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三聚体催化剂

脂肪族和脂环族异氰酸酯高效三聚催化剂

聚氨酯具有优异的物理机械性能和耐化学稳定性,广泛用于泡沫、涂料、弹性体、黏合剂、皮革等领域,然而也存在耐热性差、软化温度和分解温度低等缺陷,限制了它在某些领域中的应用。后来人们发现芳香族或脂肪族异氰酸酯均能在加热下自加成三聚为异氰脲酸酯。因异氰脲酸酯环具有强吸电子效应,导致分子中 NCO 的 C=N 键的极性增加,从而使其反应活性增加,与羟基反应可交联固化成膜,固化产物的交联度在适当范围内增大时其硬度增高、附着性增强。

含有异氰脲酸酯环的聚氨酯制品具有以下特点:

①因异氰脲酸酯环有较高的耐辐射性,制得的高聚物材料对辐射具有高的防护性能。

②具有良好的耐腐蚀性能和抗黄变性能。

③异氰脲酸环不含活泼氢原子,从而不会形成氢键,因而含有异氰脲酸酯的异氰酸酯黏度低,固含量高。

④异氰脲酸酯环很稳定,所以存放时间较长,且具有较好的耐热性。

⑤由于异氰脲酸酯环含有阻燃性的氮元素,故用其制成的材料具有阻燃性。

因此,异氰酸酯三聚体受到人们高度关注,在涂料、黏合剂、密封胶,弹性体、泡沫塑料等领域得到应用,在纺织品、造纸、油墨等领域也有应用的报道。

国外从20世纪70年代开始工业化生产含异氰酸酯三聚体的异氰酸酯,已形成系列化产品,其中较著名的厂商有 HULS 公司、Bayer 公司、SAPICI 公司等。

但是脂肪族和脂环族异氰酸酯由于本身活性较低,所以在实际生产中脂肪族和脂环族异氰酸酯的三聚体的制备时需要加入合适的催化剂进行催化。与常规的TDI三聚体制备不同,常规的叔胺催化剂如DMP-30对脂肪族和脂环族异氰酸酯的三聚催化效果很小,常规的钾类金属盐催化剂对脂肪族和脂环族异氰酸酯有一定的三聚效果,但还达不到实际生产要求。对此,华东理工大学的宋春梅以醋酸钾(Polycat 46)作催化剂,在一定温度下,合成了IPDI三聚体,并与2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚(DMP-30)比较,结果如下表:

123-1

C1-C4为醋酸钾,S1-S3为DMP-30

 

由上表数据可以看出,DMP-30对IPDI 三聚催化效果不明显,醋酸钾对IPDI 三聚催化有效果,但其转化率不高。

针对此种情况,新典化学经过多年开发了一种新型三聚催化剂NT CAT P200可以有效的对脂肪族和脂环族异氰酸酯进行三聚,以IPDI为例做对比实验:

取710 g的IPDI单体1升四口烧瓶中机械搅拌。通氮气保护下快速搅拌,并将反应器加热至85℃。分别加入催化剂NT CAT P200,保持温度,继续搅拌两个小时,通过FTIR分析的样品表明转化率为57%。加入磷酸使催化剂失活,得到700g基本无色的反应产物。得到产物粘度为2200 mPa.s(25℃),NCO%指数为28.6。添加84.7g IPDI单体将产物稀释,最终稀释产物的粘度为730mPa.s(25℃)。通过GPC测定的低聚物分布为:三聚体为78.3%;五聚体为16.4%;七聚体和更高的低聚物为5.3%。

实验结果表明:NT CAT P200催化剂不但有较高的反应活性,而且有较好的选择性,且在降低产物的黏度、颜色、气味等方面也有很大的优异性。

技术支持电话:吴经理18301903156

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