水性聚氨酯树脂扩链剂

         目前水性聚氨酯树脂合成中，常使用二羟甲基羧酸含亲水基扩链剂，其主要有DMPA和DMBA两种，其中DMPA使用时间较早，是目前使用最为普遍的一种。虽然它有许多优点，但是还存在许多缺点，主要是自身熔点较高（180 ℃-185℃），很难加热熔解，这就需要加入有机溶剂如N-甲基吡咯烷酮（NMP）、N.N-二甲基酰胺（DMF）、丙酮等，而NMP沸点高，制备APU后很难除去。而且DMPA在丙酮中溶解度较小，在合成过程需要加入大量的丙酮，脱酮过程既浪费能源又带来安全隐患。所以说使用DMPA不仅生产能耗高，而且产品中易造成有机残留等。而DMBA由于有其特殊的分子结构，可以在合成过程不需要消耗一点溶剂，这样不仅缩短了反应时间，降低能耗，而且节省能源。DMBA和DMPA相比，DMBA存在如下明显优点：
　　（1）. DMBA在有机溶剂中有更好的溶解性，表2为DMBA与DMPA在不同温度下，在不同溶剂中的溶解度数据；
　　表2：DMBA与DMPA在不同温度下，在不同溶剂中的溶解度数据
　

序号	温 度 ℃	丙　酮		甲基乙基甲酮		甲基异丁基甲酮
		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：单位g/100g溶剂
　　DMBA在水中溶解度为48%，DMPA为12%。
　　同时DMBA熔点低，为108℃～115℃ ；

       由于DMBA具有优良的溶解性和低熔点，因而它在合成水性聚氨酯乳液过程不需要溶剂或少加溶剂。
　　谢伟等人在《DMBA基水性聚氨酯乳液的合成研究》表明：利用DMBA作为亲水扩链剂，采用后扩链工艺，整个反应过程6h基本可以完成，不用溶剂，使得产品环保，而且不需脱溶，避免浪费。

        刘都宝等人在《无溶剂水性聚氨酯的合成及性能研究》表明：在用DMBA合成水性聚氨酯过程，不要加一点溶剂既可以完成整个反应过程，而且反应结果附合配方设计。

      （2）.高反应率，反应速度快，反应温度低。

       合成聚氨酯预聚体反应时间短，一般只要50-60分钟，而DMPA则要150-180分钟。这是因为DMBA结构中比DMPA多了一个亚甲基，使羧基与亚甲基的距离加大，羧基与异氰酸酯的空间位阻减少，从而使反应速率增大。

      （3）.用于水性聚氨酯乳液其粒径更细且分布窄，胶膜性能优异，光泽度高。
　　刘都宝等人在《无溶剂水性聚氨酯的合成及性能研究》中，分别以二羟基丁酸（DMBA）、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、聚氧化丙烯二醇（PPG-220）等主要原料，采用预聚体法合成无溶剂型水性聚氨酯树脂，与DMPA基合成的WPU进行对比，其具体数据见表3.

        表3：DMBA、DMPA聚氨酯乳液性能比较：
　

编号	拉伸强度/（MPa）	断裂伸长率/（%）	模量/（MPa）	手感	光泽
P-1	7.6	464	4.6	好	78
P-2	9.4	495	5.4	一般	85
B-3	33.5	1290	17.5	好	84
B-2	46.7	1186	19.7	较好	90

注：P-1、P-1 代表DMPA中羧基含量是1.0%和2.0%，B-1、B-1代表DMBA中羧基含量是1.0%和2.0%。
　　刘都宝等人经研究认为，DMBA聚氨酯乳液的位伸强度和断裂伸长率高于DMPA聚氨酯，原因是：一是DMBA的分子结构，庞大的侧链-CH2COO-妨碍了聚氨酯硬段的聚集，硬段堆砌程度差，使硬段本身在软段基质中溶解度偏高，硬段微区中硬段减小，这些因素会导致模量下降，然而低模量会导致较大的断裂伸长，反过来较大的断裂伸长又会使软段产生进一步的应力结晶，结果出现较高的拉伸强度。二是DMBA具有比DMPA更低的熔点，而且DMBA容易熔于多元醇，所以在相同的时间内DMBA可以完全按照配方反应，而由于DMPA只有一部分溶解反应掉，所以DMBA比DMPA合成的分子量大，力学性能更优越。DMBA光泽度比DMPA的光泽度高的原因，可能是由于DMBA的亲水性更好，导致乳
液的粒径比较小，粒子较均匀。
　　综上所述，二羟甲基丁酸具有比二羟甲基丙酸无法比拟的优势，可以认为是目前己知性能最优的亲水基化合物。
　　随着国家对环保政策的日益严厉，各项法规相继出台，我国的水性树脂的必将快速发展，水基材料替代传统的油性材料已是大势所趋，二羟甲基丁酸作为一种性能更优的羧酸型亲水扩链剂，必将迎来广阔的市场。

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