手機掃碼訪問本站
微信咨詢
異氰脲酸三縮水甘油酯(TGIC)是一種新型環氧樹脂,它具有優良的耐熱性、耐候性、粘接性以及高溫電性能,對酸、堿及其他化學品穩定性高,具有特別優良的交聯固化性能。是含羧基官能團基料最重要的固化劑之一,尤其適用于粉末涂料羧酸聚酯的固化劑。
目前,TGIC的主要生產工藝流程為,將ECH(環氧氯丙烷)和CA(異氰脲酸)按一定配比加入反應器中,在酯化催化劑的作用下進行合成反應得到合成產物1,3,5-三異氰脲酸酯,將該合成產物與NaOH反應得到環化的TGIC粗制液,然后將TGIC粗制液過濾除渣,接著再將濾得的環化母液經過洗滌、蒸餾、結晶、分離、烘干等步驟,即得最終的TGIC產品。
經試驗分析表明,TGIC是綜合物化性能均非常優異的固化劑,耐候性羧基聚酯粉末涂料通過TGIC固化后能抗日曬雨淋,從而有效避免涂膜的粉化或老化,因此TGIC在國內外粉末涂料行業占有十分重要的位置。TGIC對于呼吸和進食均有劇毒性。它對眼部有刺激性,對皮膚和鼻子有輕微的刺激性。
純TGIC和TGIC型粉末涂料對某些人群的皮膚有著過敏性,重則出疹。目前中國是TGIC生產的大國,但由于其致癌性,隨著環保法規的逐漸規范,在歐洲和澳大利亞,TGIC在粉末涂料中也被限制使用。可以預期中國也將如此。由于如阻燃、印刷電路板以及光學功能等的研究和應用還很少,所以其高端市場還是為Nissan和Vantico等公司所占據。
聚酯-TGIC粉末涂料是已經商業化的聚酯粉末涂。在這種粉末涂料中,添加了低相對分子質量的縮水甘油基或環氧基官能團固化劑用以與聚酯中羥基反應。這樣,聚酯在粉末涂料中占了很高的比例,因而聚酯-TGIC粉末涂料具有優良的耐候性和耐腐蝕性。然而,聚酯-TGIC粉末涂料的耐溶劑性和耐化學品性不夠理想。聚酯樹脂與TGIC的反應如圖所示:
TGIC的穩定的結構和TGIC的三官能團能使涂膜形成穩定的立體結構,從而具有良好的柔韌性和耐候性。聚酯一TGIC粉末涂料具有良好的附著性、耐腐蝕性及戶外耐久性。固化溫度低于聚氨酯一聚酯粉末涂料,固化周期也較聚氨酯一聚酯粉末涂料短。另外,聚酯一TGIC粉末涂層厚而堅韌,并具有良好的邊緣覆蓋率。因此,可應用于尖銳邊緣或轉角存在的場合,如汽車輪轂、空調、草坪家具和柜式空調。
以三(環氧丙基)異氰脲酸酯作為樹脂基體,經丙烯酸加成酯化,得到了三官能團環氧丙基異氰脲酸丙烯酸酯(TGICA)。研究了催化劑種類、原料配比、阻聚劑種類、酯化溫度及反應時間對產物性能的影響。
結果表明:合成TGICA的最優化條件為:n(TGIC):n(AA):1:2179,催化劑為Ⅳ,Ⅳ一二甲基苯胺,阻聚劑為2,6一二叔丁基對甲酚,反應溫(105±2)℃,反應時間3 h。丙烯酸的轉化率可達到99.17%。應用研究表明TGICA是一種性能優異,價格低廉且合成方法簡單的紫外光固化涂料成膜樹脂。
配以不同的單體及光敏劑,得到了不同用途的UV涂料,經紫外光固化后,得到了性能優異的涂膜。能用于凹印紙張上光uV涂料、金屬罩光uV涂料等。涂膜具有固化響應快、防污性能好、涂膜硬等優點。
以苯酚、二甲苯甲醛樹脂(XF)和TGIC為原料,經兩步反應合成了一種新型含氮阻燃環氧樹脂。采用GPC監測反應過程和轉化率、IR和H NMR表征了該樹脂的結構。通過對該兩步反應的研究,確定了苯酚改性二甲苯甲醛樹脂(PXF)的最佳合成工藝,在堿性條件下PXF樹脂與TGIC進行開環反應,制得了TGIC轉化率85%以上的含氮環氧樹脂。將TGIC引入到PXF分子鏈中,有望制得一種阻性能、電氣性能和機械性能都好,而且綠色環保的新型含氮阻燃環氧樹脂。
由于TGIC的含氮量(14%)很高,所以具有一定的自熄性和耐電弧性。TGIC主要用作電氣層壓板、電子電氣器件用絕緣涂料、半導體封裝材料等成型材料,阻燃性塑料及復合材料的阻燃劑等也是阻燃覆銅板的主要品種之一。將TGIC與丙烯酸樹脂配合,可以制成一種水溶性壓敏粘合劑,此粘合劑可用于無紡布,塑膠帶及紙帶上,其粘結力、耐水性和耐熱性可大大提升。
阻焊油墨是印制線路板(PCB)最常用的化學品之一,在PCB上除焊點外,其他部分板面均需覆蓋一層阻焊油墨作為永久性保護涂層有選擇性地掩蔽導線圖形不受損傷,防止因為焊錫搭線造成短路,增加絕緣度,防止電路腐蝕斷線;同時阻焊油墨具有優異的電氣性能、耐熱、耐化學品、防潮、防鹽霧的性能和物理機械性能,以保證PCB在制作、運輸、貯存、使用上的安全性和電性能不變性,并對PCB起到美觀作用。
摩托羅拉公司以TGIC和堿性鋅基硼硅玻璃等為組合物應用在半導體器件上。其主要成模物是TGIC,其折光率為1.52,選擇折光率與其差不多的堿性鋅基硼硅玻璃為填料,并以酸酐為固化劑。在這種器件上允許50%的400-900 nm的光信號直接穿過封裝材料,并且封裝材料的折光率為1.50~1.58,并可將光學信號轉化為數字信號。這種器件可作光學隔離器、光學連接器和光學顯示器等,可在-40~130℃的環境下工作。
方法1:一種異氰尿酸三縮水甘油酯的制備方法,其步驟如下:
a)收集環化的異氰尿酸三縮水甘油酯粗制液,靜置分層,取下層的環化母液,異氰尿酸三縮水甘油酯粗制液是直接采用現有技術制備得到,即采用ECH、CA、酯化催化劑以及NaOH溶液作為原料依次進行合成、環化反應后再濾去固鹽廢渣得到,如圖所示;
b)將環化母液置于55-100℃的條件下減壓蒸餾2.4-3.5h,去除餾出液,得到蒸餾產物,所述的減壓蒸餾至少分兩個階段進行,第一階段的蒸餾溫度低于第二階段的蒸餾溫度;
c)向蒸餾產物中加入純度在99.0%以上的乙醇,然后置于冷浴裝置中,在攪拌條件下冷卻至6-10℃,真空抽濾、干燥,即得異氰尿酸三縮水甘油酯,所述乙醇的質量添加量是環化母液的55%-65%。
方法2:一種異氰尿酸三縮水甘油酯的新的制備方法,技術方案是:以氰酸鈉為原料,通過取代和縮合反應制備出異氰尿酸三縮水甘油酯,
具體包括如下步驟,按比例將氰酸鈉、環氧氯丙烷、芐溴類有機物催化劑、30%雙氧水、極性溶劑一次性混合到反應器中,室溫下攪拌10分鐘后加熱控溫在70-90℃,并回流反應3-5小時后經過后處理得到異氰尿酸三縮水甘油酯;其中,氰酸鈉65重量份、環氧氯丙烷90-120重量份、芐溴類有機物催化劑3-6重量份、30%雙氧水2-5重量份、極性溶劑90-120重量份。
反應原理:芐溴類有機物與環氧氯丙烷發生置換反應,生成環氧溴丙烷;環氧溴丙烷與氰酸鈉反應脫去一個溴化鈉,由于溴化鈉微溶于極性溶劑導致慢慢析出,整個反應化學平衡向脫去反應的產物移動,直至化學平衡,反應式如下:
由于脫去反應的產物異氰酸根在60℃以上環境中不穩定,容易發生三脫水縮合反應生成穩定的異氰尿酸三縮水甘油酯,由于環氧基團容易被還原開環,少量的過氧化氫在極性溶劑環境可以使得環氧基團較穩定的存在,反應式如下:
[1] 黃俊峰. 異氰脲酸三縮水甘油酯的合成及應用[J]. 涂料工業, 2009, 39(7): 68-71.
[2] 洪昭雷;王建坤.異氰尿酸三縮水甘油酯的制備方法. CN201410386898.0,申請日20140807
[3] 胥松;彭敏;吉換裝.一種異氰尿酸三縮水甘油酯的制備方法.CN201611157829.8,申請日20161215