低表面能水性聚氨酯的研究及合成方法

    摘要：以聚醚210(N210)，IPDI(异佛尔酮二异 )为基本单体，用硬脂酸单甘油酯封端，合成了一种表面能达33mN/m的低表面能水性聚氨酯树脂，并研究了硬脂酸单甘油酯用量、n(-NCO)/n(-OH)对树脂表面能的影响。
　　
　　关键词：水性聚氨酯；硬脂酸单甘油酯；表面能
　　
　　0.引言
　　
　　水性聚氨酯具有不燃、气味小、不污染环境、节能等优点，在化工行业中得到广泛的应用[1]。但因其以水为溶剂，在某些方面受到了限制。水的极性很大，表面能高达72.8mN/m，从而使水性聚氨酯的表面能也居高不下，致使其在某些低表面能的表面不能很好地润湿。近几年来，有很多科学家在做这方面的工作，主要集中在有机硅、有机氟改性上面，并且已取得明显的效果。但是有机硅改性的水性聚氨酯成膜后的再次涂布性差，有机氟改性的水性聚氨酯的成本很高，二者均得不到普遍的应用[2-4]。作者从表面活性剂的亲水亲油基团入手，在合成的水性聚氨酯的过程中加入含有长脂肪链的单甘油酯，使合成的水性聚氨酯同时具有亲油的长碳脂肪链、亲水的阴离子基团和极性基团，从而大大降低了水性聚氨酯的表面张力，合成了一种具有低表面能的水性聚氨酯树脂(以下简称MPU)。
　　
　　1.单甘油酯降低水性聚氨酯表面能的原理[5-6]
　　
　　硬脂酸单甘油酯简称“单甘酯”，是一种重要的非离子表面活性剂，分子式为Ｃ21Ｈ42Ｏ4，相对分子质量为358.57，其结构式如下：

低表面能水性聚氨酯的研究及合成方法

　　单甘油酯分子中含两个甘油羟基和一个脂肪酸长碳...脂肪长链为亲油基团，具有亲油性，羟基和 为极性基团，具有亲水性。这种两亲性的分子结构可使单甘酯分子在油相和水相间的界面形成一层膜，降低液体的表面张力，其HLB值为3～5。水性聚氨酯本身就是一种表面活性剂，但是其结构中极性基团较多，也就是亲水性较好，以至于水性聚氨酯乳液的表面张力比较大，一般在50～60mN/m，在低表面能基材的表面不能很好地铺展。单甘油脂含有一个伯羟基和一个仲羟基，可以和异 反应参与生成氨基甲酸酯，把亲油的长脂肪链接到聚氨酯预聚体上，增加了聚氨酯预聚体的亲油基团，分散于水中后降低了水的表面张力，从而得到低表面能的水性聚氨酯树脂。
　　
　　2.MPU的合成方法
　　
　　MPU含有长的脂肪链，干膜手感很好，外观丰满。但是单甘油酯的两个羟基一个为仲羟基，并且旁边是17个碳的长脂肪链，位阻很大，若以二元醇的形式参与反应的话，仲羟基很难参与反应，会对异氰酸造成封端的效果，使最后得到的聚氨酯预聚体分子量分布不均。所以在本试验中，作者将单甘酯以封端剂的形式参与反应，使长的脂肪链接在大分子的两端，封端的反应过程如下：

低表面能水性聚氨酯的研究及合成方法

　　3.试验部分
　　
　　3.1试验原料
　　
　　聚醚N-210，山东东大化学，化学纯；异佛尔酮二异 (IPDI)，北京西中化工厂，化学纯；单硬脂酸...酯，上海千为油脂食品公司，食品级；二羟甲基丙酸(DMPA)，北京林氏精华化新，化学纯；二甘醇(EX)，上海高桥化工厂，化学纯；二月桂酸二丁基锡(T-12)、辛酸亚锡(T-9)，北京化工三厂，分析纯；三乙...TEA)，上海宁新化工试剂厂，分析纯； 。

 

来源:中国涂料研究网