Karboksylowe hydrofilowe przedłużacze łańcucha DMBA i DMPA.

Przedmowa

W produkcji poliuretanu na bazie wody kwas karboksylowy jako anionowy hydrofilowy przedłużacz łańcucha jest rodzajem kwasu karboksylowego z diolem, który jest szeroko stosowany ze względu na swoją unikalną strukturę molekularną i doskonałą wydajność produktu.
Przedłużacz łańcucha typu kwasu karboksylowego obejmuje głównie kwas 2,2-dihydroksymetylopropionowy (DMPA) i kwas 2,2-dihydroksymetylomasłowy (DMBA).Jest to unikalna wielofunkcyjna blokowana cząsteczka diolu z grupami hydroksylowymi i karboksylowymi.Po zobojętnieniu alkaliami wolna grupa kwasowa może aktywnie poprawiać rozpuszczalność w wodzie lub działanie dyspersji żywicy;Wprowadzono grupy polarne, aby poprawić przyczepność powłok i właściwości barwiące włókien syntetycznych;Zwiększ rozpuszczalność powłoki w alkaliach.Może być nakładany na wodorozcieńczalny system poliuretanowy, wodorozpuszczalną żywicę alkidową i poliestrową, powłokę epoksydowo-estrową, elastomer poliuretanowy i powłokę proszkową.
Może być również stosowany w materiałach chemicznych skórzanych, ciekłych kryształach, tuszach, dodatkach do żywności i chemikaliach adhezyjnych, zwłaszcza w produkcji emulsji wodnych poliuretanowych i środków wykańczających skórę.Jest to nie tylko przedłużacz łańcucha, ale także dobry samoemulgujący środek do poliuretanu, który może znacznie poprawić stabilność wodnego balsamu poliuretanowego, dlatego jest szeroko stosowany.

Zalety stosowania kwasu dihydroksymetylokarboksylowego

Wodny balsam poliuretanowy zwykle wprowadza środek hydrofilowy do łańcucha cząsteczkowego poliuretanu, a następnie zobojętnia alkaliami z wytworzeniem soli i dysperguje w wodzie dejonizowanej przez mieszanie mechaniczne, tworząc wodny balsam poliuretanowy.
W poliuretanie wodorozcieńczalnym stosuje się głównie trzy rodzaje środków hydrofilowych: anionowe, kationowe i niejonowe.Typ anionowy obejmuje głównie: kwas 2,2-dihydroksymetylopropionowy, kwas 2,2-dihydroksymetylomasłowy, kwas winowy, sulfonian butanodiolu, etylenodiaminoetanosulfonian sodu, glicerol i bezwodnik maleinowy;Typ kationowy obejmuje głównie: metylodietanoloaminę, trietanoloaminę itp.;Typ niejonowy obejmuje głównie tlenek polietylenu zakończony grupami hydroksylowymi.
Zawartość niejonowego środka hydrofilowego, takiego jak tlenek polietylenu, musi być bardzo wysoka, aby dyspersja była stabilna.Wodna żywica poliuretanowa wykonana z eteru hydroksypolioksyetylenowego jako grupy hydrofilowej ma dobrą odporność na elektrolit, ale wodoodporność folii jest bardzo słaba, więc nie jest to praktyczne;
Kationowy środek hydrofilowy, taki jak addukt akrylan sodowy etylenodiaminy, jako związek hydrofilowy, powoduje odczyn zasadowy całego układu reakcyjnego.Następuje nie tylko szybka reakcja pomiędzy grupą - NH2 a grupą - NCO, ale także reakcja pomiędzy grupą - NCO a - nhcoo.Dlatego reakcja jest trudna do kontrolowania i łatwo ulega żelowaniu.Ponadto przygotowany balsam ma grube cząstki i słabą wodoodporność błonotwórczą, dlatego nie może być stosowany w przemyśle;
Kwas dihydroksymetylokarboksylowy w postaci anionowej zawiera dwie grupy hydroksylowe i działa również jako przedłużacz łańcucha.Ta podwójna rola sprawia, że ​​wykazuje ogromne zalety w przygotowaniu samoemulgującego balsamu Pu.Podczas syntezy karbaminianu powoduje zakwaszenie układu reakcyjnego.W warunkach kwaśnych reakcja pomiędzy - NCO i - Oh jest łagodna, natomiast - nhcoo - nie uczestniczy w reakcji i nie powoduje żelowania.Ponadto kwas dimetylolokarboksylowy działa również jako przedłużacz łańcucha, tak że grupa hydrofilowa (tj. grupa karboksylowa) znajduje się w segmencie łańcucha makrocząsteczkowego.Używając trzeciorzędowej aminy jako środka neutralizującego, można przygotować wodną żywicę poliuretanową o doskonałej stabilności i doskonałej odporności na wodę i rozpuszczalniki tworzące powłokę.Kwas dihydroksymetylokarboksylowy jest najlepszym związkiem hydrofilowym szeroko stosowanym do wytwarzania wodorozcieńczalnych żywic poliuretanowych.

Kwas 2,2-dihydroksymetylopropionowy (DMPA) i kwas 2,2-dihydroksymetylomasłowy (DMBA)

Spośród dwóch rodzajów kwasów dihydroksymetylokarboksylowych, kwas 2,2-dihydroksymetylopropionowy jest stosowany od dawna i jest szeroko stosowanym przedłużaczem łańcucha hydrofilowego.Choć ma wiele zalet, ma też wiele wad, głównie ze względu na wysoką temperaturę topnienia (180-185℃), która jest trudna do podgrzania i topienia, co wymaga dodania rozpuszczalników organicznych takich jak N-metylopirolidon (NMP), n N-dimetyloamid (DMF), aceton itp., natomiast NMP ma wysoką temperaturę wrzenia, którą trudno usunąć po przygotowaniu APU.Ponadto DMPA ma niewielką rozpuszczalność w acetonie, a w procesie syntezy trzeba dodać dużą ilość acetonu.Proces usuwania ketonów nie tylko marnuje energię, ale także niesie ze sobą zagrożenia bezpieczeństwa.Dlatego też stosowanie kwasu 2,2-dihydroksymetylopropionowego jest nie tylko energochłonne, ale również łatwe do wytworzenia pozostałości organicznych w produkcie.
W porównaniu z kwasem 2,2-dihydroksymetylopropionowym, kwas 2,2-dihydroksymetylomasłowy ma następujące zalety:
1. Ma lepszą rozpuszczalność w rozpuszczalnikach organicznych.Poniższa tabela przedstawia dane dotyczące rozpuszczalności DMBA i DMPA w różnych temperaturach i rozpuszczalnikach;
Dane rozpuszczalności DMBA i DMPA w różnych temperaturach i rozpuszczalnikach:

Rozpuszczalność: jednostka: g/100g rozpuszczalnika
Rozpuszczalność w wodzie: 48% dla DMBA i 12% dla DMPA.

2. Wysoka szybkość reakcji, szybka reakcja i niska temperatura reakcji.Na przykład, czas reakcji syntezy prepolimeru poliuretanowego jest krótki, zwykle tylko 50-60 minut, podczas gdy DMPA zajmuje 150-180 minut;
3. Jest stosowany do wodorozcieńczalnych balsamów poliuretanowych o drobniejszym rozmiarze cząstek i wąskim rozkładzie;
4. Niska temperatura topnienia, 108-114 ℃;
5. Różnorodność formuł może zmniejszyć zużycie rozpuszczalników, zmniejszając w ten sposób koszty rozpuszczalników i oczyszczania ścieków;
6. Może być stosowany do przygotowania całkowicie bezrozpuszczalnikowych systemów poliuretanowych i poliestrowych;
W rzeczywistym procesie syntezy nie wymaga stosowania rozpuszczalnika.Wytworzony balsam charakteryzuje się dobrymi parametrami użytkowymi i doskonałymi właściwościami mechanicznymi folii, co nie tylko skraca czas reakcji, zmniejsza zużycie energii, ale także oszczędza energię.Dlatego kwas 2,2-dihydroksymetylomasłowy jest najlepiej poznanym związkiem hydrofilowym.