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Schrittweises Zuführungsverfahren für wasserbasiertes Polyurethan
Die schrittweise Fütterungsmethode lässt sich in zwei unterschiedliche Ansätze unterteilen:
Im ersten Ansatz, sobald die Reaktion zwischen dem Isocyanatmonomer und Polyester ist nahezu fertiggestellt organisches Siloxan wird eingeführt, um die Kettenverlängerung einzuleiten. Anschließend wird CDMPA hinzugefügt, um die -COOH-Gruppe einzuführen.
Im zweiten Verfahren wird die -COOH-Gruppe mithilfe von Dithiomethylpropionsäure (DMPA) eingeführt, nachdem die Reaktion zwischen dem Isocyanatmonomer und dem Polyester nahezu vollständig abgeschlossen ist. Anschließend wird organisches Siloxan eingebaut, um die Kettenverlängerung zu ermöglichen.
Es wurde beobachtet, dass die mit der zweiten Sequenz erzielte Beladung diejenige der ersten Sequenz übertrifft. Dies ist auf die Zugabe von DMPA nach der Kettenverlängerung des niedermolekularen Diols während der initialen Beladung zurückzuführen. Diese Sequenz fördert die gleichmäßige Anbindung von COOH-Gruppen an die vorbeladenen Moleküle. Dies wiederum führt zu einer besseren Dispersion der Polymerketten in Wasser und somit zu einer nahezu identischen Verteilung hydrophiler Gruppen auf jedem Kolloidpartikel. Dadurch wird die Aggregation aufgrund ungleichmäßiger Hydrophilie minimiert, wodurch eine Emulsion mit gleichmäßig verteilten Kolloidpartikeln und einem verbesserten Erscheinungsbild entsteht.
Die Zugabe von Silikonmonomer nach Erreichen eines bestimmten Präpolymer-Molekülgehalts gewährleistet dessen gleichmäßigere Verteilung in der Molekülkette. Dadurch können mehr kolloidale Partikel siliziumhaltige Monomere enthalten, was nach hydrolytischer Kettenverlängerung zu einem höheren Molekulargewicht der resultierenden Emulsion führt. Folglich resultiert während der Filmbildung durch hydrolytische Kondensation ein dichterer Film.
Wird das organische Siliciummonomer vor DMPA zugegeben, führen die hohe Reaktionsgeschwindigkeit und die relativ geringe Menge an organischem Siliciummonomer zu einer ungleichmäßigen Verteilung entlang der Molekülkette. Dies wiederum resultiert in ungleichmäßigen -COOH-Gruppenketten und einer vergleichsweise geringeren Filmstabilität. Die Wasserbeständigkeit der im zweiten Zugabeschritt erhaltenen Emulsion ist besser als die der Emulsion aus dem ersten Zugabeschritt.
Die Forscher verwendeten Y-Aminopropyltriethoxysilan, TDI, Polycaprolactondiol, IP-DI und DMPA zur Synthese einer silikonterminierten, linearen wässrigen Polyurethandispersion. Hydrolyse, Kondensation, Kettenverlängerung und Vernetzungsreaktionen der Siloxangruppen innerhalb der Dispersionspartikel führten zu vernetzten, wasserbasierten Polyurethandispersionen. Die Leistungsfähigkeit und die Filmbildungseigenschaften wurden mittels Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und Rasterelektronenmikroskopie (REM) analysiert. Der Dispersionsfilm zeigte während des Trocknungsprozesses eine weitere Vernetzung.
Nach der Umwandlung des Polyurethan-Mikrogels in einen Film wurde durch die Verwendung von wasserlöslichem Epoxidsiloxan (Y-Glycidylpropyltrimethoxysilan) eine zusätzliche Vernetzung erzielt, um eine leistungsstarke organische Beschichtung zu erzeugen. Mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) wurde die Struktur der Beschichtung untersucht und der Mechanismus der filmbildenden Vernetzung diskutiert.
Darüber hinaus untersuchten die Forscher einen alternativen Ansatz, bei dem Polyurethan-Präpolymere zur Emulgierung und Kettenverlängerung in einer 1%igen wässrigen Aminoethylaminopropyl-Polydimethylsiloxan-Emulsion eingesetzt wurden. Dies führte zur Synthese eines aminogruppenhaltigen Silikonöls mit einer 20%igen wasserbasierten Polyurethan-Emulsion, die sich durch hervorragende Stabilität auszeichnete. Art und Menge des Amino- oder Tibiasiloxans beeinflussten die Polymerisations- und Lagerstabilität der Emulsion sowie deren Modifizierungswirkung signifikant. Die sorgfältige Auswahl der geeigneten Siloxanart, -menge und des geeigneten Verfahrens ist entscheidend, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen und gleichzeitig eine Gelierung während der Polymerisation zu vermeiden.
