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水性聚氨酯涂料的合成

来源:      2022-4-15 14:31:04      点击:
水性聚氨酯的制备方法可分为外乳液法和内乳液法。
外乳化法是指使用外加乳化剂,在强剪切力的作用下将聚氨酯颗粒分散在水中,但由于乳化剂用量大、反应时间长、乳液颗粒粗、成品质量差、胶层物理机械性能差等缺点,该方法在生产中应用不广。
内乳化法又称自乳化法,是指在进行聚氨酯材料分子利用结构中引人亲水基团可以无需乳化剂即可使企业自身发展分散成乳液的方法,因此我们成为我国目前对于水性聚氨酷生产和研究设计采用的主要分析方法.内乳化法又可具体分为丙酮法、预聚体混合法、熔融分散法、酮亚胺/酮联氮法、保护端基乳化法。
(1)丙酮法
首先,合成了含有-NCO端基团的高粘度聚氨酯预聚物,并在加入丙酮时溶解以降低其粘度。然后用含链膨胀剂的离子基团膨胀链,在高速搅拌下通过强剪切力将其分散在水中。乳化后,溶剂丙酮在减压下蒸馏得到聚氨酯水分散体。
丙酮法是制备水性聚氨酯的主要方法,操作简单,重复性好,分子量范围宽,粒径可控,产品质量好。 但该方法需要低沸点丙酮,易造成环境污染,工艺复杂,成本高,安全性低,不利于工业生产。
(2)预聚体混合法

首先合成了含有亲水基团和端 nco 的预聚体。当预聚体的相对分子质量不太高,粘度较小时,可以在无溶剂或少量溶剂的条件下分散在水中,高速搅拌,用亲水性单体(二胺或三胺)部分扩链,得到高含量的水性聚氨酯。最终得到了水性聚氨酯分散体。为了合成低粘度预聚体,通常选用脂肪族或脂环族多元酸,因为脂肪族或脂环族多元酸的反应活性低,而且当预聚体在水中分散并被二胺扩散时,水对其影响很小。但是,预聚体的混合和分散必须在低温下进行,以降低 -nco 与水的反应性,并且必须严格控制预聚体的粘度,否则将很难在水中分散预聚体,预聚体混合方法避免了使用大量有机溶剂,工艺简单,便于工业连续生产。缺点是链延伸反应在多相体系中发生,不能定量进行。

(3)熔融分散缩聚法
熔融分散缩聚又称熔融分散,是一种无溶剂制备水性聚氨酯的方法。该方法将间苯二甲酸酯的加成聚合反应与氨基的缩聚反应紧密结合。首先合成了带有亲水性离子基团和-NCO端基的聚氨酯预聚体,预聚体与尿素进行加聚反应,得到了含离子基团的端脉基聚氨酯双锥二聚齐聚物。在熔融状态下,该低聚物与甲醛水溶液通过缩聚和甲基化反应,形成含有甲基的聚氨酯缩二脲。用水稀释后,获得稳定的水性聚氨酯分散体。
该方法的特点:反应研究过程中我们不需要进行有机溶剂,工艺设计简单,易于管理控制,配方可变性较大,不需要一个特殊教育设备,因具广阔的发展经济前景。但该法反应环境温度高,生成的水性聚氨酯分散体为支链结构,分子量较低。
(4)酮基酰亚胺/氮气法
在预聚物混合方法中,当使用水溶性二元伯胺作为扩链剂时,由于氨基与-NCO基团反应速率太快,因此难以获得均匀和精细的分散体。 如果在扩链阶段用酮亚胺或酮噻嗪代替伯胺,则可以解决该问题。 酮亚胺由酮与二胺反应形成,酮亚胺由酮与肼反应形成。 在酮亚胺/酮噻嗪与含离子基团末端NCO聚氨酯预聚物混合的情况下,扩链反应不会过早发生,但在水的情况下,酮亚胺/酮噻嗪与水的反应释放二胺/推力,由于释放反应的限制,扩链反应可以平稳地进行, 得到了性能良好的聚氨酯-尿素水分散体。
酮亚胺酮氮法适用于芳香族异氰酸酯制备水性聚氨酯分散体。该方法结合了丙酮法和预聚物混合法的优点,是制备高质量水性聚氨酯的重要方法。
(5)保护端墓乳化法
利用酚类、甲基酮亚胺、焦烷酮、亚硫酸氢钠等密封剂,保护亲水离子基末端NCO基团和聚NCO预聚体,使-NCO基团失去活性,形成封闭聚氨酯预聚物,加入人链膨胀剂和交联剂乳化,使聚氨酯水分散。加热时可以分离预聚物端的-NCO基团,与连接剂和交联剂反应形成具有网络结构的聚氨酯膜。该方法工艺要求高,乳化液稳定性差,关键是选择高效的低温开封密封胶。
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