1. Was ist Polyurethan-Prepolymer?
Polyurethan-Präpolymer, auch Polyurethan-Präpolymer genannt, ist ein Polymer-Halbzeug, das durch die proportionale Reaktion von Polyisocyanat mit Polyolen (Polyethern oder Polyestern) entsteht, wobei die reaktiven funktionellen Gruppen an beiden Enden der Molekülkette gleich bleiben. Es handelt sich nicht um ein Endprodukt, sondern um ein Zwischenprodukt, das mit Kettenverlängerern, Vernetzern oder anderen Wirkstoffen weiter umgesetzt werden kann, um das endgültige Polyurethanmaterial zu bilden. Die Prepolymer-Methode (auch als Zwei-{3}-Schritt-Methode bekannt) ist die am weitesten verbreitete Syntheseroute in der Polyurethanindustrie. Die molekulare Struktur und die mechanischen Eigenschaften der Präpolymermethode sind besser kontrolliert als die der einstufigen Methode, bei der alle Rohstoffe miteinander reagieren.
Zusammenfassung: Polyurethan-Präpolymer ist ein aktives Zwischenprodukt, das durch Teilreaktion von Isocyanat und Polyol entsteht. Im Mittelpunkt steht das „Prepolymer-Verfahren“ (zwei{1}Schritte), das verlängerte Ketten oder Vernetzungen erfordert, um das endgültige Polyurethanprodukt zu erhalten.
2, Kernrohstoffe: Auswahl von Isocyanaten und Polyolen.
Die beiden Grundrohstoffe für die Herstellung von Präpolymeren sind Polyisocyanate und oligomere Polyole. Zu den häufig verwendeten Polyisocyanaten gehören Toluoldiisocyanat (TDI), Diphenylmethandiisocyanat (MDI), Isophorondiisocyanat (IPDI), Hexamethylendiisocyanat (HDI) usw. TDI und MDI werden üblicherweise als endgültige NCO-Präpolymere verwendet, während HDI und IPDI aufgrund ihrer Anti-{4}Vergilbungseigenschaften häufig in hochwertigen Beschichtungen und wasserbasierten Systemen verwendet werden. Bei den Polyolen kommen in weichen Systemen Polyetherpolyole (z. B. Polyethylenglykol, Polypropylenglykol und Tetrahydrofuranglykol) zum Einsatz, während in harten Systemen, die Witterungsbeständigkeit und mechanische Festigkeit erfordern, Polyesterpolyole (z. B. Polybutylenadipat) zum Einsatz kommen. Der Hydroxylwert, der Säurewert, der Feuchtigkeitsgehalt und der Metallionengehalt der Rohstoffe wirken sich direkt auf die Qualität des Prepolymers aus.
Zusammenfassung: Isocyanate bestimmen die Härte und Reaktivität von Präpolymeren, Polyole bestimmen die Eigenschaften von Weichsegmenten und Endanwendungen und Reinheit und Vorbehandlung der Rohstoffe sind der erste Schritt bei der Herstellung qualifizierter Präpolymere.
3, Reaktionsprinzip: Fügen Sie nach und nach Isocyanat- und Hydroxylgruppen hinzu
The synthesis of polyurethane prepolymers is basically a gradual addition reaction between isocyanate groups (-NCO) and hydroxyl groups groups (-OH) to form amino ester bonds (-NHCO-). This is an exothermic reaction in which the order of reaction activity is: primary alcohol-OH>secondary alcohol-OH>phenol-OH; phenol-OH; -NCO activity on aromatic rings>- NCO activity on cycloalkanes>- NCO-Aktivität auf Fettkohlenwasserstoffe. Als Reaktion auf verschiedene funktionelle Gruppen können konkurrierende Reaktionen auftreten. Daher ist es notwendig, die Reaktionsrichtung durch Kontrolle des Rohstoffverhältnisses und der technologischen Bedingungen zu steuern. Durch die Zugabe von Katalysatoren wie Organozinnverbindungen Octat und Zinnoctoat sowie Dibutylzinndilaurat und Triaminen wie Triethylendiamin und Triethylamin kann die Reaktion stark beschleunigt werden.
Die chemische Reaktion synthetischer Präpolymere ist die allmähliche Addition einer exothermen schrittweisen Additionsreaktion zwischen -NCO und -OH zur Bildung von Aminoesterbindungen. Unterschiede in der Gruppenaktivität und der Katalysatorauswahl sind Schlüsselfaktoren für die Reaktionsrichtung und Reaktionsgeschwindigkeit.
4. Vorbereitung des terminalen NCO-Präpolymers (allgemeine Verwendung)
End-NCO-Prepolymer ist der in der Industrie am häufigsten verwendete Typ und seine Herstellung erfordert einen Überschuss an Isocyanat, um freie -NCO-Gruppen an beiden Enden der Reaktionsmolekülkette zu erhalten. Der typische Prozess besteht darin, zunächst im Vakuum zu dehydrieren (normalerweise 120 Grad, Vakuum für 2–3 Stunden), abzukühlen und dann den Polyalkohol langsam in einen Überschuss an Polyisocyanaten zu tropfen und dabei unter Stickstoffschutz zu rühren. Entfernen Sie gleichzeitig die Reaktionswärme rechtzeitig, um die Temperatur zwischen 40 und 80 Grad zu halten. Die NCO-Molmengen werden im Allgemeinen zwischen 1,5:1 und 3:1 kontrolliert, und der Gehalt an freiem NCO im Endprodukt beträgt im Allgemeinen 3 % bis 12 %. Während der Reaktion kann zur Regulierung der Viskosität eine kleine Menge Lösungsmittel (z. B. Aceton, Ethylacetat, Toluol) oder zur Verhinderung einer Gelbildung ein Polymerisationsinhibitor (z. B. Benzolsulfonylchlorid) zugesetzt werden. Der Reaktionsendpunkt wurde durch Messung des NCO-Gehalts ermittelt und die Reaktion bei Erreichen des theoretischen Wertes gestoppt.
5, Herstellung des End-OH-Prepolymers.
Im Gegensatz zu terminalen NCO-Präpolymeren ermöglichen terminale OH-Präpolymere, dass überschüssige Polyole Hydroxylgruppen (-OH) an beiden Enden der Reaktionsmolekülkette behalten. Die Methode ähnelt der End-NCO-Methode, außer dass das Verhältnis der Bestandteile umgekehrt ist --zu viele Polyole, nicht genügend Isocyanate und das NCO-Molverhältnis zwischen 0,8:1 und 1:1 kontrolliert wird. Da die Reaktivität der Hydroxylgruppe viel geringer ist als die der Isocyanatgruppen, weist das terminale Hydroxyl-Prepolymer eine gute Lagerstabilität auf und ist nicht leicht selbstpolymerisierbar. Sie werden üblicherweise als Haupt- oder Weichteil eines Zweikomponentenklebstoffs verwendet. In praktischen Anwendungen werden terminale OH-Prepolymere üblicherweise durch weitere Kettenverlängerung mit einem leichten Überschuss an Diethylenglykol auf Basis terminaler NCO-Prepolymere erhalten.