聚氨酯缔合型增稠剂（I 系列）的研制与应用

聚氨酯缔合型增稠剂（I 系列）的研制与应用

刘 震 许钧强 （ 深圳海川化工科技有限公司 518040）
夏红兵 （ 山东滨化集团有限责任公司 256619）

摘 要：利用异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）与一定相对分子质量的聚乙二醇进行本体聚合得到一定规格的聚氨酯单体，同时加入扩链剂和封端剂进行改性，最后与溶剂和助溶剂进行复配，制成缔合型聚氨酯增稠剂成品。对合成过程中的温度、催化剂、加料次序及滴加速率等条件进行了研究。

关键词：缔合型增稠剂；异佛尔酮二异氰酸酯；聚氨酯；封端剂

0 前言
传统的增稠剂，如纤维素型、碱溶胀型增稠剂等应用于乳胶漆中具有流动性低、流平性差、刷痕重和辊涂易飞溅等缺陷，I 系列缔合型增稠剂的特点是在亲水的分子链端或侧链带有适当的疏水基团，从而使缔合型增稠剂分子可以象大分子表面活性剂一样形成胶束，亲水端与水分子以氢键缔合，疏水端与乳液粒子、表面活性剂等的疏水结构以分子间配向效应吸附缔合在一起，在水中形成立体网状结构；起到增加粘度、增加流平性、提高涂膜丰满度、改善涂膜手感效果等作用，使外墙涂料和高性能的内墙涂料具有良好的流平性、耐水性、耐洗刷性、防飞溅性、耐划伤性、抗生物分解性及涂膜光泽等满意的效果。

1 实验部分
1.1 实验仪器及药品
仪器：数显电动搅拌机、电加热套、真空泵、蛇型冷凝管、温度计、恒压分液漏斗、烧杯、蒸馏瓶、broookfield 粘度计等。
药品：聚乙二醇（相对分子质量6 000~ 10 000）、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、曲拉通616、月桂醇、1，4- 丁二醇、N-甲基吡咯烷酮、乙二醇丁醚、乙二醇甲醚等。

1.2 实验原理

1.3 合成过程
将计量好的聚乙二醇物料投入带冷凝管、温度计、分液漏斗滴加器的四口烧瓶中，升温至烧瓶中的物料全部溶解，开搅拌，升温至100℃进行真空脱水2.5~3.0 h。将计量好的催化剂加入四口烧瓶中，搅拌速度加快至500 r/min，将烧瓶中的物料在该搅拌速度下混匀15~20 min，同时适当降温至80±2℃。将计量好的IPDI 溶解在一定量的N- 甲基吡咯烷酮中，达到一定的粘度，将该物料置于分液漏斗滴加器中，于80±2℃条件下滴加IPDI 的N- 甲基吡咯烷酮溶液，滴加速度控制在小于30 滴/min，滴加过程中防止物料出现爆聚凝胶现象。计量滴加IPDI 完毕后，将物料置于85±2℃下反应1 h，保持反应物料颜色为浅色透明液体，加入计量的封端剂。物料升温至120~130℃，于该温度及一定的搅拌速度下反应2~2.5 h，至反应物料为淡黄色达到一定的粘度。降温至95~100℃，于该温度下保温反应1 h 后计量加入预先准备好的1，4- 丁二醇，于90±2℃下反应1.5 h，取样分析物料中异氰酸酯残留物含量低于0.3％即为合格。在原装置的条件下添加一个蒸馏装置，将物料中的溶剂N- 甲基吡咯烷酮在一定的温度条件下减压分馏出来并计量，待物料中的溶剂分离合格后得到的固体物即为合成的聚氨酯单体。

1.4 成品调配
将聚氨酯单体与溶剂及助溶剂在一定的温度和搅拌条件下进行调配，即成为一定性能和规格的缔合型聚氨酯增稠剂。

2 结果与讨论
将自制缔合型聚氨酯增稠剂I-1、I-2 与国外某公司产品1、2 在外墙高光乳胶漆中的增稠、流变、光泽、稳定性能、调色性能等方面进行对比。
外墙高光乳胶漆的配方如下：
原料名称 配比/%
水 14.0
丙二醇 2.0
H-34 0.8
DSX436 0.1
D-334 0.15
A-251 0.15
金红石型钛白粉R-706 20.0
将上述物料分散、研磨成粒径≤ 30 μm 的浆料。
纯丙乳液AC-261 50.0
C-40 2.5
A-10 0.15
AMP-95 0.15
水 补足余量
DSX3116D 0.3
所选增稠剂 适量

2.1 增稠性能对比
增稠性能对比结果见图1~ 图4。



2. 2 流平性能
使用国外产品1、自制I-1、国外产品2、自制I-2 调配的AC-261 纯丙乳胶漆，调到相同的中剪切粘度，其流平等级都是4 级。

2. 3 抗流挂性能（表1）


3 讨论部分
（1） 在聚合过程中滴加IPDI 时物料的反应温度以80℃为宜，过低反应不完全，过高易引起爆聚凝胶；这两种情形都会引起相对分子质量的分布过宽而严重影响合成产物的质量。
（2） 后阶段残留IPDI 与聚乙二醇反应完全的最高温度不能超过130℃，否则反应产物颜色将变得较深甚至较黑，同时由于反应温度过高会引起部分高分子链断链从而影响反应产物的质量。
（3） 滴加异氰酸酯的速度以低于30 滴/min 为宜，如果超出该滴加速度易引起物料爆聚凝胶。
（4） 在利用IPDI 与聚乙二醇进行本体聚合中选用的催化剂二月桂酸二丁基锡比辛酸亚锡的催化效果要好。
（5） 在聚合过程中选用的脂环族二异氰酸酯IPDI 合成的I 系列缔合型聚氨酯增稠剂具有优良的增稠流变性能，同时不会发生黄变。
（6） 在高光外墙涂料的应用实验中，I 系列增稠剂中的I-2 除了在高剪增稠性能方面略低于国外产品1 外，其它方面的应用性能均比较优良；I-2的综合应用性能优于I-1 是由于其合成当中使用了不同的封端剂所致。

4 结语
经过大量实验发现，利用IPDI 与一定相对分子质量的聚乙二醇在合适的工艺下进行聚合，同时选择合适的封端剂和扩链剂进行改性，可以合成一系列优良的聚氨酯增稠流变剂，在相应的乳胶漆中应用后能够体现优秀的增稠、流平、相容性能、稳定性能等。

参考文献
1 朱吕民，李绍雄，等. 异氰酸酯反应活性与结构的关系. 聚
氨酯合成材料，2001（7）：15
2 关有俊，谭亮. 新型水性聚氨酯缔合型增稠剂的研制. 上
海涂料，2005，43（7/8）：1-3
3 F M Winnik. Association of Hydrophobic Polymers in
Water:Fluorescence Studies with Labeled Cellulose.
Macromolecules，1989，22（2）：734-732