專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于甘蔗渣多元醇制備聚氨酯泡沫的催化復(fù)合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種催化復(fù)合物，具體來(lái)說(shuō)涉及一種用于甘蔗渣多元醇制備聚氨酯泡沫的催化復(fù)合物。
背景技術(shù)：
聚氨酯泡沫塑料的合成過(guò)程中主要有三類(lèi)反應(yīng)，即鏈增長(zhǎng)反應(yīng)、交鏈反應(yīng)和氣體發(fā)生反應(yīng)。鏈增長(zhǎng)反應(yīng)生成的分子鏈通過(guò)交鏈反應(yīng)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高聚物，成為泡沫體的經(jīng)絡(luò)和骨架，而發(fā)泡反應(yīng)產(chǎn)生的泡孔則分布其間，三類(lèi)反應(yīng)協(xié)調(diào)一致，則可以為泡沫體提供良好的彈性、強(qiáng)度和密度，否則，泡沫體會(huì)發(fā)生中空，乃至塌泡。在沒(méi)有催化劑情況下，在發(fā)泡過(guò)程中占優(yōu)勢(shì)的是鏈增長(zhǎng)反應(yīng)和發(fā)泡反應(yīng)，而交鏈反應(yīng)速度與這兩者相差較大，要調(diào)節(jié)反應(yīng)的速度，則需要依賴(lài)于催化劑的作用。因此在制備聚氨酯泡沫塑料的配方中，最為重要的助劑是催化劑和泡沫穩(wěn)定劑，它們可以有效地促進(jìn)發(fā)泡過(guò)程中各類(lèi)反應(yīng)的進(jìn)行，并保證泡沫的穩(wěn)定生長(zhǎng)。
常用的合成聚氨酯泡沫塑料的催化劑是胺類(lèi)催化劑和有機(jī)錫催化劑，胺類(lèi)催化劑主要作用于發(fā)泡反應(yīng)上，它可以加快發(fā)泡反應(yīng)速度，我們稱(chēng)其為發(fā)泡催化劑，有機(jī)錫催化劑主要作用在鏈增長(zhǎng)反應(yīng)上，我們將其稱(chēng)作鏈增長(zhǎng)催化劑，它對(duì)于異氰酸酯與羥基反應(yīng)有相當(dāng)強(qiáng)的催化作用，而對(duì)于異氰酸酯和水反應(yīng)的催化作用則要相對(duì)弱許多，這一特性非常重要，可以用來(lái)在發(fā)泡過(guò)程中調(diào)節(jié)兩種反應(yīng)的速度。
泡沫穩(wěn)定劑在發(fā)泡反應(yīng)中主要起到乳化和降低體系表面張力的作用。乳化作用是通過(guò)分子鏈兩端的親水基團(tuán)與疏水基團(tuán)使各組分充分混合接觸成為均相體系，有利于各種反應(yīng)的順利進(jìn)行；降低體系的表面張力可以使氣孔細(xì)密均勻，孔壁穩(wěn)定，有利于氣孔的生長(zhǎng)，這一點(diǎn)在反應(yīng)初期體系粘度較低時(shí)尤為重要。
綜上所述，在聚氨酯泡沫的生產(chǎn)過(guò)程中，催化劑與泡沫穩(wěn)定劑雖然用量不多，作用卻是關(guān)鍵性的，對(duì)于一個(gè)體系，找到其最合適的催化劑與泡沫穩(wěn)定劑的配比與用量，是聚氨酯研究過(guò)程中非常重要的工作。
甘蔗渣多元醇是蔗渣纖維在有機(jī)溶劑中降解后生成的富含羥基的混合物，它可以替代傳統(tǒng)的聚醚和聚酯多元醇，與異氰酸酯反應(yīng)制備聚氨酯泡沫材料。然而，甘蔗渣多元醇是一個(gè)非常復(fù)雜的體系，與傳統(tǒng)的聚合多元醇相比差別很大，其中的羥基不是分布在分子鏈的兩端，而是不均勻分布，且其分布狀態(tài)至今無(wú)法準(zhǔn)確表征。因此，用甘蔗渣多元醇制備聚氨酯泡沫材料，不能僅使用單一的催化劑，而要將多種催化劑合起來(lái)使用，并且所選擇催化劑除了要具有較高的活性外，還應(yīng)該擁有比常規(guī)體系更廣泛的包容能力，而且由于甘蔗渣多元醇體系成分復(fù)雜，發(fā)泡時(shí)又主要以水作為發(fā)泡劑，因此尋找合適的耐水型廣譜泡沫穩(wěn)定劑就非常重要了。
另外我們?cè)趯?shí)際工作中發(fā)現(xiàn)，采用以往的方法，將各催化劑和泡沫穩(wěn)定劑分別加入反應(yīng)體系中存在兩個(gè)缺點(diǎn)一是稱(chēng)量不準(zhǔn)確，由于催化劑和泡沫穩(wěn)定劑的用量都比較少，在稱(chēng)量時(shí)容易產(chǎn)生誤差，這也給配方的調(diào)整帶來(lái)限制；二是難以混合均勻，反應(yīng)過(guò)程中催化劑和泡沫穩(wěn)定劑與甘蔗渣多元醇混合得越均勻，對(duì)反應(yīng)越有利，但由于用量少，加之甘蔗渣多元醇成分復(fù)雜，以及與助劑結(jié)構(gòu)上的差異，使得混合不容易達(dá)到均勻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能準(zhǔn)確稱(chēng)量并易于跟甘蔗渣多元醇混合均勻又能充分促進(jìn)聚氨酯合成反應(yīng)的催化劑復(fù)合物。
本發(fā)明將適用于甘蔗渣多元醇的發(fā)泡催化劑、鏈增長(zhǎng)催化劑和泡沫穩(wěn)定劑溶于一定的溶劑中，得到了易于準(zhǔn)確稱(chēng)量并與甘蔗渣多元醇混合均勻的催化復(fù)合物，其中的催化劑可以很好地控制反應(yīng)速度，協(xié)調(diào)發(fā)泡反應(yīng)和鏈增長(zhǎng)反應(yīng)之間的平衡，其中的泡沫穩(wěn)定劑可以為發(fā)泡反應(yīng)中氣孔的生長(zhǎng)提供足夠的支持，從而實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的目的。
本發(fā)明的一種用于甘蔗渣多元醇制備聚氨酯泡沫的催化復(fù)合物，其特征是按質(zhì)量份數(shù)計(jì)，由溶劑100份，發(fā)泡催化劑0～20份，鏈增長(zhǎng)催化劑1～15份和泡沫穩(wěn)定劑15～60份組成。
所述的溶劑可以是多元醇，例如乙二醇、聚乙二醇、丙三醇中的一種或幾種的混合物，聚乙二醇可以是聚乙二醇400、聚乙二醇600或者聚乙二醇1000等；所述的發(fā)泡催化劑可以是胺，例如三乙撐二胺、三乙胺或三乙醇胺等；所述的鏈增長(zhǎng)催化劑可以是有機(jī)錫，例如二丁基錫二月桂酸酯或辛酸亞錫等，所述的泡沫穩(wěn)定劑可以是聚二甲基硅氧烷，例如二甲基硅油等，也可以是聚硅氧烷-聚醚共聚物，例如AK-8805、AK-8806、TEGOSTAB B 8404以及TEGOSTAB B8408等，還可以是氧化烯烴改性聚二甲基硅氧烷，例如F-502等。
本發(fā)明的用于甘蔗渣多元醇制備聚氨酯泡沫的催化復(fù)合物的制備方法，包括以下的步驟按質(zhì)量份數(shù)計(jì)，將溶劑100份、發(fā)泡催化劑0～20份、鏈增長(zhǎng)催化劑1～15份和泡沫穩(wěn)定劑15～60份加入玻璃容器中，磁力攪拌5～10min，即得催化復(fù)合物，封好放入干燥器中備用，每次使用前攪拌2～5min，使各組分混合均勻。
當(dāng)甘蔗渣多元醇制備聚氨酯泡沫材料時(shí)，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)，加入本發(fā)明的催化復(fù)合物1～10份，與甘蔗渣多元醇100份，發(fā)泡劑0～10份混合均勻后，再加入異氰酸酯30～300份，在高速攪拌機(jī)上快速攪拌15～30s后倒入模具中自由發(fā)泡，讓其在室溫下固化，也可以放入60～80℃烘箱中以加快其固化，固化完全后脫模，就得到聚氨酯泡沫材料。其中的甘蔗渣多元醇可以采用已有的制備方法制成，例如中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)200310117508.1和03146953.1等提供的方法，其羥值為80～450mg KOH/g，粘度為100～400mPa·s之間；發(fā)泡劑選自氟烴類(lèi)、二氯甲烷、戊烷類(lèi)或水，氟烴類(lèi)可以是一氟三氯甲烷、一氟二氯乙烷(HCFC-141b)等，戊烷類(lèi)可以是環(huán)戊烷、異戊烷或正戊烷，優(yōu)選水和HCFC-141b；異氰酸酯可以是二苯基甲烷二異氰酸酯、聚合二苯基甲烷二異氰酸酯、甲苯二異氰酸酯和粗制甲苯二異氰酸酯，其中優(yōu)選聚合二苯基甲烷二異氰酸酯。
本發(fā)明的催化復(fù)合物和以往單獨(dú)使用的催化劑與泡沫穩(wěn)定劑相比，有以下優(yōu)點(diǎn)(1)和胺類(lèi)催化劑相比，該復(fù)合物可以很好地調(diào)節(jié)反應(yīng)的速度，胺類(lèi)催化劑對(duì)于異氰酸酯與羥基的反應(yīng)以及異氰酸酯和水的反應(yīng)的催化作用差別不大，而實(shí)際應(yīng)用中常常需要兩種反應(yīng)的速度有所不同，以便于調(diào)整泡沫的性能，通過(guò)調(diào)整復(fù)合物配方中鏈增長(zhǎng)催化劑與發(fā)泡催化劑的比例，就可以很容易的調(diào)節(jié)兩類(lèi)反應(yīng)的速度，使其滿(mǎn)足我們的需要；(2)和有機(jī)錫催化劑相比，該復(fù)合物更適合于甘蔗渣多元醇的水發(fā)泡體系，有機(jī)錫催化劑對(duì)于異氰酸酯與水反應(yīng)的催化作用較弱，這對(duì)于以氟氯烴為發(fā)泡劑的常規(guī)聚氨酯沒(méi)有影響，而甘蔗渣多元醇由于自身的特點(diǎn)，以及環(huán)保的考慮，多采用水作為發(fā)泡劑，催化復(fù)合物中包含有可以促進(jìn)水與異氰酸酯反應(yīng)的發(fā)泡催化劑，可以很好的解決這個(gè)問(wèn)題；(3)復(fù)合物中的泡沫穩(wěn)定劑是針對(duì)甘蔗渣多元醇復(fù)雜的體系而選擇的，為耐水解、廣譜型的泡沫穩(wěn)定劑，適合多種發(fā)泡體系；(4)該復(fù)合物可以使各助劑更均勻地發(fā)揮作用，由于將催化劑和泡沫穩(wěn)定劑溶解于適當(dāng)?shù)娜軇┲?，這樣在反應(yīng)時(shí)可以使它們更快、更均勻的分布于體系中，為各部分提供相同的催化與支持作用，避免了發(fā)泡反應(yīng)中經(jīng)常發(fā)生的制品各部分不均一的現(xiàn)象；(5)該復(fù)合物可以更精確、更容易的控制助劑的用量，在制備聚氨酯泡沫的配方中，助劑的用量是很少的，這給準(zhǔn)確稱(chēng)量帶來(lái)了很大困難，尤其是在調(diào)整配方時(shí)，原料的用量都比較小，想要精確控制就更加困難。由于在催化復(fù)合物中加入了適當(dāng)?shù)娜軇?，起到了二次稀釋的作用，這樣相當(dāng)于增加了稱(chēng)樣量，從而減小了稱(chēng)量的誤差，也使得稱(chēng)量更加容易。
具體實(shí)施例方式
以下的實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明不限于下述實(shí)施例。實(shí)施例中所用的三乙撐二胺、二丁基錫二月桂酸酯、辛酸亞錫和二甲基硅油均由市場(chǎng)購(gòu)得，泡沫穩(wěn)定劑F-502由日本信越化學(xué)公司生產(chǎn)，泡沫穩(wěn)定劑AK-8805和AK-8806均由南京德美世創(chuàng)公司生產(chǎn)，泡沫穩(wěn)定劑TEGOSTAB B 8408由德國(guó)Goldschmidt公司生產(chǎn)，聚合二苯基甲烷二異氰酸酯均由煙臺(tái)萬(wàn)華聚氨酯股份有限公司生產(chǎn)，牌號(hào)為PM-200。
實(shí)施例1將100g乙二醇、1g三乙撐二胺、6g二丁基錫二月桂酸酯和50gF-502加入玻璃容器中，磁力攪拌5～10min，然后封好，放入干燥器中備用。
取制好的催化復(fù)合物2.8g，攪拌2～5min，加入甘蔗渣多元醇100g，攪拌均勻，加入聚合二苯基甲烷二異氰酸酯300g，在2000轉(zhuǎn)/分的高速攪拌機(jī)上攪拌30秒，倒入模具中自由發(fā)泡。室溫下固化，模具溫度25℃。制得的泡沫密度為59kg·m-3，壓縮強(qiáng)度470KPa。
實(shí)施例2將100g聚乙二醇400、5g辛酸亞錫和60gAK-8805加入玻璃容器中，磁力攪拌5～10min，然后封好，放入干燥器中備用。
取制好的催化復(fù)合物3.10g，攪拌2～5min，加入甘蔗渣多元醇100g，水6g，攪拌均勻，加入聚合二苯基甲烷二異氰酸酯224g。在2000轉(zhuǎn)/分的高速攪拌機(jī)上攪拌20秒，倒入模具中自由發(fā)泡。室溫下固化，模具溫度35℃。制得的泡沫密度為34kg·m-3，壓縮強(qiáng)度220KPa。
實(shí)施例3將100g聚乙二醇400、15g三乙撐二胺、10g辛酸亞錫和30gAK-8805加入玻璃容器中，磁力攪拌5～10min，然后封好，放入干燥器中備用。
取制好的催化復(fù)合物3.5g，攪拌2～5min，加入甘蔗渣多元醇100g，水1.5g，攪拌均勻，加入聚合二苯基甲烷二異氰酸酯160g。在2000轉(zhuǎn)/分的高速攪拌機(jī)上攪拌15秒，倒入模具中自由發(fā)泡。80℃烘箱中固化20min后置于室溫下固化，模具溫度40℃。制得的泡沫密度為30kg·m-3，壓縮強(qiáng)度200KPa。
實(shí)施例4將100g聚乙二醇600、10g三乙撐二胺、6g辛酸亞錫和15gTEGOSTAB B 8408加入玻璃容器中，磁力攪拌5～10min，然后封好，放入干燥器中備用。
取制好的催化復(fù)合物6.0g，攪拌2～5min，加入甘蔗渣多元醇100g，水3g，攪拌均勻，加入聚合二苯基甲烷二異氰酸酯180g。在2000轉(zhuǎn)/分的高速攪拌機(jī)上攪拌15秒，倒入模具中自由發(fā)泡。80℃烘箱中固化20min后置于室溫下固化，模具溫度40℃。制得的泡沫密度為33kg·m-3，壓縮強(qiáng)度210KPa。
實(shí)施例5將100g聚乙二醇600、20g三乙撐二胺、15g辛酸亞錫和60gAK-8806加入玻璃容器中，磁力攪拌5～10min，然后封好，放入干燥器中備用。
取制好的催化復(fù)合物1.5g，攪拌2～5min，加入甘蔗渣多元醇100g，水2g，攪拌均勻，加入聚合二苯基甲烷二異氰酸酯170g。在2000轉(zhuǎn)/分的高速攪拌機(jī)上攪拌15秒，倒入模具中自由發(fā)泡。80℃烘箱中固化20min后置于室溫下固化，模具溫度40℃。制得的泡沫密度為49kg·m-3，壓縮強(qiáng)度153KPa。
實(shí)施例6將100g聚乙二醇400、2g三乙撐二胺、1g辛酸亞錫和20gAK-8805加入玻璃容器中，磁力攪拌5～10min，然后封好，放入干燥器中備用。
取制好的催化復(fù)合物10g，攪拌2～5min，加入甘蔗渣多元醇100g，發(fā)泡劑HCFC-141b 6g，攪拌均勻，加入聚合二苯基甲烷二異氰酸酯150g。在2000轉(zhuǎn)/分的高速攪拌機(jī)上攪拌30秒，倒入模具中自由發(fā)泡。室溫下固化，模具溫度25℃。制得的泡沫密度為56kg·m-3，壓縮強(qiáng)度174KPa。
實(shí)施例7取甘蔗渣多元醇100g，加入2gAK-8805，二氯甲烷6g，攪拌均勻，加入聚合二苯基甲烷二異氰酸酯300g。在2000轉(zhuǎn)/分的高速攪拌機(jī)上攪拌30秒，倒入模具中，發(fā)泡反應(yīng)沒(méi)有發(fā)生。
實(shí)施例8取甘蔗渣多元醇100g，加入二丁基錫二月桂酸酯1g，二甲基硅油2g，水3g，攪拌均勻，加入聚合二苯基甲烷二異氰酸酯180g。在2000轉(zhuǎn)/分的高速攪拌機(jī)上攪拌30秒，倒入模具中反應(yīng)，體系迅速膨脹并放出大量氣體，約90s后發(fā)生塌泡。
實(shí)施例9取甘蔗渣多元醇100g，加入二丁基錫二月桂酸酯1.3g，二甲基硅油3份，發(fā)泡劑環(huán)戊烷6g，攪拌均勻，加入聚合二苯基甲烷二異氰酸酯150g。在2000轉(zhuǎn)/分的高速攪拌機(jī)上攪拌30秒，倒入模具中反應(yīng)，體系迅速膨脹并放出大量氣體，隨后發(fā)生塌泡。
權(quán)利要求
1.一種用于甘蔗渣多元醇制備聚氨酯泡沫的催化復(fù)合物，其特征是按質(zhì)量份數(shù)計(jì)，由溶劑100份，發(fā)泡催化劑0～20份，鏈增長(zhǎng)催化劑1～15份和泡沫穩(wěn)定劑15～60份組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種用于甘蔗渣多元醇制備聚氨酯泡沫的催化復(fù)合物，其特征是所述的溶劑是多元醇中的一種或幾種的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的一種用于甘蔗渣多元醇制備聚氨酯泡沫的催化復(fù)合物，其特征是所述的溶劑是乙二醇、聚乙二醇、丙三醇中一種或幾種的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的一種用于甘蔗渣多元醇制備聚氨酯泡沫的催化復(fù)合物，其特征是所述的聚乙二醇是聚乙二醇400、聚乙二醇600或聚乙二醇1000。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2的一種用于甘蔗渣多元醇制備聚氨酯泡沫的催化復(fù)合物，其特征是所述的發(fā)泡催化劑是胺。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2的一種用于甘蔗渣多元醇制備聚氨酯泡沫的催化復(fù)合物，其特征是所述的發(fā)泡催化劑是三乙撐二胺或三乙胺或三乙醇胺。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2的一種用于甘蔗渣多元醇制備聚氨酯泡沫的催化復(fù)合物，其特征是所述的鏈增長(zhǎng)催化劑是有機(jī)錫。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2的一種用于甘蔗渣多元醇制備聚氨酯泡沫的催化復(fù)合物，其特征是所述的鏈增長(zhǎng)催化劑是二丁基錫二月桂酸酯或辛酸亞錫。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2的一種用于甘蔗渣多元醇制備聚氨酯泡沫的催化復(fù)合物，其特征是所述的泡沫穩(wěn)定劑是聚二甲基硅氧烷或聚硅氧烷-聚醚共聚物或氧化烯烴改性聚二甲基硅氧烷。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2的一種用于甘蔗渣多元醇制備聚氨酯泡沫的催化復(fù)合物，其特征是所述的泡沫穩(wěn)定劑是二甲基硅油、聚硅氧烷-聚醚共聚物AK-8805、聚硅氧烷-聚醚共聚物AK-8806、聚硅氧烷-聚醚共聚物TEGOSTAB B 8404、聚硅氧烷-聚醚共聚物TEGOSTAB B 8408、或氧化烯烴改性聚二甲基硅氧烷F-502。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于甘蔗渣多元醇制備聚氨酯泡沫的催化復(fù)合物，其特征是按質(zhì)量份數(shù)計(jì)，由溶劑100份，發(fā)泡催化劑0～20份，鏈增長(zhǎng)催化劑1～15份和泡沫穩(wěn)定劑15～60份組成。本發(fā)明的催化復(fù)合物適用于甘蔗渣多元醇的水發(fā)泡體系，能很好地調(diào)節(jié)反應(yīng)的速度，并使各助劑更均勻地發(fā)揮作用，為各部分提供相同的催化與支持作用，避免了發(fā)泡反應(yīng)中經(jīng)常發(fā)生的制品各部分不均一的現(xiàn)象，為泡沫體提供了良好的彈性、強(qiáng)度和密度，而且使生產(chǎn)能更精確、更容易地控制助劑的用量，減小了稱(chēng)量時(shí)的誤差，確保產(chǎn)品的質(zhì)量。
文檔編號(hào)C08G18/00GK1699439SQ20051003463
公開(kāi)日2005年11月23日 申請(qǐng)日期2005年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月19日
發(fā)明者廖兵, 柳雨生, 龐浩, 趙樹(shù)錄, 林果, 張先文 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院廣州化學(xué)研究所