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对聚氨酯催化剂机理的分析

对聚氨酯催化剂机理的分析

 

 

   对聚氨酯催化剂机理的分析。我们所熟知的催化剂即是聚氨酯,尤其是用聚氨酯泡沫体合成的相关产物,其中的一NCO与水和一NCO与端羟基聚酯、聚醚多元酵的两个主要反应,叔胺类催化剂都有很强的催化作用,尤其是对一NCO与一OH反应的催化作用更加明显。前者能促进聚合物分子链迅速增长。粘度快速增加,泡沫网络骨架强度迅速提高。后者能促进-NCO与水反应,迅速产生二氧化碳气体,使聚合物体积迅速增大、膨胀。

  作为聚氨酯催化制的叔胺类化合物品种根多,根据其化学结构,基本可分为脂肪胺类、脂环胺类和芳香胺类三大类,其中在聚氨酯催化剂工业中使用最多的是三亚乙基二胺、N烷基吗啡玛啉、双(2一甲基氧基乙基)醚等。

对聚氨酯催化剂机理的分析 

  叔胺化合物中氨基的3个氢原子被斥电子基及空间位阻效应较大的烷基所取代,在多种因素的影响下,虽然叔胺表现的碱性不知伯胺、仲胺强,但氮原子上特殊取代基结构,使它们成为聚氨酯合成中优秀的催化剂品种。

  叔胺类化合物对聚氨酯反应催化活性的大小主要取决于以下几个因素:第一,从表观上讲是叔胺的碱性。其碱性越大,催化活性越高。当胺分子带有斥电子取代基时,会使氮原子的电子云密度增加,碱性提高,催化话性增加;而当连接吸电子取代基团时,则会使氮原子的电子云密度下降,碱性降低,催化活性下降。

  第二,从分子结构上讲,氮原子上所带取代基的空间障碍越小,催化活性越高。第三,催化剂的浓度增加,催化活性增加。作为胺类催化剂的碱度,它是电子效应的结果,即受氨原子上取代基电子效应影响,供电子取代基将会使胺的pKa值增加,会使催化活性提高。但同时也必须考虑取代基的位阻效应,取代基位阻效应大,则会使催化活性下降,四乙基亚甲基二胺,虽然pKa值较高,但出于氮原子上4个体积庞大的乙基取代基的空间障碍作用,使它的催化活性大大下降b。

  相比之下,三乙胺不但碱性强,而且空间位阻效应小,显示出强烈的催化活性。三亚乙基二胺是具有特殊化学结构的叔胺,它的2个氮原子连接在三个亚乙基基上,形成结构非常紧密且又十分对称的双环分子的笼式构造,同时,在氮原子上没有连接任何取代基,使完全暴露的氮原子上的一对空电子更容易接近一NCO基团,生成极不稳定的络合物,对异氰酸酯的反应起到强烈的催化作用,它是目前聚氨酯工业中最重要的催化剂之一。

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