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カルボン酸型親水拡張剤DMBAとDMPA
公開日時:
2019-09-20
一、前書き
水性ポリウレタン生産では、陰イオン型親水拡張剤であるカルボン酸はジオールを持つカルボン酸で、その独特な分子構造で、優れた製品性能が広く応用されている。
カルボン酸型鎖延長剤は主に2、2-ジメチロールプロピオン酸(DMPA) と2、2-ジメチロール酪酸 (DMBA) を含み、水酸基とカルボン酸基を持つ基である唯一無二の多機能ブロックされたジオール分子は、自由酸基がアルカリと中和された後、樹脂の水溶性や分散性を積極的に高めることができます。塗料の付着力と合成繊維の染色性能を改善するめっき膜のアルカリ溶解性を高める。水溶性ポリウレタン系、水溶性アルキド樹脂とポリエステル樹脂、エポキシ塗料、ポリウレタエラストマーと粉体塗料に応用できる。
皮化材料、液晶、インク、食品添加物、接着剤化学工業などにも応用でき、特に水乳型ポリウレタンや皮革塗装剤の製造では、鎖延長剤であるポリウレタンを良好な自己乳化性能を得ることができ、ポリウレタン水エマルジョンの安定性を大幅に高めることができるため、広く応用されている。
二、ジメチロールカルボン酸の使用の優位性
水性ポリウレタン乳液は、通常、親水剤をポリウレタン分子鎖に導入し、アルカリで塩に中和し、脱イオン水の中で機械的に攪拌して分散し、ポリウレタン水乳液を形成する。
水性ポリウレタン親水剤に応用されているのは主に陰イオン、陽イオン、非イオンなどの3種類である。陰イオン型は主に2,2-ジメチロールプロピオン酸、2,2-ジメチロール酪酸、酒石酸、スルホン酸ブタンジオール、エチレンジアミンエチレンスルホン酸ナトリウム、プロピレングリコールと無水マレイン酸合成の半エステルなどがあります。カチオン型は主にメチルジエチルアミン、トリエチルアミンなどがあります。非イオン型は主に末端の水酸基のポリエチレンオキシドがあります。
非イオン型親水剤、例えばポリエチレンオキシドは、分散体を安定させるために高い含有量が必要である。水酸基ポリオキシエチレンエーテルを親水基として作った水性ポリウレタン樹脂は、耐電解質が良いが、成膜防水性が極めて悪いため、実用的ではない;
カチオン型親水剤、例えばエチレンジアミンアクリル酸ナトリウム付加物は親水基化合物として反応系全体をアルカリ性にし、-NH2基と-NCO基の迅速な反応だけでなく-NCOと-NHCOO-の反応も伴っているため、反応がコントロールしにくく、ゲル化しやすく、しかも作られたエマルジョン粒子が太く、成膜防水性が悪いため、工業的にも使用できない
陰イオン型の中のジメチロールカルボン酸自体は二つの水酸基を含んでいると同時に、鎖延長剤の役割も果たしており、この二重の役割は自己乳化PUエマルジョンの製造に大きな優位性を示している。ウレタン合成の過程で、反応系を酸性にし、酸性条件下では-NCOは-OHと反応が温和で、-NHCOO-は反応に関与せず、ゲルを起こさない。また、ジヒドロキシメチルカルボン酸は鎖延長剤としての役割を果たし、親水基 (すなわちカルボン酸基) を高分子鎖に位置させ、第三級アミンを中和剤として安定性が優れている成膜・耐耐溶剤性に優れた水性ポリウレタン樹脂。ジメチロールカルボン酸は現在、水性ポリウレタン樹脂の製造に広く応用されている最も親水性基化合物である。
2,2-ジメチロールプロピオン酸(DMPA) と2,2-ジメチロール酪酸 (DMBA)
この2種類のジメチロールカルボン酸の中で、2、2-ジメチロールプロピオン酸の使用時間が早く、現在一般的な親水拡張剤である。多くの利点があるが、多くの欠点があり、主に自身の融点が高い (180-185 ℃) 、加熱溶解が難しいこれには、N-メチルピロリドン (NMP)、N-ジメチルアミド (DMF)、アセトンなどの有機溶媒を加える必要があるが、NMPは沸点が高く、APUを製造した後に除去するのは難しい。しかもDMPAはアセトンに溶解度が小さく、合成過程で大量のアセトンを加える必要があり、脱ケトン過程はエネルギーを浪費し、安全上の危険をもたらす。そのため、2、2-ジメチロールプロピオン酸を使用すると、生産エネルギーが高いだけでなく、製品中に有機残留などが起こりやすい。
2、2-ジヒメチル酪酸は近年興って間もない新しい親水拡張剤である。2,2-ジメチロール酪酸は2,2-ジメチロールプロピオン酸と比べて主に以下の利点がある
1.有機溶媒中でより良い溶解性がある。次の表はDMBAとDMPAの異なる温度、異なる溶媒への溶解度データである
DMBAとDMPAの異なる温度、異なる溶媒への溶解度データシート:
|
シリアルナンバー |
温度 |
アセトン |
メチルエチルケトン |
メチルイソブチルケトン |
|||
|
DMBA |
DMPA |
DMBA |
DMPA |
DMBA |
DMPA |
||
|
1 |
20 |
15 |
1 |
7 |
0.4 |
2 |
0.1 |
|
2 |
40 |
44 |
2 |
14 |
0.8 |
7 |
0.5 |
溶解度: 単位g/100gの溶媒
水への溶解度:DMBAは48% 、DMPAは12%。
2.反応率が高く、反応速度が速く、反応温度が低い。例えば、ポリウレタン合成プレポリマーの反応時間は短く、一般的には50 ~ 60分で、DMPAは150 ~ 180分である
3.水性ポリウレタンエマルジョンに用いる粒径が細かく、分布が狭い
4.融点が低く、108 ~ 114 ℃ である。
5.処方の多様性は、溶剤の使用を減らすことができ、溶剤コストを下げる廃液処理費用を減らすことができる
6.完全無溶剤ポリウレタン、ポリエステルシステムの製造に使用できます。
実際の合成過程で、溶剤を消費する必要がなく、エマルジョンの性能が良好で、フィルム力学性能が優れており、反応時間を短縮し、エネルギー消費を低減するだけでなく、エネルギーを節約する。そのため、2、2-ジヒドロキシ基酪酸は現在の自分の知性が最も優れている親水基化合物であり、業界の専門家はジヒドロキシ基酪酸はジヒドロキシ基丙酸に代わる緑色の化学物質であると考えています。
四、ジメチロールカルボン酸のわが国での発展
わが国は2、2-ジメチロールプロピオン酸の研究開発生産のスタートが遅い。これは主にわが国の樹脂の水性化プロセスの制約を受けている。わが国は2、2-ジメチロールプロピオン酸の工業生産を始めたのは1995年からである。21世紀に入って、2,2-ジメチロールプロピオン酸に対する需要量は年々増加し、一定の市場規模を形成した。しかし残念なことに、今まで中国では2、2-ジメチロールプロピオン酸の生産は規模が形成されておらず、現在も2、2-ジメチロールプロピオン酸を生産しているメーカーはごくわずかで、生産規模も比較的小さい現在、わが国の使用は主に輸入に依存している。
2、2-ジヒメチル酪酸は生産技術が複雑で、工業化が困難で、生産コストが高く、価格が高く、環境問題が深刻であるなどの問題があるそのため、その生産発展と普及は大きな制限を受けている。わが国の2、2-ジヒドロキシ酪酸の生産は2006年に始まり、メーカーはごくわずかであるが、いずれも上記の原因で相次いで閉鎖され、ここ数年、わが国には2、2-ジヒドロキシ酪酸が供給されていない多くの水性材料生産企業が、このような受動的な局面を早く変えることを切望しています。
江西吉煕新材料有限公司はこのような背景の下で創立した。現在、新たに建設された吉熙2、2-ジメチロール酪酸生産工場は1200トン/年規模に達し、2、2-ジメチロール丙酸生産工場は3500トン/年規模に達した。吉煕公司は我が国の2,2-ジヒドロキシ基酪酸と2,2-ジヒドロキシ基丙酸産業を立て直すことを決心しました。我が国の水性事業のために、我が国の環境保護産業のために自分なりの貢献をします。
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