改进发泡性能的聚氨酯催化剂组合物制造技术

一种聚氨酯催化剂组合物包括Ｎ，Ｎ’－双（３－二甲基氨基丙基）脲和３－二甲基氨基丙基脲，可以改变Ｎ，Ｎ’－双（３－二甲基氨基丙基）脲对３－二甲基氨基丙基脲的比率以系统地控制柔性泡沫的流动性、气流性（ａｉｒｆｌｏｗ）和受力－破碎（ｆｏｒｃｅ－ｔｏ－ｃｒｕｃｈ）物理性质以增强可加工性。提高Ｎ，Ｎ’－双（３－二甲基氨基丙基）脲对３－二甲基氨基丙基脲的比率，可以提高泡沫的空气流动，并降低受力－破碎值，而降低Ｎ，Ｎ’－双（３－二甲基氨基丙基）脲对３－二甲基氨基丙基脲的比率，可以改进发泡组合物的流动性。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种生产聚氨酯泡沫的叔胺催化剂。聚氨酯泡沫广泛用于汽车、建筑和其它工业中。这些泡沫是通过多异氰酸酯与多元醇在有各种催化剂存在的条件下反应生产的。一种这样的添加剂是氯氟烃(CFC)发泡剂，它由于放热反应而蒸发，使聚合物质形成泡沫。发现CFC破坏大气层的臭氧层，因此强制减少CFC的使用。用水发泡的泡沫生产变得越来越重要，在这种泡沫的生产中，发泡是通过水与多异氰酸酯反应产生的CO2来完成的。叔胺催化剂通常用来促进发泡(水与异氰酸酯反应产生CO2)和凝胶化(多元醇与异氰酸酯反应)。在选择催化剂来生产特定聚氨酯泡沫时，叔胺催化剂在选择促进发泡或凝胶化方面的能力是一重要的条件。如果催化剂将发泡反应促进到太高的程度，在异氰酸酯还未与多元醇发生充分反应之前放出大量CO2，则CO2会涌出组合物，导致泡沫塌陷，从而生产出低质量的泡沫。与此相反，如果对凝胶化的促进作用太强，大部分CO2会在聚合进行到相当程度后才放出。也将得到低质量的泡沫，泡沫的密度高，气室不完整或划分不清晰，或具有其它不希望的特征。叔胺催化剂通常具有恶臭，是令人生厌的，由于分子量低，具有较高的挥发性。在发泡过程中叔胺的释放是严重的安全和毒性问题。从消费品中释放出残留的胺通常也是所不希望的。含有脲官能团(如RNHCONHR’)的胺催化剂分子量提高了，并具有氢键，与不含这一官能团的相应催化剂相比，挥发性和臭味降低了。进一步说，含有脲官能团的催化剂在反应过程中化学地键合到脲烷中，不会从最终产品中释放出来。体现这一概念的催化剂结构通常具有低至中等的活性，在不同程度上既促进发泡(水-异氰酸酯)也促进凝胶化(多元醇-异氰酸酯)。US 4,644,017公开了在多异氰酸酯加成产品生产中使用某些具有三氨基的扩散稳定氨基烷基尿，该产品不褪色，不改变周围物质的组成。说明书中指出，催化剂A和催化剂D是二甲基氨基丙基胺与脲反应的产物。US4,007,140公开了使用N，N’-双(3-甲基氨基丙基)脲作为生产聚氨酯的低臭催化剂。US 4,194,069公开了使用N-(3-二甲基氨基丙基)-N’-(3-吗啉代丙基)脲、N，N’-双(3-二甲基氨基丙基脲和)和N，N’-双(3-吗啉代丙基)脲作为生产聚氨酯泡沫的催化剂。US 4,094,827公开了使用包括N，N-双(3-二甲基氨基丙基)脲在内的某些烷基取代脲辅助生产聚氨酯泡沫，这些脲臭味少，在泡沫反应中起延迟作用。US 4,330,656公开了使用N-烷基脲作为1，5-亚萘基二异氰酸酯与多元醇反应的催化剂，或基于1，5-亚萘基二异氰酸酯的预聚物的链延长催化剂，而不加速空气氧化。DE 30 27 796 A1公开了使用高分子量的二烷基氨基烷基脲作为生产聚氨酯泡沫的低味催化剂。本专利技术提供了一种制备柔性聚氨酯泡沫的催化剂组合物。催化剂组合物包括3-二甲基氨基丙基脲和N，N’-双(3-二甲基氨基丙基)脲，即3-二甲基氨基丙基胺的单脲和双脲。使用这些包括单和双烷基取代脲混合物的催化剂组合物改进了聚氨酯泡沫的性能，其中单脲的量＞0至＜100摩尔，双脲＞0至＜100摩尔％。可以改变两种脲的比率以系统地控制柔性泡沫的流动性、气流性(airflow)和受力-破碎(force-to-cruch)物理性质以增强可加工性。提高N，N’-双(3-二甲基氨基丙基)脲对3-二甲基氨基丙基脲的比率，可以提高泡沫的空气流动，并降低受力-破碎值，而降低N，N’-双(3-二甲基氨基丙基)脲对3-二甲基氨基丙基脲的比率，可以改进发泡组合物的流动性。这些催化剂的另一优点是它们含有脲基，脲基可以与异氰酸酯反应并在反应期间化学地键合到脲烷上；因此，催化剂不会从最终泡沫产品中释放出来。本专利技术的催化剂能催化异氰酸酯官能团和含活性氢的化合物，即醇、多元醇、胺或水之间的反应，特别是多元醇的羟基与异氰酸酯的脲烷(凝胶化)反应以制备聚氨酯，以及水与异氰酸酯之间的反应释放出二氧化碳以制备发泡聚氨酯。柔性聚氨酯泡沫产品，如板和模制品，是使用现有技术中已知的任何合适的有机多异氰酸酯制备的，例如，六亚甲基二异氰酸酯、亚苯基二异氰酸酯、亚甲苯基二异氰酸酯(“TDI”)和4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(“MDI”)，特别是特别合适的是2，4-和2，6-TDI的单一产物或其可从市场上购得的混合物。其它合适的异氰酸酯是工业上已知的二异氰酸酯混合物，如Dow chemical以PAPI商标出售的“粗MDI”，它含有60％的4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯以及其它异构体和类似的高级多异氰酸酯。含有多异氰酸酯与聚醚或聚酯多元醇的部分预反应混合物的这些多异氰酸酯的“预聚物”也是合适的。作为聚氨酯组合物组分的合适多元醇的例子是聚亚烷基醚和聚酯多元醇。聚亚烷基醚多元醇包括聚(烯化氧)聚合物，如带有羟基端基的聚环氧乙烷和聚环氧丙烷聚合物和共聚物，羟基端基来自包括二元醇和三元醇多羟基化合物；以及乙二醇、丙二醇、1，3-丁二醇、1，4-丁二醇、1，6-己二醇、新戊二醇、二甘醇、二丙基二醇(dipropylene glycol)、季戊四醇、甘油、双甘油、三羟甲基丙烷以及类似低分子量多元醇。在本专利技术的实施中，可以使用单一高分子量聚醚多元醇。此外，也可以使用高分子量聚醚多元醇的混合物，如二-和三官能物质和/或不同分子量或不同化学组成物质的混合物。有用的聚酯多元醇包括二元羧酸与过量二元醇反应，例如，己二酸与乙二醇或丁二醇反应得到的产物，或内酯与过量二元醇反应，如己内酯与丙二醇反应得到的产物。除聚醚和聚酯多元醇外，母炼胶(masterbatchs)或预混合组合物中通常含有聚合物多元醇。在聚氨酯泡沫中使用聚合物多元醇能提高泡沫的抗形变强度，即提高泡沫的承载性能。目前，使用两种不同聚合物多元醇以改进承载性能。第一种由三元醇组成，称之为接枝多元醇，其中乙烯单体是接枝共聚。通常选择苯乙烯和丙烯腈作为单体。第二种，聚脲改进的多元醇，是由二胺与TDI反应形成的含有分散聚脲(polyurea dispersion)的多元醇。因为TDI过量使用，某些TDI既与多元醇反应也与聚脲反应。第二种聚合物多元醇有一变种，称之为PIPA多元醇，是由TDI与链烷醇胺在多元醇中现场聚合形成的。根据承载的需要，聚合物多元醇可以含有20-80％的母炼胶多元醇部分。聚氨酯泡沫配方中另一些典型的试剂包括链延长剂，如乙二醇和丁二醇；交联剂，如二乙醇胺、二异丙醇胺、三乙醇胺和三丙醇胺；发泡剂，如水、CFC、HCFC、HFC、戊烷等；以及气室稳定剂，如硅氧烷。通常，含有催化剂-如本专利技术催化剂组合物-的密度为1-3lb/ft3(16-48kg/m3)的聚氨酯柔性泡沫配方(汽车座位)包括如下组分(以重量份计(pbw))柔性泡沫配方 pbw多元醇 20-100聚合物多元醇 80-0硅氧烷表面活性剂 1-2.5泡剂 2-4.5交联剂 0.5-2催化剂 0.5-2异氰酸酯 指数(index) 70-115催化剂组合物包括任何比率的通式I和通式II代表的化合物，优选50-95摩尔％的单脲(I)以成本有效地控制加工宽容性(latitude)。摩尔％是以单脲(I)和双脲(II)的摩尔数为基础的。为了改进发泡组合物的流动性，催化剂组合物应含有80本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过在有发泡剂、气室稳定剂和催化剂组合物存在的条件下使有机多异氰酸酯与多元醇反应制备柔性聚氨酯泡沫的方法，其改进在于控制泡沫组合物加工宽容性，包括使用基本上由＞０至＜１００摩尔％的３－二甲基氨基丙基脲和＞０至＜１００摩尔％的Ｎ，Ｎ’－双（３－二甲基氨基丙基）脲组成的催化剂组合物。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：LA梅尔坎多，MJ基莫克，ML利斯特曼，M路易，
申请(专利权)人：气体产品与化学公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]