脲-异丁醛-甲醛(UIF)树脂是一种重要的多功能涂料助剂，具有耐黄变性能好，溶解性能优良，能够显著提高涂膜的附着力、光泽与硬度等性能，国内外只见到BASF的专利文献报道。本文以脲、异丁醛和甲醛为原料，硫酸为催化剂，分别采用“一锅法”和“两步法”合成了UIF树脂，研究了脲、异丁醛和甲醛摩尔比对树脂产率和性能的影响，借助FT-IR、1H-NMR和13C-NMR等对树脂结构进行表征，对脲、异丁醛和甲醛的反应动力学和反应机理进行了探讨，通过100L中试正交试验对UIF树脂合成条件进行了优化，解决了UIF树脂合成产业化中的关键技术问题，设计建成了一套年产1000吨的树脂生产装置，产品质量达到国外同类产品先进水平。论文的主要研究内容和成果如下： 第一：以脲、异丁醛和甲醛为原料，硫酸为催化剂，采用一次性加料的“一锅法”和首先以脲与异丁醛反应，然后再加入异丁醛和甲醛的“两步法”分别合成出具有优良耐黄变性能和耐紫外光性能、能够溶于常用有机溶剂的脲-异丁醛-甲醛(UIF)树脂，发现脲、异丁醛和甲醛摩尔比(U/I/F)对树脂产率和性能有较大的影响。“一锅法”合成UIF树脂时，随异丁醛与甲醛摩尔比的增加，树脂产率先增加后减少，羟基值增加，软化点下降；醛脲比(异丁醛与甲醛的总摩尔数与脲摩尔数之比)增加时，树脂产率、软化点和羟基值都呈先升后降的变化趋势；在U/I/F为1.0/3.0/3.0、硫酸浓度为4.0％、蒸发温度为140℃、蒸发时间为1.0h、反应时间为3.0h时，“一锅法”制备的树脂产率为66.8％，软化点为88℃，羟基值为37mgKOH/g，数均分子量(Mn)为458g/mol。“两步法”合成UIF树脂时，随着异丁醛与甲醛摩尔比增加，树脂软化点下降，产率与羟基值先升高后下降，当醛脲比增加时，树脂产率先升后降、软化点下降，羟基值上升；在U/I/F为1.0/3.6/2.4，硫酸浓度为6.0％，蒸发温度为140℃，蒸发时间为1.0h，反应时间为3.0h情况下，树脂产率为76.5％，软化点为90℃，羟基值为32mgKOH/g，数均分子量(—)Mn为610g/mol。“两步法”合成的UIF树脂产率、软化点和分子量较高，而且分子量分布较窄，但“一锅法”合成的树脂耐热性较好。 第二：FT-IR、1H-NMR及13C-NMR分析结果表明：“一锅法”合成UIF树脂结构中含有醛基和内酰胺基团，说明在“一锅法”合成UIF树脂过程中，异丁醛上的α氢原子和脲中的胺基氢原子与甲醛发生了胺甲基化即Mannich反应，且进一步发生了环化。“两步法”合成的UIF树脂中-CH(CH3)2结构明显高于“一锅法”合成的UIF树脂，且含量不随异丁醛的用量变化而变化，说明第一步反应中脲与异丁醛之间发生了脲作为伯胺组分，异丁醛既作为含有活泼氢原子的化合物，又作为醛组分的Mannich反应；此外，“两步法”合成的UIF树脂中的醛基含量随异丁醛用量的增加而增加，说明第二步反应也为Mannich反应。 第三：用“孤立法”测得“一锅法”中脲、异丁醛和甲醛的反应及“两步法”中的第二步反应即4-羟基-6-异丙基-5，5-二甲基四氢吡啶酮-2(HIDTPO)、异丁醛和甲醛的反应对异丁醛均为一级反应，前者表观反应活化能为77.05kJ/mol，由反应机理导出的反应速率方程为ra=ka[Ciso][Cform][Curea]；后者表观反应活化能为109.66kJ/mol，由反应机理导出的反应速率方程为rb=kb[Chidtpo][Ciso][Cform]，均与实验结果相吻合。 第四：中试放大正交优化试验结果表明，“一锅法”合成UIF树脂的最优工艺条件为：脲、异丁醛和甲醛摩尔比(U/I/F)为1.0/2.2/3.1，反应温度为100℃，硫酸浓度为4.5％，此条件下合成得到的UIF树脂产率为64.2％，相对产率为128.0％，软化点为94℃，羟基值为32mgKOH/g。“两步法”合成UIF树脂的最优条件为：U/I/F为1.0/2.4/3.1，反应温度为100℃，硫酸浓度为6.5％，此条件下合成得到的UIF树脂产率为73.9％，相对产率为143.4％，软化点为97℃，羟基值为38mgKOH/g。虽然“两步法”的产率及相对产率高于“一锅法”，但“一锅法”工艺操作简单，生产周期短，更适宜作为产业化方案。 第五：按“一锅法”生产工艺，设计建成了一套年产1000吨半连续化UIF树脂合成装置，该装置采用了程序温度控制、树脂回收、多级逆流连续水洗及连续降膜真空蒸发等关键技术，操作简单灵活、安全节能。生产装置六个月的运行结果表明：该装置操作稳定、能耗低、经济效益好，由该生产装置生产的UIF树脂性能稳定，产品质量达到国外同类产品的先进水平。