カルボキシル親水性鎖延長剤 DMBA および DMPA。

序文

水性ポリウレタンの製造において、アニオン性親水性連鎖延長剤としてのカルボン酸は、その独特の分子構造と優れた製品性能のために広く使用されているジオールを含む一種のカルボン酸です。
カルボン酸型鎖延長剤には、主に2,2-ジヒドロキシメチルプロピオン酸(DMPA)と2,2-ジヒドロキシメチル酪酸(DMBA)が含まれます。これは、ヒドロキシル基とカルボキシル基の両方を持つユニークな多官能ブロック化ジオール分子です。アルカリで中和した後、遊離酸基は樹脂の水溶性または分散性能を積極的に改善できます。極性基は、コーティングの接着性と合成繊維の染色特性を改善するために導入されました。コーティングのアルカリ溶解性を高めます。水溶性ポリウレタン系、水溶性アルキド樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシエステル塗料、ポリウレタンエラストマー、粉体塗料に適用できます。
また、皮革用化学材料、液晶、インク、食品添加物、接着剤、特に水エマルジョン ポリウレタンおよび皮革仕上げ剤の製造にも使用できます。鎖延長剤であるだけでなく、ポリウレタンの優れた自己乳化剤でもあり、ポリウレタンウォーターローションの安定性を大幅に向上させることができるため、広く使用されています。

ジヒドロキシメチルカルボン酸を使用する利点

水性ポリウレタンローションは、通常、ポリウレタン分子鎖に親水剤を導入し、アルカリで中和して塩を形成し、脱イオン水に機械的攪拌により分散させてポリウレタン水性ローションを形成します。
水性ポリウレタンに使用される親水剤には主に、アニオン性、カチオン性、非イオン性の 3 種類があります。陰イオン型には、主に、2,2-ジヒドロキシメチルプロピオン酸、2,2-ジヒドロキシメチル酪酸、酒石酸、ブタンジオールスルホン酸塩、エチレンジアミンエタンスルホン酸ナトリウム、グリセリン、無水マレイン酸が含まれます。カチオンタイプには、主にメチルジエタノールアミン、トリエタノールアミンなどがあります。非イオン性タイプは、主に水酸基末端ポリエチレンオキシドを含みます。
ポリエチレンオキシドなどの非イオン性親水剤の含有量は、分散液を安定させるために非常に高くなければなりません。ヒドロキシルポリオキシエチレンエーテルを親水基とする水性ポリウレタン樹脂は、耐電解液性に優れていますが、フィルムの耐水性が非常に悪く、実用的ではありません。
親水性化合物としてエチレンジアミンアクリル酸ナトリウム付加物などのカチオン性親水剤は、反応系全体をアルカリ性にする。-NH2 基と -NCO 基の間の急速な反応だけでなく、-NCO 基と -nhcoo の間の反応もあります。そのため、反応の制御が難しく、ゲル化しやすい。さらに、調製されたローションは粒子が粗く、フィルム形成の耐水性が低いため、工業的に使用することはできません。
アニオン形態のジヒドロキシメチルカルボン酸は、2 つのヒドロキシル基を含み、鎖延長剤としても機能します。この二重の役割により、自己乳化型ピュー ローションの調製に大きな利点を示します。カーバメートの合成中、反応系を酸性にします。酸性条件下では、-NCOと-Ohの反応は穏やかですが、-nhcoo-は反応に関与せず、ゲル化することはありません。さらに、ジメチロールカルボン酸は鎖延長剤としても作用し、親水性基（すなわち、カルボキシル基）が高分子鎖セグメントに位置する。３級アミンを中和剤として用いることにより、安定性に優れ、造膜耐水・耐溶剤性に優れた水性ポリウレタン樹脂を調製することができる。ジヒドロキシメチルカルボン酸は、水性ポリウレタン樹脂の調製に広く使用されている最高の親水性化合物です。

2,2-ジヒドロキシメチルプロピオン酸 (DMPA) および 2,2-ジヒドロキシメチル酪酸 (DMBA)

2種類のジヒドロキシメチルカルボン酸のうち、2,2-ジヒドロキシメチルプロピオン酸は古くから使用されており、現在広く使用されている親水性鎖延長剤です。多くの利点がありますが、主に融点が高く（180〜185℃）、加熱して溶融するのが難しく、N-メチルピロリドン（NMP）などの有機溶媒の添加が必要なため、多くの欠点もあります。 n N-ジメチルアミド（DMF）、アセトンなど。NMPは沸点が高く、APU調製後の除去が困難です。また、DMPAはアセトンへの溶解度が低く、合成工程で多量のアセトンを添加する必要があります。ケトン除去プロセスは、エネルギーを浪費するだけでなく、安全上のリスクももたらします。したがって、2,2-ジヒドロキシメチルプロピオン酸を使用すると、エネルギー消費が高くなるだけでなく、製品に有機残留物が生じやすくなります。
2,2-ジヒドロキシメチル プロピオン酸と比較して、2,2-ジヒドロキシメチル酪酸には次の利点があります。
1. 有機溶剤への溶解性に優れています。次の表は、さまざまな温度と溶媒における DMBA と DMPA の溶解度データを示しています。
異なる温度と溶媒における DMBA と DMPA の溶解度データ:

溶解度：単位：g/100g溶媒
水への溶解度: DMBA で 48%、DMPA で 12%。

2. 反応速度が速く、反応速度が速く、反応温度が低い。例えば、ポリウレタンプレポリマーを合成するための反応時間は短く、一般にわずか50〜60分ですが、DMPAは150〜180分かかります。
3. より細かい粒子サイズと狭い分布を持つ水性ポリウレタン ローションに使用されます。
4. 低融点、108-114 ℃;
5. 処方の多様性により、溶媒の使用を減らすことができるため、溶媒と廃液処理のコストを削減できます。
6. 完全に無溶剤のポリウレタンおよびポリエステル系の調製に使用できます。
実際の合成プロセスでは、溶媒を消費する必要はありません。生成されたローションは、フィルムの優れた性能と優れた機械的特性を備えているため、反応時間が短縮されるだけでなく、エネルギー消費が削減され、エネルギーも節約されます。したがって、2,2-ジヒドロキシメチル酪酸は、最もよく知られている親水性化合物です。