三聚體催化劑
脂肪族和脂環(huán)族異氰酸酯高效三聚催化劑
聚氨酯具有優(yōu)異的物理機械性能和耐化學穩(wěn)定性,廣泛用于泡沫、涂料、彈性體、黏合劑、皮革等領域,然而也存在耐熱性差、軟化溫度和分解溫度低等缺陷,限制了它在某些領域中的應用。后來人們發(fā)現(xiàn)芳香族或脂肪族異氰酸酯均能在加熱下自加成三聚為異氰脲酸酯。因異氰脲酸酯環(huán)具有強吸電子效應,導致分子中 NCO 的 C=N 鍵的極性增加,從而使其反應活性增加,與羥基反應可交聯(lián)固化成膜,固化產物的交聯(lián)度在適當范圍內增大時其硬度增高、附著性增強。
含有異氰脲酸酯環(huán)的聚氨酯制品具有以下特點:
①因異氰脲酸酯環(huán)有較高的耐輻射性,制得的高聚物材料對輻射具有高的防護性能。
②具有良好的耐腐蝕性能和抗黃變性能。
③異氰脲酸環(huán)不含活潑氫原子,從而不會形成氫鍵,因而含有異氰脲酸酯的異氰酸酯黏度低,固含量高。
④異氰脲酸酯環(huán)很穩(wěn)定,所以存放時間較長,且具有較好的耐熱性。
⑤由于異氰脲酸酯環(huán)含有阻燃性的氮元素,故用其制成的材料具有阻燃性。
因此,異氰酸酯三聚體受到人們高度關注,在涂料、黏合劑、密封膠,彈性體、泡沫塑料等領域得到應用,在紡織品、造紙、油墨等領域也有應用的報道。
國外從20世紀70年代開始工業(yè)化生產含異氰酸酯三聚體的異氰酸酯,已形成系列化產品,其中較著名的廠商有 HULS 公司、Bayer 公司、SAPICI 公司等。
但是脂肪族和脂環(huán)族異氰酸酯由于本身活性較低,所以在實際生產中脂肪族和脂環(huán)族異氰酸酯的三聚體的制備時需要加入合適的催化劑進行催化。與常規(guī)的TDI三聚體制備不同,常規(guī)的叔胺催化劑如DMP-30對脂肪族和脂環(huán)族異氰酸酯的三聚催化效果很小,常規(guī)的鉀類金屬鹽催化劑對脂肪族和脂環(huán)族異氰酸酯有一定的三聚效果,但還達不到實際生產要求。對此,華東理工大學的宋春梅以醋酸鉀(Polycat 46)作催化劑,在一定溫度下,合成了IPDI三聚體,并與2,4,6-三(二甲氨基甲基)酚(DMP-30)比較,結果如下表:
C1-C4為醋酸鉀,S1-S3為DMP-30
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由上表數(shù)據(jù)可以看出,DMP-30對IPDI 三聚催化效果不明顯,醋酸鉀對IPDI 三聚催化有效果,但其轉化率不高。
針對此種情況,新典化學經過多年開發(fā)了一種新型三聚催化劑NT CAT P200可以有效的對脂肪族和脂環(huán)族異氰酸酯進行三聚,以IPDI為例做對比實驗:
取710 g的IPDI單體1升四口燒瓶中機械攪拌。通氮氣保護下快速攪拌,并將反應器加熱至85℃。分別加入催化劑NT CAT P200,保持溫度,繼續(xù)攪拌兩個小時,通過FTIR分析的樣品表明轉化率為57%。加入磷酸使催化劑失活,得到700g基本無色的反應產物。得到產物粘度為2200 mPa.s(25℃),NCO%指數(shù)為28.6。添加84.7g IPDI單體將產物稀釋,稀釋產物的粘度為730mPa.s(25℃)。通過GPC測定的低聚物分布為:三聚體為78.3%;五聚體為16.4%;七聚體和更高的低聚物為5.3%。
實驗結果表明:NT CAT P200催化劑不但有較高的反應活性,而且有較好的選擇性,且在降低產物的黏度、顏色、氣味等方面也有很大的優(yōu)異性。
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