生物基材料PDI可以替代傳統異氰酸酯應用於水性聚氨酯

2021-02-19 塗料工業

目前很多國際行業巨頭，比如巴斯夫、科思創、日本三井化學，它們都投入了大量人力物力進行PDI的研究。科思創公司的研究較為領先，於2015年1月15日宣布了其採用生物技術，以非糧食獲得的澱粉糖生物發酵製備賴氨酸，賴氨酸生物脫羧酶催化下製備1,5－戊二胺，而後製備五亞甲基二異氰酸酯(PDI)。科思創其後推出一系列以PDI為原料的水性聚氨酯產品，包括用於水性雙組分交聯劑。並於2015年4月公布首款PDI基礎的產品，2016年產能達2萬t/a。

南京工業大學的Jiao Feng等人以五亞甲基1,5-二異氰酸酯為原料，採用不同NCO/OH摩爾比和1，6-己二醇（HDO）/二羥甲基丙酸（DMPA）摩爾比的預聚工藝製備了一系列水性聚氨酯（WPU）分散體。其研究成果發表在《Frontiers of ChemicalScience and Engineering》。

研究內容

1.水性聚氨酯分散體的合成


水性聚氨酯分散體是在配有機械攪拌器、溫度計、冷凝器和氬氣通入口的四口圓底燒瓶（500ml）中合成的。首先，將PDI和N210加入到放置在油浴（80℃）中的燒瓶中。在氬氣中，以中等速度（150-200r/min）攪拌約2h，通過親核加成將N210的活性羥基與PDI的異氰酸酯基反應，得到NCO封端的預聚物。然後，將一定量DMPA作為親水基團，溶解於DMF中，DBTDL作為催化劑，HDO（擴鏈）加入燒瓶中。2小時後，剩餘NCO含量達到要求值。將預聚物冷卻至<50℃，並加入TEA來中和羧酸反應30分鐘。中和過程中，加入丙酮以降低粘度。然後，將預聚物去離子水中分散30分鐘（方案1）。最後，在50℃下旋蒸30分鐘去除丙酮以獲得WPU。WPU分散體的組成如表1所示。

2.WPU固化膜的製備

將水性聚氨酯分散體倒入聚四氟乙烯盤中，在室溫條件下乾燥24小時以製備薄膜。然後將塗膜在45℃下真空乾燥2 h，並在室溫下儲存在真空乾燥器中。

相關焦點

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  • 自消光水性聚氨酯合成的研究進展
    水性聚氨酯是一種嵌段聚合物,其合成單體品種多、結構多樣;成膜過程存在微相分離;導致其配方可調範圍大,性能影響因素多。因此研究原料種類和用量對自消光水性聚氨酯性能的影響,對實際生產和應用具有重要的指導作用。一般來說WPU結晶度越高,對光散射越強,膠膜透光性越差。
  • 水性塗料替代溶劑型塗料,應用於人造板定製家具的案例分析!
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    近年來，在水性聚氨酯配方中利用生物基多元醇替代石油基多元醇，因其環保性和多功能性而備受關注。蓖麻油（CO）是一種廉價、可再生的原料，已經廣泛應用於塗料、密封劑、膠粘劑、塗料等領域。儘管二羥甲基丁酸（DMPA）和二羥甲基丙酸（DMBA）在許多研究中被用作製備水性聚氨酯的親水單體，但關於蓖麻油基水性聚氨酯與這兩種親水單體之間的性能差異存在很大的不確定性，同時乳化劑含量也對聚氨酯熱性能和機械性能的影響有較大影響。
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  • 防腐阻燃水性聚氨酯的研究
    GO 具有較大的理論表面積，含氧基團的存在可以使其與水形成穩定的水性膠體，還使其能夠與親水性樹脂基體直接複合。國內外出現很多通過將GO加入聚丙烯酸酯、聚氨酯中進行改性的研究，結果表明，通過 GO 改性的複合材料的熱穩定性和力學性能提高。近年來，無滷本質阻燃水性聚氨酯的研究成為焦點，其中大多研究以無滷阻燃劑作為軟段或者硬段擴鏈劑對聚氨酯進行化學阻燃改性。
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    《目錄》提出，鼓勵水性木器、工業、船舶用塗料，高固體分、無溶劑、輻射固化塗料，低VOCs含量的環境友好、資源節約型塗料，用於大飛機、高鐵等重點領域的高性能防腐塗料生產;熱塑性聚酯彈性體(TPEE)、有機矽改性熱塑性聚氨酯彈性體等熱塑性彈性體材料開發與生產;改性型、水基型膠黏劑和新型熱熔膠;改性瀝青防水卷材、高分子防水卷材、水性或高固含量防水塗料等新型建築防水材料
  • 水性聚酯樹脂在水性塑膠漆的最新應用
    隨著社會發展和科技進步，塑料製品已廣泛用於汽車、家電辦公設備、電子通訊及醫療器械等行業，成為工業、民用及高新技術不可缺少的材料。近年來人們環保意識不斷加強，各國對VOC的排放相繼制定了環保法規，旨在鼓勵推廣使用綠色環保、節能減排的新產品。應用於計算機、通信和消費類電子產品，3C產品領域和汽車內飾及配件的塑料塗料產量很大，其水性化呼聲也最高。
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    近日，中國科學院青島生物能源與過程研究所生物基材料院重點實驗室萬曉波團隊成功開發出新型聚氨酯材料，有望打破國外企業對此類材料的壟斷。 研究人員通過親水性聚氨酯樹脂分子結構設計，調整了聚合物中鏈段排布方式及功能基團的密度，促使凝膠時形成均勻而緻密的交聯網絡，突破相關關鍵技術，合成了具有高抱水量(**高可達為自身體積40倍)、高機械強度、優異乳化性能的聚氨酯樹脂。該單組分聚氨酯水凝膠所用均為工業原料，成本低廉，可望在實際生產中得到大規模應用。