然而，一系列采用生物基技术的水解稳定聚酯多元醇已经克服了这些不足。减少酯键和疏水环境使这些多元醇实际上免疫水，同时保持耐热和抗紫外线的特性。
本文研究了C-36二聚脂肪酸合成的多元醇对聚氨酯分散体的水解稳定性和贮存稳定性的影响。此外，结果将表明，由这些多元醇生产的uv固化聚氨酯分散体表现出相同的性能，以及显著改善的水蒸发，从而改善固化时间。
结果表明，涂层在不同塑料基体上的粘接性能均有较大提高。
二聚脂肪酸
多年来，天然油脂为聚氨酯化学家提供了各种各样的基础材料，如甘油和蓖麻油。不太为人所知的是在聚氨酯化学中使用一种脂肪酸衍生物，即所谓的二聚脂肪酸。它们是通过压力、温度和催化作用将不饱和脂肪酸(来自大豆油或妥尔油)转化而得到的。这个过程会产生多种产物的混合物，其中最重要的是二聚脂肪酸。其他三聚脂肪酸和异硬脂酸(图1)。从自然界通常提供的C-18酸开始，二聚酸是一个含有36个碳原子的分子，这使它成为迄今为止可用的最长的二聚酸。这种碳氢化合物的性质使二聚酸和含有它的聚合物极其疏水。此外，即使在非常低的温度下，碳氢化合物的特性和非结晶性也提供了润滑性和灵活性。
二聚脂肪酸在聚氨酯、紫外光固化和聚酯涂料、溶剂型和水性涂料等领域都有应用。在所有这些应用中，二聚脂肪酸的价值与上述特性有关:柔韧性和冲击强度，润湿性和流动性，疏水性和水解性。
基于二聚体技术的聚氨酯分散体
二聚脂肪酸为聚酯和聚氨酯涂料提供一系列有利的特性，如灵活性和耐水解性。显然，其他涂层系统也可以从二聚酸的引入中受益。将二聚脂肪酸转化为相应的二醇，或将二聚脂肪酸构建成端羟基聚酯，使其适合加入到聚氨酯中(图2)。基于二聚脂肪酸的聚酯多元醇可以是半结晶或非晶态类型，这取决于多元醇单体的选择。当比较基于二聚酸酯聚酯的聚氨酯与己二酸酯聚酯、聚己内酯多元醇和聚醚多元醇时，很明显，它们形成了自己的类别。与己二酸酯相比，二聚物表现出更低的吸湿率、更低的水解速率和更大的灵活性。与聚乙二醇(PEG)、聚丙烯乙二醇(PPG)或聚四甲基乙二醇(PTMEG)等聚醚相比，缺乏醚键使得二聚体聚氨酯更能抵抗自由基型攻击的降解，如热、氧化或紫外线辐射。
这种抗水解和自由基型攻击的稳定性组合是独特的，并与重型涂料、粘合剂和汽车弹性体等应用高度相关。此外，人们还发现二聚体技术带来了低温柔韧性、流动性和对低能表面的亲和力。没有一种单体的组成比二聚酸更接近聚烯烃。
一系列基于二聚体的聚酯多元醇是商业上可用的，这些材料已在聚氨酯分散测试。事实上，二聚体脂肪酸是疏水的，这使得分散它们在水中具有挑战性，但这可以通过在加工过程中使用正确的添加方法来解决。
基于二聚酸技术的聚氨酯分散体表现出机械强度、附着力、颗粒增强、光泽度和耐化学性。尤其值得注意的是，与己二酸酯基聚酯多元醇相比，它的耐水性有所提高。以二聚脂肪酸为基础的多元醇对表面无损伤，而己二酸酯经水解暴露后对表面有严重损伤。
耐水解
水基系统的一个挑战是储存的水解稳定性。当聚酯多元醇被纳入聚氨酯的主干时，情况尤其如此。几种聚氨酯分散体暴露于50°C存储后，薄膜强度的保留被重新评估。图5显示，与己二酸基聚酯多元醇相比，在主链中包含二聚脂肪酸基聚酯多元醇显著提高了存储稳定性。这可以解释为疏水性质的二聚体为基础的聚酯多元醇，保护酯键从水解。
固化聚氨酯分散
结果表明，基于二聚体的聚酯多元醇的聚氨酯表现出显著改善的水解稳定性和耐磨性。这些改进也与UV聚氨酯分散体有关。采用预聚工艺路线制备了uv -聚氨酯分散体，其中二聚体多元醇、二甲基丙酸和异氰酸酯在水可稀释溶剂(如乙酸乙酯)存在下进行加成反应。预聚物在有机相中形成，在达到理论NCO含量后，预聚物进一步与三丙烯酸季戊四醇反应。在将聚合物转移到水中之前，羧基被叔胺中和。一旦成功分散到水中，低沸点溶剂被温和蒸馏除去，得到固体含量约为35%的无溶剂UV聚氨酯分散体。
本研究使用了分子量为2000的多元醇。它们是己二酸己二醇，三聚氰胺二醇，半结晶二聚物和非晶态二聚物。涂层以15 m/min的速度固化4次80瓦特/cm，以50个干膜厚度评价其耐化学和机械性能。
UV-PUDs的一个主要缺点是需要额外的干燥步骤，以除去系统中的水。考虑到二聚脂肪酸基聚酯多元醇的疏水性和UV固化前需要蒸发水，筛选疏水性二聚脂肪酸基多元醇的影响。
为此，我们研究了UV-PUDs在工业中应用时的干燥周期。如图6所示，在烘箱中蒸发水分的干燥步骤是一个耗时的步骤。如果能提高水的蒸发速度，这个时间就可以缩短。本研究制备的UV-PUDs在干燥过程中的水分损失进行了评价。为此使用了热像分析，使用相同的重量和固体含量的分散剂。烘箱采用ir干燥，温度设置为60°C。图7中的结果显示，两种含有二聚脂肪酸的聚酯在水蒸发速度方面都比己二酸酯和聚醚表现出明显的优势。
粘附性能
采用胶粘剂工业中常用的方法，而不是普通的涂层粘接测试方法，对聚氨酯分散体的粘接性能进行了评价。这样做是为了以另一种方式区分聚氨酯分散体的粘接强度。所使用的方法是搭接剪切粘附测试，其中聚氨酯分散体在几种塑料基材上进行测试。
基于己二酸多元醇的聚氨酯分散体对测试基质的附着力较低，几乎立即失效。二聚体显著改善附着力，可能是由于涂层的灵活性增加，从而增加了应力吸收。测试结果如图8所示。
结论
已经证明，基于二聚脂肪酸的聚酯多元醇为聚氨酯分散体提供了一些独特的性能。这些产品的疏水性质显著提高了聚氨酯分散体的水解稳定性，因此，提高了这些产品的存储稳定性。同样的疏水性能也提高了在UV-聚氨酯分散体系的干燥循环中水的蒸发速率。此外，与己二酸基多元醇相比，聚酯多元醇中二聚脂肪酸结构的形态显著改善了对塑料基材(如PET、ABS和PE)的附着力。
基于可再生生物基资源的二聚脂肪酸的聚酯多元醇构成了聚氨酯分散体的一类通用原材料，允许树脂生产商克服该技术的一些主要挑战。
这篇论文是在2009年由南密西西比大学聚合物和高性能材料学院和南方涂层技术协会主办的水性研讨会上发表的。
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