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聚氨酯由异氰酸酯和羟基组分通过逐步聚合制备而成,广泛应用在泡沫、弹性体、涂料、胶黏剂、纤维和生物材料等领域。二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)在异氰酸酯家族中具有毒性小,成本低,耐腐蚀性强,柔韧性好等优异的性能。但MDI因分子结构存在硬度不够,干燥时间慢、漆膜性能差而落后于TDI在涂料上的使用。其中,MDI-TMP型聚氨酯固化剂更因容忍度小,粘度较大受到市场的限制。本文对合成具有粘度小、容忍度高、硬度好、干燥速率快的MDI-TMP型固化剂的工艺进行研究及应用,并对MDI与TMP的加成反应进行机理研究和动力学表征。主要研究内容包括以下几个方面:(1)探讨MDI-TMP型预聚物的合成工艺及优化:选用MDI-50、TMP、醋酸乙酯作原料,控制反应温度在60℃左右,采用溶剂分批投料的方式,既提高反应速率,又降低游离单体的含量;选择三烷基磷和苯甲酰氯作为催化剂和阻聚剂,两者的比例为1:08,且催化剂占总量的0.1%最佳;选择-NCO/-OH的比例为1.1~1.2:1,能得到固含量为48%~52%,NCO含量在6.8~7.3,F-MDI小于1.0,粘度小于15s,容忍度在2.5以上的MDI-TMP型固化剂。(2)采用红外光谱法(FTIR)、气相色谱法(GC)、凝胶渗透色谱法(GPC)和质谱(MS)等分析方法对产物性能的表征,并讨论了反应终点的控制、溶剂投料方式等因素对MDI-TMP型固化剂结构和性能的影响。着重研究了MDI与TMP在发生加成聚合时的动力学原理,并举例探讨了反应温度对反应速率的影响,通过分析得到MDI与TMP的加成反应为一级反应,动力学常数为K a=0.00437min-1,平均活化能为Ea=56.29kJ·mol。(3)为了提高容忍度,在合成的固化剂加入不同的改性醇,研究结果表明嘉宝莉树脂DB-211作为改性醇具有良好的改性效果,添加量为10%~20%最佳,改性后可以得到F-MDI小于0.8,容忍度大于2.5的产品。把改性后的固化剂(GZ43M)与市场上常用的固化剂做对比,结果表明GZ43M与W850B的大部分指标都非常接近,在容忍度、附着力、漆膜的丰满度上比W850B都好,但在硬度和干燥速率上存在不足,为了克服上述缺陷,采用与W950M(TDI-TMP型)固化剂复配,可以得到各方面性能都优异的产品。