非异氰酸酯聚氨酯材料的制备及其研究进展
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图3 G MA分 翻 与MM A、A N的低 聚物 与CO2 化 学 反 应 的
T M M 等 哺用 四丁 基溴 化胺 催化 环氧 大豆 油 AA I E B 在 lO S 0 1 ℃与C 2 0的反应 ,合 成 一种 大豆 油环 碳
物 的 工艺路 线 ,讨论 了NIU的应 用 范围、 国 内外 对 于NIU的 最新研 究和 工业进 展 。 P P 关键 词 :非 异氰 酸 酯聚氨 酯 C O。 环 碳 酸酯 研 究进 展
前言
传 统 的聚 氨酯 是 由多异 氰 酸酯 与 聚 二元 醇加 成 聚合 而 成 。 由于聚 氨 酯分 子 链 中强 极 性 的氨基 甲酸酯 基 键 不溶 于 非极 性基 团 ,因此 聚 氨酯 材料 具 有 良好 的 耐油 性 、韧 性 、耐 磨 性 、耐 老化 性和 粘 合性 。选 择不 同异氰 酸酯 或 聚 二元 醇 可制 备 出 适 用 于较 宽温 度 范 围 ( 5 ~ 1 0 ) 的材料 ,可 一0 5℃ 作 为泡 沫 塑 料 、弹 性体 、涂 料 、胶粘 剂 、纤 维 、 合 成革 、防 水材 料 以及 铺装 材 料 ,被 广 泛应 用 于 交 通运 输 、建筑 、机械 、 电子 设 备 、家 具 、食 品 加工 、服 装 、纺 织 、合 成 皮革 、印刷 、矿冶 、石
函4 C o 环 氧物 暖反应韵备环碳酸酯化合物
R
音
可将 环 碳 酸 酯低 聚 物 制 备 的方 法 分为 一 步 法和 二
步法 ,其 中一步 法 是直 接将 C , 带有 环氧 基 团 的 0与
目前 合成 环碳 酸 酯 的方法 主要 有 : ( )环氧 化 合物一 0插入 法 。这 是 目前合 成 1 C。
加羰基 碳 的正 电性 ,从而 使其更易于被胺 化 。
2 制备NP 的主要原料 及其合成方法 . I U
2 1环碳 酸 酯低 聚物 .
N U P 由环碳 酸酯 齐 聚物 与胺 类齐 聚物 反 应制 I 得 。获 得不 同结构 和 性 能 的环 碳 酸酯 低 聚 物 是 目 前N P 研 究 的主 要工 作之 一 。根 据工 艺 的不 同 , IU
系 ,将聚 甲基 丙烯 酸缩 水甘 油 酯与C 接 反应 制 0直 备环 碳酸 酯低 聚物 ,结果 发现C 。 0的结合 率 可 以达 到8 % 2 。T D S I 8 ~9 % A A H 等 以溴化锂 为 催化 剂 ,
氧 离子迅速 与 结合 ,形成产 物 ( 3 式 ),如 图2 所
图2环碳 酸 酯 与 伯 母 蚤反 应 翻 备 NI U机 理 p
酸酯 C B 。 S O 222二步 法 .. 2 2 2 1 C , 氧 化合物 生成环 碳酸 酯化 合 . . . O与环
物单 体
环碳酸 酯开环反应 的位置与 同分异 构体的 比率 取 决于 取代 基R 的诱 导效 应 以及取 代基R ’和R ’’ 的体 积 。当烷 基碳原 子上含有 供 电子基 团时会部分
于此 类 新型材 料 的最新 研 究进展 及其 发展 前景 。
N P 的合 成机 理 IU
非 异 氰 酸 酯 聚 氨 酯 是 指 不 使 用 异 氰 酸 酯 为 原料 制 备 的聚氨 酯 ( 文 名N n O y n t P 英 o i caa e o S
1 u e h n ,简称N P ), 目前 主要 是通 过环 碳 yr t a e IU 酸 酯 低聚 物 与脂 肪 族或 脂 环族 伯胺 反 应 来制 备 。 反应 如 图l 示 : 所
将 甲基 丙烯 酸 缩 水甘 油 酯/ 甲基 丙 烯酸 甲酯/ 丙烯
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氰共 聚 物 与C 2 应 ,产 率 可达 7% 右 ,路 线 如 0反 0左
图3 示 。 所
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( )邻 二 醇 法 。 当 分子 结构 中含 有 两 个 相 3
邻 的羟 基 时在 一 些 催 化剂 的 作用 下 能转 化 为环 碳 一 酸酯 结构 。B r 等 在7 ℃下 , 以二氯 甲烷和 吡 uk 副 O 啶 为溶 剂 ,将 分子 结 构 中 的邻位 羟 基转 化 为环 碳 酸酯 结 构 ,但 这个 方 法 需使 用三 光 气 ,三 光气 也 是一 种带 有毒 性 的物质 。如 图7 示 。 所
降低 羰基碳 的正 电性 ,从而 降低 了环碳酸酯 的反应
环氧 物质 与c 催化 剂 作用 下生 成环 碳酸 酯 0在
化合 物 ,如 图4 示 。其 中R 以为烷 基 、 卤代 烷 所 可 基 、 乙烯 基 、苯 基 、烷 氧 基 、烷 酯 基等 基 团 。
活性 。但是 当烷基碳 上含有吸 电子基 团时,又会增
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图8 乙烯 氰 与DOM A (甲基 丙 烯 酸 缩 水 甘 油 酯 与 C 化 合 O2 产 物 )共 聚
图5 四 T基 溴化 铵 催 化 合 成 环 碳 酸 酯 的 可 能反 应 历 程
( )氯 醇 与碳 酸 盐 或 碳 酸 氢 盐 反 应 。 氯醇 2 与 碳 酸盐 或碳 酸 氢 盐在 催化 剂 的作用 下 可 以合成 环 碳酸 酯 。K n r ¨ e a 等 用邻 氯 醇法 将分 子链 中间 含 有 邻 氯 醇 结 构 的化 合 物 转 化 为 环 碳 酸 酯 , 在
圈6 邻 氯 醇 法合 成 环 碳 酸 酯
脂 环胺 系列 固化 剂 、J f a i e e f m n 公司 的E R D 系列氨 基 聚 醚 。颜 吉 校 等 u 介 绍 了 几 种 端 伯 氨 基 聚 醚 引 的合 成方 法 , 并分析 了离 去基 团法 和 催化 胺 化法 的优缺 点 。离去 基 团法 包括 :光气 法 、 甲磺 酰氯 法 、 卤化 法 。催 化胺 化 法包 括 :金 属 催化 和 固体 酸 催化 两种 类型 。T r e 等 艮 了一种胺 化聚 u nr 道
转 化率 决定 于催 化体 系 ,反应 介质 以及c , 力 。 0压
催 化 体系 是此 类 反应 的关键 因素 , 目前 使用 的催 化 剂 主 要 有 : ( )季 铵 盐 : 四丁 基 溴化 胺 和 四 i
使其 变 为环 碳 酸酯 低聚 物 ;如 含 有碳 碳 双键 的环
碳 酸 酯 化合 物 可 以通过 聚 合来 增 长其 分 子链 ,如 图8 所示 为 乙烯 氰 与D M 共 聚 反 应 ,发 生聚 合 反 0 A 应 的单体 种 类 、用 量及 反应 条 件会 对 产物 性 能产 生直 接影 响, 因此 可 以根据 所 需产 品性 能设 计 出 合 理 的实验 方案 。
和环 氧 化合 物 或其 预聚 物 作 为主 要 原料 合成 环 碳 酸酯 低 聚物 ,然后 采用 上 述环 碳 酸 酯低 聚 物与 胺 类齐 聚 物 反应 制备 聚 氨酯 ,利用 上 述全 新 方法 制 备 的聚 氨 酯又 称 为 非异 氰 酸酯 聚 氨酯 N U 。 P I NI I 仅在 制备过 程 中不 使用 高毒性 和湿 敏性 的 PJ 不 多 异氰 酸酯 ,而 且从 分子 结 构 上弥 补 了传 统聚 氨 酯 中 的弱键 结 构 ,耐 化学 性 、 耐水 解性 以及抗 渗 透性 比传 统聚 氨 酯材 料好 , 因此具 有 广 阔 的发 展 前景 。 本 文主要 综述 了 目前 国 内外 制备NI U P 的原理
匝垂墓
环 碳酸 酯 应用 最 多 的方 法 。在 催化 剂 的 作用 下 ,
C , 以和端 环 氧基化 合物 ( 要 是环氧 乙烷 和环 0可 主 氧 丙烷 )发 生开 环 反应 ,生成 环碳 酸 酯 。反 应 的
2 2 2 2 碳酸 酯低 聚物 的生 成 .. .环 环 碳酸 酯 单体 分 子量 小 ,不 具 备 高分 子物 质 的性 质 ,故不 能和胺 直接 化合 成NI U ,通 过 反应 P
服 传 统聚 氨 酯 生产 所 带来 的危 害 环境 和 人类 健 康 的 问题 , 自2 世 纪 9 年 代 开 始 研 究 人 员 尝 试 利 0 0 用 C 2 原料 制 备聚 氨 酯 材料 ,该 方法 首 先 以c 为 0 0
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低 聚物 反 应 直接 制 备 出环 碳 酸酯 低 聚物 ,二步 法
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固1剖 备 NIU的 化 学反 应 式 P
是 先利 用c 0与小分 子环 氧物 质 反应 形成 环碳 酸酯
化 合 物 单体 ,然 后通 过 单体 上 的活 性 基 团发 生 白 聚 ,获得 具有 一 定分子 量 的环碳 酸 酯低 聚物 。
8 。 下 反应 6 , ,转化 率达 到9 % 0C 4时 0 以上 :
人
一 h ~ , — .. .
B N 0 u 最近提 出 了一 种环 氧物 质 单体 与 UG等 钊 c , 生成 环碳 酸酯低 聚物 的方法 ,其在 反应 中 0直接 同时使用 引发  ̄ A B ,环 化反 应催 化剂 L B ,成 f IN J l ir
非 异氰酸酯聚氨 酯材 料 的制 备 及 其 研 究进 展
安徽省食 品药品检验所 药品 包装材料检测 中心 伍胜利 吕贻胜
摘要 :阐明 了利 用CO 为原料 制备 非异 氰酸 酯聚 氨 酯 ( P )的合成 原 理 ,综述 了NI U ̄ 性 能 NI U P d J
特 点及 其 与相 比于传 统聚氨 酯材 料 的性 能优 势 ,介 绍 了一 步法 和二 步法 制备NIU ̄间体环 碳 酸酯低 聚 P
及其 工 艺路线 ,介 绍 了N P 的应用 范 围、 国外对 IU
油化工 、水 利 、 国防 、体 育及 医疗 等领 域 u 。 制 备 传 统聚 氨 酯材 料用 到 的异 氰 酸 酯单 体 如 甲苯二 异氰 酸酯 T I D 、二异 氰酸 酯二 苯 甲烷M I D、
聚 二异 氰酸 酯二 苯 甲烷P P 等均 具有 毒性 ,为克 A I
法:
种 四面体 中 间体 ( 1 ;反 应第 二步 是胺 分子 式 )
占 N B R : 报 道 了 以N 和P一 U HI o g aI hP 3为催 化 体
211一步 法 ..
对 四面 体 中 间体 的进 攻 ,使H脱 离 ( ) ; 式2 一由于
氮 原 子 上 高密 度 的 电子 云 ,致 使 碳氧 键 断 裂 ,烷
辩
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G r o 等 对环碳 酸酯 与胺 的反应动 力学进 a p v i 行 了研 究 ,研 究认 为 , 由于 原 子 电负 性 的 差异 , 反 应第 一 步 为胺 对 羰 基碳 原 子 的亲核 进 攻 ,形 成
一
下 面 举例 具 体 介绍 一 步法 和 二步 法 的工 艺 方
功地 合成 了环 碳酸酯 低 聚物 。
2 2 类 齐聚物 .胺 合 成NI U 另一 种 原料 就 是 胺 类 齐 聚 物 。 P 的
0 h鑫2I — 尺 \b 常 I D )、二环 脂 环二氨胺 , 如 、Dup尔 t 二 胺 R ) — l — (用 脂 肪 胺 和 己基 伯 基 甲烷 异 佛 o 酮 司 的 【 c 一c r ㈨一 c H PA 3 n公
碘 基 溴 化 胺 。、 溴化 四 乙铵 [l( )离 子 液 体 。 1 i o i
催 化剂 ( i i )金 属 配 合物 催化 剂 … :吡 啶锌 、 i 卟啉 配 体 、s l n 、磷 、钯等 (v)其 它如 纳米 aeA i 金 、金 属 氧化 物 、碘 的 卤化 盐 和 多元 醇 共催 化等 催化
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物 的 工艺路 线 ,讨论 了NIU的应 用 范围、 国 内外 对 于NIU的 最新研 究和 工业进 展 。 P P 关键 词 :非 异氰 酸 酯聚氨 酯 C O。 环 碳 酸酯 研 究进 展
前言
传 统 的聚 氨酯 是 由多异 氰 酸酯 与 聚 二元 醇加 成 聚合 而 成 。 由于聚 氨 酯分 子 链 中强 极 性 的氨基 甲酸酯 基 键 不溶 于 非极 性基 团 ,因此 聚 氨酯 材料 具 有 良好 的 耐油 性 、韧 性 、耐 磨 性 、耐 老化 性和 粘 合性 。选 择不 同异氰 酸酯 或 聚 二元 醇 可制 备 出 适 用 于较 宽温 度 范 围 ( 5 ~ 1 0 ) 的材料 ,可 一0 5℃ 作 为泡 沫 塑 料 、弹 性体 、涂 料 、胶粘 剂 、纤 维 、 合 成革 、防 水材 料 以及 铺装 材 料 ,被 广 泛应 用 于 交 通运 输 、建筑 、机械 、 电子 设 备 、家 具 、食 品 加工 、服 装 、纺 织 、合 成 皮革 、印刷 、矿冶 、石
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加羰基 碳 的正 电性 ,从而 使其更易于被胺 化 。
2 制备NP 的主要原料 及其合成方法 . I U
2 1环碳 酸 酯低 聚物 .
N U P 由环碳 酸酯 齐 聚物 与胺 类齐 聚物 反 应制 I 得 。获 得不 同结构 和 性 能 的环 碳 酸酯 低 聚 物 是 目 前N P 研 究 的主 要工 作之 一 。根 据工 艺 的不 同 , IU
系 ,将聚 甲基 丙烯 酸缩 水甘 油 酯与C 接 反应 制 0直 备环 碳酸 酯低 聚物 ,结果 发现C 。 0的结合 率 可 以达 到8 % 2 。T D S I 8 ~9 % A A H 等 以溴化锂 为 催化 剂 ,
氧 离子迅速 与 结合 ,形成产 物 ( 3 式 ),如 图2 所
图2环碳 酸 酯 与 伯 母 蚤反 应 翻 备 NI U机 理 p
酸酯 C B 。 S O 222二步 法 .. 2 2 2 1 C , 氧 化合物 生成环 碳酸 酯化 合 . . . O与环
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环碳酸 酯开环反应 的位置与 同分异 构体的 比率 取 决于 取代 基R 的诱 导效 应 以及取 代基R ’和R ’’ 的体 积 。当烷 基碳原 子上含有 供 电子基 团时会部分
于此 类 新型材 料 的最新 研 究进展 及其 发展 前景 。
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非 异 氰 酸 酯 聚 氨 酯 是 指 不 使 用 异 氰 酸 酯 为 原料 制 备 的聚氨 酯 ( 文 名N n O y n t P 英 o i caa e o S
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降低 羰基碳 的正 电性 ,从而 降低 了环碳酸酯 的反应
环氧 物质 与c 催化 剂 作用 下生 成环 碳酸 酯 0在
化合 物 ,如 图4 示 。其 中R 以为烷 基 、 卤代 烷 所 可 基 、 乙烯 基 、苯 基 、烷 氧 基 、烷 酯 基等 基 团 。
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图5 四 T基 溴化 铵 催 化 合 成 环 碳 酸 酯 的 可 能反 应 历 程
( )氯 醇 与碳 酸 盐 或 碳 酸 氢 盐 反 应 。 氯醇 2 与 碳 酸盐 或碳 酸 氢 盐在 催化 剂 的作用 下 可 以合成 环 碳酸 酯 。K n r ¨ e a 等 用邻 氯 醇法 将分 子链 中间 含 有 邻 氯 醇 结 构 的化 合 物 转 化 为 环 碳 酸 酯 , 在
圈6 邻 氯 醇 法合 成 环 碳 酸 酯
脂 环胺 系列 固化 剂 、J f a i e e f m n 公司 的E R D 系列氨 基 聚 醚 。颜 吉 校 等 u 介 绍 了 几 种 端 伯 氨 基 聚 醚 引 的合 成方 法 , 并分析 了离 去基 团法 和 催化 胺 化法 的优缺 点 。离去 基 团法 包括 :光气 法 、 甲磺 酰氯 法 、 卤化 法 。催 化胺 化 法包 括 :金 属 催化 和 固体 酸 催化 两种 类型 。T r e 等 艮 了一种胺 化聚 u nr 道
转 化率 决定 于催 化体 系 ,反应 介质 以及c , 力 。 0压
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碳 酸 酯 化合 物 可 以通过 聚 合来 增 长其 分 子链 ,如 图8 所示 为 乙烯 氰 与D M 共 聚 反 应 ,发 生聚 合 反 0 A 应 的单体 种 类 、用 量及 反应 条 件会 对 产物 性 能产 生直 接影 响, 因此 可 以根据 所 需产 品性 能设 计 出 合 理 的实验 方案 。
和环 氧 化合 物 或其 预聚 物 作 为主 要 原料 合成 环 碳 酸酯 低 聚物 ,然后 采用 上 述环 碳 酸 酯低 聚 物与 胺 类齐 聚 物 反应 制备 聚 氨酯 ,利用 上 述全 新 方法 制 备 的聚 氨 酯又 称 为 非异 氰 酸酯 聚 氨酯 N U 。 P I NI I 仅在 制备过 程 中不 使用 高毒性 和湿 敏性 的 PJ 不 多 异氰 酸酯 ,而 且从 分子 结 构 上弥 补 了传 统聚 氨 酯 中 的弱键 结 构 ,耐 化学 性 、 耐水 解性 以及抗 渗 透性 比传 统聚 氨 酯材 料好 , 因此具 有 广 阔 的发 展 前景 。 本 文主要 综述 了 目前 国 内外 制备NI U P 的原理
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环 碳酸 酯 应用 最 多 的方 法 。在 催化 剂 的 作用 下 ,
C , 以和端 环 氧基化 合物 ( 要 是环氧 乙烷 和环 0可 主 氧 丙烷 )发 生开 环 反应 ,生成 环碳 酸 酯 。反 应 的
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油化工 、水 利 、 国防 、体 育及 医疗 等领 域 u 。 制 备 传 统聚 氨 酯材 料用 到 的异 氰 酸 酯单 体 如 甲苯二 异氰 酸酯 T I D 、二异 氰酸 酯二 苯 甲烷M I D、
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法:
种 四面体 中 间体 ( 1 ;反 应第 二步 是胺 分子 式 )
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