热反应型水性聚氨酯的合成和应用.doc

热反应型水性聚氨酯的合成与应用 摘 要: 综述了热反应型聚氨酯的反应机理及检测手段，并且着重说明了在合成过程中各个反应条件对产品性能的影响以及热反应型水性聚氨酯在一些领域中应用 关键词: 热反应型水性聚氨酯；反应机理；合成；应用 Synthesis and Application of Thermal Reaction Waterborne Polyurethane Zhang Shufang,Ma Xingyuan,Yang Xiping,Wu Ze,Hu Xueli (College of Resource and Environment,Shaanxi University of Science and Technology,Xi,an 710021,China Abstract: Thermal reaction type polyurethane reaction mechanism and methods of detection were introduced，and focuses on instructions of various reaction conditions on the product performance in the synthesis process ,and of thermal reaction waterborne polyurethane applications in some areas Key word: thermal reaction waterborne polyurethane; reaction mechanism; synthesis; application 水性聚氨酯以水作为主要介质，不含或只含少量的小分子有机溶剂，具有不燃、无毒、不污染环境、节省能源以及容易加工等优点[1]。而且根据制备工艺的不同，水性聚氨酯可以任意调配使其应用于涂料、胶黏剂、织物整理剂及其他很多用途的处理剂。但是目前常用的水性聚氨酯分子中含有大量的亲水基团，导致耐水性、耐溶剂性较差，这些缺陷很大程度上限制了水性聚氨酯的广泛应用，对聚氨酯预聚体进行封闭获得单组份封闭型水性聚氨酯可以很好的解决这个问题。热反应型聚氨酯是指在常温下稳定、在高温下被封端后的异氰酸酯基又能参与化学反应的一类聚氨酯产品，又被称为封闭型聚氨酯。 早在1949年Petersen就对游离异氰酸酯基的封端化作了报道。Wicks在1975年的评述论文中详细介绍了多种封闭剂及其使用方法等问题[2]。日本的长仓稔对封闭异氰酸酯化学也作了详细的评述[3]。理论上讲，具有活泼氢的物质都能对异氰酸酯基团进行封闭，控制一定的反应条件，最终都能达到理想的封闭效果。据很多文献报道，常用的封闭剂有酚类、醇类、内酰胺、二羰基化合物、肟类、亚硫酸氢钠、胺化酰亚胺等。但是考虑到实际的应用，各种封闭剂对异氰酸酯基的封闭各有优缺点，如亚硫酸氢盐作为封闭剂时，解封温度较低，也基本上不存在环境污染问题，但亚硫酸氢盐本身稳定性较低，不易与异氰酸酯基团进行封闭反应；酚类化合物作为封闭剂时，易于实现异氰酸酯基的封闭，但封闭产物解封温度较高，使用范围较窄；肟类化合物作为封闭剂时，在常温下就可以很好的进行封闭反应，但其有毒且会挥发出小分子的封闭剂。所以，封闭型聚氨酯的问题还有待进一步研究，有必要找寻合理的封闭剂，探究其反应机理，从而优化制备工艺，使其有更广泛的应用。 1 异氰酸酯基的封闭和解封闭反应机理以及检测方法 1 封闭-解封闭机理 异氰酸酯基的封闭就是将异氰酸酯基或含游离异氰酸基的预聚体与某些含活泼氢物质或能与异氰酸酯基反应的物质反应,使游离异氰酸酯基在常温下不具活性,即实现异氰酸酯基的封闭[4]。通常封闭剂与异氰酸酯基团形成的化学键较弱，在高温条件下，化学键能够打开，封闭的异氰酸酯基团重新具有活性，继而再于其他含活性氢的物质发生反应，生成更稳定的化学键，制备我们想要的产品。 异氰酸酯基团的封闭与解封闭可以用下列化学式表示（BH代表封闭剂）： 对于解封闭反应的机理，不同的封闭剂以及不同的化学使用环境和不同的封闭对象，解封闭反应的机理都不同。由于反应的可逆性并可能伴有许多的副反应，其反应机理尚无定论。目前认为可能的解封闭反应机理有两种，即消去-加成机理（反应式1、2）和加成-消去机理（反应式3、4）。消去-加成机理为封闭的异氰酸酯基团先在一定温度下解封出游离的异氰酸酯基团和封闭剂，游离的异氰酸酯基团再与其他的含活性氢的物质发生反应，生成稳定的我们需要的产品。加成-消去机理为亲核性物质首先进攻封闭异氰酸酯基的碳原子，生成一种四面体的中间体，然后封闭剂像离去基团一样离去。 1.2 异氰酸酯基团封闭与解封闭反应的检测方法 封闭异氰酸酯基的解封温度取决于封闭剂