资源描述：
《异佛尔酮二异氰酸酯及其在涂料中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、异佛尔酮二异氰酸酯及其在涂料中的应用尹伟(赫斯公司广州办事处,510095)储玖龙(赫斯公司上海办事处,200120)摘要:介绍了异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)的主要化学性质,阐述了2个异氰酸基团的不同活性。关键词:异佛尔酮二异氰酸酯;聚氨酯涂料;NCO基团的反应活性IPDIANDITSAPPLICATIONINCOATINGSYINWei,CHUJiulongAbstract:ThisarticlehasintroducedthemainchemicalpropertiesofIPDI,andshoweddiffe
2、rentreactivityoftwoNCOgroups.KeyWords:isophoronediisocyanate(IPDI);polyurethanecoatings;reactivityofNCOgroups2.1优异的相容性(配伍性)IPDI具有一个环己烷体系,同时有三个甲基、一个NCO直接接在环上,一个NCO接在亚甲基上,三个甲基使IPDI与大多数涂料用树脂都可配伍,并且与许多溶剂都有极好的相容性。IPDI大约是75∶25顺反异构体的混合物(图1),这使得IPDI聚氨酯不会形成单一规整的结构,致使IPD
3、I及其衍生物与其他树脂有卓越的相容性。1二异氰酸酯和聚氨酯的特性二异氰酸酯是制备聚氨酯材料的一种富有生命力的化学原料。采用二元(或多元)二异氰酸酯与多元醇反应可制得交联体系的聚氨酯材料,通常为双组分体系。按其分子结构特征,二异氰酸酯分为两大类:一类为芳香族二异氰酸酯,如IPDI、TDI、MDI等;另一类为脂肪族或脂环族二异氰酸酯,如HDI、HMDI、TMDI、TMXDI等,它们多用于塑料工业和涂料工业,显示其各种优异的特性:(1)(2)(3)(4)(5)温和的固化条件;良好的耐化学品性;突出的耐水解性能;优异的刚性和
4、柔韧性的平衡;较高的固体含量。图1IPDI的顺反异构体结构2.2两个NCO基团的不同反应活性IPDI的另一个特征是它有两个不同的NCO基团:一个是脂肪族的,另一个是脂环族的,它们的反应活性不同。据核磁共振研究表明,在许多情况下,接在环上的NCO的活性较大,其原因是,脂肪族异氰酸酯在遇到亲核物质攻击时,受到环己烷环和α-取代甲基的有效保护,使其活性降低,这可从异氰酸酯基和醇的反应性和选择性来证明。我们用模拟体系的预聚物的粘度和游离单体来研究这个问题,在一定二异氰酸酯转化率下,以残留单体的含量来测定不同活性异氰酸酯基团的
5、选择性,见图2。这种选择性以反应速率常数k1和k2的比值来表示。在此假定:IPDI单体的性质IPDI的化学名为:3-异氰酸甲基-23,5,5-三甲基环己基异氰酸酯,其化学结构式如下:H3CNCOH3CH3CCH2—NCOIPDI为一种脂环族二异氰酸酯,用于制备聚氨酯涂料具有优异的光稳定性。IPDI独特的化学结构使其具有独特的化学性质,可归纳如下。·34·涂料工业1999年第2期·专论与综述·(1)(2)(3)这是一个一级反应;速率常数与任何已形成的聚氨酯无关;对IPDI来说,可假设顺、反异构体与反应性温度的升高,氨酯
6、键和过量的异氰酸酯进一步生成了脲基甲酸酯。试验表明,在无催化剂情况下,20℃完全转化需要约8d,80℃需8h。因此没有催化剂,IPDI的加成在实际上是无意义的,仅有学术价值。采用催化剂则情况完全不同,IPDI加成物可在温和的条件下,在可接受的时间内合成,因此可有效地利用低反应温度时的选择性。研究证明二月桂酸二丁基锡(DBTL)是非常有效的催化剂。在IPDI/正丁醇催化反应中,研究温度对选择性的影响,催化剂用量为0.075%,二月桂酸二丁基锡催化剂可大大缩短反应时间:20℃,从8d到6h;80℃,8h到1h。图4表明选
7、择性研究的结果。与不用催化剂的反应相比较,一个极为有趣的结果是不仅缩短了反应时间,也大大地提高了异氰酸酯基的选择性。k1/k2速率之比在20℃时从5.5增加到11.5。同时也发现其对温度的依赖性更大,100℃下的选择性比没有催化剂的反应在20℃时的选择性还要大。和选择性无关。图2IPDI反应中的速率常数已经研究的体系是IPDI/正丁醇。异氰酸酯基和羟基摩尔比是2∶1,这个比例是工业生产异氰酸酯预聚物常用的。单体含量由气相色谱来测定,其条件是可分离4种一元加成物。在没有催化剂存在的情况下,1molIPDI和1mol正丁
8、醇不用溶剂在20～100℃进行反应(图3),通过测定残留单体含量得到速率常数k1和k2的比,这是一个受温度影响的量。图3中也可看出最终产物的粘度。不用催化剂的反应的速率常数之比为5.5～2.8。反应条件:OH∶NCO=1∶2;无溶剂;催化剂DBTL:0.075%(质量分数)图4VESTANIPDI与正丁醇在氨酯化反应中的选择性另一个有趣的结果是
