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水性聚氨酯主要合成方法

2021-02-25 15:33:05

  -NCO的共振式如图(1)所示,可以看出碳原子上带有正电荷,-NCO是亲电子反应试剂。含有活泼氢的化合物(H-Y)与-NCO的反应本质上属于亲核加成反应,亲核的-Y进攻-NCO上的碳原子,再经过氢原子的转移将氢原子转移到碳原子,形成氨基甲酸酯键,反应通式如图(2)所示。图(3)列出了常见的-NCO与含活泼氢化合物(羟基、氨基、羧基、水等)的基本反应方程式。水性聚氨酯的合成方法主要包括预聚体法、丙酮法和熔融分散法。

水性聚氨酯.png

水性聚氨酯.png

  预聚体法又叫乳化法,是将亲水基团引入到由-NCO封端的PU预聚体中,合成过程中使用少量有机溶剂降低聚合物粘度。在合成过程中,首先将适量的含活泼氢的化合物与过量的二异氰酸酯反应,合成中等分子量的聚合物;然后,将亲水基团作为内部乳化剂加入预聚体中进行进一步的扩链反应,使PU分子链含有亲水基团,容易在水中乳化;扩链后,将PU分子链在水中进行乳化分散。典型的预聚体法的合成过程如图(4)所示。在该方法中,PU分子链在非均相中延伸,亲水性的-NCO封端的PU预聚体在水相中进行分散。由脂肪族二异氰酸酯制得的聚氨酯预聚体因与水反应的活性低而被广泛使用。预聚体法常用在涂料工业领域,用于合成水性聚氨酯涂料。

水性聚氨酯.png

  为了成功应用该方法,一方面要控制好预聚体的粘度,预聚体粘度过高会导致分散困难,不利于后期乳化,所以,在采用预聚体法合成WPU的过程中,通常要使用12~15wt%的有机溶剂(二甲基甲酰氨或N-甲基吡咯烷酮)来降低PU聚合物的粘度,便于后期乳化。另一方面,由于-NCO基团会与水发生副反应,所以乳化步骤必须在短时间内完成,而且,乳化温度不高于水与-NCO基团反应的临界点温度。在使用预聚体法合成过程中,对聚合物粘度的控制是必不可少的。


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