMPA的溶解溫度為145~150 ℃，低于此溫度，又慢慢析出，而DMBA的溶解溫度為80 ℃，一旦溶解，降低溫度無析出現(xiàn)象。這由于DMBA的熔點較低（Tm=108~113 ℃），而DMPA的熔點則較高（Tm=175~188 ℃）。
在反應(yīng)活性方面DMPA體系在6 h后仍有較強(qiáng)的NCO基吸收峰，此時仍可看到反應(yīng)瓶中有少量未溶解的DMPA。而DMBA體系在5 h后NCO基吸收峰已不明顯，這說明DMBA與NCO基反應(yīng)較快。
這是因為，DMBA在聚合物多元醇中溶解溫度為80 ℃，而體系反應(yīng)溫度也為80 ℃，整個反應(yīng)在均相體系中進(jìn)行；其二是DMPA與DMBA在分子結(jié)構(gòu)上的差異，DMBA由于碳鏈上增加一個亞甲基（—CH2），使羧基與羥基距離加大，羥基與異氰酸酯基反應(yīng)的空間位阻減小。
新一代的親水性聚氨酯所用擴(kuò)鏈劑DMBA聚氨酯乳液膠膜的拉伸強(qiáng)度及斷裂伸長率高于DMPA聚氨酯，但50%模量則較低。原因還是在于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)中溶解程度偏高，硬段微區(qū)中硬段減少，這些因素會導(dǎo)致模量下降，然而，低模量會導(dǎo)致較大的斷裂伸長，反過來較大的斷裂伸長又會使軟段進(jìn)一步產(chǎn)生應(yīng)力結(jié)晶，結(jié)果出現(xiàn)較高的拉伸強(qiáng)度。
隨著DMPA用量的增加，分散體的粒徑總體減小，粒徑分布變窄，穩(wěn)定性增強(qiáng)，涂膜的拉伸強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度提高，斷裂伸長率降低。但DMPA含量過高將導(dǎo)致耐水性下降，相轉(zhuǎn)變點后延，使乳化過程需要更多的水，固含量大大降低。
理化指標(biāo)：2,2-二羥甲基丙酸(擴(kuò)鏈劑親水劑DMPA)是一種無味，白色結(jié)晶，易溶于水、甲醇、二甲基甲酰胺等，難溶于丙酮、苯、甲苯等。。新戊基結(jié)構(gòu)使它有良好的耐熱性、耐水性和顏色穩(wěn)定性，它既具有醇的性質(zhì)，又具有羥酸化合物的性質(zhì)結(jié)構(gòu)又賦予它一些特殊用途。
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、計算機(jī)磁帶、數(shù)據(jù)記錄磁帶和磁卡等。
當(dāng)DMPA含量較低時，乳液粘度隨DMPA含量的增大而變化不明顯，而當(dāng)DMPA含量較高時，隨著親水基團(tuán)含量的增加，雙電層厚度增加和水溶脹性因素占主導(dǎo)地位，乳液的粘度明顯增大。
DMBA作為新一代的親水性聚氨酯所用擴(kuò)鏈劑，結(jié)構(gòu)與DMPA相似，卻能縮短了反應(yīng)時間，降低能耗，節(jié)省能源，其產(chǎn)品性能更加優(yōu)越，但由于價格遠(yuǎn)高于DMPA，故工業(yè)應(yīng)用較少。
根據(jù)O Lorentz的雙電層理論，乳液的粘度不受分散粒子大小的影響，而是受水合粒子大小的影響。DMPA含量越高，預(yù)聚體成鹽后與水形成水合離子穩(wěn)定性就越高，同時水合離子的雙電層厚度增加、體積增大且與水分子的相互作用力增強(qiáng)，導(dǎo)致體系的粘度增加。當(dāng)DMPA含量較低時，乳液粘度隨DMPA含量的增大而變化不明顯，這可能與親水性基團(tuán)含量的增加會導(dǎo)致兩個相反的結(jié)果有關(guān)。
一方面親水基團(tuán)含量的增加導(dǎo)致親水性增強(qiáng)，使粒子的粒徑減??；另一方面，總離子濃度的增加，導(dǎo)致總雙電層厚度的增加和粒子流體動力學(xué)體積的增加，致使粒子的粒徑增大。此外，由于親水性的增大而產(chǎn)生的顆粒水膨脹性也能使粒子的粒徑明顯增大。因此，當(dāng)DMPA含量較低時，親水基團(tuán)含量的增加導(dǎo)致親水性增強(qiáng)使粒子的粒徑減小是主要因素，乳液粘度變化不明顯，但當(dāng)DMPA含量較高時，隨著親水基團(tuán)含量的增加，雙電層厚度增加和水溶脹性因素占主導(dǎo)地位，乳液的粘度明顯增大。
DMPA是目前使用較廣泛的親水性聚氨酯所用擴(kuò)鏈劑，但DMPA熔點高（175～185℃），很難加熱溶解，這就需加入溶劑如N-甲基吡咯烷酮（NMP）、丙酮等，NMP沸點高，制備PU后很難除去，而DMPA在丙酮中的溶解度較小，在合成過程中需要加入大量的丙酮，脫酮過程麻煩且脫不干凈，給生產(chǎn)過程帶來安全隱患。
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