Водные полиуретановые дисперсии (ПУД) – стабилизированные дисперсии высокомолекулярных полиуретанмочевин и полиуретанов (ПУ) в воде. Устойчивый интерес к водно-дисперсионным системам определяется жесткими законодательными нормами, принятыми в США и Европе, по вопросам регулирования содержания органических растворителей в рецептурах клеев, герметиков и лакокрасочных материалов.
В технологии получения ПУД используют значительное количество низкокипящих и высококипящих органических растворителей для регулирования вязкости гидрофилизированного предполимера при его диспергировании. При этом низкокипящие растворители отгоняются при пониженном давлении, а высококипящие остаются в составе ПУД. В современных ПУД содержание органических растворителей находится в интервале от 0,01 до 5 мас. %.
Варьированием природы сырьевых компонентов возможно снижение вязкости предполимера, позволяющее полностью исключить использования растворителей в технологии ПУД. Один из способов снижения вязкости – использование в синтезе предполимера полиоксипропиленгликолей (ППГ).
Расширение ассортимента ППГ, связанное с внедрением нового промышленного способа их синтеза с использованием DMC (double metal cyanide) катализаторов, позволило получать полиэфиры с эквивалентной массой более 2000 г/экв практически без потери функциональности. Высокая функциональность DMC-полиэфиров обуславливает возможность синтеза полиуретановых эластомеров (ПУЭ) со значительно более высокими ММ, чем это ранее было возможно при использовании «традиционных» полиолов и, соответственно, новым уровнем свойств. Кроме того превосходная стойкость к гидролизу в сочетании с высокой гидрофобностью высокомолекулярных ППГ и низкой стоимостью делает DMC-полиэфиры идеальными кандидатами при получении дешёвых водостойких ПУ покрытий.
Именно поэтому изучение свойств ПУЭ на основе DMC-полиэфиров с различными ММ и разработке на основе таких полиэфиров экологически эффективной ПУД, не содержащей органических растворителей, представляется весьма актуальным.
В работе Мищенко А.А. «Разработка экологические эффективной полиуретановой дисперсии для водостойких покрытий» синтезированы полиуретановые эластомеры на основе DMC-полиэфиров. Показано, что эластомеры на основе DMC-полиэфиров имеют более высокие значения среднечисловой и среднемассовой ММ по сравнению с эластомерами на основе полиэфиров, полученных с использованием КОН катализатора, что отражается на прочностных свойствах эластомеров: прочность на разрыв у полиуретановых эластомеров на основе DMC-полиэфира с ММ 4000 выше на 33 и 53 %, а относительное удлинение при разрыве ниже на 17 и 9,5 % (для эластомеров на основе толуилендиизоцианата и изофорондиизоцианата соответственно).
Также выявлено, что максимальные прочностные характеристики имеют полиуретановые эластомеры на основе DMC-полиэфира с ММ 4000. Установлено, что увеличение ММ DMC-полиэфиров от 2000 до 18000 понижает площадь петли упругого гистерезиса эластомеров на основе толуилендиизоцианата в 2 раза.
Установлено оптимальное значение кажущейся вязкости по Брукфильду полиуретановой дисперсии и эксплуатационных свойств покрытий, получаемых на её основе, имеет дисперсия с содержанием основного вещества 38 – 42 %, концентрацией диметилолпропионовой кислоты в предполимере 3,5 – 4,0 мас. %, степенью нейтрализации карбоксильных групп 0,9 и степенью удлинения цепи 0,9.
Разработана технологическая инструкция на выпуск полиуретановой дисперсии, не содержащей органических растворителей, на основе DMC-полиэфира с ММ 4000. Выпущена опытная партия полиуретановой дисперсии под маркой «Аквапол 15», на основе которой изготовлена опытная партия рабочих перчаток с защитным покрытием.