封闭型异氰酸酯的应用进展

王浩琛

摘要：异氰酸酯是聚氨酯的预聚物，种类很多，广泛应用在弹性体、发泡材料、胶粘剂和涂料中。它由二异氰酸酯与含有活泼氢的化合物反应得到，含有-NCO官能键，封闭型异氰酸酯是一类端异氰酸酯基团与某种带活性氢原子的化合物反应实现封闭后的聚氨酯产物[1]，在较高的温度下，反应释放出来的异氰酸酯基团可以进一步进行反应，得到不同的产物。

关键词：异氰酸酯；封闭反应

引言

最近几年，聚氨酯的制备已经得到了广泛的研究与应用，异氰酸酯实际上是聚氨酯的预聚物，种类很多，广泛应用在弹性体、发泡材料、胶粘剂和涂料中。它由二异氰酸酯与含有活泼氢的化合物反应得到，含有-NCO官能键，封闭型异氰酸酯是一类端异氰酸酯基团与某种带活性氢原子的化合物反应实现封闭后的聚氨酯产物[1]，在较高的温度下，反应释放出来的异氰酸酯基团可以进一步进行反应，得到不同的产物。

1异氰酸酯的封闭反应机理

异氰酸酯基团与封闭剂的反应属于典型的亲核反应。反应过程遵循两种机理。消去-加成机理封闭型异氰酸酯分解为游离异氰酸酯和封闭剂两种产物，其中游离的异氰酸酯进一步与某种亲核试剂反应，生成最终产品。

加成-消去机理封闭的异氰酸酯直接与亲核试剂发生反应，生成的中间产物具有四面体结构，进而与封闭剂发生消去反应。

2封闭型异氰酸酯的应用

2.1水性涂料

水性涂料以水为介质，无毒环保，已经得到了广泛的应用，封闭型异氰酸酯可以应用于水性涂料领域的最重要的优势就在于它可以在水中分散并且不会发生和水的副反应，使制得的水性体系具有很好的稳定性。[2] 钟燕等[3]用IPDI异氰酸酯三聚体与聚乙二醇单甲醚反应，再用封闭剂甲乙酮肟将剩余的异氰酸酯基封闭，得到了储存稳定性好的亲水性封闭异氰酸酯，并发现当聚乙二醇单甲醚的用量超过某临界值后，乳液的性质会发生突变。

2.2胶黏剂

封闭异氰酸酯胶黏剂由于含有极性很强的异氰酸酯基，当与含有活泼氢的材料接触时，可以表现出优异的化学粘接性，并且存在的氢键作用也会使粘接更牢固，从而使其应用领域不断扩大。杨银龙等[4]以聚酯二醇、甲苯二异氰酸酯和封闭剂丁酮肟为主要原料，合成了一种新型的高固含量的聚氨酯胶黏剂，并且发现当异氰酸酯基与羟基的摩尔比在1.22-1.24时，主剂的粘度符合实际生产要求。谭海彦、左迎峰等[5]利用异氰酸酯对脲醛树脂进行改性，制备复合胶粘剂，并發现异氰酸酯能够加速脲醛树脂的固化反应，提高复合胶黏剂的热稳定性。

2.3发泡材料

聚氨酯发泡材料作为一种新型的合成材料，具有密度小、强度高、隔音性好以及导热系数低等优异性能。异氰酸酯发泡材料主要是利用异氰酸酯和水反应，生成二氧化碳气体作为起泡剂，广泛应用于建筑物外墙保温、管道保温材料及建筑板材等方面。谢海安、陈汉全等[6]以聚醚多元醇和异氰酸酯为主要原料，在催化剂的存在下合成了聚氨酯泡沫体，采用拉伸、冲击、和扫描电镜实验方法对聚氨酯泡沫体的性能进行了分析，并研究了水的用量、复合催化体系的比例以及聚氨酯的指数对泡沫性能的影响。陈丰、张华等[7]采用可变纤维增强反应注射成型技术制备了长玻纤/聚氨酯泡沫复合材料，分析了复合材料微观缺陷产生的原因，并且对成型工艺进行了优化。

2.4弹性体材料

聚氨酯弹性体是指聚合物主链上含有较多的氨基甲酸酯基团的系列弹性体材料，除了含有氨基甲酸酯基团外，还含有酯基、醚基、芳基等。通常有多异氰酸酯和低聚物多元醇以及扩链剂反应生成。具有优异的耐磨性、耐油性、缓冲性能以及绝缘性能，已广泛应用于各个领域。马斌、易建军等[8]采用阴离子端羟基局丁二烯和L-赖氨酸三异氰酸酯为主要原料进行反应，制备出交联型聚氨酯弹性体，并发现端羟基聚丁二烯的分子量对弹性体的拉伸性能影响较大。赵孝彬、杜磊等[9]介绍了聚氨酯弹性体微相分离的影响因素、研究手段和表征方法，指出聚氨酯弹性体在复合固体推进剂中应用前景广泛。

3结束语

随着科技进步和生活质量的提高，聚氨酯的应用规模和领域也将继续扩大，封闭型异氰酸酯作为聚氨酯家族中庞大的一支，也将发挥着越来越重要的作用。不断加大科研力度，攻破科技难点，加大应用创新，进一步提高封闭型异氰酸酯类聚氨酯的应用水平，扩大应用领域，是我们面临的当务之急。

参考文献：

[1]张海龙，张彪，戴震，等. 封闭型异氰酸酯固化剂的反应机理与应用[J].涂料综述，2009，14-17。

[2]刘景芳，李树材. 封闭型水性聚氨酯的研究进展[J]. 涂料工业，2003，33（10）：36-39.

[3]钟燕. 水性封闭型多异氰酸酯的制备[J]. 华东理工大学学报（自然科学版），2010，02：59-65.

[4]杨银龙，张其斌. 新型合成革用高固含量聚氨酯胶黏剂的研制[J]. 聚氨酯工艺，2007，32（3）：26-28.

[5]谭海彦，左迎峰，等. 异氰酸酯-脲醛树脂复合胶黏剂的热性能[J]. 东北林业大学学报，2012，40（11）：147-150.

[6]谢海安，陈汉全. 全水发泡聚氨酯泡沫材料的研究[J]. 塑料科技，2007，35（3）：62-65.

[7]陈丰，张华等. 长玻璃纤维增强聚氨酯泡沫复合材料的制备及工艺优化[J]. 机械工程材料，2013，37（12）：54-59.

[8]马斌，易建军，等. 聚丁二烯聚氨酯弹性体的合成和性能研究[J]. 研究报告及专论，2017，35-39.

[9]赵孝彬，杜磊，等. 聚氨酯弹性体及其微相分离[J]. 高分子材料科学与工程，2002，18（2）：16-20.