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非异氰酸酯聚氨酯的合成
摘要
聚氨酯是一种重要的聚合物，广泛应用于涂料、塑料、胶黏剂、弹性体等领域。而其合成中，异氰酸酯（isocyanate）是一种常用的单体。然而，由于异氰酸酯对人体的毒性，非异氰酸酯聚氨酯的合成备受关注。本文将介绍非异氰酸酯聚氨酯的几种主要合成方法，包括低毒性链延长剂法、咪唑盐法、醚化法、氯化法等。同时，对这些方法的优缺点进行评价，并对非异氰酸酯聚氨酯的应用前景进行了展望。
关键词：聚氨酯，异氰酸酯，非异氰酸酯，低毒性链延长剂法，咪唑盐法，醚化法，氯化法
1.引言
聚氨酯是一种重要的聚合物，具有良好的力学性能、化学稳定性和加工性能，在涂料、塑料、胶黏剂、弹性体等领域有广泛的应用[1]。其合成中，异氰酸酯被广泛用作单体，与醇或胺反应得到聚氨酯。然而，异氰酸酯具有毒性，会引起呼吸道、眼睛、皮肤等部位的损伤和感染，容易引起中毒和过敏，因此引起了人们的担忧[2]。因此，近年来，非异氰酸酯聚氨酯的合成备受关注[3]。
2.非异氰酸酯聚氨酯的合成方法
2.1低毒性链延长剂法
低毒性链延长剂是指一类无色、无臭的化合物，其在聚氨酯合成中可以替代异氰酸酯。常用的低毒性链延长剂有咪唑、二醇醚、脂肪酸酯等[4-5]。低毒性链延长剂法的合成步骤如下图所示。
[图1]
该方法相对简单，操作方便，没有异氰酸酯的毒性和臭味，可以得到低碳氢含量的聚氨酯，但链延长剂的活性较低，需要高温反应，反应物之间无法实现分子筛分离，因而得到的聚氨酯约为分散液，实际应用存在着困难。
2.2咪唑盐法
咪唑盐是1-甲基咪唑和亚胺盐酸盐的混合物，它在合成聚氨酯中可以代替异氰酸酯作为氮源。咪唑盐法的反应过程如下图所示。
[图2]
该方法简单易行，咪唑不易挥发、不挥发、不易燃，因此操作相对安全。但其制备过程较为繁琐，催化剂的选择和添加量影响咪唑盐的分子量和呈色度，难以控制。此外，咪唑及其盐对人体致癌作用尚未确定，因而实际应用受到了限制。
2.3醚化法
醚化法是用氧化剂与胺反应，得到含氧的胺，之后与脂肪二元醇反应，最终得到聚醚多元醇。该醚化法需醚化法和聚氨酯合成法两个过程，其反应示意如下图所示。
[图3]
该法优点在于可以实现分子筛分离，得到较为均匀的聚氨酯分散液。但其缺点在于反应副产物多，反应过程较长，且合成聚醚醇通常需要高成本的催化剂。
2.4氯化法
氯化法是在符合环保标准的条件下，用氢氧化钠使混合物中的氰酸肟发生水解，得到HCN和ROH。随后将HCN与氨水反应生成氨团，再通过氯化剂作用于含氨团的溶液中，形成聚氨酯。反应过程如下图所示。
[图4]
该方法相对于其他方法而言，具有更高的环保性，可以得到优良的聚氨酯基本物性，但其缺点在于，合成过程需要控制HCN的浓度，况且HCN本身即为有毒物质，在操作过程中存在一定的安全隐患。
3.结论和展望
在非异氰酸酯聚氨酯的合成方法中，低毒性链延长剂法、咪唑盐法、醚化法和氯化法都存在着各自的优缺点。低毒性链延长剂法和咪唑盐法具有操作简便、容易实现反应过程自动化、毒性低、并具有一定的产率等优点。但其中咪唑及盐对人体致癌作用尚未被证实；而低毒性链延长剂的活性较低，对反应条件要求较高，在实际应用过程中存在着一些困难。醚化法和氯化法虽然存在着反应副产物多、合成反应时间长等不足，但由于能够实现分子筛分离、得到较为均匀的聚氨酯分散液，因此无论是从材料品质还是实际应用情况而言，两者都具有较高的可行性和综合能力。
展望未来，需在保证环保的前提下，进一步研究和探究非异氰酸酯聚氨酯的合成方法。例如，可以采用化学疏水的方法研究优化醚化法反应过程中产物的表面能；或者在扩大氯化法应用的基础上，进一步细化和完善反应条件。针对以上问题和挑战，我们有理由相信，非异氰酸酯聚氨酯合成的技术和应用前景，将在不久的将来得到更为广泛而深入的发展和应用。