在聚氨酯工业中,主要使用的是含有两个或两个以上一NCO特性基团的有机二异氰酸脂和有机多异氰酸酯。它们按其分子结构基本可分为芳香族多异氰酸酯、脂肪族多异氰酸酯和脂环族多异氰酸酯三类。若按其功能特点分类,则可分为通用型多异氰酸酯、非黄变型多异氰酸酯、“无机”元素型多异氰酸酯以及异氰酸酯三聚体衍生物、屏蔽型异氰酸酯衍生物等。虽然,异氰酸酯三聚体和屏蔽型异氰酸酯衍生物没有一NCO特征基团,但它们都是由异氰酸酯的一NCO基团经过转化或屏蔽处理获得的。从它们的结构转化和在聚氨酯产品合成、应用中看,都应该归于有机异氰酸酯之列。 (一)通用型有机异氣酸酯 该类异氰酸酯主要是指目前在聚氨酯工业中产量大且广泛使用的异氰酸酯,主要有TDI、MDI和多苯基甲烷多异氰酸酯(PAPI)等。这些异氰酸酯的大部分品种都具备几万吨、甚至十几万吨规模的生产装备,工艺成熟,但这类芳香族异氰酸酯均存在光照黄变的缺点。 对聚氨酯黄变机理的研究,虽然许多科学家的观点不尽相同,但对芳香族异氰酸酯共振泛黄的结论都是一致的。研究发现聚氨酯黄变主要是由于由芳香族异氰酸酯形成的芳香族氨酯键受紫外线照射后分解生成芳胺并与苯环产生共振重排,生成共轭醌式结构的生色团所致。 Schollenberger研究描述了苯环醌化或醌亚胺化生色基团的生成过程,表示如下。 (二)非黄变型异氰酸酯 为改善传统芳香族异氰酸酯给聚氨酯材料带来的黄变性,扩大聚氨酯材料的应用领域,在要求色泽稳定的应用场合,应竭力避免这类苯环共轭醌式结构生色团的产生,为此,除了使用许多紫外线吸收剂、抗氧剂等助剂外,人们研究开发了许多非黄变型异氰酸酯。 (1)亚甲基型异氰酸酯 在异氯酸基团和芳环之间増加一些烃基,以阻止氨基甲酸酯基团与芳环形成共轭醌式结构。如苯二亚甲基二异氰酸酯(简称XDI)、间或对1,4-甲基苯二亚甲基二异氰酸酯(简称mˉ或 p-TMXDI)等。 从XDI、 TMXDI的化学结构来看,在分子中保留了苯环,使聚氨酯材料具有较高的力学强度,同时,由于在苯环和一NCO之间引入了烃基,使产品克服了黄变现象的发生,制品热效应小,适宜制备大型聚氨酯部件。另外,p- TMXDI不会生成不溶性二聚物沉淀,贮存稳定性好,故广泛用于聚氨酯弹性体、涂料和高压反应注射模制(简称RIM)聚氨酯材料的生产中。 (2)脂肪族和脂环族异氰酸酯 根据对聚氨酯黄变机理的研究,人们合成了脂肪族异氰酸酯,如六亚甲基二异氰酸酯(简称HDI)2,2,4-三甲基己烷二异氰酸酯(简称 TMHDI)等,以及脂环族异氰酸酯,如甲基环亚己基二异氰酸酯(简称HTDI,俗称氢化TDI)、二环己基亚甲基二异氰酸酯(简称H12MDI,俗称氢化MDI)、异佛尔酮二异氯酸酯(IPDI)等。它们都不含芳基,不会产生苯环共轭醌式生色团,不会产生黄变现象。此类异氰酸酯主要用于涂料、纤维等对色泽稳定性要求较高的产品中。 (3)异氰尿酸酯 在聚氨酯材料的合成中,提供适宜的工艺条件,使其在高分子结构中生成异氰尿酸酯环状结构,其环上的氧原子被异氰尿酸酯的六节环结构所稳定,环上的叔氮原子没有氢原子连接,在此处不会发生裂解,呈现出化学性能稳定的环式结构。例如,由苯二亚甲基二异氰酸酯形成的异氰尿酸酯结构,即使连接在异氰尿酸酯环上芳基的氨基甲酸酯键发生断裂,异氰尿酸酯环上的氮原子也能起到阻止醌式结构生色团的形成。因此,含有异 氰尿酸酯环的聚合物,其耐光、耐热、耐氧化性能都有较大改善。几种典型异酸酯的变色性对比见图。 |