环碳酸酯及非异氰酸酯聚氨酯合成新工艺与性能研究

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1、工程硕士学位论文环碳酸酯及非异氰酸酯聚氨酯合成新工艺与性能研究作者姓名王彩工程领域化学工程校内指导教师瞿金清教授校外指导教师朱延安教授级高工所在学院化学与化工学院论文提交日期2018年3月NewpreparationprocessandPropertiesofcycliccarbonateandnon-isocyanatepolyurethaneADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：WangCaiSupervisor：Prof.Q

2、uJinqingProf.Zhuyan’anSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TQ323.8学校代号：10561学号：201521019049华南理工大学硕士学位论文环碳酸酯及非异氰酸酯聚氨酯合成新工艺及性能研究作者姓名：王彩指导教师姓名、职称：瞿金清教授、朱延安教授级高工申请学位级别：工程硕士学科专业名称：化学工程论文形式：产品研发工程设计√应用研究工程/项目管理调研报告研究方向：精细化工论文提交日期：2018年3月

3、12日论文答辩日期：2018年3月21日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：黄洪委员：瞿金清、沈慧芳、傅和青、朱延安摘要聚氨酯作为一种合成高分子材料，广泛应用于塑料、橡胶、泡沫、纤维、涂料、胶黏剂及功能高分子材料等领域。但是其原料异氰酸酯毒性极大，不符合绿色环保理念。使用多元环碳酸酯和多元胺反应制备的非异氰酸酯聚氨酯（NIPU）则满足了人们不断提高的绿色环保、安全健康意识的需求。常规二氧化碳插入法合成五元环碳酸酯工艺需要在高温高压下反应，其工艺复杂，存在安全隐患。

4、鉴此，本文在常压下合成五元环碳酸酯，对其聚合过程和工艺条件进行讨论，并对合成的NIPU进行改性及表征。研究主要内容如下：制备多官能度五元环碳酸酯树脂，先以多元醇为核先与酸酐半酯化得到含羧基的化合物，再与环氧氯丙烷（ECH）开环反应得到多官能度的邻氯醇树脂，研究了多元醇种类以及反应条件对树脂性能的影响规律，发现多元醇官能度越高，羟基转化率越低，接枝上的邻氯羟基基团越多，树脂粘度越大。研究表明以氯醇树脂和NaHCO3为原料，二者比例为1:2（摩尔比），3%的四丁基溴化铵（TBAB）为催化剂，DMSO

5、为溶剂，90℃反应3h后再在100℃下反应5h合成的目标产物五元环碳酸酯树脂转化率最高。多元醇官能度越高，单个核分子接枝上的环碳酸酯基团越多，位阻越大，转化率越低。红外光谱（FTIR）图显示在1800cm-1附近有明显的环碳酸酯基的特征吸收峰，核磁氢谱（1HNMR）测试定量测定了环碳酸酯树脂的转化率，差式扫描量热（DSC）分析表明其玻璃化转变过程范围在9.5-24.6℃之间。研究环碳酸酯树脂与胺固化的配比、固化条件对NIPU涂膜性能的影响规律，发现自制的四官能度环碳酸酯树脂（CC-PE）与聚乙烯

6、亚胺（PEI）按照环碳酸酯基/-NH2摩尔比=1:1，DMF作溶剂，150℃固化半小时，涂膜铅笔硬度为2H，附着力为1级，柔韧性为1mm，耐碱性优异。利用红外光谱表征了NIPU的结构，热重（TG）分析表明200℃以后开始失重。进一步研究了改性剂添加到NIPU体系对合成的杂化非异氰酸酯聚氨酯（HNIPU）涂膜性能的影响规律，发现改性后的HNIPU（CC-PE与E20质量比为60:40）具有优异的物理和化学性能，其硬度为2H，附着力为1级，柔韧性为1mm，抗冲击性100cm/kg，耐化学介质性优异，

7、涂膜外观透明平滑有光泽，部分HNIPU还可以在常温下直接固化。关键词：五元环碳酸酯；常压；非异氰酸酯聚氨酯；涂膜性能；耐化学性能IABSTRACTPolyurethaneisakindofsyntheticresinmaterialconfrontedwiththeconceptofgreen,becauseofthetoxicandmoisturesensitiveisocyanate,thoughwidelyusedinvariousfieldsincludingplastic,rubber

8、,foam,fiber,coating,adhesivesandfunctionalpolymermaterials.Butnon-isocyanatepolyurethaneobtainedfromcyclocarbonateandpolyaminesatisfiesthegrowingawarenessofenvironmentalfriendlyandsafetywell.Five-memberedcycliccarbonatesareoftenpreparedbyCO2andepoxyr