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水性聚氨酯磺酸盐亲水剂的特征
2020/11/23
自 1975 年 D. Dietrich 等研发出向 PU 分子链中引入离子型基团制备 WPU 技术以来，一直沿用和发展至今。研究表明，即使少量离子基团引入 PU 分子中，由于库仑力的相互作用，也会形成凝集的离子性畴，从而促进硬畴相分离，大幅度影响水性聚氨酯性能，尤其是黏结性的提高。聚合物分子链中电荷的种类（磺酸盐、羧酸盐等阴离子型，季铵盐等阳离子型以及聚氧化乙烯等非离子型）、电荷的位置（主链、侧链、链端）、离子及反离子多寡、胶粒结构与粒径等，均对水性聚氨酯黏度与性能有较大影响。工业上二氨磺酸盐和二醇磺酸盐以及二羟基羧酸盐最重要。
氨基磺酸盐 H 2NCH 2CH 2NHCH 2CH 2SO 3Na羟基磺酸盐 HOCH 2CH 2CH（SO 3Na）CH 2OH因 α, α – 二羟甲基丙酸（DMPA）来源渠道多，国内现广为采用。该化合物的羧酸基团受空间障碍影响， 不与异氰酸酯反应， 避免了消耗离子基团和异氰酸酯原料，或发生支化反应而导致产品黏度增大或质量劣化。DMPA 熔点高（工业品≥ 175 ℃，纯品为 190 ~ 191 ℃），又不溶于多元醇等反应物，在水和丙酮中的溶解度均低，25 ℃时分别为 0.11 g/g 和 0.01 ~ 0.02 g/g。需预先溶于N –甲基吡咯烷酮（NMP）中，才能使反应均匀而平稳地进行。该溶剂现被有些国家定为有毒、有刺激性物质，需限用。
氨基磺酸盐 H 2NCH 2CH 2NHCH 2CH 2SO 3Na羟基磺酸盐 HOCH 2CH 2CH（SO 3Na）CH 2OH因 α, α – 二羟甲基丙酸（DMPA）来源渠道多，国内现广为采用。该化合物的羧酸基团受空间障碍影响， 不与异氰酸酯反应， 避免了消耗离子基团和异氰酸酯原料，或发生支化反应而导致产品黏度增大或质量劣化。DMPA 熔点高（工业品≥ 175 ℃，纯品为 190 ~ 191 ℃），又不溶于多元醇等反应物，在水和丙酮中的溶解度均低，25 ℃时分别为 0.11 g/g 和 0.01 ~ 0.02 g/g。需预先溶于N –甲基吡咯烷酮（NMP）中，才能使反应均匀而平稳地进行。该溶剂现被有些国家定为有毒、有刺激性物质，需限用。
国外高性能水性聚氨酯多用磺酸盐亲水剂合成。与羧酸盐相比，它属强酸强碱盐，具有更强的亲水性，离子化程度高，在水中可自由解离，形成较强的库仑力； 分子间作用力强， 产生很强的静电相互作用效应，促使形成的水性聚氨酯胶粒可稳定分散于水中，具有优良贮存稳定性；分散体具有更稳定的“ 双电层 ”结构，其综合性能（如耐酸碱性、耐电解质性、耐水解性、力学性能稳定性、与助剂相容性以及胶膜性能等）更优。由其制得的水性聚氨酯的胶膜初黏性高，使较低硬度的水性聚氨酯具有较高拉伸强度和撕裂强度，力学性能良好。以磺酸基计算，合成水性聚氨酯时用量较低，制得的乳液固含量高，黏度低，在较宽 pH（5 ~ 7）范围内稳定，外观再现性佳。一般磺酸型亲水剂的数均相对分子质量（M n）偏高，使用量大，价高，国内工业尚不常用。
近年，国内关于磺酸型水性聚氨酯制备的报道很多。限于篇幅，不能作一一介绍。综上所述，为提高水性聚氨酯固含量，改善其黏结性能，大多采用AAS 或氨基苯磺酸钠等与 DMPA 作混合亲水剂，以便性能互补，减少用量，提高耐水性等。因国内水性聚氨酯胶黏剂用量以鞋用和塑料复合薄膜用为多，尤其是前者，故尽力追求活化温度低的 WPU胶黏剂。由此，采用 IPDI 和 HDI 混合异氰酸酯，以期达此目的。所述文献仍均采用丙酮法，是一大不足。据悉，大陆企业真正规模化生产的较少。进一步加强工艺、工程化和生产装备的研发，并促使研发成果及早转化为生产力和效益，以满足用户需求，是当务之急。
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