專利名稱：用于生產(chǎn)軟質(zhì)聚氨酯泡沫的方法
用于生產(chǎn)軟質(zhì)聚氨酯泡沬的方法
與相關(guān)串請(qǐng)的交叉引用
本申請(qǐng)要求2010年7月9日提交的申請(qǐng)?zhí)?1/362761的權(quán)益。申請(qǐng)?zhí)?1/362761 的公開內(nèi)容在此通過引用并入。
發(fā)明背景
本發(fā)明的主題內(nèi)容涉及用于制造泡沫、特別是聚氨酯泡沫的組合物和方法。
軟質(zhì)模塑泡沫使用能夠催化水與異氰酸酯之間的反應(yīng)(發(fā)泡反應(yīng))和醇與異氰酸酯之間的反應(yīng)(膠凝反應(yīng))的叔胺化合物來方便地生產(chǎn)。在某些生產(chǎn)模塑泡沫部件的特定情況下，可以更方便地使用延遲作用催化劑，因?yàn)樗鼈冊(cè)跐茶T過程中提供了較慢反應(yīng)性的優(yōu)點(diǎn)。這些催化劑由已經(jīng)與有機(jī)酸反應(yīng)(或封端)的叔胺構(gòu)成。當(dāng)在聚合反應(yīng)期間放出熱量時(shí)，叔胺鹽解離成叔胺催化劑并且可以產(chǎn)生酸，從而引起泡沫固化。一般來說，通過這種方式生產(chǎn)的泡沫的特征在于存在相對(duì)高百分率的封閉聚氨酯孔，使得泡沫在冷卻時(shí)由于其不良的尺寸穩(wěn)定性而收縮。
為了維持尺寸穩(wěn)定性，將催化劑或酸封端的催化劑在水性體系中與開孔劑合并。 US 6136876和US 6248801公開了用于制造聚氨酯泡沫的方法，其中將多異氰酸酯與多元醇在聚氨酯催化劑、發(fā)泡劑、任選的硅表面活性劑孔穩(wěn)定劑和開孔添加劑存在下進(jìn)行反應(yīng)。 所述開孔添加劑包含含有活性亞甲基或次甲基的物質(zhì)。所述開孔劑可以作為純液體投送， 或溶解在制劑的一種組分例如表面活性劑、水、交聯(lián)劑、多元醇、一種或多種胺催化劑中。含有活性亞甲基的開孔劑的一個(gè)實(shí)例是2-氰基乙酰胺。將2-氰基乙酰胺在多元醇、交聯(lián)劑、 表面活性劑、一種或多種胺催化劑或制劑中使用的任何組分的混合物中進(jìn)行分配的主要缺點(diǎn)，在于2-氰基乙酰胺的不溶性或可忽略的溶解性。某些胺催化劑或交聯(lián)劑甚至能夠與 2 _氰基乙酰胺反應(yīng)，引起氨的釋放或有色產(chǎn)物的形成。水可以用作將2-氰基乙酰胺在聚氨酯制劑中分配的唯一溶劑。然而，當(dāng)使用水作為溶劑時(shí)存在幾個(gè)缺點(diǎn)，包括a)不良的溶解性山)降低開孔效率(需要使用較高水平的開孔劑)；c)泡沫收縮；以及d)不良的可重復(fù)性。用于控制泡沫收縮的其他常規(guī)化學(xué)方法具有缺點(diǎn)，例如需要高水平的開孔劑(通常高達(dá)l_5pphp)，和/或不利地影響泡沫的物理性質(zhì)，和/或使用環(huán)境上不期望的物質(zhì)，和/或使用非常難以以液體形式分配至聚氨酯泡沫體系的材料。
也可以通過使用機(jī)械壓碎以打開泡沫孔并提高泡沫的尺寸穩(wěn)定性，來控制軟質(zhì)模塑聚氨酯泡沫的收縮。目前用于開孔的機(jī)械方法主要包括壓碎、真空破裂或時(shí)間壓力釋放。
在泡沫制品脫模后，聚氨酯泡沫的機(jī)械壓碎和破裂能夠使泡沫在尺寸上更加穩(wěn)定。破裂泡沫孔的另一種方法是真空壓碎，其包括在完成的聚氨酯產(chǎn)品上抽取真空以誘發(fā)孔破裂。這些方法的總體效果是減小泡沫收縮。
已使用其他機(jī)械方法來獲得尺寸穩(wěn)定的泡沫，例如減少生產(chǎn)周期時(shí)間。例如，與4分鐘相比，在3分鐘內(nèi)將聚氨酯泡沫脫模將極大提高尺寸穩(wěn)定性。生產(chǎn)尺寸穩(wěn)定的泡沫的另一種方法是時(shí)間壓力釋放(TPR)。TPR包括在過程期間打開模具以釋放內(nèi)部壓力，然后在固化時(shí)間期間中重新關(guān)閉。內(nèi)部壓力的突然釋放使孔窗爆裂，由此獲得尺寸上穩(wěn)定的泡沫產(chǎn)品。
機(jī)械方法通常產(chǎn)生不完全或不一致的開孔，并需要軟質(zhì)模塑泡沫制造商在其他機(jī)械設(shè)備上投資。
美國(guó)專利號(hào)3314834公開了二酮化合物在聚氨酯推進(jìn)劑中形成有效的貯存期延長(zhǎng)劑。
美國(guó)專利號(hào)3635906公開了在無胺有機(jī)錫固化速率催化劑存在下，某些形成螯合物的化合物具有延遲有機(jī)多異氰酸酯與有機(jī)多羥基化合物之間的引發(fā)反應(yīng)的效果。
美國(guó)專利號(hào)4426510公開了具有延長(zhǎng)的貯存期和短固化時(shí)間的涂料或膠粘劑組合物，其包含有機(jī)多元醇、有機(jī)多異氰酸酯、有機(jī)鋅固化速率催化劑，以及選自a) β-二羰基化合物、b) α -羥基酮類、c)稠合的芳香族β -羥基酮類和d) β -羥基含氮雜環(huán)稠合芳香化合物的化合物。
GB 2303372公開了使用機(jī)械起泡技術(shù)和包含乙酰丙酮酸金屬鹽和乙酰丙酮的催化劑體系來制造聚氨酯泡沫。
美國(guó)專利號(hào)4721642公開了一種封端的多異氰酸酯預(yù)聚物，其通過用封端劑例如醇、酚、乙酰乙酸乙酯、ε -己內(nèi)酰胺、MEK肟、丙二酸二乙酯、乙酰丙酮、氰酸和亞硫酸氫鈉封閉多異氰酸酯的-NCO端基來形成。聚氨酯樹脂可發(fā)泡涂料包含由封端的多異氰酸酯預(yù)聚物、添加劑、擴(kuò)鏈劑、發(fā)泡劑和乳化劑組成的水性分散體。
CA 2141890公開了使用HCFC發(fā)泡劑和任選的阻燃劑和/或酸性、即pKa為O至10的螯合劑來生產(chǎn)硬質(zhì)聚氨酯、聚異氰脲酸酯和聚氨酯脲泡沫。
美國(guó)專利號(hào)3972846公開了一種可固化的聚氨酯組合物，其包含酮化合物和有機(jī)脂族多官能多異氰酸酯與具有活性氫的化合物的液體混合物。
美國(guó)專利號(hào)4251635公開了在其被點(diǎn)燃并燃燒時(shí)具有降低的形成燃燒灰燼的傾向性的軟質(zhì)聚氨酯泡沫，其通 過在發(fā)泡前在反應(yīng)混合物中摻入酮或苯甲醛來制造。
DE I 005 722公開了多元醇與多異氰酸酯的反應(yīng)可以通過添加亞胺(伯胺與醛或酮或二酮的縮合產(chǎn)物)來阻滯。
DE 2 451 726公開了用于減緩異氰酸酯化合物與聚酯多元醇的反應(yīng)的方法，其中所述多元醇含有至少一種醛和/或酮與單胺，并且醛或酮基氨基的摩爾比為1: O.1至I。
美國(guó)專利號(hào)6136876公開了通過在聚氨酯催化劑、作為發(fā)泡劑的水、任選的硅表面活性劑和開孔劑存在下將有機(jī)多異氰酸酯與多元醇進(jìn)行反應(yīng)以制備軟質(zhì)聚氨酯泡沫的方法，其特征在于所述開孔劑包含含有活性亞甲基或次甲基的化合物。
美國(guó)專利號(hào)6248801公開了通過在聚氨酯催化劑、作為發(fā)泡劑的水、任選的硅表面活性劑孔穩(wěn)定劑和開孔添加劑存在下將有機(jī)多異氰酸酯與多元醇相接觸以制備軟質(zhì)聚氨酯泡沫的方法。所述開孔添加劑包含活性亞甲基或次甲基化合物并且還包含叔胺。
前面指出的專利和專利申請(qǐng)的公開內(nèi)容在此通過引用并入。
發(fā)明簡(jiǎn)述
本發(fā)明通過提供用于制造聚氨酯泡沫的組合物和方法，解決了與常規(guī)實(shí)踐相關(guān)的問題。本發(fā)明涉及使用偶極非質(zhì)子液體例如二甲基亞砜(DMSO)、1，3-二甲基-2-咪唑烷酮 (DMI)、環(huán)丁砜、N-甲基-乙酰乙酰胺、N，N- 二甲基乙酰乙酰胺以及所含羥基數(shù)0H# ( 1100 的二醇，用作2-氰基乙酰胺或含有活性亞甲基或次甲基的其他類似分子的開孔助劑以制造聚氨酯泡沫的益處。使用開孔助劑的優(yōu)點(diǎn)是a)泡沫不(或基本上不)收縮；b)開孔劑的用量較低；c)泡沫性能可重復(fù)；以及d)最優(yōu)的物理性質(zhì)。此外，將酸封端的胺催化劑與本發(fā)明的開孔劑和開孔助劑合并在一起產(chǎn)生腐蝕性較低的混合物，并提供了不需機(jī)械壓碎進(jìn)行開孔的方法。
廣義來說，本公開涉及制造尺寸上穩(wěn)定的聚氨酯泡沫的組合物和方法。本發(fā)明的組合物包含開孔劑、開孔助劑、叔胺催化劑和任選的酸。適合的酸的實(shí)例包括含有任何飽和或不飽和的和取代或未取代的脂族或芳香族基團(tuán)，具有一個(gè)或多個(gè)酸基團(tuán)并帶有或不帶有異氰酸酯反應(yīng)性基團(tuán)的任何有機(jī)羧酸。酸的實(shí)例包括甲酸，乙酸，丙酸，丁酸，戊酸，己酸，新戊酸，新庚酸，新癸酸，新十二烷酸，2-乙基己酸，乙醇酸，葡萄糖酸，水楊酸，乳酸，苯甲酸， 鄰苯二甲酸和使用二醇從鄰苯二甲酸酐獲得的鄰苯二甲酸單酯、多酸例如聚丙烯酸等。本發(fā)明的方法能夠通過最大化開孔劑效率并提供極大的尺寸穩(wěn)定性來生產(chǎn)聚氨酯泡沫。所述方法的優(yōu)點(diǎn)在于在從模具中取出產(chǎn)品后不需要壓碎泡沫。這導(dǎo)致碎片降至最低，并提供了具有高質(zhì)量(高尺寸穩(wěn)定性)的產(chǎn)品。此外，使用所述開孔助劑降低了需要的開孔劑的有效量。
本發(fā)明的一個(gè)方面涉及包含至少一種開孔劑、至少一種開孔助劑、至少一種催化劑和任選的酸的組合物。
本發(fā)明的另一方面涉及用于制造聚氨酯泡沫的方法，所述方法包括在叔胺催化劑或酸封端的叔胺催化劑存在下利用本發(fā)明組合物的組合。
發(fā)明詳沭
本發(fā)明的組合物包含含有活性亞甲基或次甲基的分子的開孔劑、含有至少一種偶極非質(zhì)子液體的開孔助劑、叔胺催化劑和任選的酸。本發(fā)明的方法能夠通過提高開孔劑效率，以及在模塑泡沫的情形中減少或消除在將產(chǎn)品從模具取出后所需的泡沫壓碎的常規(guī)步驟，來生產(chǎn)聚氨酯泡沫。
泡沬的制備
本技術(shù)領(lǐng)域已知的各種類型中的任一種泡沫，可以利用本發(fā)明的方法，使用已添加有開孔劑、開孔助劑和胺催化劑的典型聚氨酯制劑來制造。例如，具有本文描述的優(yōu)良物理性質(zhì)的軟質(zhì)聚氨酯泡沫典型地以所指示的量包含下面表I中所示的組分。表I中所示的組分將在后文中詳細(xì)討論。
表1、聚氨酯組分
權(quán)利要求
1.一種組合物，所述組合物包含至少一種開孔劑、至少一種開孔助劑、至少一種催化劑和任選的酸。
2.權(quán)利要求1的組合物，其中所述開孔助劑包含至少一種偶極非質(zhì)子液體。
3.權(quán)利要求2的組合物，其中所述液體包括選自DMSO、DM1、環(huán)丁砜、N-甲基-乙酰乙酰胺、N，N- 二甲基-乙酰乙酰胺和所含羥基數(shù)0H# ( 1100的二醇中的至少一種。
4.權(quán)利要求1的組合物，其中所述開孔劑包含含有活性亞甲基或次甲基的分子。
5.權(quán)利要求4的組合物，其中所述開孔劑包含2-氰基乙酰胺。
6.權(quán)利要求1的組合物，其中所述催化劑包含至少一種叔胺催化劑。
7.權(quán)利要求1的組合物，其還包含至少一種多元醇。
8.權(quán)利要求7的組合物，其中所述多元醇包含聚醚多元醇。
9.權(quán)利要求1的組合物，其還包含至少一種表面活性劑。
10.權(quán)利要求9的組合物，其還包含至少一種硅氧烷表面活性劑。
11.權(quán)利要求1的組合物，其中所述酸包含選自如下的至少一種含有任何飽和或不飽和的、和取代或未取代的脂族或芳香族基團(tuán)，具有一個(gè)或多個(gè)酸基團(tuán)并帶有或不帶有異氰酸酯反應(yīng)性基團(tuán)的有機(jī)羧酸。
12.權(quán)利要求1的組合物，其中所述酸包含選自如下的至少一種甲酸，乙酸，丙酸，丁酸，戊酸，己酸，新戊酸，新庚酸，新癸酸，新十二烷酸，2-乙基己酸，乙醇酸，葡萄糖酸，水楊酸，乳酸，苯甲酸，鄰苯二甲酸和鄰苯二甲酸單酯。
13.權(quán)利要求12的組合物，其中所述酸包含甲酸。
14.權(quán)利要求12的組合物，其中所述酸包含乙酸。
15.一種制造聚氨酯泡沫的方法，所述方法包括在叔胺催化劑或酸封端的叔胺催化劑存在下利用權(quán)利要求1的組合物的組合。
16.權(quán)利要求15的方法，其還包括不使用機(jī)械壓碎對(duì)聚氨酯泡沫進(jìn)行模塑，以在所述泡沫中開孔。
全文摘要
公開了可用于制造軟質(zhì)聚氨酯泡沫、特別是軟質(zhì)模塑聚氨酯泡沫的組合物和方法。還公開了將偶極非質(zhì)子液體例如DMSO、DMI、環(huán)丁砜、N-甲基-乙酰乙酰胺、N，N-二甲基乙酰乙酰胺以及所含羥基數(shù)OH#≤1100的二醇，用作2-氰基乙酰胺或含有活性亞甲基或次甲基的其他類似分子的開孔助劑以制造聚氨酯泡沫。使用所述開孔助劑的優(yōu)點(diǎn)是a)泡沫不收縮；b)開孔劑的用量降低；c)泡沫性能可重復(fù)；以及d)最優(yōu)的物理性質(zhì)。此外，將酸封端的胺催化劑與所述開孔劑和開孔助劑合并產(chǎn)生腐蝕性較低的混合物，并提供了不需機(jī)械壓碎進(jìn)行開孔的方法。
文檔編號(hào)C08G18/16GK103003326SQ201180033972
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2011年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月9日
發(fā)明者J·J·伯登尤科, J·D·托拜厄斯, Y-M·杰翁, R·J·凱勒 申請(qǐng)人:氣體產(chǎn)品與化學(xué)公司