洮南聚氨酯化學以異氰酸酯的化學反應為基礎,是聚氨酯膠粘劑反應機理的關鍵。在膠粘劑制備和固化過程中,主要發(fā)生異氰酸酯與活性氫化合物的反應,以及異氰酸酯的自聚反應和其他交聯(lián)反應。
異氰酸酯取代基的電負性
上述示意式中,連接—NCO基團的R基(即異氰酸酯化合物的“核”)的電負性對異氰酸酯的反應活性影響較大,若R是吸電子基團,它能使—NCO基團中C原子的電子云密度更加降低,能提供類似于共軛的穩(wěn)定性,C原子的正電性強,更容易與親核試劑(或親核中心)發(fā)生反應,所以含吸電子基的異氰酸酯與活潑氫化合物的活性大。反之,若R為給電子基,它會增加—NCO基團中C原子的電負性(即C原子電子云密度增大),使其與活性氫化合物的反應活性降低。
羥基化合物分子結(jié)構(gòu)對反應活性的影響
由親核反應機理可知,在活性氫化合物的分子中,若親核中心的電子云密度越大,其電負性則越強,它與異氰酸酯的反應活性則越高,反應速度也越快。反之,若活潑氫化合物的親核中心電子云密度低,電負性小,則與—NCO反應的活性也就低。即活潑氫化合物(ROH或RNH2)的反應性與R的性質(zhì)有關,當R為吸電子基(電負性低),則氫原子轉(zhuǎn)移困難,活潑氫化合物與—NCO的反應較為困難;若R為供電子取代基,則能提高活潑氫化合物與—NCO的反應活性。
催化劑對異氰酸酯反應活性的影響
催化劑能降低反應活化能,使反應速率加快,縮短反應時間,控制副反應,故在聚氨酯膠粘劑制備中常常使用催化劑。對催化劑的要求一般是:催化活性高、選擇性強。常用的催化劑為有機叔胺類及有機金屬化合物。
異氰酸酯反應的催化機理
一般認為,異氰酸酯與羥基化合物反應的催化機理是,異氰酸酯或羥基化合物先與催化劑生成不穩(wěn)定的絡合物,然后發(fā)生反應,生成聚氨酯。但這種絡合催化反應理論也有幾種說法,至今還不十分清楚。
酸堿催化劑對反應活性的影響
在聚氨酯膠粘劑制備反應中,一般很少用酸類催化劑,酸性催化劑(如苯甲酰氯、無機酸及有機酸)對氨基甲酸酯及脲基甲酸酯生成反應影響不大,但能抑制縮二脲的生成反應,因而抑制交聯(lián)反應。不過有人做過試驗,對硝基苯甲酰氯等對異氰酸酯與水的反應卻不能抑制,而是促進其反應。
在聚醚制造中,常加入極少量堿性催化劑,若聚醚中尚有微量堿(如KOH)未被除去,則與二異氰酸酯反應時會產(chǎn)生凝膠。因而可加入酸中和,并且若酸稍過量,則抑制交聯(lián)反應,可使預聚體能長期貯存。
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