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聚氨酯原料簡介
1.低聚物多元醇
聚醚二醇是水性聚氨酯粘合劑制備中常用的低聚物多元醇。聚酯二醇主要用于聚醚三醇。低支化聚酯多元醇。聚碳酸酯二醇等小品種的低聚物多元醇。
聚醚聚氨酯具有良好的低溫柔性和耐水性,常用的聚氧化丙烯二醇(PPG)的價格低于聚酯二醇。因此,我國水基聚氨酯的研發主要以聚氧化丙二醇為主要低聚物多元醇原料。聚四氫呋喃醚二醇具有良好的機械強度和耐水解性,但其價格較高,限制了其廣泛應用。聚酯型聚氨酯強度高。附著力好,但由于聚酯本身的耐水解性比聚醚差,一般原料制成的聚酯型水性聚氨酯儲存穩定期短。
2.異氰酸酯
聚氨酯乳液常用的二異氰酸酯有TDI.MDI等芳香族二異氰酸酯,以及IPDI.HDI.H12MDI等脂肪族。脂環族二異氰酸酯。由脂肪族或脂環族二異氰酸酯制成的聚氨酯比芳香族二異氰酸酯具有更好的耐水性,因此水基聚氨酯產品具有良好的儲存穩定性。國外優質聚酯水性聚氨酯一般采用脂肪族或脂環族異氰酸酯原料,受原料品種和價格的限制,我國大部分只使用TDI作為二異氰酸酯原料。
乙烯基聚氨酯乳液和異氰酸酯乳液于制備乙烯基聚氨酯乳液和異氰酸酯乳液。
3.擴鏈劑
擴鏈劑常用于水性聚氨酯制備,其中可引入離子基團的親水性擴鏈劑有很多種。除特殊擴鏈劑外,常使用1、4-丁二醇.乙二醇.一縮二乙二醇.自二醇.乙二胺.二亞乙基三胺等擴鏈劑。由于胺與異氰酸酯的反應活性高于水,二胺擴鏈劑可混合在水中或制成酮亞胺,同時乳化分散。
4.水
水是水性聚氨酯粘合劑的主要介質。為了防止自來水中Ca2+.Mg2+等雜質對陰離子水性聚氨酯穩定性的影響,制備水性聚氨酯的水通常是蒸餾水或去離子水。水除了作為聚氨酯的溶劑或分散介質外,還是一種重要的反應原料。目前,合成水性聚氨酯主要采用預聚體法。在聚氨酯預聚體與水分散的同時,水也參與了鏈的擴展。由于水或二胺的擴展,事實上,大多數水性聚氨酯是聚氨酯-尿素乳液(分散液)。聚氨酯-尿素比純聚氨酯具有更大的內聚力和粘附力,尿素鍵的耐水性優于氨酯鍵。
5.親水擴鏈劑
親水性鏈條擴展劑是一種可以引入親水性基團的鏈條擴展劑。這種鏈條擴展劑是僅用于水基聚氨酯制備的特殊原料。這種鏈條擴展劑通常含有羧基。磺酸基團或氨酯分子結合時,聚氨酯鏈段具有離子功能基團。
(1)羧酸擴鏈劑
二羥甲基丙酸,簡稱DMPA,全稱2-2-二羥甲基丙酸,又稱α-α-雙羥甲基丙酸,是國內外常用的聚氨酯乳液親水性擴鏈劑。早在60年代和70年代,它就被用于在德國、美國和其他國家制備聚氨酯乳液。20世紀90年代初,中國成都的一家工廠就可以小批量生產。該擴鏈劑為白色結晶,熔點高,儲存穩定。由于其分子量小(MW134),可以提供足夠的羧基量。DMPA的一種制備方法是將二羥甲基丙醛與甲醛合成,然后用過氧化氫氧化成二羥甲基丙酸。
二羥基半酯半酯是醇和二元酸酐反應的產物。一般來說,醇和酸酐之間的摩爾比為1:1。酸酐的一個羧基被酯化,另一個羧基被保留。在聚氨酯乳液的半酯擴鏈劑制備中,使用的醇化合物通常是小分子三醇或低聚物三醇,如甘油醇或低聚物三醇。這樣,就可以產生含有羧基的二羥基化合物。三醇的分子量一般在100~2000之間。半酯酸酐可用于制備順丁烯二酸酐(順酐)、鄰苯二甲酸酐(苯酐)、丁二酸酐、戊二酸酐等。半酯通常需要自制。
羧酸擴鏈劑還含有H2N(CH2)4CH(COOH)NH2.二氨基苯甲酸等氨基酸。
(2)磺酸鹽擴展劑乙二胺乙磺酸鈉。
1.4-丁二醇-2-磺酸鈉及其衍生物可用作磺酸水性聚氨酯的擴展劑。1.4-丁二醇-2-磺酸鈉由2-烯-1、4-丁二醇和亞硫酸氫鈉加成。同樣,2-烯-1、4-丁二醇的氧化乙烯或氧化丙烯縮聚物和亞硫酸氫鈉也可用作擴展劑。
(3)含叔胺基的陽離子擴鏈劑
二羥基化合物是一種常用的陽離子聚氨酯乳液擴鏈劑。通過季銨反應或酸中和,鏈段中的叔胺基產生季銨離子,具有親水性。N-甲基二乙醇胺是最常用的。
二亞乙基三胺與環氧氯丙烷的反應產物也是一種特殊的陽離子擴鏈劑:
6.成鹽劑
廣義上,所有能形成離子基團的化合物都可以稱為鹽試劑。鹽劑是一種與羧基、磺酸基團、叔胺基或脲基團反應的試劑。生成聚合物的鹽或生成離子基團的試劑。氫氧化鈉、氨和三乙胺是陰離子聚氨酯乳液中常見的鹽劑。
陽離子聚氨酯乳液的成鹽劑有HCI.CH3COOH等酸.CH3I.(CH3)2SO4.環氧氯丙烷等烷基化試劑。
脲基和環狀內酯.磺內酯.酸酐在堿性條件下反應時,可在聚氨酯鏈中連接磺酸鹽基團或羧基。帶離子基團的聚氨酯也可以通過磺甲基化反應或氨甲基化來制成。
7.溶劑
在聚氨酯乳液的制備中,有時預聚體粘度大,難以攪拌,而預聚體在水中的乳化需要劇烈攪拌,低粘度有利于快速攪拌。雖然提高預聚體的溫度可以降低粘度,但預聚體的高溫不利于獲得穩定的微粒乳液。因此,為了降低粘度,有利于預聚體的分散,可以添加適量的有機溶劑。可用的溶劑包括丙酮、甲乙酮、二氧化六環、N、N-二甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮等水溶性(親水性)有機溶劑和甲苯等疏水溶劑。
考慮到成本、可操作性和其他因素,丙酮和甲乙酮是最常用的。一般來說,在制備穩定的乳液后,也可以使用減壓蒸餾方法來降低。中沸點溶劑從乳液中去除,以減少水性聚氨酯的氣味,使溶劑的殘留量非常小,幾乎沒有機溶劑的氣味。如果溶劑很小,就不需要去除它。當水性聚氨酯干燥時,少量低沸點溶劑的揮發會加速膠膜的干燥時間,少量高沸點溶劑的存在會使膠膜光滑,這在涂料工業中更為常用。
部分聚氨酯乳液采用外乳化法制備,采用乳化劑。高剪切力將聚氨酯或預聚體溶液分散在水中。聚氨酯乳液制備的乳化劑包括非離子乳化劑和陽。陰離子乳化劑主要是非離子表面活性劑,如氧化乙烯-氧化丙烯共聚物。雙酚A-環氧氯丙烷-聚氧化乙烯二醇加成物等。考慮到乳化劑的穩定性和殘留影響,乳化劑的分子量應為10000~20000,PEO含量應超過60%,末端可為羥基,可與異氰酸酯基團反應。





