Extensores de cadena hidrofílicos carboxílicos DMBA y DMPA.

Prefacio

En la producción de poliuretano a base de agua, el ácido carboxílico como extensor de cadena hidrófilo aniónico es un tipo de ácido carboxílico con diol, que ha sido ampliamente utilizado por su estructura molecular única y su excelente rendimiento del producto.
El extensor de cadena de tipo ácido carboxílico incluye principalmente ácido 2,2-dihidroximetilpropiónico (DMPA) y ácido 2,2-dihidroximetilbutírico (DMBA).Es una molécula única de diol bloqueado multifuncional con grupos hidroxilo y carboxilo.Después de la neutralización con álcali, el grupo ácido libre puede mejorar activamente la solubilidad en agua o el rendimiento de dispersión de la resina;Se introdujeron grupos polares para mejorar la adherencia de los revestimientos y las propiedades de teñido de las fibras sintéticas;Aumentar la solubilidad alcalina del recubrimiento.Se puede aplicar al sistema de poliuretano soluble en agua, resina alquídica soluble en agua y resina de poliéster, recubrimiento de éster epoxi, elastómero de poliuretano y recubrimiento en polvo.
También se puede utilizar en materiales químicos para el cuero, cristales líquidos, tintas, aditivos alimentarios y productos químicos adhesivos, especialmente en la fabricación de poliuretano en emulsión acuosa y agentes de acabado del cuero.No solo es un extensor de cadena, sino también un buen agente autoemulsionante para poliuretano, que puede mejorar en gran medida la estabilidad de la loción de agua de poliuretano, por lo que es ampliamente utilizado.

Ventajas de usar ácido dihidroximetilcarboxílico

La loción acuosa de poliuretano generalmente introduce un agente hidrofílico en la cadena molecular del poliuretano, luego se neutraliza con álcali para formar una sal y se dispersa en agua desionizada mediante agitación mecánica para formar una loción acuosa de poliuretano.
Existen principalmente tres tipos de agentes hidrófilos utilizados en el poliuretano a base de agua: aniónicos, catiónicos y no iónicos.El tipo aniónico incluye principalmente: ácido 2,2-dihidroximetilpropiónico, ácido 2,2-dihidroximetilbutírico, ácido tartárico, sulfonato de butanodiol, etilendiaminoetanosulfonato de sodio, glicerol y anhídrido maleico;El tipo catiónico incluye principalmente: metildietanolamina, trietanolamina, etc.;El tipo no iónico incluye principalmente óxido de polietileno terminado en hidroxilo.
El contenido de agente hidrófilo no iónico, como el óxido de polietileno, debe ser muy alto para que la dispersión sea estable.La resina de poliuretano a base de agua hecha de hidroxil polioxietilen éter como grupo hidrofílico tiene buena resistencia a los electrolitos, pero la resistencia al agua de la película es muy mala, por lo que no es práctica;
El agente hidrófilo catiónico, como el aducto de acrilato de sodio etilendiamina, como compuesto hidrófilo, hace que todo el sistema de reacción sea alcalino.No solo hay una reacción rápida entre el grupo - NH2 y el grupo - NCO, sino también una reacción entre el grupo - NCO y - nhcoo.Por lo tanto, la reacción es difícil de controlar y es fácil de gelificar.Además, la loción preparada tiene partículas gruesas y poca resistencia al agua formadora de película, por lo que no puede usarse en la industria;
El ácido dihidroximetilcarboxílico en forma aniónica contiene dos grupos hidroxilo y también actúa como extensor de cadena.Esta doble función hace que muestre grandes ventajas en la preparación de la loción Pu autoemulsionante.Durante la síntesis de carbamato, acidifica el sistema de reacción.En condiciones ácidas, la reacción entre - NCO y - Oh es suave, mientras que - nhcoo - no participa en la reacción y no formará gel.Además, el ácido carboxílico de dimetilol también actúa como extensor de cadena, de manera que el grupo hidrofílico (es decir, el grupo carboxilo) se ubica en el segmento de cadena macromolecular.Utilizando amina terciaria como agente neutralizante, se puede preparar una resina de poliuretano acuosa con excelente estabilidad y excelente resistencia al agua y a los disolventes formadores de película.El ácido dihidroximetilcarboxílico es el mejor compuesto hidrofílico ampliamente utilizado en la preparación de resina de poliuretano a base de agua.

Ácido 2,2-dihidroximetilpropiónico (DMPA) y ácido 2,2-dihidroximetilbutírico (DMBA)

Entre los dos tipos de ácidos dihidroximetilcarboxílicos, el ácido 2,2-dihidroximetilpropiónico se ha utilizado durante mucho tiempo y es un extensor de cadena hidrofílico ampliamente utilizado en la actualidad.Aunque tiene muchas ventajas, también tiene muchas desventajas, principalmente debido a su alto punto de fusión (180-185 ℃), que es difícil de calentar y derretir, lo que requiere la adición de solventes orgánicos como N-metilpirrolidona (NMP), n N-dimetilamida (DMF), acetona, etc., mientras que NMP tiene un alto punto de ebullición, que es difícil de eliminar después de preparar APU.Además, el DMPA tiene una pequeña solubilidad en acetona y es necesario agregar una gran cantidad de acetona en el proceso de síntesis.El proceso de eliminación de cetonas no solo desperdicia energía sino que también conlleva riesgos de seguridad.Por lo tanto, el uso de ácido 2,2-dihidroximetilpropiónico no solo tiene un alto consumo de energía, sino que también genera fácilmente residuos orgánicos en el producto.
En comparación con el ácido 2,2-dihidroximetilpropiónico, el ácido 2,2-dihidroximetilbutírico tiene las siguientes ventajas:
1. Tiene mejor solubilidad en solventes orgánicos.La siguiente tabla muestra los datos de solubilidad de DMBA y DMPA en diferentes temperaturas y solventes;
Datos de solubilidad de DMBA y DMPA en diferentes temperaturas y solventes:

Solubilidad: unidad: g/100g disolvente
Solubilidad en agua: 48% para DMBA y 12% para DMPA.

2. Alta velocidad de reacción, velocidad de reacción rápida y temperatura de reacción baja.Por ejemplo, el tiempo de reacción para sintetizar el prepolímero de poliuretano es corto, generalmente solo de 50 a 60 minutos, mientras que el DMPA tarda de 150 a 180 minutos;
3. Se utiliza para la loción de poliuretano a base de agua con un tamaño de partícula más fino y una distribución estrecha;
4. Bajo punto de fusión, 108-114 ℃;
5. La diversidad de fórmulas puede reducir el uso de solventes, reduciendo así el costo de los solventes y el tratamiento de líquidos residuales;
6. Puede usarse para preparar sistemas de poliuretano y poliéster completamente libres de solventes;
En el proceso de síntesis real, no necesita consumir ningún solvente.La loción producida tiene un buen rendimiento y excelentes propiedades mecánicas de la película, lo que no solo acorta el tiempo de reacción, reduce el consumo de energía, sino que también ahorra energía.Por lo tanto, el ácido 2,2-dihidroximetilbutírico es el compuesto hidrofílico mejor conocido.