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Zusammenfassung

Polyurethandispersionen (PUD) sind in ihrem chemischen Aufbau vielseitig, besitzen hervorragende elastische Eigenschaften und werden in wässrigen Beschichtungssystemen, Klebstoffen und Sprühfolien eingesetzt. In dieser Arbeit wird die kontinuierliche und diskontinuierliche Synthese von Polyurethandispersionen unter Einsatz des Acetonprozesses thematisiert. Hierfür wird der Einsatz von fünf verschiedenen Prepolymeren auf Polycarbonat-, Polyester- und Polyether in Abhängigkeit der Verfahrensweise untersucht. Die kontinuierliche Synthese von PUDs führt zu größeren hydrodynamischen Teilchendurchmesser sowie zu Ablagerungen, welche während der Prepolymer-Diamin Reaktion in Aceton sowie während der Dispergierung mit Wasser auftreten und die Qualität der Dispersionen sowie die Betriebszeit der kontinuierlichen Verfahrensweise limitieren. Die Intensität der Ablagerung ist abhängig von der Polymerzusammensetzung und Polyole, welche stärker mit den Harnstoffsegmenten wechselwirken, sind instabiler. Dieser Effekt gilt für Prepolymer Reaktionen mit nicht ionischen Diaminen und verläuft als Lösungsfällungspolymerisation, während die Reaktion zwischen Prepolymeren und ionischen Diaminen als Emulsionspolymerisation verläuft. Der Einsatz der dynamischen Lichtstreuung während der Reaktion und das Rasterelektronenmikroskop zeigen das Wachstum der Polymerketten in Aceton bzw. die Emulsionsbildung von ionischen Diaminen und werden zur Aufklärung des Polymerisationsmodells verwendet.

Abstract

Polyurethane dispersions (PUD) are varied in chemical structure and result excellent elastic properties. PUDs are used in compositions to produce waterborne coatings, adhesives, and films. The focus of this dissertation is the continuous and discontinuous synthesis of polyurethane dispersions by using the acetone process. Herby the impact of five different prepolymers based on polycarbonates, polyesters and polyethers are used to study the synthesis process as function of the continuous and discontinuous procedure. The continuous synthesis of PUDs result higher hydrodynamic particle sizes and result during the chain extension step and during the dispersion step polymer deposits in the tube reactor. This also minimizes the quality of the PUDs and the intensity of the precipitation process is influenced by the Polyol-Hard-Segment interaction and higher complexion energies between the polyols and the hard segments decrease the stability of the polymer in solution. This effect results for the reaction between prepolymers and nonionic diamines, while the reaction between prepolymers and ionic diamines are based on the emulsion polymerization model. By using the dynamic light scattering during the chain extension step and the scanning electron microscope, the growth process of polyurethane for nonionic systems and the formation of emulsion particles for ionic systems can be used to characterize the polymerization model.