توسعه دهنده زنجیره هیدروفیل کربوکسیلیک DMBA و DMPA.

پیشگفتار

در تولید پلی اورتان آب، کربوکسیلیک اسید به عنوان توسعه دهنده زنجیره هیدروفیل آنیونی نوعی اسید کربوکسیلیک با دیول است که به دلیل ساختار مولکولی منحصر به فرد و عملکرد عالی محصول به طور گسترده ای مورد استفاده قرار گرفته است.
توسعه دهنده زنجیره نوع کربوکسیلیک اسید عمدتاً شامل 2،2-دی هیدروکسی متیل پروپیونیک اسید (DMPA) و 2،2-دی هیدروکسی متیل بوتیریک اسید (DMBA) می باشد.این یک مولکول دیول مسدود شده چند منظوره منحصر به فرد با هر دو گروه هیدروکسیل و کربوکسیل است.پس از خنثی سازی با قلیایی، گروه اسید آزاد می تواند به طور فعال حلالیت آب یا عملکرد پراکندگی رزین را بهبود بخشد.گروه های قطبی برای بهبود چسبندگی پوشش ها و خواص رنگرزی الیاف مصنوعی معرفی شدند.حلالیت قلیایی پوشش را افزایش دهید.این را می توان برای سیستم پلی اورتان محلول در آب، رزین آلکیدی محلول در آب و رزین پلی استر، پوشش اپوکسی استر، الاستومر پلی اورتان و پوشش پودری اعمال کرد.
همچنین می توان از آن در مواد شیمیایی چرم، کریستال های مایع، جوهر، افزودنی های غذایی و مواد شیمیایی چسب، به ویژه در ساخت پلی اورتان امولسیون آب و مواد تکمیل کننده چرم استفاده کرد.این نه تنها یک گسترش دهنده زنجیره ای است، بلکه یک عامل خود امولسیون کننده خوب برای پلی اورتان است، که می تواند تا حد زیادی پایداری لوسیون آب پلی اورتان را بهبود بخشد، بنابراین به طور گسترده استفاده می شود.

مزایای استفاده از دی هیدروکسی متیل کربوکسیلیک اسید

لوسیون پلی یورتان آبی معمولاً عامل آبدوست را وارد زنجیره مولکولی پلی یورتان می کند، سپس با قلیایی خنثی می شود و نمک تشکیل می دهد و با هم زدن مکانیکی در آب دیونیزه پخش می شود تا لوسیون آبی پلی یورتان تشکیل شود.
به طور عمده سه نوع عامل آبدوست در پلی یورتان موجود در آب استفاده می شود: آنیونی، کاتیونی و غیر یونی.نوع آنیونی عمدتاً شامل: 2،2-دی هیدروکسی متیل پروپیونیک اسید، 2،2-دی هیدروکسی متیل بوتیریک اسید، اسید تارتاریک، بوتاندیول سولفونات، سدیم اتیلن دی آمین اتان سولفونات، گلیسرول و مالئیک انیدرید.نوع کاتیونی عمدتاً شامل: متیل دی اتانول آمین، تری اتانول آمین و غیره است.نوع غیر یونی عمدتاً شامل پلی اتیلن اکسید پایان یافته با هیدروکسیل است.
محتوای عامل آبدوست غیر یونی مانند پلی اتیلن اکسید باید بسیار زیاد باشد تا پراکندگی پایدار باشد.رزین پلی اورتان آب ساخته شده از هیدروکسیل پلی اکسی اتیلن اتر به عنوان گروه هیدروفیل دارای مقاومت الکترولیت خوبی است، اما مقاومت فیلم در برابر آب بسیار ضعیف است، بنابراین عملی نیست.
عامل آبدوست کاتیونی، مانند اتیلن دی آمین سدیم اکریلات اضافی، به عنوان یک ترکیب آبدوست، کل سیستم واکنش را قلیایی می کند.نه تنها یک واکنش سریع بین - گروه NH2 و - گروه NCO وجود دارد، بلکه یک واکنش بین - گروه NCO و - nhcoo وجود دارد.بنابراین، کنترل واکنش دشوار است و به راحتی ژل می شود.علاوه بر این، لوسیون آماده شده دارای ذرات درشت و مقاومت ضعیف در برابر آب در تشکیل فیلم است، بنابراین نمی توان از آن در صنعت استفاده کرد.
دی هیدروکسی متیل کربوکسیلیک اسید به شکل آنیونی حاوی دو گروه هیدروکسیل است و همچنین به عنوان گسترش دهنده زنجیره عمل می کند.این نقش دوگانه باعث می شود که مزایای زیادی در تهیه لوسیون خود امولسیون کننده Pu نشان دهد.در طول سنتز کاربامات، سیستم واکنش را اسیدی می کند.در شرایط اسیدی، واکنش بین - NCO و - Oh خفیف است، در حالی که - nhcoo - در واکنش شرکت نمی کند و باعث ایجاد ژل نمی شود.علاوه بر این، دی متیلول کربوکسیلیک اسید نیز به عنوان گسترش دهنده زنجیره عمل می کند، به طوری که گروه آبدوست (یعنی گروه کربوکسیل) در بخش زنجیره ماکرومولکولی قرار دارد.با استفاده از آمین ثالثی به عنوان یک عامل خنثی کننده، می توان یک رزین پلی یورتان آبی با پایداری عالی و مقاومت عالی در تشکیل فیلم در آب و حلال تهیه کرد.دی هیدروکسی متیل کربوکسیلیک اسید بهترین ترکیب آبدوست است که به طور گسترده در تهیه رزین پلی اورتان موجود در آب استفاده می شود.

2،2-دی هیدروکسی متیل پروپیونیک اسید (DMPA) و 2،2-دی هیدروکسی متیل بوتیریک اسید (DMBA)

در میان دو نوع دی هیدروکسی متیل کربوکسیلیک اسید، اسید 2،2-دی هیدروکسی متیل پروپیونیک برای مدت طولانی مورد استفاده قرار گرفته است و یک توسعه دهنده زنجیره آبدوست است که در حال حاضر به طور گسترده استفاده می شود.اگرچه مزایای زیادی دارد، اما معایب زیادی نیز دارد، عمدتاً به دلیل نقطه ذوب بالا (180-185 ℃)، که حرارت دادن و ذوب آن دشوار است، که نیاز به افزودن حلال های آلی مانند N-methylpyrrolidone (NMP) دارد. n N-دی متیل آمید (DMF)، استون و غیره، در حالی که NMP دارای نقطه جوش بالایی است که پس از تهیه APU حذف آن دشوار است.علاوه بر این، DMPA حلالیت کمی در استون دارد و مقدار زیادی استون باید در فرآیند سنتز اضافه شود.فرآیند حذف کتون نه تنها انرژی را هدر می دهد، بلکه خطرات ایمنی را نیز به همراه دارد.بنابراین، استفاده از اسید 2،2-دی هیدروکسی متیل پروپیونیک نه تنها مصرف انرژی بالایی دارد، بلکه به راحتی باعث ایجاد بقایای آلی در محصول می شود.
در مقایسه با اسید 2،2-دی هیدروکسی متیل پروپیونیک، اسید 2،2-دی هیدروکسی متیل بوتیریک دارای مزایای زیر است:
1. حلالیت بهتری در حلال های آلی دارد.جدول زیر داده های حلالیت DMBA و DMPA را در دماها و حلال های مختلف نشان می دهد.
داده های حلالیت DMBA و DMPA در دماها و حلال های مختلف:

حلالیت: واحد: گرم / 100 گرم حلال
حلالیت در آب: 48% برای DMBA و 12% برای DMPA.

2. سرعت واکنش بالا، سرعت واکنش سریع و دمای واکنش پایین.به عنوان مثال، زمان واکنش برای سنتز پیش پلیمر پلی اورتان کوتاه است، به طور کلی فقط 50-60 دقیقه، در حالی که DMPA 150-180 دقیقه طول می کشد.
3. برای لوسیون پلی اورتان آب با اندازه ذرات ریزتر و توزیع باریک استفاده می شود.
4. نقطه ذوب پایین، 108-114 ℃.
5. تنوع فرمول ها می تواند استفاده از حلال ها را کاهش دهد، بنابراین هزینه حلال ها و تصفیه مایع زباله را کاهش می دهد.
6. می توان از آن برای تهیه سیستم های پلی اورتان و پلی استر کاملاً بدون حلال استفاده کرد.
در فرآیند سنتز واقعی، نیازی به مصرف هیچ حلالی نیست.لوسیون تولید شده دارای عملکرد خوب و خواص مکانیکی عالی فیلم است که نه تنها زمان واکنش را کوتاه می کند، مصرف انرژی را کاهش می دهد، بلکه در مصرف انرژی نیز صرفه جویی می کند.بنابراین، اسید 2،2-دی هیدروکسی متیل بوتیریک بهترین ترکیب آبدوست شناخته شده است.