Nanostructured and hollow polyurethane dispersions

Summaries

Due to their superior properties, ease of use and ‘green’ nature, water-borne polyurethane dispersions (PUDs) are often materials of choice for a wide spectrum of applications. Common processes for making these dispersions do not offer easy ways of controlling particle morphology/architecture. This puts PUDs in a position inferior to structured acrylic emulsions. The latter are most readily produced by the sequential or staged addition of monomers with is widely used in the engineering of structured acrytic and vinyl emulsion polymers. Because PU oligomers do not diffuse through the aqueous phase, this route is closed for PUDs. How car this fundamental obstacle be overcome? In this paper, a new method is described that enables the preparation of nanostructured PU particles with a wide variety of morphologies. The method is comprised of the preparation of two prepolymers with different hydrophilicities, which are mixed together before the dispersion step Surprisingly, the mixture ‘remembers’ that it is made of two different prepolymers, and as soon as the prepolymer is dispersed in water, diffusion within the particles sets in. The origin of this unexpected memory is examined in detail. The interplay of diffusion, phase separation and chain extension determines the morphological outcome. Various previously inaccessible PU particle morphologies, including core-shell, ‘ice-cream cone’, lobed and hellow particles, have been prepared. This novel patent-pending technology opens up new horizons for PUD chemistry.

Résumé

Gráce à leurs propriétés supérieures, à leur facilité d’emploi et à leur nature « verte » les dispersions hydrodiluabies à polyuréthane (les PUD) sont souvent les matériaux de préférence dans une grande gamme d’applications. Les procédés qui sont couramment employés dans la fabrique de ces dispersions ne présentent pas de façons simples de contrôler la morphologie/architecture des particules. Cela relègue les PUD à un niveau inférieur à lecui des émulsions d’acrylique structuré Ces dernières sont le plus facilement produites en utilisant la méthode addition en série/en étapes de monomères, méthode qui est beaucoup utilisée pour produire les polymères des emulsions de vinyle et d’acrylique structuré. Parce que les oligomères PU ne diffusent pas à travers de la phase aqueuse, cette voie est barrée aux PUD. Comment surmonter cet obstacle fondamental? Au cours de cet article, on décrit une nouvelle méthode quipermet la préparation de particules PU nanostructurées ayant une grande variété de morphologies. La méthode comprend la préparation de deux prépolymères qui ont, chacun, une différente hydrophilicité et qui sont mélangés ensemble avant l’étape de dispersion. Ce qui est étonnant c’est que le mélange « se rappelle » qu’il est composé de deux prépolymères différents, et qu’aussitót que le prépolymère est dispersé dans l’eau la diffusion s’entame au sen des particules. L’origine de ce souvenir inattendu est examinée minutieusement. L’interaction de la diffusion, de la séparation de phase et de l’extension de chaîne détermine le résultat morphologique. Plusieurs morphologies de particule PU, Jusqu’à maintenant inaccessibles, comme le «cur-écore», le «cornet de glace » et des particules creuses et à lobe ont été préparées. Cette nouvelle technologie pour laquelle une demande de brevet à été disposée offre de nouveaux horizons pour la chimie PUD.

Zusammenfassung

Dank ihrer überlegenen Eigenschaften, einfacher Handhabung und Umweltfreundlichkeit werden wasserlösclihe Polyurethandispersionen (PUD) in einer Vielfalt von Anwendungen geme eingesetzt. Die üblichen Herstellungsprozesse dieser Dispersionen bieten keine einfachen Möglichkeiten, die Partikelmorphologie und -Architektur zu kontrollieren. Dieses ist ein Nachteil für PUDs in Vergleich mit Akrylemulsionen. Die letzteren lassen sich relativ einfach durch die sequentielle oder schrittweise Hinzufügung von Monomerent herstellen, und diese Methode wird in der Herstellung von strukturierten akrylischen und Vinylemulsionspolymeren viel eingesetzt. Die selbe Methode ist für PUDs nicht anwendbar, da die Polyurethanoligomere nicht durch die wäßrige Phase diffundieren. Wie kann diese grundlegende Hürde überwunden werden? In dieser Arbeit beschreiben wir einen neuen Prozeß, zur Herstellung von nanostrukturierten Polyurethanpartikel mit einer breiten Variation von Morphologien. In diesem Prozeß wer den zwei Vorpolymere mit unterschiedlicher Hydrophilität hergestellt und vor dem Dispergierschritt vermischt. Überraschendenweise “erinnert sich” die Mischung daran, daß sie aus zwei verschiedenen Vorpolymeren hergestellt wurde, und die Partikel diffundieren sobald der Vorpolymer in Wasset dispergiert wird. Wir haben den Ursprung dieses überraschenden Gedächtnisses eingehend erforscht und festgestellt, daß die Wechselwirkung von Diffusion, Phasenseparation und Kettenverlängerung die letztendliche Morphologie bestimmt. Verschiedene bisland unerreichbare Polyurethanpartike Imorphologienwie Kernscalen. Eiscremewaffel, Läppcher und Hohlpartikel wurden mit dieser Methode hergestellt. Diese neue Technologie, für die wir ein Patent enwarten, eröffnet neue Horizonte für die PUD-Chemie.