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(jī)械性能和耐化學(xué)穩(wěn)定性，廣泛用于泡沫、涂料、彈性體、黏合劑、皮革等領(lǐng)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(lǐng)域中的應(yīng)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(qiáng)吸電子效應(yīng)，導(dǎo)致分子中 NCO 的 C=N 鍵的極性增加，從而使其反應(yīng)活性增加，與羥基反應(yīng)可交聯(lián)固化成膜，固化產(chǎn)物的交聯(lián)度在適當(dāng)范圍內(nèi)增大時(shí)其硬度增高、附著性增強(qiáng)。

脂肪族和脂環(huán)族異氰酸酯高效三聚催化劑 脂肪族和脂環(huán)族異氰酸酯 高效三聚催化劑 三聚體催化劑

含有異氰脲酸酯環(huán)的聚氨酯制品具有以下特點(diǎn)：

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(hù)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(huì)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(shí)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(guān)注，在涂料、黏合劑、密封膠，彈性體、泡沫塑料等領(lǐng)域得到應(yīng)用，在紡織品、造紙、油墨等領(lǐng)域也有應(yīng)用的報(bào)道。

國外從20世紀(jì)70年代開始工業(yè)化生產(chǎn)含異氰酸酯三聚體的異氰酸酯，已形成系列化產(chǎn)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(shí)際生產(chǎn)中脂肪族和脂環(huán)族異氰酸酯的三聚體的制備時(shí)需要加入合適的催化劑進(jìn)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(dá)不到實(shí)際生產(chǎn)要求。對此，華東理工大學(xué)的宋春梅以醋酸鉀作催化劑，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(jié)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(zhuǎn)化率不高。

針對此種情況，新典化學(xué)經(jīng)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(jìn)行三聚，以IPDI為例做對比實(shí)驗(yàn)：

取710 g的IPDI單體1升四口燒瓶中機(jī)械攪拌。通氮?dú)獗Ｗo(hù)下快速攪拌，并將反應(yīng)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(gè)小時(shí)，通過FTIR分析的樣品表明轉(zhuǎn)化率為57％。加入磷酸使催化劑失活，得到700g基本無色的反應(yīng)產(chǎn)物。得到產(chǎn)物粘度為2200 mPa.s（25℃），NCO％指數(shù)為28.6。添加84.7g IPDI單體將產(chǎn)物稀釋，稀釋產(chǎn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：NT CAT P200催化劑不但有較高的反應(yīng)活性，而且有較好的選擇性，且在降低產(chǎn)物的黏度、顏色、氣味等方面也有很大的優(yōu)異性。

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