技术文稿- 聚合物表面活性剂和由其制成的乳胶

2022-08-29 12:53:47 772


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传统的表面活性剂是在同一分子中同时包含极性和非极性基团的物质,它们能够改变溶解它们的液体的性质。它们是低分子量(500 g/mol)分子,并可以开始在水中形成称为胶束的聚集体。


形成这些胶束的表面活性剂浓度称为临界胶束浓度 (CMC)。非极性疏水基团在胶束中向内取向,形成疏水环境。极性基团则与水接触。根据极性基团的性质,它们可分为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂或两性离子表面活性剂。


表面活性剂的重要特性之一是它们可溶解这些胶束中的非极性分子,这为合成称为乳胶的水性聚合物奠定了基础。表面活性剂的用量应大于其的CMC。这些乳胶广泛用于许多工业应用,例如生物技术、涂料、医疗、个人护理、水处理和石油开采。然而,表面活性剂由于其低分子量和亲水基团,会吸收涂膜中的水分,导致腐蚀、起泡、附着力失效和酸蚀等问题。


与传统的表面活性剂不同,聚合物表面活性剂的分子量要高得多,从几千到几万,它们的极性基团分布在它们的主链上,或者在非极性链的两侧。高疏水性、高分子量、低极性的高分子表面活性剂可以克服传统表面活性剂的缺陷。它们可以提供额外的优势,例如在应用和封装材料期间构建流变学。


在这里,描述了几个聚合物表面活性剂的例子。

◆ 例子一:基于氨基甲酸酯骨架的聚合物表面活性剂:聚氨酯表面活性剂的生产包括异氰酸酯基团与羟基反应生成氨基甲酸酯基团。

a. 阴离子聚氨酯表面活性剂:阴离子聚氨酯表面活性剂 (APUS) 可以通过二异氰酸酯或三异氰酸酯、多元醇和含酸二醇如二羟甲基丙酸或丁酸反应来制备。化学计量选择应使羟基比异氰酸酯过量。基于总聚合物固体的酸值应在20-40的范围内。这些材料可以在惰性溶剂如甲基乙基酮 (MEK) 中在大约 80℃下使用锡或叔胺作催化剂来制备。


然后可以使用碱(例如二甲基乙醇或三乙胺)作为酸基团的中和物将材料转化为去离子水。可调节中和程度以控制成品的固体粘度。可以蒸馏掉溶剂以获得无溶剂产品。


Zheng和Lu以二月桂酸二丁基锡为催化剂,通过异佛尔酮二异氰酸酯、聚乙二醇400、2,2-双(羟甲基)丙酸和辛醇在80℃下反应制备阴离子聚氨酯表面活性剂(APUS)。他们制备的材料表现出以下性质:Mn(平均分子量)=3232 gmol;CMC =2.04 mmol/L;CMC 处的表面张力= 35.28 mNm。使用2%的这种APUS 不同量的甲基丙烯酸甲酯 (MMA)、丙烯酸丁酯 (BA) 单体和过硫酸钾 (KPS) 作为自由基形成引发剂制备了几种乳胶。将由APUS制成的胶乳与使用常规低分子量表面活性剂十二烷基硫酸钠 (SDS) 制成的乳胶进行了比较。比较发现,基于APUS的乳胶在乳液稳定性、耐水性和机械性能(拉伸强度和伸长率)方面要优越得多。可以使用其他多元醇和异氰酸酯来制造定制的APUS,以实现常规表面活性剂无法实现的所需性能。


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b. 非离子型聚氨酯表面活性剂:非离子型聚氨酯表面活性剂 (NPUS) 可以通过异氰酸酯与多元醇或羟胺或两者的反应来制备,类似于上述方法。Negm等通过将不同分子量的聚乙二醇与甲苯二异氰酸酯反应制备了几种NPUS。这些聚氨酯的平均分子量控制在 3900-100,000gmol范围内。这些材料的CMC值与传统的非离子低分子量市售表面活性剂如Tween-20、BRIJ 35和Triton X-10相当。粒径范围为30nm-140nm,乙二醇链越长,粒径越小。由这些表面活性剂制成的乳胶具有冻融稳定性,可在涂料应用中提供出色的柔韧性。

◆ 例子二:基于丙烯酸骨架的聚合物表面活性剂:这些表面活性剂有两大类。一组包含丙烯酸或甲基丙烯酸与疏水性单体如苯乙烯、丙烯酸丁酯或丙烯酸辛酯的无规共聚物,在有机溶剂中通过自由基聚合,然后用碱中和,然后在水中转化而制备。可以通过蒸馏除去溶剂。使用这些聚合物表面活性剂可以制备具有良好胶体稳定性的乳胶。


另一组是带有酸酐与醇的开环的苯乙烯-马来酸酐 (SMA) 共聚物。通过与C10 或更多长脂肪醇开环获得的 SMA 表面活性剂被成功制备并用于制造乳胶。与SMA与丁醇反应相比,当SMA共聚物与十二烷醇反应时,可制得具有良好稳定性的高固含量乳胶(固含量为40%)。长烷基链的加入不仅降低了酸值,而且增加了疏水部分,提供了更好的亲水-亲油平衡,使乳胶同时具有空间稳定性和电荷稳定性。关键词:艺术涂料、涂料色浆、墙漆色浆、UV油墨 、涂料厂家、色浆涂料、地坪漆色浆、丝印油墨 、涂料价格、水性涂料色浆、水性木漆、胶印油墨 、涂料公司、涂料的色浆、木烤漆、印刷油墨、墙面涂料、印花涂料色浆 。

表面活性剂

这些表面活性剂可以以更高的量(10-20%)用于共聚疏水性单体,例如丙烯酸丁酯、苯乙烯、丙烯酸异冰片酯,并且可以任选地具有功能性单体例如甲基丙烯酸羟乙酯用于涂料中的交联。由这些表面活性剂制成的乳胶具有核-壳型形态。这些乳胶核心中的链可以使用二丙烯酸酯或三丙烯酸酯(例如己二醇二丙烯酸酯或氰脲酸三烯丙酯)进行交联。交联乳胶可用于减少或防止层间混合。

聚合物表面活性剂由于其高得多的分子量、长而柔韧的聚合物链、较大的粒度可以提供优于常规表面活性剂的若干优点。它们可以根据应用所需的化学成分和特性在实验室轻松制造。
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作者:Shanti Swarup

▷ 内容来源 | 涂料与油墨中国版

▷ 文字编辑 | Sabrina Feng

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