新材料及其应用

本发明属于聚氨酯固化剂领域，公开了一种多批次加料方式合成聚氨酯固化剂的方法及其产品。所述多批次加料方式合成聚氨酯固化剂的方法的步骤为：先将单羟基小分子醇与异氰酸酯单体混合，在20～60℃下反应1～2h，得到聚氨酯预聚物；再将曼尼希碱催化剂和极性溶剂混合搅拌升温至30～100℃预热20～40min，将聚氨酯预聚物按质量均匀等分，分批次加入到混合溶剂中；加入反应完后加入阻聚剂终止反应，然后加入小分子醇改性，最终得到产品聚氨酯固化剂。所述聚氨酯固化剂的固含量为50±2％，NCO基团含量为***～***％，游离TDI百分含量不大于***％，具有颜色浅、分子量分布较窄和能在常温下迅速固化的优点。

聚氨酯材料因其具有优异的物理机械性能、良好的热性能和耐化学性，被广泛的应用在建筑家居涂料的装饰、胶黏剂、仿生材料和汽车、船舶及航天工业等保护领域中。其中聚氨酯固化剂作为一种重要的含有多异氰酸酯基团的组分，能够与含羟基氨基等组分搭配，得到能够在常温下快速反应和交联密度大的聚氨酯漆膜，并且能够应用于多样化的聚氨酯涂料的配方设计中。

甲苯二异氰酸酯(TDI)单体因相对于其他异氰酸酯单体而言，较为廉价和易得，因此基于甲苯二异氰酸酯而得到的聚氨酯固化剂被普遍的使用。TDI单体能够通过-NCO基团的自聚反应生成含有三聚异氰脲酸酯结构的TDI三聚体固化剂，同时消除TDI蒸汽对人体毒害作用和环境的污染。在TDI三聚体固化剂中，环状的异氰脲酸酯结构能够稳定的存在，其耐热性能和储存性能较为优异；并且在异氰脲酸酯环中没有氢的存在，减少了氢键的形成，故可以得到高固含低粘度的三聚体固化剂。此外异氰脲酸酯环的强烈吸电子效应，使分子中～NCO基团的反应活性增加，因此用TDI三聚体固化剂可应用作快干涂料。

对于TDI固化剂，要求残留有的TDI单体含量越低越好，根据国标GB1858～2009，严格的规定TDI固化剂在施工配漆后，体系中的游离二异氰酸酯的含量总和要小于0.5％。另外固化剂中-NCO的含量和主要产物(主要指三聚体和五聚体)的含量也直接影响了固化剂的性能，NCO含量高其后续性能表现得越好，同时高分子量的副产物越多，产品粘度升高。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)本发明所述方法相比与溶剂萃取法、薄膜蒸发法，简化了大量的操作工艺和降低了生产成本，且在适当降低游离单体的同时，提高了其与其他树脂的相容性。

(2)本发明通过分批次加入聚氨酯预聚物的方法可以有利于聚氨酯单体更彻底的完成三聚反应；预先将异氰酸酯单体与小分子醇反应可以降低反应物的极性和产物的粘度，并且生成的聚氨酯预聚物和分批次加入的方式均可以减小体系中甲苯二异氰酸酯的浓度，使反应不至于过于剧烈而生成大量的高聚物，所以分批加料的方式可以得到三聚体和五聚体含量高的固化剂，降低了黏度，并且NCO含量较高。

(3)本发明所述方法采用高效的曼尼希碱为催化剂，可以在较低的温度下快速地催化聚氨酯预聚物发生三聚反应，可以避免在高温下黄变性；后期少量的小分子醇改性可以有效的降低游离TDI的含量，提高产品的相容性。

(4)本发明所述方法使用醇改性的工艺操作简单，成本较低，此外还可以较大的提高最终产品与其他树脂的相容性。

(5)本发明所述聚氨酯固化剂具有颜色浅、分子量分布较窄和能在常温下迅速固化的优点。