減少排放的低密度噴涂聚氨酯泡沫的制作方法
【專利摘要】本公開(kāi)涉及使用反應(yīng)性催化劑組合物制備低密度、低胺排放的水發(fā)泡的聚氨酯泡沫。所述方法對(duì)于制備密度為約6至約16kg/m3的全水發(fā)泡的低密度聚氨酯泡沫特別有用。公開(kāi)了包含至少一種非排放性的胺催化劑和四烷基胍的催化劑組合物、所述催化劑組合物的使用方法以及含有所述催化劑組合物的制劑。
【專利說(shuō)明】減少排放的低密度噴涂聚氨酯泡沬
[0001]與相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2011年7月29日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?1/513,209的權(quán)益。申請(qǐng)?zhí)?1/513，209的公開(kāi)內(nèi)容在此通過(guò)引用并入。
[0003]發(fā)明背景
[0004]本發(fā)明涉及生產(chǎn)低或無(wú)胺排放的低密度聚氨酯泡沫，尤其是全水發(fā)泡的噴涂聚氨酯泡沫。
[0005]噴涂泡沫的主要用途是在商業(yè)區(qū)和住宅區(qū)，在該處，噴涂聚氨酯泡沫帶來(lái)例如隔熱和隔音以及與噴涂泡沫材料接觸的結(jié)構(gòu)和表面的機(jī)械完整性的優(yōu)勢(shì)。聚氨酯泡沫通常是通過(guò)異氰酸酯或多異氰酸酯在某些添加劑例如表面活性劑、催化劑、交聯(lián)劑和發(fā)泡劑的存在下，與多羥基化合物反應(yīng)來(lái)制備。
[0006]發(fā)泡劑通常是在異氰酸酯與多元醇和交聯(lián)劑的反應(yīng)期間放熱時(shí)能夠汽化的低沸點(diǎn)液體。因此，可以在一定程度上通過(guò)聚氨酯制劑中存在的發(fā)泡劑的量來(lái)控制密度。以前，氯氟烴(CFC)被用作有效的發(fā)泡劑；但近年來(lái)，由于與平流層臭氧消耗相關(guān)的環(huán)境問(wèn)題，其使用已經(jīng)被禁止。用其他發(fā)泡劑替代CFC是一個(gè)持續(xù)的挑戰(zhàn)。在淘汰CFC之后，開(kāi)發(fā)了其他發(fā)泡劑，包括作為臨時(shí)解決方案的氫氟氯烴(HCFC)。氫氟氯烴是仍然含氯的物質(zhì)，然而由于其在環(huán)境中較短的壽命，它們的臭氧消耗潛力(ODP)低于氟氯烴。目前已可用或正在開(kāi)發(fā)一些其他替代物。例如，可以用具有比CFC更低ODP的氫氟烴(HFC)方便地替換CFC。其他替代物包括HFO (氫氟烯烴)、FO (氟烯烴)、CF0 (氯氟烯烴)和HCFO (氫氯氟烯烴)，所有這些替代物都具有在環(huán)境中較短壽命的特征，導(dǎo)致低的ODP以及低的GWP。實(shí)例包括反式-1, 3, 3, 3-四氣 丙 _1_ 稀或 HF0-1234ze ;反式 _1_ 氣 _3，3, 3- 二氣丙稀或 HCF0-1233zd ；2，3，3，3-四氟丙烯或HF0-1234yf，其混合物和類似結(jié)構(gòu)。然而，當(dāng)比起其他可用的材料例如丙酮或二氧化碳時(shí)，這些發(fā)泡劑相對(duì)昂貴。對(duì)于聚氨酯聚合物發(fā)泡的最方便途徑是通過(guò)異氰酸酯與水反應(yīng)時(shí)原位生成二氧化碳。
[0007]然而，用水作為主要或唯一的發(fā)泡劑來(lái)獲得低密度聚氨酯泡沫需要異氰酸酯與大量的水反應(yīng)，并且該過(guò)程需要用合適的胺催化劑催化。例如雙-(二甲基氨基乙基)醚(BDMAEE)或五甲基-二乙烯三胺(PMDETA)的胺是用水作為發(fā)泡劑來(lái)制備低密度泡沫(0.5磅/立方英尺)的標(biāo)準(zhǔn)催化劑。
[0008]BDMAEE和PMDETA以其較高蒸汽壓與較強(qiáng)胺氣味為特征。因此，在體系制備(制劑組分的共混)、噴涂(施用)和最終用途(使用)期間可能發(fā)生胺的暴露。
[0009]BDMAEE通常被認(rèn)為是可用于活化水與異氰酸酯反應(yīng)的最有效的催化劑，并且預(yù)期含有異氰酸酯反應(yīng)性基團(tuán)的任何催化劑組合都將不如BDMAEE有效。BDMAEE性能優(yōu)越的原因已被歸結(jié)于其具有對(duì)水活化而言理想的幾何結(jié)構(gòu)的N-C2-0-C2-N分子主鏈。M.L.Listeman 等人在 1993 年的聚氨酯世界大會(huì)(Polyurethanes World Congress, 1993)上的“叔胺結(jié)構(gòu)對(duì)發(fā)泡凝膠選擇性的影響”(“The Influence of Tertiary AmineStructure on Blow-To-Gel Selectivity”)中探討了常規(guī)催化劑的反應(yīng)活性。
[0010]GB0966338涉及聚氨酯漆和表面涂層，以及脂肪族異氰酸酯衍生物、某些金屬化合物或胺在制備這種聚氨酯漆和表面涂層中的用途。GB1063508公開(kāi)了在表面上原位制備硬質(zhì)起泡的聚氨酯。GB1064555涉及制備具有改善的物理性能的硬質(zhì)聚氨酯泡沫。US3，202，631公開(kāi)了一種用來(lái)將聚氨酯彈性體穩(wěn)定在適于工廠加工的穆尼(Mooney)塑性范圍內(nèi)的方法。更具體地，該文獻(xiàn)公開(kāi)了一種防止聚氨酯彈性體的無(wú)控后固化的方法。US3, 645，924描述了用來(lái)制備脂肪族異氰酸酯基質(zhì)的開(kāi)孔軟質(zhì)泡沫和聚氨酯濕固化涂層的工藝。US3，740，377涉及用于制備聚氨酯脲樹(shù)脂和彈性體的一步法工藝。US2010/0099785提供了形成催化劑的方法和組合物。在一個(gè)方面，所述催化劑通過(guò)將至少一種叔胺與至少一種聚合物酸混合而生成。這種催化劑特別適用于聚合聚氨酯泡沫。
[0011 ] 前面所指定文獻(xiàn)的公開(kāi)內(nèi)容在此通過(guò)引用并入。
[0012]發(fā)明概沭
[0013]工業(yè)上需要能夠有效提高低密度全水發(fā)泡泡沫的起發(fā)動(dòng)力學(xué)速率的胺催化劑，以避免噴涂過(guò)程中的泡沫“蠕變”，同時(shí)保持良好的物理性能，減少異味，消除排放，并且提供可以使工作人員和最終用戶暴露于視覺(jué)瞬態(tài)干擾癥(glaucopsia)風(fēng)險(xiǎn)最小化的反應(yīng)性體系。泡沫“蠕變”是一種表達(dá)方式，其用來(lái)描述當(dāng)聚合物質(zhì)的粘度由于較低的催化活性增加不夠快時(shí)，由重力引起的聚氨酯聚合物向下流動(dòng)的目視觀察。
[0014]本發(fā)明的目的是提供一種催化劑組合物，其能夠提供與基于BDMAEE的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)類似的性能，具有減少排放、異味和減少胺的暴露的額外好處。
[0015]另一個(gè)目的是提供一種催化劑組合物，其能夠提供快速反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，具有即使溫度高達(dá)120°C也沒(méi)有后固化胺排放的好處。
[0016]本發(fā)明的再另一個(gè)目的是提供一種聚氨酯泡沫制劑，其產(chǎn)生低胺至無(wú)胺排放、卻具有與用現(xiàn)有的排放性胺催化劑標(biāo)準(zhǔn)BDMAEE所獲得的聚氨酯相似的物理和機(jī)械性能的聚氨酯泡沫。
[0017]在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，本公開(kāi)提供了用來(lái)催化形成聚氨酯泡沫的催化劑組合物。所述催化劑組合物含有至少一種非排放性的催化劑和下式的四烷基胍:
[0018]
【權(quán)利要求】
1.用于催化形成聚氨酯泡沫的催化劑組合物，所述催化劑組合物包含: 至少一種非排放性的催化劑和下式的四烷基胍
2.權(quán)利要求1的催化劑組合物，所述催化劑組合物基本上由至少一種非排放性的催化劑和下式的四烷基胍構(gòu)成
3.權(quán)利要求1或2的催化劑組合物，其中所述聚氨酯泡沫在包含水的發(fā)泡劑組合物的存在下形成。
4.權(quán)利要求1或2的催化劑組合物，其中所述聚氨酯泡沫在由水組成的發(fā)泡劑組合物的存在下形成。
5.權(quán)利要求1或2的催化劑組合物，其中所述四烷基胍包含四甲基胍。
6.權(quán)利要求1或2的催化劑組合物，其中所述四烷基胍在所述催化劑組合物中的量足以實(shí)現(xiàn)由聲納探測(cè)器測(cè)定的5.8秒或更短的選擇時(shí)間。
7.權(quán)利要求1或2的催化劑組合物，其中所述四烷基胍的量占所述總催化劑組合物重量的約40%或更少。
8.權(quán)利要求1或2的催化劑組合物，其中所述四烷基胍的量占所述總催化劑組合物重量的約30%或更少。
9.權(quán)利要求1或2的催化劑組合物，其中所述四烷基胍的量占所述總催化劑組合物重量的約5%或更少。
10.權(quán)利要求1或2的催化劑組合物，其中所述非排放性的催化劑包含選自如下的至少一種成分:雙-(N，N-二甲基氨基丙基)胺、6-二甲基氨基-1-己醇、N，N, N’-三甲基氨基乙基-乙醇胺、(N，N- 二甲基氨基丙基-N’ -甲基-N’ - (2-羥基乙基)胺、二甲基乙醇胺、N，N-雙(3-二甲基氨基-丙基)-N- (2-羥基丙基)胺、N，N-二甲基-N’，N’ -雙(2-羥基丙基)_1，3-丙二胺、2-(2-二甲基氨基乙氧基)乙醇、二甲基氨基丙基脲、雙(二甲基氨基丙基)脲、2-[N- (二甲基氨基乙氧基乙基)-N-甲基氨基]乙醇、N，N，N’-三甲基-N’-3-氨基丙基-雙(氨基乙基)醚、二甲基氨基丙基胺、N-甲基-N-2-羥基丙基-哌嗪、雙(二甲基氨基)-2-丙醇、N- (3-氨基丙基)咪唑，N- (2-羥基丙基)咪唑及其任何組合。
11.權(quán)利要求1或2的催化劑組合物，其中所述至少一種非排放性的催化劑包含雙(二甲基氨基丙基)胺和N_( 二甲基氨基乙基)-N_(2-羥基乙基)-N-甲胺。
12.權(quán)利要求1或2的催化劑組合物，其中所述至少一種非排放性的催化劑包含雙(二甲基氨基丙基)胺和2-[N_( 二甲基氨基乙氧基乙基)-N_甲基氨基]乙醇。
13.權(quán)利要求1或2的催化劑組合物，其中所述至少一種非排放性的催化劑包含雙(二甲基氨基丙基)胺和N，N，N’ -三甲基-N’ -3-氨基丙基-雙(氨基乙基)醚。
14.權(quán)利要求1或2的催化劑組合物，其中所形成的聚氨酯泡沫具有約6至約16kg/m3的密度。
15.用于催化形成聚氨酯泡沫的催化劑組合物，所述催化劑組合物包含: 約70重量％或更多的N，N，N’ -三甲基-N’ -3-氨基丙基-雙(氨基乙基)醚和約30重量％或更少的四甲基胍。
16.制備水發(fā)泡、低密度、硬質(zhì)的聚氨酯泡沫的方法，所述方法包括在有效量的含有至少75重量％水的發(fā)泡劑組合物和有效量的權(quán)利要求1所述的催化劑組合物的存在下，以20-100的異氰酸酯指數(shù)使至少一種多異氰酸酯與至少一種多元醇接觸，所述硬質(zhì)聚氨酯泡沫具有約6至約16kg/m3的密度。
17.權(quán)利要求16的方法，其中所述異氰酸酯指數(shù)為20-50。·
18.權(quán)利要求16的方法，其中所述四烷基胍包含四甲基胍。
19.權(quán)利要求16的方法，其中所述四烷基胍的量占所述總催化劑組合物重量的約40%或更少。
20.權(quán)利要求16的方法，其中所述四烷基胍的量占所述總催化劑組合物重量的約30%或更少。
21.權(quán)利要求16的方法，其中所述四烷基胍的量占所述總催化劑組合物重量的約5%或更少。
22.聚氨酯泡沫制劑，所述聚氨酯泡沫制劑包含: 至少一種多元醇、至少一種異氰酸酯、有效量的發(fā)泡劑組合物和有效量的權(quán)利要求1所述的催化劑組合物。
23.權(quán)利要求22的聚氨酯泡沫制劑，其還包含至少一種選自如下的成分:表面活性劑、乳化劑、阻燃劑、交聯(lián)劑、泡孔穩(wěn)定劑及其組合。
24.權(quán)利要求23的聚氨酯泡沫制劑，其中所述發(fā)泡劑組合物包含水。
25.權(quán)利要求23的聚氨酯泡沫制劑，其中所述四烷基胍包含四甲基胍。
26.權(quán)利要求23的聚氨酯泡沫制劑，其中所述四烷基胍的量占所述總催化劑組合物重量的約40%或更少。
27.權(quán)利要求23的聚氨酯泡沫制劑，其中所述四烷基胍的量占所述總催化劑組合物重量的約30%或更少。
28.權(quán)利要求23的聚氨酯泡沫制劑，其中所述四烷基胍的量占所述總催化劑組合物重量的約5%或更少。
29.權(quán)利要求22的聚氨酯泡沫制劑,其中所述聚氨酯泡沫具有約6至約16kg/m3的密度。
30.權(quán)利要求29的聚氨酯泡沫制劑，其中所述聚氨酯泡沫具有約8kg/m3的密度。
【文檔編號(hào)】C08G18/76GK103717633SQ201280037702
【公開(kāi)日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2012年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月29日
【發(fā)明者】J·J·伯德紐克, J·D·托拜厄斯, R·J·科勒 申請(qǐng)人:氣體產(chǎn)品與化學(xué)公司