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聚氨酯合成工艺的确定及反应机理的研究,依赖于反应动力学数据。本文采用二正丁胺反滴定法,研究了异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和聚氧化丙烯二醇(PPG)(Mn=2000)在有机锡催化体系作用下的聚合反应,探讨其在不同温度下的反应规律,考察了催化剂品种对聚合反应的影响,优化了复合催化剂配方和二步法聚合工艺,制备了热塑性聚氨酯并进行了表征。
在等摩尔的IPDI和PPG反应体系中,控制反应温度在50℃、60℃和70℃,分别采用辛酸亚锡(St Oc)、二月桂酸二丁基锡(DBTDL)催化体系,采用二正丁胺反滴定方法跟踪测试反应过程中-NCO的含量变化。结果显示,该类反应符合逐步聚合反应的二级动力学特征,在50-70℃下,二月桂酸二丁基锡为催化剂时体系的反应速率常数在1.36×10-2-6.10×10-2kg·mol-1·min-1范围,活化能为69.12 kJ·mol-1;辛酸亚锡为催化剂时体系的反应速率常数在9.24×10-4-4.91×10-3 kg·mol-1·min-1之间,活化能为77.0 kJ·mol-1。
将St Oc和DBTDL复合,研究了复合催化剂对反应体系的影响,测试了60℃条件下复合催化剂体系下的反应速率常数,显示两种催化剂经复配具有协同效应。得到最佳催化体系的复合比例。利用该催化体系,得到了IPDI和PPG在50、60和70℃下的反应速率常数分别为0.0161、0.0373和0.0806 kg·mol-1·min-1,活化能为74.25 kJ·mol-1。
以IPDI、PPG(Mn=2000)和1,4-丁二醇为原料,加入优化的复合催化剂体系,采用二正丁胺反滴定法,优化二步法的合成条件。结果显示,该类热塑性聚氨酯的合成,预聚合条件为:温度60℃,时间120min;熟化条件:温度110℃,时间24h。成功合成了数均分子量为38721、分子量分布系数为1.56的热塑性聚氨酯。