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異氰酸酯主要品種-異氰酸酯種類-異氰酸酯用途
2019-11-04 ? 閱讀 3135

一、通用型有機異氰酸酯

該類異氰酸酯主要是指目前聚氨酯工業中產量大且廣泛使用的異氰酸酯。主要有TDI、MDI和PAPI(多苯基甲烷多異氰酸酯)等。這些異氰酸酯大部分品種都具備幾十萬噸以上生產規模的生產裝備,工藝成熟,這類芳香族異氰酸酯均存在光照變黃的缺點。

二、非黃變型異氰酸酯

為改善傳統芳香族異氰酸酯給聚氨酯材料帶來的黃變性,擴大聚氨酯材料的應用領域,在要求色澤穩定的應用場合,應避免這類苯環共軛醌式結構生色團的產生,為此,除使用許多紫外線吸收劑、抗氧劑等助劑外,人們研究開發了許多非黃變型異氰酸酯。

(1)亞甲基行異氰酸酯

在異氰酸基團和芳環之間增加一些烴基,以組織氨基甲酸酯基團與芳環形成共軛醌式結構。如苯二亞甲基二異氰酸酯(簡稱XDI)、間或對1,4-甲基苯亞甲基二異氰酸酯(簡稱m或p-TMXDI)等。

從XDI、TMXDI的化學結構來看,在分子中保留了苯環,使聚氨酯材料具有較高的機械強度,同時,由于在苯環和NCO之間引入了烴基,使產品克服了黃變現象的發生,制品熱效應小,適宜制備大型聚氨酯部件。另外,p-TMXDI不會生成不溶性二聚物沉淀,貯存穩定性好,故廣泛用于聚氨酯彈性體、涂料和高壓反應注射成型(簡稱RIM)聚氨酯材料的生產中。

(2)脂肪族和脂環族異氰酸酯

根據對聚氨酯黃變機理的研究,人們合成了脂肪族異氰酸酯,如六亞甲基二異氰酸酯(簡稱HDI)、2,2,4-三甲基己烷二異氰酸酯(簡稱TMHDI)等,以及脂環族異氰酸酯,如甲基環亞己基二異氰酸酯(簡稱TDI)、二環己基亞甲基二異氰酸酯(簡稱MDI)、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)等。它們都不含芳基,不會產生苯環共軛醌式生色團,不會產生黃變現象,此類異氰酸酯主要用于涂料、纖維等對色澤穩定性要求較高的產品中。

(3)異氰尿酸酯

在聚氨酯材料的合成中,提供適宜的工藝條件,使其在高分子結構中生成異氰尿酸酯環狀結構,其環上的氧原子被異氰尿酸酯的六元環結構所穩定,環上的叔氮原子沒有氫原子連接,在此處不會發生裂解,呈現化學性能穩定的環式結構。例如,苯二甲基二異氰酸酯形成的異氰尿酸酯結構,即使連接在異氰尿酸酯環上芳基的氨基甲酸酯鍵發生斷裂,異氰尿酸酯環上的氮原子也能阻止醌式結構生色團的形成。因此,含有異氰尿酸酯環的聚合物,其耐光、耐熱、耐氧化性能都有較大改善。

三、元素型異氰酸酯

隨著聚氨酯產品應用領域日益擴大,為滿足諸如耐高溫、耐化學品、阻燃、低發煙量等性能的特殊要求,除了使用各種功能助劑以外,在聚氨酯主鏈中引入某些“無機”元素,無疑是有效的方法。在這種思路的指導下,在使用“無機”元素改性多元醇聚合物的同時,也開發出許多含有鹵素、磷原子等的異氰酸酯,以提高聚氨酯產品的阻燃性;在分子結構中引入硅,硼等元素,提高聚氨酯產品的耐高溫性能;在分子結構中引入氟等元素,提高聚氨酯產品的耐化學品侵蝕性能等。

四、異氰酸酯三聚化衍生物

人們在對聚氨酯的研究中發現,在聚合物主鏈上引入某些雜環結構,能有效地提高聚氨酯材料的耐熱性能。異氰酸酯三聚化和引入嘧唑烷酮基團等,都是一些提高聚氨酯產品使用溫度的有效方法。

單獨使用芳香族異氰酸酯、脂肪族異氰酸酯以及這兩類異氰酸酯的混合物為原料,在適當的三聚催化劑的作用下,可以合成含有碳、氮六元雜化結構的異氰酸酯,常用的三聚催化劑有三烷基膦,堿性鹽類和叔氨類化合物等。在三聚反應的過程中,可在任意階段加入阻聚劑,終止三聚反應,獲得不同分子量的三聚體產物。常用的阻聚劑有硫酸二甲酯、磷酸、苯甲酰氯、對甲苯磺酸酯等。由于含有碳、氮六元雜環結構的產物具有較好的貯存穩定性,能賦予反應生成的聚合物突出的耐熱特性,因此,常使用這種辦法制備耐溫型產品。

五、屏蔽型異氰酸酯衍生物

異氰酸酯具有高反應活性的—NCO基團,貯存條件嚴格。為適應異氰酸酯長期貯存、使用等要求,開發出屏蔽型異氰酸酯衍生物,它是利用某些化合物與活潑的—NCO基團反應,使活潑基團轉化成為常溫下穩定的酰氨基或氨酯基等,而將高活性的—NCO基團“屏蔽”起來。在使用時,在一定的加熱條件下,這些“屏蔽”基團將會立即解封分解,重新生成高活性的—NCO基團,恢復異氰酸酯原有的化學特性,與含活潑氫化合物反應,制備聚氨酯制品。

屏蔽型異氰酸酯衍生物主要用于單組分聚氨酯橡膠、膠黏劑、涂料、水分散聚氨酯體系等制品的生產中。

六、特種化學結構的異氰酸酯

在聚氨酯生產、應用和性能拓展、提高的過程中,人們不斷合成出一些新的異氰酸酯品種,例如乙烯異氰酸酯(TMI)、呋喃二異氰酸酯等。

TMI的最大特點是在同一分子結構中,既有傳統異氰酸酯具備的—NCO基團,又有可供進行聚合反應的乙烯雙鍵。利用折兩種不同的結構特性,既能合成出具有不飽和鍵的特種聚氨酯預聚物,又能通過乙烯雙鍵進行均聚或共聚反應,對聚氨酯進行改性,提供某些新的生產、加工途徑,如輻射硫化等。但在一般情況下,乙烯異氰酸酯中的,不飽和鍵將首先進行反應,然后再由—NCO基團提供交聯反應。目前,這種新型異氰酸酯主要用于濕固化型雙組分聚氨酯涂料。

含有不飽和雙鍵的新型異氰酸酯,還有下列結構的二異氰酸酯,這種異氰酸酯含有二烯酮結構,它在聚氨酯加成聚合反應中,首先,—NCO基團會與二元醇中的羥基反應,生成在主鏈上含有飽和雙鍵的聚氨酯低聚物,然后可使用β-內酯類化合物與之反應,進行交聯。

它與MDI相比,屬低揮發性液態異氰酸酯,毒性較小,適宜制備聚氨酯澆注樹脂和反應注射成型工藝。使用低聚脲反應,可以合成屬下列結構的二異氰酸酯,它可以與低分子量或高分子量二元醇反應生成含有碳、氮雜環結構的聚氨酯共聚物或嵌段共聚物。其中,若與聚酯二醇共聚反應可以獲得熔點較低的高聚物,若與聚醚二醇共聚反應,則能獲得熔點較高的高聚物。


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