[发明专利]一种含有异氰尿酸酯环且硬段/软段比例可控的耐热型阻燃聚醚多元醇及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及耐热型阻燃聚醚多元醇及其制备方法，属于有机合成领域。

背景技术

聚醚多元醇是指主链含有醚键(—R—O—R—)，分子端基（或/及侧基）含有羟基（OH）的低聚物，主要用于制备硬质聚氨酯泡沫塑料。有研究表明，在聚醚多元醇分子中引入热稳定性较好的杂环结构可以使所生成的聚氨酯材料具有较好的热稳定性和阻燃性。异氰尿酸酯环是一种非常稳定的三聚六元环，其结构如式2所示：

异氰尿酸酯环结构上没有活泼氢，具有很高的热稳定性、水解稳定性和刚性。目前，含异氰尿酸酯环结构的聚醚多元醇已有报道，例如黄维佳等（《上海塑料》，2011年第4期）以三(2-羟乙基)异氰尿酸酯为起始剂，与环氧丙烷进行开环反应合成了含异氰尿酸酯环的聚醚多元醇。反应式如式3所示：

但此反应需要在高压反应釜中进行，且合成的聚醚多元醇分子量不易控制。

发明内容

本发明旨在提供一种含有异氰尿酸酯环且硬段/软段比例可控的耐热型阻燃聚醚多元醇及其制备方法，从而可以根据要求设计合成不同的聚醚多元醇。

本发明解决技术问题，采用如下技术方案：

本发明含有异氰尿酸酯环且硬段/软段比例可控的耐热型阻燃聚醚多元醇，其特点在于：所述耐热型阻燃聚醚多元醇的化学结构式如式1所示：

其中，R=(CH₂-CH₂-O)_n或(CHCH₃CH₂O)_n，n不小于1；或R=(CH₂)_m-O,2≤m≤6。

本发明含有异氰尿酸酯环且硬段/软段比例可控的耐热型阻燃聚醚多元醇的制备方法，其特点在于按如下步骤进行：

a、将二元醇加入到反应釜中，升温到50℃-120℃，开启机械搅拌；

b、在30min-1.5h内将与二元醇摩尔比为1:3的三环氧丙基异氰尿酸酯TGIC分批加入上述反应釜中；

c、完成步骤b后，升温到130℃-180℃，使环氧基与羟基进行开环反应，反应1h-5h，停止搅拌；

d、自然冷却至室温，即得含有异氰尿酸酯环且硬段/软段比例可控的耐热型阻燃聚醚多元醇；

步骤b所述三环氧丙基异氰尿酸酯（TGIC）的化学结构式如式4所式：

反应式如式5所示：

其中，R=(CH2-CH2-O)_n或(CHCH3CH2O)_n，n不小于1；或R=(CH2)_m-O,2≤m≤6。

优选的，所述二元醇为乙二醇、丙二醇、丁二醇、戊二醇、己二醇、一缩二乙二醇、一缩二丙二醇、二缩三乙二醇、二缩三丙二醇、三缩四乙二醇、三缩四丙二醇、聚乙二醇200、聚丙二醇200，聚乙二醇400或聚丙二醇400中的一种或几种按任意比例混合。

优选的，步骤a所述升温温度为90-110℃。

优选的，步骤b中所述三环氧丙基异氰尿酸酯分批加料时间为45-75min。

优选的，步骤c所述升温温度为为140-160℃。

优选的，所述反应时间为2-4h。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明通过一步法利用TGIC的三个环氧基团与二元醇上的羟基发生开环反应合成含有异氰尿酸酯环的聚醚多元醇，在反应体系中不需要额外添加溶剂，也不需要使用催化剂，避免了繁琐的后处理过程；反应在常压下进行，对设备要求不高，容易实现，且操作简单；

2、本发明以异氰尿酸酯环为刚性骨架，通过选择不同链长度和链柔性的二元醇来调控聚醚多元醇的氮含量，羟值，硬段和软段比例，进而为聚氨酯泡沫的分子设计和结构控制提供了良好的方法。

具体实施方式

实施例1

一缩二乙二醇-TGIC聚醚多元醇

1）产品说明

分子量：615.6g/mol

分子结构：

外观：浅黄色透明液体

羟值：540mgKOH/g

水分：≤0.5wt%

用途：硬质聚氨酯泡沫塑料

2）合成技术

化学反应式：

合成步骤：

a、将31.8kg一缩二乙二醇加入到反应釜中，升温到90℃，开启机械搅拌；