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异氰脲酸三缩水甘油酯及其替代物研究

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异氰脲酸三缩水甘油酯及其替代物研究


异氰脲酸三缩水甘油酯(TGIC)用于聚酯粉末涂料中的固化剂,具有优良的耐候性、耐热性、高温电性能以及粘接性,对酸、碱及其他化学品稳定性高,具有优良的交联固化性能,是含羧基官能团基料重要的固化剂之一,特别适用于做羧酸聚酯粉末涂料的固化剂。TGIC分子结构中具有三个手性碳原子,两种对应外消旋体。其对称结构四个对称点存在于手性碳原子的构型中,分别称作RRR,SSS,RRS和SSR,因此合成的以及市售TGIC都是这两种对应外消旋体的混合物。以TGIC为固化剂的聚酯粉末徐料。通过高温固化形成涂层,具有省能源、省资源、劳动生产效率高、无公害和便于实现自动化等特点,成为发展迅速的涂料新产品。随着户外用家具、家电和器材等行业的发展,粉末涂料的应用越来越受到关注。现在耐候性粉末涂料有着巨大的市场和商机,主要市场有:铝型材、空调、高速公路建设、汽车工业、户外用家具及灯具等。

本文从异氰脲酸三缩水甘油酯的合成方法、应用、替代物等几个方面进行了综述,为异氰脲酸三缩水甘油酯的研究和利用、替代物的选择和应用提供一定参考。

异氰脲酸三缩水甘油酯及其替代物研究1 TGIC的合成进展

TGIC是一种高性能用途广泛的基体树脂。TGIC的合成方法主要有一步法、两步法以及环氧化法。

1.1 一步法

一步法是由Henkel公司中心实验室M Budnowski博士为首的研究小组最早开发的,该方法主要缺点是反应原料比过大,单釜产量少、收率低。其反应过程如图1所示。

1.2 两步法

TGIC的工业合成中主要采用的是两步法,第一步为固相异氰脲酸与液相的环氧氯丙烷在催化剂作用下生成中间体1,3,5-三(1`-氯-2`羟基一丙基)异氰脲酸酯。异氰脲酸是一种对称性的六元化合物,环上的碳氮原子交替排布,存在氰脲酸和异氰脲酸两种互变异构体,第一步的反应中,氰脲酸转变为异氰脲酸参与反应。第二步环化反应是1,3,5-三(1'-氯-2`羟基-丙基)异氰脲酸酯与NaOH反应脱去1,3,5-三(1'-氯-2`羟基-丙基)异氰脲酸酯分子中的3个HCI生成TGIC。其合成路线如图2所示。

1.3 环氧化法

环氧化法是以异氰脲酸三丙基酯为原料合成TGIC,其合成路线如图3所示。由于原料昂贵,缺乏经济竞争性,故很难实现工业化生产规模,现在很少被采用。

1.4 其他合成方法

1996年,Hideto Minami等 3科学家采用一种新型的方法得到了纳米尺寸的具有中空结构的交联聚酯微粒,该方法被命名为SaPSeP法。此外,相关文献还报道了以氰脲酰氯和缩水甘油为原料制备异氰脲酸三缩水甘油酯或采用氰脲酸甲苯磺碳酸钡酸酯与缩水甘油酯发生酯交换反应而获得异氰脲酸三缩水甘油酯然而,综合考虑,只有两步法合成路线具有重要的工业价值。

异氰脲酸三缩水甘油酯及其替代物研究2 TGIC粉末涂料的应用

TGIC是一种结晶状的杂环环氧化合物,其结构式如图4所示。

由图4可知,首先其结构中具有二三个可反应的活性基团,固化时可获得较高的交联密度,结构上的刚性环导致固化后的涂膜硬度较高;其次因固化后在分子骨架上均为单键,故耐候性优良;再次分子中含氮量高,具有阻燃性和自熄性。当TGIC固化聚酯树脂组成粉末涂料时,个高度活性的环氧基能与树脂中的羧基进行高密度的交联,而杂环的稳定性确保了用TGIC作为固化剂的粉末涂料优良的耐候性。

2.1 TGIC用作粉末涂料固化剂

TGIC是最早....


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