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对苯二异氰酸酯的合成方法有哪些? 1

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在材料领域中对苯二异氰酸酯是一种重要的化合物。本文将介绍其传统合成方法,为研究人员提供多样化和可靠的制备途径。


简述:对苯二异氰酸酯(PPDI)相对分子质量为160.1,NCO质量分数为52.52%,为高度规整、对称的芳香族二异氰酸酯。用其合成的聚氨酯(PU)弹性体,硬度可调、耐温性和动态性能好、耐磨性和韧性优异、耐溶剂和耐湿热性突出,是极具前途的高性能材料,应用领域包括:湿热环境、油性环境使用的部件、需耐磨、耐撕裂的场合以及动力驱动重复运动的部件,如密封圈和密封垫、水泵皮线、油田设备材料、动力联轴节等。1913年Pyman F L首次合成了PPDI。


合成:

1. 伯胺光气化法

伯胺光气化法是合成异氰酸酯的传统方法。Bayer公司报道了对苯二胺(PPDA)光气化生产PPDI的工艺。其三段工艺是以邻二氯苯(或氯苯)为溶剂,于0~10℃时将光气溶液加入到PPDA溶液中,再通入光气(小于50 g/h)于80~90℃反应1~4 h,然后升温至115~125℃反应1~4 h,用N2驱除过量光气和HCl,减压蒸去溶剂得PPDI,收率为90%~95%。在两段工艺中加入缚酸剂N,N-二甲基苯胺,反应4 h后,PPDI的收率为84.5%。


Gazzard等则采用加入有机碱(三乙胺、吡啶等)或无机碱(氢氧化物、碳酸盐等)的水溶液,使PPDI收率提高至97.4%,但产品纯度却有所降低。手崎清等用甲苯作溶剂,在80℃和100~200℃进行两段反应,反应液结晶得PPDI,收率为93.7%,产品纯度达99.3%以上。


2. Hoffmann重排法

Akzo公司以对苯二甲酸酯为原料生产PPDI。此路线以对苯二甲酸酯为原料,经氨解、氯代,与仲胺在碱作用下进行Hoffmann重排,生成对苯二(二烷基)脲,然后以氯仿为溶剂,在HCl作用下,脲于110℃、460 kPa下分解,蒸去溶剂,用乙醚抽提得PPDI,以脲计其收率为70.3%。该法虽原料价廉易得,但收率低,步骤繁琐,不利于工业化生产。


3. Lossen重排法

Rennie等用对二甲苯(或甲苯、甲醛和HCl)、亚硝酰氯、氯气为原料合成了PPDI过程如下:


二甲苯与亚硝酰氯光化反应生成氯代对苯二异羟肟酸然后在邻二氯苯中Lewis酸催化100~250℃反应生成PPDI收率为85%。该法虽原料价廉易得但实施技术路线长、收率低、耗能大同时亚硝酰氯为气态毒性大且不易贮运。


4. 氨基甲酸酯法

Valli等研究的氨基甲酸酯法即采取先合成对苯二氨基甲酸酯,随后分解得PPDI。


对苯二氨基甲酸酯的合成:用对二硝基苯和CO、甲醇为原料,以Pd-粘土、Ru3(CO)12、2,2-二吡啶为催化剂,在苯中于180℃、7 MPa下反应12 h,对苯二氨基甲酸甲酯(PPDC)收率为96%。该反应温度高,PPDI易自聚;反应需贵金属催化剂,回收困难,且反应压力高,设备及操作费用高,尚未见工业化报道。


对苯二氨基甲酸酯分解: Butler等用BCl3、BBr3为催化剂,以苯为溶剂,加入三乙胺,在回流温度下分解对苯二氨基甲酸酯,将生成的醇不断蒸出,反应0.5 h,PPDI收率在90%~100%。铜谷正晴等报道了在高沸点溶剂中,用锡盐催化分解PPDC,100℃减压下反应,PPDC分解率为97.2%,PPDI收率为95.5%,单异氰酸酯质量分数为1.6%。


以氨基甲酸酯分解法制备异氰酸酯近年来研究较多,此法一般需在高温下进行,易生成高沸点副产物,且有较多的单异氰酸酯生成,技术关键是高效催化剂和合理工艺的选择使用。


参考文献:

[1]王文松李红. 三光气法合成对苯二异氰酸酯的研究 [J]. 聚氨酯工业 2011 26 (03): 40-43.

[2]赵博丛津生胡兴平. 对苯二异氰酸酯的合成进展 [J]. 聚氨酯工业 2004 (03): 10-14.

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