HDI（六亚甲基二异氰酸酯，Hexamethylene Diisocyanate）三聚体是HDI经过三聚反应形成的多异氰酸酯化合物，具有更高的官能度和更优异的性能，广泛应用于高性能涂料、胶粘剂等领域。以下是其化学结构、特性及应用的详细解析：

1. HDI三聚体的化学结构

• 单体HDI结构：HDI（OCN-(CH₂)₆-NCO）是脂肪族二异氰酸酯，含两个高反应活性的-NCO基团。

• 三聚体形成：在催化剂（如叔胺、膦化物）作用下，3分子HDI通过环化三聚反应生成含异氰脲酸酯环（六元杂环）的结构：

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  -N-C-N-（异氰脲酸酯环）
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   O   R（-(CH₂)₆-NCO）

  • 三聚体分子式：C₃₆H₅₄N₆O₁₂（以三聚体为例）。

  • 官能度：理论官能度为3（含3个未反应的-NCO基团），实际因副反应可能略有差异。

2. HDI三聚体的特性

• 高反应活性：保留-NCO基团，可与羟基（-OH）、胺基（-NH₂）等发生加成反应。

• 耐候性：脂肪族结构赋予其抗紫外线和黄变性，适用于户外涂料。

• 机械性能：高交联密度带来优异的硬度、耐磨性和化学抗性。

• 低粘度：相比HDI缩二脲，三聚体粘度更低，便于加工。

• 环保性：可配制高固含或水性体系，符合VOC限制要求。

3. 主要应用领域

(1) 高性能涂料

• 汽车涂料：用作清漆固化剂，提供高光泽、耐刮擦和耐候性。

• 工业涂料：用于飞机、风电叶片等，抵抗恶劣环境。

• 木器涂料：UV稳定性和硬度佳，用于高档家具。

(2) 胶粘剂与密封剂

• 弹性胶粘剂：与聚醚/聚酯多元醇反应，制备聚氨酯（PU）胶粘剂，用于汽车、建筑。

• 复合材料：作为基体树脂增强纤维粘接强度。

(3) 其他应用

• 弹性体：高交联密度赋予橡胶制品耐磨性。

• 改性添加剂：用于改善其他树脂的耐热性或机械性能。

4. 与HDI缩二脲的对比

5. 合成与改性

• 合成工艺：HDI在催化剂（如DABCO）下60-100℃反应，控制转化率避免凝胶化。

• 改性方法：

  • 亲水改性：引入聚乙二醇（PEG）链段，用于水性体系。

  • 共聚改性：与IPDI、TDI等共聚，调整性能平衡。

6. 安全与储存

• 毒性：未反应-NCO有刺激性，需防护（通风、护目镜）。

• 储存：密封避湿（NCO易与水反应），建议氮气保护。