水溶性封闭型异氰酸酯单体的制备及其应用

论文摘要

研究水溶性封闭型异氰酸酯技术对于促进单组分胶粘剂开发利用具有重要意义,消除了因残余异氰酸酯单体而造成的毒害。在众多异氰酸酯封闭剂中,亚硫酸氢盐类的解封闭温度最低,物美价廉,不存在污染问题。本文采用亚硫酸氢钠作为封端剂,对脂肪族二异氰酸酯IPDI（异佛尔酮二异氰酸酯）和HDI（六亚甲基二异氰酸酯）进行-NCO基团的封闭。并进一步探索了亚硫酸氢钠封闭IPDI和HDI合成的具体工艺配比条件以及各因素对封闭反应的影响。通过对投料方式、复合溶剂、封闭温度、封闭时间、溶剂的用量、NaHSO3/NCO的摩尔比以及NaHSO3的初期反应浓度等因素逐一考察分析,全面系统地研究了亚硫酸氢钠封闭二异氰酸酯的封闭效率和稳定性,并优化了最佳工艺配方。采用热失重分析TGA法和差示扫描量热分析（DSC）法分别研究了水溶性封闭型异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）的热分解过程和解封闭反应过程。利用傅里叶变换红外光谱法（FTIR）考察了谱图中不同温度下的异氰酸酯特征峰及解封过程；结果表明失重阶段即为此封闭异氰酸酯的解封闭反应。用Friedman-Reich-Levi（FRL）和Flynn-Wall-Ozawa（FWO）两种动力学模型研究了解封反应的表观活化能E,确定了反应级数n和指前因子对数1nA的范围。采用双等双步法对解封热分解过程进行表观机理函数判断,结果符合Jander方程,反应机理为三维扩散。本文在确定IPDI合成产物的解封温度条件下,研究水溶性封闭型IPDI单体在水性聚氨酯及丙烯酸酯乳液胶粘剂中的改性应用情况。结果表明,采用水溶性封闭型IPDI单体作为固化剂改性所得到的水性单组分胶粘剂具有较好的胶粘效果和较长的贮存稳定期。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 致谢
• 第一章 前言
• 1.1 异氰酸酯简介
• 1.1.1 异氰酸酯种类
• 1.1.2 异氰酸酯的特点
• 1.1.3 异氰酸酯的化学反应
• 1.2 封闭异氰酸酯国内外研究现状
• 1.3 封闭异氰酸酯的反应机理
• 1.4 解封闭反应温度及过程的测定
• 1.5 封闭异氰酸酯的应用
• 第二章 实验部分
• 2.1 主要原料及仪器
• 2.2 水溶性封闭异氰酸酯单体的合成
• 2.2.1 封闭合成方法
• 2.2.2 合成装置图
• 2.3 水溶性封闭异氰酸酯单体的应用
• 2.4 水溶性封闭异氰酸酯单体的表征
• 2.4.1 异氰酸酯基团含量的测定
• 2.4.2 封闭产物的封端率（Sd）测定
• 2.4.3 傅立叶红外光谱（FTIR）分析
• 2.4.4 差示扫描量热（DSC）分析
• 2.4.5 热失重分析（TGA）分析
• 2.4.6 剥离强度分析
• 第三章 封闭合成反应
• 3.1 封闭合成反应的影响因素
• 3.1.1 溶剂用量
• 3.1.2 原料的摩尔比
• 3溶液质量分数'>3.1.3 NaHSO₃溶液质量分数
• 3.1.4 投料方式
• 3.1.5 反应温度
• 3.1.6 反应时间
• 第四章 解封闭反应
• 4.1 FTIR谱图分析
• 4.2 DSC分析
• 4.2.1 解封动力学分析
• 4.2.2 解封活化能
• 4.3 TG分析
• 4.3.1 热分解活化能
• 4.3.2 最概然机理函数
• 4.3.3 动力学参数
• 第五章 水溶性封闭型异氰酸酯单体的应用
• 5.1 丙烯酸酯胶黏剂应用过程中的复膜工艺
• 5.1.1 干燥温度
• 5.1.2 干燥时间
• 5.2 改性乙酸乙烯酯（VAc）乳液
• 5.2.1 纯乳液胶粘剂与改性胶粘剂的初粘力
• 5.2.2 纯乳液胶粘剂与改性胶粘剂的终粘力
• 5.2.3 乳液与封闭物质量比
• 5.3 改性丙烯酸羟乙酯（HEA）乳液
• 5.3.1 HEA含量
• 5.4 改性丙烯酸乙酯（EA）乳液
• 5.4.1 纯乳液胶粘剂与改性胶粘剂的初粘力
• 5.4.2 纯乳液胶粘剂与改性胶粘剂的终粘力
• 5.5 改性水性聚氨酯胶粘剂的应用
• 5.5.1 聚氯乙烯（PVC）板和中密度板的复合
• 5.5.2 改性后聚氨酯（PU）单组分胶粘剂的贮存稳定性
• 第六章 结论及建议
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文