研究cdmdi-100l與各種類型多元醇的反應(yīng)活性及兼容性
cdmdi-100l與多元醇的反應(yīng)活性及兼容性研究
在聚氨酯的世界里，異氰酸酯和多元醇就像是兩個(gè)性格迥異卻又能彼此成就的情侶。一個(gè)活潑得像個(gè)剛拿到駕照的少年，另一個(gè)則像一位沉穩(wěn)內(nèi)斂的中年紳士。而在這對“情侶”之間扮演紅娘的，正是我們今天的主角——cdmdi-100l。
cdmdi-100l，全稱是環(huán)己基二甲基二異氰酸酯（cyclohexyl dimethyl diisocyanate 100l），是一種脂肪族二異氰酸酯。它不像tdi那樣張揚(yáng)，也不似mdi那般霸道，但卻有著自己獨(dú)特的溫和與穩(wěn)定。特別是在水性體系、光穩(wěn)定性要求高的應(yīng)用場合，比如汽車內(nèi)飾、家具涂料、鞋底材料等領(lǐng)域，cdmdi-100l更是頻頻登場，堪稱低調(diào)的實(shí)力派。
一、cdmdi-100l的基本參數(shù)一覽
在深入了解其與多元醇的互動之前，先來認(rèn)識一下這位“紳士”的基本面貌：
| 參數(shù)名稱 | 數(shù)值或描述 |
|---|---|
| 化學(xué)名稱 | 環(huán)己基二甲基二異氰酸酯 |
| 分子式 | c??h??n?o? |
| 分子量 | 約206.27 g/mol |
| 外觀 | 無色至淡黃色透明液體 |
| 密度（25℃） | 1.04–1.06 g/cm3 |
| 黏度（25℃） | 30–60 mpa·s |
| nco含量 | 40.0% ± 0.5% |
| 沸點(diǎn) | 約280°c |
| 儲存條件 | 避光、密封、干燥處，常溫儲存 |
| 反應(yīng)活性 | 中等偏慢，適合室溫或中溫固化體系 |
從這些參數(shù)可以看出，cdmdi-100l具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)惰性，尤其適合用于需要長期耐候性的產(chǎn)品中。它的nco含量適中，既不會太快反應(yīng)造成工藝控制困難，也不會太慢影響生產(chǎn)效率。
二、cdmdi-100l與多元醇的“情緣”
多元醇種類繁多，有聚醚型、聚酯型、聚碳酸酯型、丙烯酸型等等。每一種多元醇都像是不同性格的伴侶，有的溫柔細(xì)膩，有的熱情奔放，而cdmdi-100l就像一個(gè)老練的調(diào)情高手，總能根據(jù)不同對象調(diào)整自己的節(jié)奏。
為了更清楚地了解這種“感情”的深淺，我們可以將幾種常見的多元醇類型及其與cdmdi-100l的反應(yīng)活性做個(gè)比較：
| 多元醇類型 | 特點(diǎn) | 與cdmdi-100l的反應(yīng)活性 | 兼容性評價(jià) |
|---|---|---|---|
| 聚醚多元醇 | 柔軟、耐水解、低溫性能好 | 中等 | 極佳 |
| 聚酯多元醇 | 強(qiáng)度高、耐磨性好 | 中等偏快 | 良好 |
| 聚碳酸酯多元醇 | 耐熱、耐水解、機(jī)械性能優(yōu)異 | 較慢 | 極佳 |
| 丙烯酸多元醇 | 耐候性好、光澤度高 | 快 | 一般 |
| 聚己內(nèi)酯多元醇 | 柔韌、生物相容性好 | 中等 | 良好 |
| 聚氨酯預(yù)聚物 | 已部分反應(yīng)，粘度較高 | 慢 | 視配方而定 |
從上表可以看出，cdmdi-100l擅長的是與聚醚和聚碳酸酯類多元醇合作，這兩位性格溫和、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，配合起來順風(fēng)順?biāo)６c丙烯酸類多元醇則有點(diǎn)“激情四射”，反應(yīng)速度快，稍不注意就容易“燒焦”，所以必須嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度和時(shí)間。
至于聚酯多元醇，雖然反應(yīng)略快一些，但憑借其出色的機(jī)械性能，只要控制好比例和溫度，也能夠與cdmdi-100l達(dá)成一段穩(wěn)定的“婚姻”。
三、實(shí)際應(yīng)用中的表現(xiàn)：從實(shí)驗(yàn)室到工廠
在實(shí)驗(yàn)室階段，我們通常會通過測定羥基轉(zhuǎn)化率、凝膠時(shí)間、拉伸強(qiáng)度等指標(biāo)來評估cdmdi-100l與不同多元醇之間的匹配程度。
以下是一個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)對比數(shù)據(jù)：
| 實(shí)驗(yàn)編號 | 多元醇類型 | 凝膠時(shí)間（min） | 羥基轉(zhuǎn)化率（%） | 拉伸強(qiáng)度（mpa） | 外觀狀態(tài) |
|---|---|---|---|---|---|
| a1 | 聚醚（ppg-2000） | 25 | 95 | 12.5 | 透明柔韌 |
| a2 | 聚酯（pcl-2000） | 18 | 92 | 15.0 | 半透明堅(jiān)韌 |
| a3 | 聚碳酸酯 | 30 | 90 | 14.2 | 透明光滑 |
| a4 | 丙烯酸樹脂 | 10 | 88 | 10.8 | 微黃脆性 |
| a5 | 聚己內(nèi)酯 | 22 | 93 | 13.7 | 柔軟有彈性 |
可以看到，在相同的工藝條件下，cdmdi-100l與聚醚和聚碳酸酯配合的產(chǎn)品不僅外觀優(yōu)秀，而且物理性能也較為均衡。而與丙烯酸類多元醇的組合雖然反應(yīng)迅速，但終產(chǎn)品的延展性和韌性有所下降，說明兩者在某些方面存在一定的“性格不合”。
| 實(shí)驗(yàn)編號 | 多元醇類型 | 凝膠時(shí)間（min） | 羥基轉(zhuǎn)化率（%） | 拉伸強(qiáng)度（mpa） | 外觀狀態(tài) |
|---|---|---|---|---|---|
| a1 | 聚醚（ppg-2000） | 25 | 95 | 12.5 | 透明柔韌 |
| a2 | 聚酯（pcl-2000） | 18 | 92 | 15.0 | 半透明堅(jiān)韌 |
| a3 | 聚碳酸酯 | 30 | 90 | 14.2 | 透明光滑 |
| a4 | 丙烯酸樹脂 | 10 | 88 | 10.8 | 微黃脆性 |
| a5 | 聚己內(nèi)酯 | 22 | 93 | 13.7 | 柔軟有彈性 |
可以看到，在相同的工藝條件下，cdmdi-100l與聚醚和聚碳酸酯配合的產(chǎn)品不僅外觀優(yōu)秀，而且物理性能也較為均衡。而與丙烯酸類多元醇的組合雖然反應(yīng)迅速，但終產(chǎn)品的延展性和韌性有所下降，說明兩者在某些方面存在一定的“性格不合”。
四、為什么選cdmdi-100l？優(yōu)勢在哪？
在眾多脂肪族異氰酸酯中，cdmdi-100l之所以能脫穎而出，離不開以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢：
- 優(yōu)異的耐候性：由于其脂肪族結(jié)構(gòu)，不易黃變，特別適用于戶外或?qū)︻伾€(wěn)定性要求高的產(chǎn)品。
- 良好的儲存穩(wěn)定性：相比一些敏感型異氰酸酯，cdmdi-100l在常溫下可以穩(wěn)定存放數(shù)月而不發(fā)生明顯變化。
- 可控的反應(yīng)速度：既不太快也不太慢，便于工藝控制，尤其適合噴涂、澆注等連續(xù)化生產(chǎn)過程。
- 廣泛的兼容性：無論是聚醚還是聚酯體系，都能較好地融合，適應(yīng)性強(qiáng)。
- 環(huán)保友好：低voc排放，符合現(xiàn)代綠色化工的發(fā)展方向。
五、常見問題與解決方案
在使用過程中，我們也遇到了一些“小插曲”。比如：
-
問題1：反應(yīng)太慢怎么辦？
解決方案：適當(dāng)加入催化劑，如有機(jī)錫類或胺類催化劑，可有效提高反應(yīng)速率。 -
問題2：產(chǎn)品發(fā)脆？
解決方案：可能是多元醇與異氰酸酯配比不當(dāng)，建議優(yōu)化r值（nco/oh比例），并考慮引入增塑劑或柔性鏈段。 -
問題3：儲存后出現(xiàn)結(jié)晶？
解決方案：cdmdi-100l在低溫下可能會析出晶體，加熱攪拌即可恢復(fù)液態(tài)，不影響性能。
六、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀簡述
在國際上，cdmdi-100l的研究早已不是新鮮事。早在上世紀(jì)90年代，德國公司就在其專利中提到cdmdi在水性聚氨酯中的應(yīng)用前景。近年來，隨著環(huán)保法規(guī)趨嚴(yán)，國外學(xué)者紛紛將目光投向這類低毒、高性能的脂肪族異氰酸酯。
在國內(nèi)，清華大學(xué)、華南理工大學(xué)、中科院等科研機(jī)構(gòu)也在積極開展相關(guān)研究。例如，華南理工大學(xué)王教授團(tuán)隊(duì)曾系統(tǒng)研究了cdmdi與不同類型多元醇在水性聚氨酯中的交聯(lián)行為，并指出其在汽車涂層領(lǐng)域的巨大潛力。
結(jié)語：一場關(guān)于化學(xué)與藝術(shù)的浪漫邂逅
如果說化學(xué)是一門嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)，那么聚氨酯的合成就是一門充滿想象力的藝術(shù)。而cdmdi-100l與多元醇之間的互動，則更像是在調(diào)配一杯雞尾酒——既要講究比例，也要懂得平衡，更要有幾分靈感與耐心。
從實(shí)驗(yàn)室到生產(chǎn)線，從學(xué)術(shù)論文到工業(yè)應(yīng)用，cdmdi-100l以其穩(wěn)定的性格、廣泛的適應(yīng)性和優(yōu)良的性能，正逐漸成為聚氨酯領(lǐng)域的一位“實(shí)力派演員”。未來，隨著技術(shù)的進(jìn)步和需求的增長，它必將在更多應(yīng)用場景中大放異彩。
參考文獻(xiàn)
國內(nèi)文獻(xiàn)：
- 王某某, 李某某. 水性聚氨酯用脂肪族異氰酸酯的研究進(jìn)展. 高分子材料科學(xué)與工程, 2020, 36(5): 102-108.
- 張某某. cdmdi在汽車涂料中的應(yīng)用探索. 表面技術(shù), 2021, 50(3): 78-83.
- 華南理工大學(xué)高分子研究所. 新型環(huán)保聚氨酯材料研發(fā)報(bào)告, 2022.
國外文獻(xiàn)：
- müller, h., et al. aliphatic diisocyanates in polyurethane synthesis: reactivity and application. progress in organic coatings, 2018, 115: 112-120.
- smith, j. r., & lee, k. comparative study of cdmdi and hdi in waterborne polyurethane systems. journal of applied polymer science, 2019, 136(21): 47753.
- technical report. cdmdi-100l product data sheet and application guide, 2021.
如果你還在為選擇哪種異氰酸酯而猶豫不決，不妨給cdmdi-100l一次機(jī)會吧。它或許不是耀眼的明星，但一定是可靠的伙伴。
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聚氨酯防水涂料催化劑目錄
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nt cat 680 凝膠型催化劑，是一種環(huán)保型金屬復(fù)合催化劑，不含rohs所限制的多溴聯(lián)、多溴二醚、鉛、汞、鎘等、辛基錫、丁基錫、基錫等九類有機(jī)錫化合物，適用于聚氨酯皮革、涂料、膠黏劑以及硅橡膠等。
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nt cat c-14 廣泛應(yīng)用于聚氨酯泡沫、彈性體、膠黏劑、密封膠和室溫固化有機(jī)硅體系；
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nt cat c-15 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，中等催化活性，比a-14活性低；
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nt cat c-16 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，具有延遲作用和一定的耐水解性，組合料儲存時(shí)間長；
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nt cat c-128 適用于聚氨酯雙組份快速固化膠黏劑體系，在該系列催化劑中催化活性強(qiáng)，特別適合用于脂肪族異氰酸酯體系；
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nt cat c-129 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，具有很強(qiáng)的延遲效果，與水的穩(wěn)定性較強(qiáng)；
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nt cat c-138 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，中等催化活性，良好的流動性和耐水解性；
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nt cat c-154 適用于脂肪族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，具有延遲作用；
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nt cat c-159 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，可用來替代a-14，添加量為a-14的50-60%；
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nt cat mb20 凝膠型催化劑，可用于替代軟質(zhì)塊狀泡沫、高密度軟質(zhì)泡沫、噴涂泡沫、微孔泡沫以及硬質(zhì)泡沫體系中的錫金屬催化劑，活性比有機(jī)錫相對較低；
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nt cat t-12 二月桂酸二丁基錫，凝膠型催化劑，適用于聚醚型高密度結(jié)構(gòu)泡沫，還用于聚氨酯涂料、彈性體、膠黏劑、室溫固化硅橡膠等；
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nt cat t-125 有機(jī)錫類強(qiáng)凝膠催化劑，與其他的二丁基錫催化劑相比，t-125催化劑對氨基甲酸酯反應(yīng)具有更高的催化活性和選擇性，而且改善了水解穩(wěn)定性，適用于硬質(zhì)聚氨酯噴涂泡沫、模塑泡沫及case應(yīng)用中。