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聚氨酯扩链剂

发布于:2010-05-10T10:05:29 阅读次数:4446

聚氨酯扩链剂

在聚氨酯发泡过程中,很多人不会使用扩链剂(又叫链增长剂),扩链剂运用的饿好坏有时直接影响泡沫 的性能,进而影响制品的质量,因此根据资料和本公司技术人员的经验,给大家参考。
聚氨酯类的高分子材料是由刚性链段和柔性链段组成的嵌段共聚物,刚性链段和柔性链段的构成,除与异氰酸酯和聚醇主剂有关,同时,扩链剂的选择和使用,对它们的形成也有着直接影响。
扩链剂是指能促使分子链延伸、扩展的化合物。在聚氨酯聚合物的生成中,主要为双官能团的化学品。根据聚氨酯工业中的实际情况和叙述方便需要,本节所叙扩链剂,除包括能使分子链进行扩展的双官能基的低分子化合物外,同时也包括能使链状分子结构产生支化和交联的官能度大于2的低分子化合物,后者在许多文献中常被细分为交联剂,在此均归于扩链剂中叙述。
在聚氨酯材料的合成中,扩链剂具有以下功能。
(1)低分子二元化合物和低分子三元或四元化合物能使聚氨酯反应体系迅速地进行扩链和交联。
(2)它们具有能与反应体系进行化学反应的特性基团,且分子量低,反应活泼。在整个反应原料体系中,对异氰酸酯和聚醇体系构成较强的反应竞争几率,因此,它们能极其有效地调节反应体系的反应速度。在实际工作中,可以使用不同品种的交联剂及用量,调节反应物的粘度增长等工艺参数,使之适应加工工艺的要求。在冷熟化泡沫体、自结皮泡沫体等制备中,扩链剂的使用对这些制品的合成工艺都有重大影响。
(3)利用扩链剂参与反应并进入聚合物主链的行为可以将扩链剂分子中的某些特性基团结构引入聚氨酯聚合物主链中,能对聚氨酯的某些性能产生一定影响。
一、扩链剂的分类
聚氨酯聚合物用扩链剂的种类较多,按扩链剂的化学结构基本可分为醇类化合物和胺类化合物,其官能基均为2或小于4。
随着聚氨酯工业的高速发展和应用领域、产品形式的不断扩张,扩链剂的新品种也在迅速增加,但实际大量使用的仍然是二醇或二胺类低分子化合物。
在聚氨酯中使用的扩链剂分类及典型品种列 于表1中。
类别典型品种典型应用
多元醇类乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇、一缩二乙二醇、丙三醇、三羟甲基丙烷等
脂环醇类
1,4-环己二醇、氢化双酚A
芳醇类
二亚甲基苯基二醇、对苯二酚双-β-羟乙基醚、 间苯二酚羟基醚
醇胺类
二乙醇胺、三乙醇胺、甲基二乙醇胺
二胺类
二乙基甲苯二胺、3,5-二甲硫基甲苯二胺
其他
α-甘油烯丙基醚、缩水甘油烯丙基醚、过氧化二异丙苯、硫磺

二、多元醇类扩链剂
二元醇类扩链剂的品种较多,主要有1,4-丁二醇、乙二醇、丙二醇、一缩二乙二醇、新戊二醇等。三元醇化合物有丙三醇、三羟甲基丙烷(TMP)等。
在聚氨酯尤其是聚氨酯泡沫体的合成中,使用最多的是1,4-丁二醇。大家知道,聚氨酯聚合物基本是(A-B)x类型的线型结构的嵌段共聚物,其软链段由聚醇大分子构成,而硬链段是由二异氰酸酯与低分子二醇反应构成,而1,4-丁二醇具有适中的碳-碳链长度,能使软、硬链段产生微区向分离,使氨基甲酸酯硬链段的结晶性更好,即使得MDI-1,4丁二醇硬链能较好地定向,这样,结晶和定向排列使聚合物分子间更容易形成氢链,这意味着它能产生较好的有序结晶,结晶的阻旋作用和聚合物链段迁移,最终表现出聚合物具有优异的韧性和硬度。
以脂肪醇类为主的扩链剂,在泡沫类产品中,主要用于高回弹软泡、半硬泡、RIM硬泡以及微孔弹性体等制品的生产中,它们不仅参与反应,具扩链和交联作用,调节泡沫体结构和开孔率,提高产品的回弹性、刚性和力学性能,同时,它还能降低原料组分粘度,改善原料各组分的相溶性。
脂肪醇类扩链剂在聚氨酯弹性体、涂料等产品中,尤其是MDI基PUR产品中,是应用极广的扩链剂。在新开发的醇类扩链剂中,值得提出简称为HQEE和HER的两种带有芳环的二醇扩链剂。在脂肪醇类扩链剂中,除二官能基的化合物以外,在聚氨酯合成过程中还经常使用三官能或四官能基化合物。常用的有三羟甲基丙烷和季戊四醇等。它们在与异氰酸酯反应生成氨基甲酸酯基团使分子链增长的同时,还会在生成的分子链中引出支链的反应点,在进一步反应中,使聚合物分子产生一定程度的交联,形成网状结构。在聚氨酯橡胶、涂料、粘合剂等生产中,常将它们与普通二元醇或二元胺配合使用,以获得聚氨酯产品某些性能的改善和提高
三、二元胺类扩链剂
低分子量二胺类化合物与二异氰酸酯反应十分激烈,成胶速度迅速,生产不易控制,但它与异氰酸酯反应生成内聚能高的脲基,能赋予聚氨酯聚合物很好的物理机械性能。为解决反应速度过快、不易控制的缺点,普遍采用受阻胺类化合物,其中最著名的是3,3'-二氯-4,4-二氨基二苯基甲烷。商品取名为莫卡(MOCA)。是由邻氯苯胺和甲醛进行缩合反应,并经中和、醇洗、重结晶等步骤制备的,在MOCA分子中,由于在氨基的邻位存在氯原子的吸电子作用和位阻功能,从而使氨基的反应活性适当降低,能够很好地适应聚氨酯凝胶工艺。同时,它又能赋予材料优异的机械性能,因此MOCA一直是聚氨酯,尤其是聚氨酯橡胶、涂料等产品生产中极其重要的扩链剂,MOCA为白色至浅黄色针状结晶体,有吸湿能力,易溶于丙酮、四氢呋喃、二甲基甲酰胺溶剂,溶于乙醇、苯、甲苯。但该类二胺扩链剂在1973年,美国有人对它提出致癌嫌疑,虽经过几十年的系统毒性研究得出了否定的结论,但许多国家对MOCA的使用仍持谨慎态度。1969年Bayer公司开发出取代MOCA的无毒型二胺扩链剂,学名为3,5-二氨-4-氯苯甲酸异丁醇酯,商品名称为Baytec-1604。该扩链剂熔点和反应活性稍低,易于加工操作,并能赋予聚氨酯橡胶优异的物理机械性能。但该扩链剂的不足之处是它熔融后呈褐色,仅适用于制备深色的高性能PUR制品。杜邦以前的全资子公司,先在的Invista公司推出了一个二元胺产品DytekA,这个产品特别适用于氨纶领域扩链剂,能对产品的弹性起到极大的改善,大家不妨一试。
四、醇胺类扩链
目前使用较多的醇胺类扩链剂主要有乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、三异丙醇胺和N,N'-双(2-羟丙基)苯胺等。它们不仅可以作为普通聚醚合成中的起始剂,同时,也能作聚氨酯材料的扩链剂而用于高回弹软泡、半硬泡和硬泡配方中,它们具有降低物料粘度,提高物料乳化能力,有利于物料充满复杂模腔。当使用苯胺、甲苯二胺等芳香胺为起始剂,使环氧乙烷或环氧丙烷进行聚合反应,控制聚合程度,制备出分子量200-600的芳香胺醚齐聚物,它们可以作为扩链剂而被广泛用于半硬泡、RIM硬泡、弹性体等制品的生产中。

Invista公司【前身为杜邦全资子公司】生产的DytekA【化学名:2-甲基戊二胺】用于氨纶领域做为扩链剂,能对产品的弹性起到极大的改善。

1)用于生产聚酰胺塑料、胶片和纤维

2)用于生产聚酰胺粘合剂和印刷树脂

3)作为环氧树脂固化处理剂,如涂料、地板和铺面材料、复合材料和胶囊

4)聚氨酯用扩链剂;用于异腈酸酯;链的膨胀;多元醇

5)有机合成化学用品,如农药、药品等。

Invista DytekA 这个通过碳链上第五碳原子甲基支链化胺类化合,使得其衍生物具有独特性能,如低粘度、高弹性和良好相容性能。试用二元酸,Dytek®A生成高分子量多元胺的聚合物和共聚物,该类化合物,同用乙二胺类化合物所制备的聚合物和共聚物相比,其具有熔点低、结晶度小性能;其树脂类中许多产品是透明的。

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