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ジメチロール酪酸 (DMBA) が合成したカルボン酸塩型水性ポリウレタンとスルホン酸塩型水性ポリウレタンおよびジメチロールプロピオン酸(DMPA) が合成したカルボン酸塩型水性ポリウレタンの性能比較
公開日時:
2019-11-25
PU分子構造にスルホン酸基を導入する方法は以下の通りである: ① スルホン酸基を鎖延長剤とする; ② スルホン化したポリエーテルジオールでスルホン化した末端イソシアネートプレポリマーを製造する; ③ スルホン化したポリエステルジオールでスルホン化した末端イソシアネートのプレポリマーを製造する。④ スルホン化したポリエステルジオールでスルホン化した末端イソシアネートのプレポリマーを製造する。カルボン酸基を含む鎖延長剤でスルホン酸とカルボン酸親水剤を兼ね備えたWPUを製造した。
スルホン酸塩型水性ポリウレタンの親水基は強酸強アルカリ塩で、イオン化強度が高いため、ラテックス粒子「電気二重層」のsm電位を増強したラテックス粒子間に強い静電反発力を形成し、ラテックス粒子の凝集を阻止し、高固形分 (>50%) の水性ポリウレタンを得やすい。
ジメチロールプロピオン酸合成のカルボン酸塩型水性ポリウレタンはスルホン酸塩型水性ポリウレタンに比べて親水性が悪く、ハードセグメント含有量が高い高耐水性、高柔軟性、高固形分などの要求を満たすのは難しいが、スルホン酸塩型水性ポリウレタンは適用可能なph範囲が広いph値が5 ~ 8と高固形分の製品を得やすい優れた初粘度、防水性、耐熱性を持っています。
スルホン酸型水性ポリウレタンはポリウレタンの固形分を著しく高めることができ、スルホン酸塩型水性ポリウレタン用鎖延長剤にスルホン酸基を導入し、さらにスルホン酸基をポリウレタン高分子鎖に導入することで、親水性をより良くすることができる各方面の性能が向上している。現在、国内で多く採用されている鎖延長剤は (DMPA) カルボン酸型であるが、スルホン酸型鎖延長剤と (DMPA) カルボン酸型鎖延長剤を比較すると、電離度が高く、熱安定性が良く、しかも種類が多いスルホン酸型WPUは、あらゆる面でカルボン酸型WPUよりも優れている。
スルファミン酸塩h 2n 2 h 2 h 2 h 2 h 2 h 3na水酸基スルホン酸塩h 2 h 2 h (3na) h 2 h。 Α 、 α-ジメチロールプロピオン酸(DMPA) の由来ルートが多いため、国内で広く採用されている。この化合物のカルボン酸基は空間障害の影響を受け、イソシアネートと反応せず、イオン基とイソシアネート原料を消費したり、分岐反応を起こして製品の粘度が増大したり、品質が劣化したりするのを避けた。DMPAは融点が高い (工業品 ≧ 175 ℃ 、純品は190 ~ 191 ℃) 、多価アルコールなどの反応物に不溶で、水とアセトンへの溶解度が低い25 ℃ ではそれぞれ0.11g/gと0.01 ~ 0.06g/gである。反応を均一かつ円滑に進行させるには、あらかじめN-メチルピロリドン (NMP) に溶解しておく必要がある。この溶剤は現在、一部の国で有毒、刺激性物質と定められており、使用制限が必要である。
海外高性能WPUはスルホン酸塩親水剤で合成することが多い。カルボン酸塩に比べて、強酸強アルカリ塩で、より強い親水性を持ち、イオン化の程度が高く、水中で自由に解離でき、強いクーロン力を形成する分子間の作用力が強い強い静電気相互作用効果が発生し、形成されたWPUコロイド粒子は水中に安定に分散し、優れた貯蔵安定性を持っている分散体はより安定した「電気二重層」構造を持っているその総合性能 (例えば、酸アルカリ耐性、耐電解質性、耐加水分解性、力学性能安定性、助剤との相容性、ゴム膜性能など) がより優れている。それによって作られたWPUのフィルムは初期粘性が高く、低硬度のWPUは高い引張強度と引裂強度を持ち、力学性能は良好である。スルホン酸基で計算すると、WPUを合成する際の使用量が低く、得られた乳液の固形分が高く、粘度が低く、広いpH(5 ~ 7) の範囲で安定し、外観の再現性が良い。一般的にスルホン酸型親水剤の数は分子質量 (Mn) に対して高く、使用量が多く、価格が高く、国内工業ではあまり使われていない。
実験の結果、DMPA自体とその中和状況がPUプレポリマーの分散効果 (乳液の外観、安定度とコロイド粒径) に大きな影響を与えることが分かった。DMPAを使わず、エチレンジアミンスルホン酸塩とPBA、TDI (トルエンジイソシアネート) だけでPUプレポリマーを合成すると、その分散液は白色エマルジョンを呈し、保管して間もなく、明らかに綿状物が現れ、沈降する。少量のDMPAとエチレンジアミンスルホン酸塩を加えて混合内乳化剤にすると、実験結果は大幅に変化し、外観、安定度は良好であった。実験の結果、ジアミノスルホン酸塩だけで、親水性イオン基の含有量は0.21mol/gで、混合イオン基を採用した場合、その含有量はわずか13%/gで、38% 減少した。二重内乳化剤は相乗効果を発揮し、総親水剤の使用量を減らし、WPUの耐水性を高める。
HDI、IPDIとPBAを基本原料とし、SDBSとジヒドロプロピオン酸を内乳化剤としアセトン法で不揮発物の質量分率> 50% 、有機溶剤を含まず、安定した靴用WPU接着剤を製造した。HDI/IPDI混合ジイソシアネートによるWPUは、低い活性化温度と高い耐熱性を持つことができる。ポリエステルジオールのMnは接着剤の性能にも大きな影響を与え、ポリエステルMnが大きいほど、接着剤の粘度が高く、Mnが高すぎると接着剤の浸透性能にも影響を与え、接着に不利である。前期の実験結果によると、Mnは2000のPBAが適切である。PU鎖上のイオンが減少し、静電反発力が弱まり、水和体積が急速に増大せずに粘度が上昇し、高固形分WPUの製造に有利である。DMPAとSDBSの親水性化合物を同時に採用することで、この目的を達成できる。前者はプリポリ反応時に添加し、後者はプリポリ反応後の親水性拡張剤として使用する。
以上のように、ジメチロール酪酸はジメチロールプロピオン酸とは比べ物にならない優位性があり、現在自分の知性が最も優れている親水基化合物と考えられる。
国の環境保護政策がますます厳しくなるにつれて、各法規が相次いで公布され、わが国の水性樹脂は急速に発展し、水基材料が伝統的な油性材料に取って代わるのは勢いがあるジヒメチル酪酸は性能がより優れたカルボン酸型親水拡張剤として、21世紀の環境保護型ファインケミカル中間体と呼ばれ、広い市場を迎える。
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