CN101410429A - 来自棕榈基油类的低聚多元醇和由其制得的聚氨酯组合物 - Google Patents
来自棕榈基油类的低聚多元醇和由其制得的聚氨酯组合物 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及由基于棕榈的油类制得的低聚多元醇和包括该低聚基于棕榈的多元醇的聚氨酯组合物。本发明的低聚多元醇包括开环的和低聚的含约40重量%或更多的低聚物、羟基数约65或更小、数均羟基官能度(fn)约2.5或更小和25℃下粘度为约4Pas或更小的环氧化的基于棕榈的油组合物。
Description
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本申请要求享有于2006年3月27日提交的,序列号为60/786,594,题为“来自棕榈基油类的低聚多元醇和由其制得的聚氨酯组合物”的美国临时申请的权益,其公开内容在此引入作为参考。
背景技术
衍生自石油的多元醇已经广泛用于制造聚氨酯泡沫。然而,近来在聚氨酯泡沫制造中存在对于利用可再生资源增长的关注。这引起了开发在聚氨酯泡沫中适于替代衍生自石油的多元醇的基于植物油的多元醇的研究。
由植物油制得多元醇的一种方法是环氧化不饱和植物油,接着将至少一部分环氧基团开环以形成醇基。所得到的多元醇在聚氨酯泡沫应用中的效用取决于所得到的多元醇的性质。可以是重要性质的实例包括数均羟基官能度(fn)、羟基数(OH数)、分子量(例如Mn和Mw)以及粘度。特别是对于柔性块状聚氨酯泡沫,具有低羟基官能度(例如小于约2.5)、低OH数(小于约65)和低粘度的基于植物油的多元醇是合乎需要的,因为它们可用于在柔性块状泡沫配方中全部或部分地代替衍生自石油的三醇。
考虑到上述情况,需要的是一种具有适于用于聚氨酯泡沫特别是柔性块状聚氨酯泡沫的性质的低聚基于植物油的多元醇。
发明内容
本发明涉及由基于棕榈的油类制得的低聚多元醇和包括该低聚的基于棕榈的多元醇的聚氨酯组合物。一方面,本发明提供了由基于棕榈油类制得的低聚多元醇。在本发明的实施方案中,低聚多元醇包括经开环和低聚环氧化的基于棕榈油类组合物,其包含约40重量%或更多的低聚物,羟基数约65或更少,数均羟基官能度(fn)约2.5或更少,以及25℃下粘度约为4Pa·s或更少。
本发明的低聚多元醇能通过首先将存在于基于棕榈的油类组合物中的至少部分双键环氧化而合成。然后将环氧化的基于棕榈的油类开环并低聚以形成本发明的低聚多元醇。开环反应一般在开环剂和开环催化剂存在下进行。开环剂的实例包括水、单官能醇(例如甲醇和乙醇)和多元醇(例如乙二醇)。示例性开环催化剂为氢氟硼酸(HBF4)。基于棕榈的油类的实例包括棕榈油、棕榈油精(palm olein)(包括超级棕榈油精(palm super olein))、棕榈硬脂精、棕榈仁油、液态棕榈仁油或棕榈仁硬脂精。
在一些实施方案中,本发明的低聚多元醇具有能提供期望平衡性质的一定程度的开环和低聚。例如,能将开环和低聚反应的程度控制以提供具有期望的羟基(OH)数、羟基官能度、残留环氧的氧含量(EOC)、粘度、分子量等的低聚多元醇。例如,在一些实施方案中,低聚多元醇具有约65或更少的羟基数(OH数),例如约40到约65。在一些实施方案中,低聚多元醇具有约0.2%到约2.5%的残留环氧的氧含量(EOC)。在一些实施方案中,低聚多元醇具有约40%或更多的低聚物,例如约50%或更多的低聚物或约60%或更多的低聚物。在一些实施方案中,低聚多元醇具有约4Pa·s或更少的粘度在一些实施方案中,低聚多元醇具有约2.5或更少的数均羟基官能度(fn)。
在示例性实施方案中,低聚多元醇通过将包含环氧化的棕榈油精的组合物开环而制得。棕榈油精为通过在控制温度下结晶后分馏而由棕榈油获得的液体馏分。与棕榈油相比,棕榈油精不饱和脂肪酸含量较高,具有较高碘值(IV)和具有较低熔点。在一些实施方案中,棕榈油精具有相比饱和脂肪酸更多不饱和脂肪酸。棕榈油精典型地具有约55或跟高的碘值(IV),例如约55至约65%。超级棕榈油精(palmsuper olein)包括于棕榈油精中,它通过棕榈油精分馏而制得。附加的分馏与棕榈油精相比提高了超级棕榈油精的不饱和脂肪酸含量和碘值(IV)。
在一些实施方案中,环氧化的基于棕榈的油组合物包括一种或多种环氧化的非基于棕榈的油类。非基于棕榈的油类的实例包括环氧化的植物油,例如完全-或部分-环氧化大豆油。在一个示例性实施方案中,基于棕榈的油组合物包括环氧化的棕榈油精和环氧化大豆油的混合物。
由环氧化的棕榈油精制得的低聚多元醇具有高低聚物含量和低粘度的合乎需要的平衡。在一些实施方案中,由环氧化的棕榈油精制得的低聚多元醇具有约4Pa·s或更小的粘度,例如,约3Pa·s或更小,约2Pa·s或更小,约1Pa·s或更小,或约0.7Pa·s或更小。在一些实施方案中,由环氧化的棕榈油精制得的低聚多元醇具有约0.5Pa·s到约2Pa·s的粘度。在一些实施方案中,由环氧化的棕榈油精制得的低聚多元醇具有约40%或更多的低聚物(例如约50%或更多,约55%或更多,约60%或更多,或约65%或更多)和约4Pa·s或更小的粘度。在一些实施方案中,由环氧化的棕榈油精制得的低聚多元醇具有约50%到约70%的低聚物和从约0.5Pa·s到约2Pa·s的粘度。
在另外的方面,本发明提供了包括本发明的低聚多元醇的聚氨酯组合物。在一些实施方案中,聚氨酯组合物包括:(a)多异氰酸酯;和(b)包括本发明的低聚多元醇的异氰酸酯活性组合物。在一些实施方案中,聚氨酯组合物适于用在聚氨酯泡沫中,例如,柔性块状聚氨酯泡沫。
在一些实施方案中,将低聚多元醇用于在柔性块状聚氨酯泡沫配方中部分或全部地代替衍生自石油的多元醇。例如低聚多元醇能代替至少一部分衍生自石油的三醇,例如分子量约3000Da和OH值约56的衍生自石油的三醇。因此,在一些实施方案中,异氰酸酯活性组合物包括低聚多元醇和衍生自石油的多元醇。一般地,聚氨酯-活性组合物包括约10重量%到约60重量%的低聚多元醇和约40重量%到约90重量%的衍生自石油的多元醇,或约15重量%到约40重量%的低聚多元醇和约60重量%到约85重量%的衍生自石油的多元醇。
此处所用的“多元醇”指的是每分子平均大于1.0个羟基的分子。它可能同也包括其它官能团。
此处所用的“环氧化的基于棕榈的油组合物”指的是包括一种或多种完全环氧化的基于棕榈的油类、一种或多种部分环氧化的基于棕榈的油类或其混合物的组合物。环氧化的基于棕榈的组合物可以任选包括一种或多种完全或部分地环氧化的非基于棕榈的油类。
此处所用的“低聚的基于棕榈的多元醇”或“低聚多元醇”指的是由将环氧化的基于棕榈油的组合物开环和低聚而制得的非天然存在的多元醇。
此处所用的“柔性块状聚氨酯泡沫”指的是以名义上矩形横截面的长块或泡沫胶块的形式制得的柔性聚氨酯泡沫。一些种类的柔性块状聚氨酯泡沫包括传统泡沫、高-回弹性泡沫、填充泡沫和高负载泡沫。
此处所用的“羟基数”指的是可用于反应的活性羟基的数目。它可以表示为相当于一克样品的羟基含量的氢氧化钾毫克数。
此处所用的“异氰酸酯-活性组合物”指的是包括具有能与异氰酸酯基反应的官能团的反应物的组合物。异氰酸酯-活性官能团的实例包括醇(例如多元醇)和胺(例如多胺)。
此处所用的“衍生自石油的多元醇”指的是由石油原料制得的多元醇。
附图说明
本发明将进一步参考附图进行说明,其中:
图1为多元醇1-A(-)和报导于WO2006/012344A1中的低聚的基于大豆油多元醇(7——)的GPC色谱图;和
图2为多元醇1-A(——)、1-B(——)、1-C(—--—)、DURKEX NTlOO棕榈油精(……)和环氧化的DURKEX NTlOO棕榈油精(---)的GPC色谱图。
具体实施方式
本发明涉及由基于棕榈的油类制得的低聚多元醇和包括该低聚多元醇的聚氨酯组合物。
在一些实施方案中,低聚多元醇包括约40重量%或更多的低聚物,羟基数约65或更小,数均羟基官能度约2.5或更小和25℃下粘度为约4Pa·s或更小。本发明的低聚多元醇可通过例如如下方法制得:
(a)提供包括含碳-碳双键的脂肪酸甘油三酯的基于棕榈的油;
(b)将存在于基于棕榈的油中的至少部分碳-碳双键环氧化以形成环氧化的基于棕榈的油;和
(c)将环氧化的基于棕榈的油开环和低聚以形成低聚多元醇。
基于棕榈的油:
此处所用的术语“基于棕榈的油”指的是由油棕树的中果皮和/或果仁获得的油或油馏分。基于棕榈的油包括棕榈油、棕榈油精、棕榈硬脂精、棕榈仁油、液态棕榈仁油、棕榈仁硬脂精和其混合物。基于棕榈的油类可以是天然的、经精炼的、经脱胶的、经漂白的、经脱臭的、经分馏的或结晶的。在许多实施方案中,基于棕榈的油是经过精炼、漂白和除臭的(即“RBD”油)。
棕榈油指的是衍生自油棕果实的中果皮的油。棕榈油在室温下一般为半固体并且包括约50%饱和脂肪酸和约50%不饱和脂肪酸。棕榈油一般主要包括脂肪酸甘油三酯,尽管甘油单酯和甘油二酯也可能少量存在。脂肪酸一般具有从约C12到约C20的链长。代表性的饱和脂肪酸包括例如,C12:0、C14:0、C16:0、C18:0和C20:0饱和脂肪酸。代表性的不饱和脂肪酸包括例如,C16:1、C18:1、C18:2和C18:3不饱和脂肪酸。将棕榈油的代表性组成范围列于表1中。
棕榈油精指的是通过在控制温度下结晶后分馏棕榈油获得的液体馏分。与棕榈油相比,棕榈油精不饱和脂肪酸含量较高,例如C18:1和C18:2的脂肪酸,具有较高碘值(IV)。在一些实施方案中,将棕榈油精多次分馏以生产具有更高不饱和脂肪酸含量C18:1,C18:2)和较高碘值的棕榈油精。多次分馏的棕榈油精在有些情况下被称为超级棕榈油精(palm super olein)。棕榈油精的代表性组成范围列于表1中。可商购的棕榈油和棕榈油精的代表性实例包括那些能以商品名“SANS TRANS25”、“SANS TRANS-39”、和“DURKEX NT100”从IOI Group,Loders CroklaanCompany;和“FULLY REFINED PALM OLEIN IV 62-SUPEROLEIN”(从Cargill,Incorporated.)商购的那些。
棕榈油硬脂精指的是通过在控制温度下结晶后分馏棕榈油而获得的固体馏分。相对于棕榈油,棕榈油硬脂精包含更多不饱和脂肪酸且具有较高的熔点。棕榈油硬脂精的代表性组成提供于表1中。
表1
脂肪酸 | 棕榈油(重量%.) | 棕榈油精(重量%.) | 棕榈油硬脂精(重量%.) |
C12:0 | <1% | <1% | <1% |
C14:0 | <2% | <2% | <2% |
C16:0 | 40-50% | 35-45% | 45-75% |
C16:1 | <1% | <1% | <1% |
C18:0 | 3-6% | 3-5% | 4-6% |
C18:1 | 35-45% | 40-47% | 10-40% |
C18:2 | 8-12% | 10-15% | 2-10% |
C18:3 | <1% | <1% | <1% |
C20:0 | <1% | <1% | <1% |
碘值(IV) | 50到65 | 55到62 | 20到50 |
尽管上述表示了一般值,当应理解的是在基于棕榈的油中给定脂肪酸的量可能取决于诸如作物生长区域、作物成熟度、工艺、生长期气候等因素而不同。
基于棕榈的油类的环氧化反应
本发明的低聚多元醇由环氧化的基于棕榈的油组合物而制备。环氧化的基于棕榈的油组合物包括一种或多种完全-环氧化的基于棕榈的油类、一种或多种部分-环氧化的基于棕榈的油类或其混合物。任选,环氧化的基于棕榈的油组合物还可以包括一种或多种环氧化的非基于棕榈的油类。环氧化的非基于棕榈的油类的代表性实例包括环氧化大豆油、环氧化红花油、环氧化亚麻子油、环氧化玉米油、环氧化向日葵油、环氧化橄榄油、环氧化芥籽油、环氧化芝麻油、环氧化棉花子油、环氧化菜籽油、环氧化桐油、环氧化鱼油、环氧化牛脂、环氧化花生油和其混合物。非基于棕榈的油类可以完全环氧化或可以部分环氧化。环氧化的非基于棕榈的油类可单独环氧化并与环氧化的基于棕榈的油混合,或者可将非基于棕榈的油与基于棕榈的油混合且将得到的混合物部分或全部环氧化。可将任何有用量的非基于棕榈的油混入环氧化的基于棕榈的油组合物。代表性的量包括约10重量%或更少,约20重量%或更少,约30重量%或更少,约40重量%或更少,约50重量%或更少,约60重量%或更少,约70重量%或更少,约80重量%或更少,或约90重量%或更少。
部分或完全环氧化的基于棕榈的油组合物可以通过在将存在于基于棕榈的油中的部分或基本上全部双键转化为环氧基团的条件下,使基于棕榈的油与过氧酸反应而制备。部分环氧化的基于棕榈的油类可以包括至少约10%,至少约20%,至少约25%,至少约30%,至少约35%,至少约40%或更多的初始量的双键存在于基于棕榈的油中。部分环氧化的棕榈油可以包括至多约90%、至多约80%、至多约75%、至多约70%、至多约65%、至多约60%或更少的初始量的双键存在于基于棕榈的油中。完全环氧化的基于棕榈的油可以包括至多约10%、至多约5%、至多约2%、至多约1%或更少的初始量的双键存在于基于棕榈的油中。
反应混合物的一个组分为过氧酸。过氧酸的实例包括过氧甲酸、过氧乙酸、三氟过氧乙酸、苄氧基过氧甲酸、3,5-二硝过氧苯甲酸、间氯过氧苯甲酸和其组合。在一些实施方案中,使用过氧甲酸或过氧乙酸。可将过氧酸直接加入反应混合物或它们可以通过将氢过氧化物与对应的羧酸如甲酸、苯甲酸、脂肪酸(例如油酸)或乙酸反应而原位形成。可使用的氢过氧化物的实例包括过氧化氢、叔丁基氢过氧化物、三苯基甲硅烷基氢过氧化物、枯基氢过氧化物和其组合。在示例性的实施方案中,使用过氧化氢。典型地,用于形成过氧酸的羧酸的量介于约0.25到约1.0摩尔羧酸每摩尔基于棕榈的油中的双键,更典型地从约0.45到约0.55摩尔羧酸每摩尔基于棕榈的油中的双键。典型地,用于形成过氧酸的氢过氧化物的量为约0.5到约1.5摩尔氢过氧化物每摩尔基于棕榈的油中的双键,更典型地约0.8到约1.2摩尔氢过氧化物每摩尔基于棕榈的油中的双键。
在许多实施方案中,附加的酸组分也存在于反应混合物中。附加的酸的实例包括硫酸、对甲苯磺酸、三氟乙酸、氟硼酸、路易斯酸、酸性粘土、或酸性离子交换树脂。
任选地,可将溶剂加入反应。有用的溶剂包括化学上惰性的溶剂,例如,疏质子溶剂。这些溶剂不包含亲核基团且对酸为非活性的。疏水性溶剂如芳族和脂族烃尤其合乎需要。合适的溶剂的代表性实例包括苯、甲苯、二甲苯、己烷、戊烷、庚烷和氯化溶剂类(例如四氯化碳)。在示例性的实施方案中,将甲苯用作溶剂。可将溶剂用于降低反应速度或减少副反应的数量。通常,溶剂还可用作合成的组合物的降粘剂。
环氧化反应后,可将反应产物中和。可将中和剂加入以中和反应产物中任何残存的酸性组分。合适的中和剂包括弱碱、金属碳酸氢盐或离子交换树脂。可使用的中和剂的实例包括氨、碳酸钙、碳酸氢钠、碳酸镁、胺和树脂,以及中和剂的水溶液。典型地,中和剂将为阴离子交换树脂。合适的弱碱离子交换树脂的实例为以商品名“LEWATIT MP-64”(来自Bayer)销售。若使用固体中和剂(例如离子交换树脂),可将固体中和剂从环氧化的基于棕榈的油中通过过滤而除掉。或者,可将反应混合物通过含树脂或其它物质的中和床而将混合物中和。或者,可将反应产物反复洗涤以分离和从产物中除去酸性组分。此外,可将一种或多种工艺结合到中和反应产物。例如,可将产物洗涤,用树脂材料中和,并过滤。
环氧化反应后,可将过量的溶剂从反应产物除掉。过量的溶剂包含由反应放出的产物,或那些加入到反应的。可将过量的溶剂通过分离、真空或其它方法除去。优选地,过量溶剂的去除将通过暴露于真空而完成。
开环低聚反应
在制备环氧化的基于棕榈的油后,下一步是将至少部分环氧基团开环并将开环的基于棕榈的油组合物低聚以形成本发明的低聚多元醇。
可以使用各种开环剂包括醇、水(包括剩余量的水)和其它具有一个或多个亲核基团的化合物。还可以使用开环剂的组合。典型地,开环剂为水、单官能醇或多官能醇(即多元醇)。单官能醇的代表性实例包括甲醇、乙醇、丙醇(包括正丙醇和异丙醇)、丁醇(包括正丁醇和异丁醇)、和乙二醇或其它二醇的单烷基醚。多官能醇的代表性实例包括二醇(例如乙二醇)、三醇(例如甘油、三羟甲基丙烷)、四醇(例如季戊四醇)和基于植物油的多元醇。可将任何上述单官能或多官能醇烷氧基化。
在许多实施方案中,开环反应在开环催化剂的存在下进行。开环催化剂的代表性实例包括路易斯或布朗斯特德酸。布朗斯特德酸的实例包括氢氟硼酸(HBF4)、三氟甲磺酸(triflic acid)、硫酸、氢氯酸、磷酸、亚磷酸、次磷酸、硼酸、磺酸(例如,对甲苯磺酸、甲磺酸和三氟甲烷磺酸)和羧酸(例如甲酸和乙酸)。路易斯酸的实例包括三氯化磷和硼卤化物(例如三氟化硼)。还可以使用质子形式的离子交换树脂。在示例性的实施方案中,开环催化剂为氢氟硼酸(HBF4)。开环催化剂典型地以基于反应混合物总重量约0.01重量%到约0.3重量%,更典型地从约0.05重量%到约0.15重量%的量存在。
开环反应在促进已经开环的基于棕榈的油低聚反应的条件下进行。可以通过例如反应物化学计量、反应物搅拌程度和催化剂浓度来控制低聚反应。例如,以高浓度的开环催化剂和/或具有低浓度开环剂,低聚反应倾向于发生到较大的程度。为了促进低聚反应,可将开环剂以这样的量加入,其与环氧化的基于棕榈的油上的环氧基团的摩尔数相比是亚化学计量的(sub-stoichiometric)。以这种方式,环氧化的基于棕榈的油的低聚反应得以促进。具体地说,在开环反应期间,将一部分开环的环氧基团与存在于环氧化的基于棕榈的油组合物中的其它分子上的环氧基团反应,从而引起低聚反应(即,形成二聚物、三聚物、四聚物、和高级低聚物)。低聚反应的程度有助于低聚多元醇要求的性质,包括例如官能度、粘度和活泼羟基之间的距离。
在一些实施方案中,开环官能团与环氧基团的化学计量比为约1∶1或更小,例如约0.9∶1或更小,约0.8∶1或更小,约0.7∶1或更小,约0.6∶1或更小,约0.5∶1或更小,约0.4∶1或更小,约0.3∶1或更小,约0.2∶1或更小,或约0.1∶1或更小。若开环剂为单官能的(例如甲醇),开环官能团的摩尔量在数值上与开环剂的摩尔量相等。若开环剂为多官能的(例如水或乙二醇),开环官能团的摩尔量等于开环剂的摩尔量乘以每分子开环剂的开环官能团的数量。例如,1摩尔乙二醇具有2摩尔开环官能团,因为它为二醇。若将1摩尔乙二醇用于开环8摩尔环氧基团,开环官能团对环氧基团的化学计量比为2∶8或1∶4。
在一些实施方案中,当低聚多元醇具有残余的环氧氧含量(EOC)约0.2%到约2.5%,更典型地从约1.0%到约2.0%时,开环反应终止。环氧氧含量指的是每分子环氧氧的重量,用百分比表示。对于一些开环催化剂,催化剂的活性在开环反应期间随时间降低。因此,可将开环催化剂以控制的比例加入使得开环反应在要求的终点EOC或接近它时终止。开环反应可采用已知的方法监控,例如羟基数滴定(ASTM E 1899-02),EOC滴定(AOCS Cd9-57方法)或监控从该放热反应去除的热量。
在一些实施方案中,低聚多元醇包括约40重量%或更多的低聚物(包括二聚物、三聚物和更高级低聚物)。在其它实施方案中,低聚多元醇包括约50重量%或更多的低聚物,例如约55重量%或更多的低聚物,约60重量%或更多的低聚物或约65重量%或更多的低聚物。在某些实施方案中,低聚多元醇包括约34.0重量%到约48.0重量%的单体多元醇、约14.0重量%到约18.0重量%的二聚物、约9.0重量%到约12.0重量%的三聚物和约23.0重量%或更多的四聚物和更高级低聚物。
当开环反应完成时,一般将任何未反应的开环剂除去,例如通过真空蒸馏。未反应的开环剂,特别是单体在低聚多元醇中可能不是希望有的,因为它可能反应和封端多异氰酸酯。在除去任何过量的开环剂后,一般将得到的低聚多元醇过滤以除去任何固体杂质。
低聚多元醇的表征:
在一些实施方案中,低聚多元醇具有低羟基官能度,使得它们适用于柔性块状聚氨酯泡沫。羟基官能度指的是存在于低聚多元醇上的侧基羟基(例如伯、仲或叔羟基)的平均数目。在一些实施方案中,低聚多元醇具有约2.5或更小的数均羟基官能度(fn),例如约2.4或更小,约2.3或更小,约2.2或更小,约2.1或更小,约2.0或更小,约1.9或更小,约1.8或更小,约1.7或更小,约1.6或更小,约1.5或更小,约1.4或更小,约1.3或更小,约1.2或更小,约1.1或更小,或约1.0或更小。一般,羟基官能度为约1.2到约2.2或从约1.4到约1.9。
另一种表征羟基数目的方式是羟基数。羟基数指的是可用于与多异氰酸酯反应的活性羟基的数目。羟基数用相当于1克样品中羟基含量的氢氧化钾的毫克数表示。羟基数可采用例如ASTM E 1899-02标准方法测量。在一些实施方案中,本发明的低聚多元醇具有从约40到约65毫克KOH/克或从约50到约55毫克KOH/克的羟基数。在约45到约65毫克KOH/克范围内的羟基数是合乎需要的,因为它使得低聚多元醇能用于柔性块状聚氨酯泡沫,其中低聚多元醇替代至少一部分一般用于这样的泡沫中的衍生自石油的三醇。例如,在一些实施方案中,低聚多元醇替代至少一部分分子量约3000Da和羟基数约56毫克KOH/克的衍生自石油的三醇。
在一些实施方案中,低聚多元醇的数均分子量(即Mn)为约1000Da或更大,例如约1100Da或更大,约1200Da或更大,约1300Da或更大,约1400Da或更大,或约1500Da或更大。在一些实施方案中,Mn小于约5000Da,例如,小于约4000Da,小于约3000Da,或小于约2000Da。在一些实施方案中,Mn为从约1000-5000Da,例如约1200-3000Da,约1300-2000Da,约1700-1900Da或约1500-1800Da。可例如采用光散射或汽相渗透压测定法测量数均分子量。
在一些实施方案中,低聚多元醇的重均分子量(即Mw)为约2000Da或更大,例如约3000Da或更大,约4000Da或更大,约5000Da或更大或约6000Da或更大。在一些实施方案中,Mw小于约20,000Da,例如小于约15,000Da,小于约10,000Da,或小于约5,000Da。在一些实施方案中,Mw为从约2000-20,000Da,例如,约2000-10,000Da或约2500-6,000Da。重均分子量可以使用例如光散射测量。
在一些实施方案中,低聚多元醇具有约1.5约10.0的多分散性(Mw/Mn),例如约1.7到约4.0,或约1.9到约2.8。
由基于棕榈的油制得的低聚多元醇具有高低聚物含量和低粘度之间合乎需要的平衡。在一些实施方案中,低聚多元醇具有约4Pa·s或更小的粘度,例如约3Pa·s或更小,约2Pa·s或更小,约1Pa·s或更小或约0.7Pa·s或更小。在一些实施方案中,低聚多元醇具有从约0.5Pa·s到约2Pa·s的粘度。
在一些实施方案中,低聚多元醇具有低酸值。酸值指的是存在于低聚多元醇中酸性残余物的量。酸值以中和存在于1克多元醇样品中的酸所需的氢氧化钾(KOH)的毫克数表示。高酸值是不受欢迎的,因为酸可能中和聚氨酯催化剂引起异氰酸酯-多元醇反应速率下降。在一些实施方案中,低聚多元醇具有小于约5的酸值,例如小于约4,小于约3,小于约2,或小于约1。在示例性的实施方案中,酸值小于约1,例如小于约0.5或从约0.2到约0.5。
在一些实施方案中,低聚多元醇具有少量残余的双键(如果有)。如果低聚多元醇由完全环氧化的棕榈油精制得,尤其如此。测量物质中双键的量的一种标准为其碘值(IV)。化合物的碘值是与物质样品反应的碘的量,用克碘(I2)每100克物质表示。在一些实施方案中,低聚多元醇具有小于约20克I2/100克的碘值(IV),例如,小于约10或小于约5克I2/100克。
聚氨酯组成:
一方面,本发明提供了包括如下物质的反应产物的聚氨酯组合物:(a)多异氰酸酯;与(b)包含本发明的低聚多元醇的异氰酸酯-活性成分。存在于低聚多元醇上的羟基与多异氰酸酯的异氰酸酯基进行化学反应而形成氨基甲酸酯键。因此,低聚多元醇化学结合入聚氨酯聚合物中。本发明的聚氨酯组合物可用于聚氨酯泡沫中,例如柔性块状聚氨酯泡沫。
包含于异氰酸酯活性成分的低聚多元醇的量可基于聚氨酯要求的性质而选定。例如,在一些实施方案中,异氰酸盐-活性成分包括约10重量%到约90重量%的低聚多元醇,例如约10重量%到约60重量%的低聚多元醇或约15重量%到约40重量%的低聚多元醇。
在一些实施方案中,异氰酸酯-活性组合物包括本发明的低聚多元醇和衍生自石油的多元醇。例如,在一些实施方案中,异氰酸酯-活性组合物包括约10重量%到约90重量%低聚多元醇和约10重量%到约90重量%衍生自石油的多元醇。在其它实施方案中,异氰酸酯-活性组合物包括约10重量%到约60重量%的低聚多元醇和约40重量%到约90重量%衍生自石油的多元醇。仍然在其它实施方案中,异氰酸酯活性组合物包括约15重量%到约40重量%低聚多元醇和约60重量%到约85重量%衍生自石油的多元醇。
在一些实施方案中,衍生自石油的多元醇为三醇。此处所用的术语“三醇”指的是每分子具有平均约2.7到约3.1个羟基的多元醇。在一个具体的实施方案中,三醇具有约3000Da到约3500Da的重均分子量(Mw)。可商购的衍生自石油的三醇的代表性实例包括那些可以商品名ARCOL F3040、ARCOL F3022和ARCOL3222(从Bayer),PLURACOL 1385和PLURACOL 1388(从BASF),VORANOL3322、VORANOL3010、VORANOL3136和VORANOL3512A(从Dow)获得的。
多异氰酸酯:
有用的多异氰酸酯代表性的实例包括每分子具有平均至少约2.0异氰酸酯基的那些。脂肪族和芳族多异氰酸酯都能使用。合适的脂肪族的多异氰酸酯的实例包括1,4四亚甲基二异氰酸酯、1,6-六亚甲基二异氰酸酯、1,12-十二烷二异氰酸酯、环丁烷-1,3-二异氰酸酯、环己烷-1,3-和1,4-二异氰酸酯、1,5-二异氰酸酯基-3,3,5-三甲基环己烷、氢化2,4-和/或4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯(H12MDI)、异氟尔酮二异氰酸酯等。合适的芳族多异氰酸酯的实例包括2,4-甲苯二异氰酸酯(TDI)、2,6-甲苯二异氰酸酯(TDI)和其混合物、1,3-和1,4-苯撑二异氰酸酯、4,4′-二苯甲烷二异氰酸酯(包括其具有少量2,4’-异构体的混合物)(MDI)、1,5-亚萘基二异氰酸酯、三苯甲烷-4,4′,4″-三异氰酸酯、多苯基多亚甲基多异氰酸酯(PMDI)等。也可使用上述多异氰酸酯的衍生物和预聚物,如包含氨基甲酸乙酯、碳化二酰亚胺、脲基甲酸、异氰脲酸酯、酰化脲、缩二脲、酯和类似基团的那些。
多异氰酸酯的量优选足以提供约60到约120的异氰酸酯指数,优选约70到约110和在高水配方情况下(即每100重量份其它在配方中含活性氢的物质包含至少约5重量份水的配方),从约70到约90。此处所用的术语“异氰酸酯指数”指的是用于水、多元醇和其它反应物的总当量的异氰酸酯当量之间的化学计量平衡的标准。指数100意味着提供了足够的异氰酸酯与包含活性氢原子的所有化合物反应。
催化剂:
有用的催化剂的实例包括叔胺化合物和有机金属化合物。有用的叔胺化合物的具体实例包括三亚乙基二胺、N-甲基吗啉、N-乙基吗啉、二乙基乙醇胺、N-椰油基吗啉(cocomorpholine)、1-甲基-4-二甲基氨基乙基哌嗪、3-甲氧基-N-二甲基丙基胺、N,N-二乙基-3-二乙基氨基丙胺、二甲基苄基胺、双(2-二甲基氨基乙基)醚等。叔胺催化剂有利地以每100重量份配方中的含活性氢物质约0.01到约5,优选从约0.05到约2份的量使用。
有用的有机金属催化剂的具体实例包括金属如锡、铋、铁、锌等的有机盐,优选有机锡催化剂。合适的有机锡催化剂包括二甲基二月桂酸锡、二丁基二月桂酸锡、辛酸亚锡等。其它合适的催化剂例如教导于美国专利No.2,846,408中,将其引入作为参考。优选地,每100重量份配方中的含活性氢的物质使用约0.001到约1.0重量份有机金属催化剂。也可以使用催化剂的混合物。
发泡剂:
发泡剂在活性氢化合物与多异氰酸酯之间反应的条件下产生气体。合适的发泡剂包括水、液态二氧化碳、丙酮和戊烷,优选用水。
发泡剂以足以提供要求的泡沫密度和IFD的量使用。例如当将水用作唯一的发泡剂时,每100重量份配方中其它包含活性氢的物质使用约0.5到约10,优选从约1到约8,更优选从约2到约6重量份。
其它添加剂:
可包括于配方中的其它添加剂包括表面活性剂、催化剂、孔眼大小控制剂、孔穴开放剂、着色剂、抗氧化剂、防腐剂、静态破碎剂(static dissipative agents)、增塑剂、交联剂、阻燃剂等。
有用的表面活性剂的实例包括硅氧烷表面活性剂和脂肪酸的碱金属盐。优选硅氧烷表面活性剂例如环氧烷和二甲基硅氧烷的嵌段共聚物,具有“低雾”等级的硅氧烷表面活性剂特别优选。
有时,可将静态破碎剂在泡沫制备期间包含于配方中,或者用于处理得到的泡沫。有用的实例包括非挥发性的、可离子化的金属盐,任选和增强剂化合物一起,如美国专利Nos.4,806,571、4,618,630和4,617,325所述。特别重要的是采用至多3重量%的四苯硼钠或具有至多约8个碳原子的全氟化脂肪族羧酸的钠盐。
泡沫生产:
在一些实施方案中,聚氨酯组合物适于柔性块状聚氨酯泡沫。柔性块状聚氨酯泡沫体能使用常规的块状泡沫塑料发泡设备例如工业箱式发泡机、高或低压连续泡沫机、crowned block工艺、矩形方块步骤(例如Draka、Petzetakis、Hennecke、Planiblock、EconoFoam和Maxfoam步骤)或verti-泡沫工艺而制备。在一些实施方案中,块状泡沫在减压下生产。例如不定压发泡(VPF)中,将发泡机的完成传送装置部分提供于气密的外壳中。此方法使得能控制泡沫密度并且生产可能用别的方法难以生产的泡沫等级。详细的柔性块状聚氨酯泡沫和块状泡沫塑料发泡法报导于例如Flexible Polyurethane Foams的第5章和第9章,由Herrington和Hock所编(2nd版,1997,Dow Chemical Company)。
本发明已经参考各种具体和优选实施方案和技术进行了描述。然而,应理解的是可在保持在本发明的精神和范围内对这样的实施方案和技术作出合理改变。
实施例
实施例1:
此实施例描述了本发明的低聚多元醇的制备和表征。
基于棕榈的油样品表征:
表2列出了三种基于棕榈的油类测量的碘值(IV)、粘度和脂肪酸组成(SFA=饱和脂肪酸;MUFA=单不饱和脂肪酸和PUFA=多不饱和脂肪酸)。
表2
样品 | 类型 | 25℃下的粘度(Pa·s) | 碘值 | SFA(%) | MUFA(%) | PUFA(%) |
SANSTRANS25 | 棕榈油精 | 0.09 | 55.43 | 44.9 | 44.5 | 10.0 |
SANSTRANS39 | 棕榈油 | - | 51.56 | 50.7 | 39.6 | 9.6 |
DURKEXNT100 | 超级棕榈油精 | 0.09 | 60.68 | 42.1 | 44.6 | 13.1 |
步骤1:基于棕榈的油的环氧化反应
将300克DURKEX NTlOO通过原位形成的过氧乙酸而环氧化。环氧化反应在70℃下采用水浴进行。(棕榈油精中的双键)∶(H2O2)∶乙酸的摩尔比为1∶1.5∶0.5。所用的催化剂为以基于水相25重量%的量加入的离子交换树脂(AMBERLITE IR120)。将甲苯用作油的溶剂。总的环氧化反应时间为9小时。将环氧化的反应产物的样品在1、3、5和7小时取出。将样品用温水洗涤而提纯并分析环氧氧含量(EOC)、碘值(IV)、粘度和MWD。表3说明了分析结果。
表3
时间(Hr) | EOC(%O) | 碘值 | 选择性 | 25℃的粘度 |
(Pa·s) | ||||
0 | 0 | 60.7 | 0.09 | |
1 | 1.76 | 32.5 | 1.03 | 0.11 |
3 | 3.12 | 9.7 | 1.01 | 0.15 |
5 | 3.46 | 3.6 | 1.00 | 0.16 |
7 | 3.60 | 1.2 | 1.00 | 0.17 |
9 | 3.60 | 0.6 | 0.99 | 0.17 |
从表3可看出环氧化反应几乎定量地进行。EOC达到3.60%O的平台,这与98%的环氧产率相关联。整个反应期间约1.0的选择性表明未发生副反应。副反应的不存在通过GPC得以证实。
步骤2开环低聚反应
将本发明的三种低聚多元醇由如该实施例步骤1所述制备的完全环氧化的棕榈油精制备。将甲醇或水用作开环剂。将氢氟硼酸(HBF4)用作开环催化剂。所用反应物的量和开环剂对环氧化物的摩尔比列于表4中。
表4
样品 | 环氧化的棕榈油精(g)[摩尔环氧化物] | 甲醇(g)[mol] | 水(g)[mol] | HBF4(48重量%溶液的g)[%] | 开环剂对环氧化物的摩尔比 |
1-A | 70.0[0.158] | 2.02[0.063] | 0.15[0.1] | 0.4 | |
1-B | 70.0[0.158] | 2.02[0.063] | 0.075[0.05] | 0.4 | |
1-C | 70.0[0.158] | 0.57[0.0315] | 0.15[0.1] | 0.2 |
将反应物在三颈圆底烧瓶中于室温下混合并监控放热量。混合后,将反应混合物在水浴中加热到70℃,并使得反应进行约1小时。在将水作为开环剂的情况下(参见1-C),放热效应在当反应混合物温度达到35℃的加热阶段发生。反应末尾,将混合物用丙酮稀释(无催化剂中和)并过滤。将溶剂和未反应的开环剂通过旋转蒸发器而除掉。得到的多元醇室温下为低粘度、亮黄色液体。将多元醇表征并将结果列于表5。
表5
样品 | OH数(mgKOH/克) | OH数最大值*(mgKOH/克) | EOC(%) | 酸数 | 粘度(Pa·s) | 低聚物(%) | 转化率**(%) |
1-A | 47.27 | 54.6 | 1.04 | 0.78 | 1.62 | 65.1 | 87% |
1-B | 41.22 | 51.6 | 1.69 | 2.28 | 0.66 | 51.9 | -- |
1-C | 51.23 | 56.8 | 1.91 | 0.23 | 0.94 | 54.3 | 90% |
*OH数最大值考虑来自催化剂溶液的水而计算。
**转化率(%)=(OH数/OH数最大值)×100
观察到使用0.1%HBF4催化剂时获得较高的转化率。基于棕榈油精的低聚多元醇具有高的低聚物含量而显示非常低的粘度。
图1为与由完全环氧化的RBD大豆油制备的由甲醇以亚计量比开环的多元醇(参见WO2006/012344A1)(——)相比的多元醇1-A(—)的GPC色谱图。尽管不希望受到理论的约束,但认为棕榈-多元醇的低粘度是由于缺少非常高MW低聚物并存在主要部分的低MW低聚物。
图2为本发明的1-A(——)、1-B(——)和1-C(—--—)的低聚多元醇的GPC色谱图。同样列出的是DURKEX NTlOO棕榈油精(……)和环氧化的DURKEXNTlOO棕榈油精(---)的GPC色谱图。
实施例2
制备了包含实施例1的低聚多元醇的泡沫并如该实施例2而测量。
将400ml塑料烧杯置于电子天平上。接着,将配方要求量的多元醇加入烧杯。接着将配方要求量的硅氧烷表面活性剂和胺催化剂加入该烧杯。接着,将配方要求量的锡催化剂和水加入到批料中。控制B-侧温度使得与多异氰酸酯混合时结合的混合物具有19.2±0.3℃的温度。将批料用装有2″直径混合叶片(ConnBlade Brand,Model ITC从Conn Mixers Co.)的电动实验室用混合机(Delta shopmaster brand,Model DP-200,10英寸shop drill press)以2340rpm混合19秒。
分别地,将配方要求量的TDI称出至50毫升塑料烧杯中并放到接近混合位置。然后将TDI加到多元醇混合物并混合6秒。接着将混合物倾入83盎司杯中并使其自由起发。在自由起发时间期间,分别记录了乳白期(即从引入TDI到开始在杯中起发乳膏的时间),杯顶部起发时间(即从引入TDI到直到泡沫的圆顶达到杯顶部的时间)和总的起发时间(从引入TDI到直到喷出或泡沫不再起发的时间)。然后将泡沫和杯放入100℃的恒温箱15分钟以固化。在烘箱固化的末尾,使得泡沫固化过夜。固化过夜后,在物理性能试验前将泡沫在25℃和相对湿度50%调理72小时。物理性能试验结果列于表6中。
成分列表
多元醇F3022-衍生自石油的,标称分子量3000,羟基数为54.3mgKOH/g和酸值0.03mgKOH/克的三醇(以商品名“ARCOL F-3022”从Bayer商购)。
Amine BL11-发泡剂,由70%双(二甲基氨基乙基)醚和30%二丙二醇醚组成(以商品名“DABCO BL-11”从Air Products商购)。
Tin K29-辛酸亚锡催化剂(从Degussa商购)。
Silicone EP-H-140——硅氧烷表面活性剂。
TDI-甲苯二异氰酸酯
表6
聚氨酯配方 | 对照 | 2-A1 | 2-A2 | 2-B1 | 2-B2 | 2-C1 | 2-C2 |
B-侧 | |||||||
多元醇F3022 | 100 | 80 | 70 | 80 | 70 | 70 | 74 |
多元醇1-A | 0 | 20 | 30 | 0 | 0 | 0 | 0 |
多元醇1-B | 0 | 0 | 0 | 20 | 30 | 0 | 0 |
多元醇1-C | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 30 | 26 |
H2O(pph) | 3.98 | 3.98 | 3.98 | 3.98 | 3.98 | 3.98 | 3.98 |
SiliconeEP-H-140(pph) | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
Tin K29(pph) | 0.22 | 0.22 | 0.22 | 0.22 | 0.22 | 0.22 | 0.22 |
AmineBL11(pph) | 0.16 | 0.16 | 0.16 | 0.16 | 0.16 | 0.16 | 0.16 |
A-侧 | |||||||
TDI(指数) | 105 | 105 | 105 | 105 | 105 | 105 | 105 |
TDI(pph) | 49.6 | 49.2 | 48.9 | 49.4 | 49.2 | 49.4 | 49.4 |
聚氨酯组合物性质 | 对照 | 2-A1 | 2-A2 | 2-B1 | 2-B2 | 2-C1 | 2-C2 |
乳白时间(sec) | 10.97 | 13 | 16 | 13 | 14 | 14 | 14 |
杯顶部时间(sec) | 40.27 | 51 | 59 | 49 | 55 | 53 | 55 |
起发时间(sec) | 78.6 | 104 | 117 | 98 | 105 | 107 | 105 |
消粘时间 | 好 | 好 | 好 | 好 | 好 | 好 | |
泡沫气味 | 差 | 差 | 差 | 差 | 差 | 差 | |
聚氨酯泡沫物理性质 | 对照 | 2-A1 | 2-A2 | 2-B1 | 2-B2 | 2-C1 | 2-C2 |
密度(lb/ft3) | 1.50 | 1.55 | -- | 1.51 | 1.62 | 1.56 | 1.52 |
弹性(%) | 42.8 | 41 | -- | 40.3 | 36.7 | 37.3 | 39.3 |
25%IFD(N) | 26.55 | 24.31 | -- | 25.61 | 26.25 | 20.97 | 22.94 |
65%IFD(N) | 45.99 | 44.88 | - | 50.23 | 50.31 | 45.42 | 44.31 |
支持因子 | 1.73 | 1.85 | - | 1.96 | 1.92 | 2.18 | 1.93 |
IFD(15”×15”×4”)(lbs/50in2) | 33.03 | 30.25 | - | 31.87 | 32.66 | 25.87 | 28.55 |
拉伸(kPa) | 121 | 96.59 | 59.87 | 93.81 | 86.93 | 92.47 | 87.54 |
伸长(%) | 188 | 150.06 | 99.04 | 170.88 | 131.82 | 107.21 | 114.0 |
撕裂(N/m) | 516 | 365.00 | - | 365.00 | 290.00 | 210.00 | 270.00 |
渗透性(ff3/min) | 3.41 | 3.58 | - | 3.83 | 2.94 | 2.83 | 3.25 |
90%CS(损失%) | 10.99 | 8.02 | - | 7.54 | 8.11 | 7.58 | 7.12 |
实施例3:
本发明的低聚多元醇由包括环氧化的棕榈油精和环氧化大豆油1∶1重量/重量混合物的基于棕榈的油组合物制备。组合物具有5.23%的EOC。将基于棕榈的油组合物由甲醇(3-A)或水(3-B)开环。将氢氟硼酸用作开环催化剂。所用反应物的量和开环剂与环氧化物摩尔比列于表7中。
表7
样品 | 环氧化棕榈油精和环氧化大豆油的混合物(g)(摩尔环氧化物) | 甲醇(g)[mol] | 水(g)[mol] | HBF4(48重量%溶液的克数)[%] | 开环剂与环氧化物摩尔比 |
3-A | 80.0[0.262] | 3.35[0.105] | 0.87[0.05] | 0.4 | |
3-B | 80.0[0.262] | 0.94[0.052] | 0.17[0.1 | 0.2 |
多元醇在室温下为混浊的液体。对多元醇表征并将结果列于表8中。
表8
样品 | OH数(mgKOH/g) | OH数最大值*(mgKOH/克) | EOC(%) | 粘度(Pa·s) | 低聚物(%) |
3-A | 60.3 | 79.9 | 2.59 | 1.30 | 51.6 |
3-B | 63.3 | 86.2 | 2.87 | 2.50 | 55.6 |
*OH数最大值为考虑来自催化剂溶液的水而计算。
低聚物分布产生的低聚多元醇的GPC分析列于表9中。
表9
样品 | 单体 | 二聚物 | 三聚物 | 四聚物和更高级低聚物 | 总的低聚物 |
3-A | 48.4 | 14.9 | 8.8 | 28.7 | 51.6 |
3-B | 44.4 | 10.6 | 7.1 | 37.9 | 55.6 |
实施例4
实施例4描述了本发明低聚的基于棕榈多元醇的制备和表征。
步骤1:环氧化反应:
往装有热电偶、加热套、温度控制器、内部特富龙涂覆冷却旋管和氮气冲扫的22升5颈圆底烧瓶加入6,001克DURKEX NT 100(超级棕榈油精,63IV,14.9molC=C)、447克冰醋酸(7.45mol)、745克AMBERLITE IR 120H和3,000克甲苯。反应混合物已经搅拌加热至70℃。关闭加热并将30%过氧化氢水溶液以~20克/分钟加入。两小时内总共加入2,531克30%过氧化物(22.33mol)。将流过冷却旋管的冷却水调节到保持70±2℃的温度。为保持70℃,要求冷却反应的前4.5小时,之后要求加热。通过测量甲苯稀释产物的环氧氧含量(%EOC)而监控反应。%EOC对时间的关系在表10中给出。10小时后停止搅拌和冷却。
表10
小时 | %环氧化物氧(%EOC) |
0 | 0 |
1 | 0.76 |
2 | 1.47 |
3 | 1.89 |
4 | 2.19 |
5 | 2.3 |
6 | 2.39 |
7 | 2.41 |
8 | 2.43 |
9 | 2.45 |
接下来使得水相和有机相分离。将AMBERLITE IR 120H以水相沉淀到底部。将水相和AMBERLITE树脂从烧瓶中吸出,将有机相接连用~3,000克60℃的水洗涤直到水相pH为7(5次洗涤)。
将经洗涤的产物在真空到最终条件90℃<5Torr下汽提。获得了总共6,036克环氧化的超级棕榈油精(ESPO)(97%产率,不考虑取样和转移损失)。ESPO具有3.61%的EOC%和0.36mgKOH/克的酸值。该ESPO处于室温时为部分凝固的。
步骤2:通过甲醇环氧化物开环
低聚多元醇由上面所述的EPSO在装有二级别搅拌器、热电偶、加热套、冷却旋管、水冷却冷凝器和氮气冲扫的12升5颈烧瓶中制得。往烧瓶中加入4,000克ESPO(9.03mol环氧化物)和88.4g(2.76mol)甲醇并搅拌加热到55℃。将28.1%的48%HBF4在甲醇中的催化剂溶液通过不锈钢(316SS)管以0.14~mL/分钟(0.13克/分钟)的速度加到表面下至反应混合物。要求加热以在开始的约1.5小时保持55℃,之后要求冷却。反应混合物的%EOC以1-小时间隔测量。当EOC达到1.13%时,停止催化剂加入。%EOC与时间的关系列于表11中。5小时内总的HBF4相对于EPSO和甲醇为1265ppm。包括催化剂的总甲醇进料为116g(3.63mol),对应于0.40的MeOH/环氧化物摩尔比。
表11
小时 | %EOC |
0 | 3.51 |
0.5 | 3.47 |
1.0 | 3.22 |
1.5 | 2.94 |
2.0 | 2.77 |
2.5 | 2.53 |
3.0 | 2.22 |
3.5 | 2.04 |
4.0 | 1.73 |
4.5 | 1.48 |
5.0 | 1.27 |
5.5 | 1.13 |
6.0 | 1.08 |
将部分开环的产物汽提至88℃<5Torr的最终条件。得到的清澈的浅黄色液体产物具有表12所列的性质。
表12
性质 | 值 |
加德纳色值 | 3 |
羟基数 | 39mgKOH/克 |
数均羟基官能度(VPO) | 1.34 |
环氧氧含量 | 1.01% |
酸值 | 0.91mgKOH/克 |
粘度 | 2.371Pa·s@25℃ |
水 | 108ppm |
低聚物含量 | 70.7%(GPC) |
实施例5
步骤1:棕榈油精环氧化反应
将300克DURKEX NTlOO通过原位形成的过氧乙酸而环氧化。环氧化反应在70℃下(水浴)进行。双键∶H2O2∶乙酸的摩尔比为1∶1.5∶0.5。所用的催化剂为以基于水相25重量%的量加入的离子交换树脂AMBERLITE IR 120。将甲苯用作油的溶剂。总的环氧化反应时间为9小时。将反应混合物样品在1、3、5和7小时取出,通过用温水多次洗涤而提纯并分析EOC、I.V.和粘度。表13列出了分析结果。
表13
时间(小时) | %EOC(%O) | 碘值 | 选择性 | 25℃下的粘度(Pa·s) |
0 | 0 | 55.43 | 0.09 | |
1 | 1.52 | 39.23 | 1.54 | 0.12 |
3 | 2.98 | 3 | 0.93 | 0.14 |
5 | 3.31 | -0.56 | 0.97 | 0.15 |
7 | 3.37 | 0.14 | 1.00 | 0.16 |
9 | 3.39 | -0.97 | 0.99 | 0.16 |
从表13可看出环氧化反应几乎定量地进行。%EOC达到3.39%O的平台,这是100%环氧产率,表明未发生副反应。环氧化反应期间副反应的不存在通过GPC得以证实。
步骤2开环低聚反应
多元醇由上述完全环氧化的棕榈油精制备。将甲醇用作开环剂和将氢氟硼酸(HBF4)作为催化剂。反应产物组成在表14中给出。将反应物在250mL三颈RB烧瓶中在室温下混合,并监控放热效应。之后,将反应混合物加热(水浴)到70℃并使得进行1小时。
表14
样品ID | 环氧化的棕榈油精g(mol环氧) | 甲醇g(mol) | HBF448%溶液的克数(%) | 开环剂对环氧摩尔比 |
5 | 70(0.148) | 1.90(0.059) | 0.15(0.1) | 0.4 |
反应结束后,将混合物用丙酮(无催化剂中和)稀释并过滤。将溶剂和未反应的开环剂在旋转汽化器上除去。对多元醇表征,结果记录于表15&16中。
表15
样品ID | OH#(mgKOH/g) | OH#最大值*(mgKOH/g) | EOC(%O) | 粘度(Pa s) | 酸值(mgKOH/g) | 低聚物(%) |
5 | 43.5 | 56.5 | 0.93 | 1.15 | 0.46 | 62.6 |
*OH数最大值为考虑来自催化剂溶液的水而计算。
表16
样品ID | OH#(mgKOH/g) | Mn | fn | Mw | Mw/Mn |
5 | 43.5 | 1,944 | 1.51 | 4,483 | 2.3 |
步骤1:RBD棕榈油(SANS TRANS 39)环氧化反应
将300克棕榈油通过原位形成的过氧乙酸而环氧化。环氧化反应在70℃(水浴)进行。双键∶(H2O2)∶乙酸的摩尔比为1∶1.5∶0.5。所用的催化剂为以基于水相25重量%的量加入的离子交换树脂AMBERLITE IR 120。将甲苯用作油的溶剂。反应混合物组成列于表17中。总的环氧化反应时间为9小时。将反应混合物样品在1、3、5和7小时取出,通过用温水多次洗涤而提纯并分析EOC、I.V.和粘度。表17列出了分析结果。
表17
时间(小时) | %EOC(%O) | 碘值 | 选择性 | OH#(mgKOH/g) | 25℃下的粘度(Pa·s) |
0 | 0 | 51.56 | 7.67 | 0.09 | |
1 | 1.61 | 26.64 | 1.06 | 0.11 | |
3 | 2.65 | 9.09 | 1.02 | 0.15 | |
5 | 3.00 | 3.45 | 1.02 | 0.16 | |
7 | 3.12 | 0.02 | 0.99 | 0.17 | |
9 | 3.17 | 0.10 | 1.01 | 7.82 | 0.17 |
能看出环氧化反应几乎定量地进行。EOC%达到最大值3.17%O,且整个环氧化反应过程期间约1.0的选择性,表明未发生副反应。
步骤2:开环低聚反应
将完全环氧化的棕榈油用于制备多元醇6-A和6-B。表18列出了所用试剂的量。
表18
样品ID | 环氧化的棕榈油精g(mol环氧) | 甲醇g(mol) | HBF448%溶液的克数(%) | 开环剂对环氧摩尔比 |
6-A | 70(0.139) | 2.22(0.069) | 0.15(0.1) | 0.5 |
6-B | 70(0.139) | 2.22(0.069) | 0.30(0.2) | 0.5 |
将反应物在250mL三颈RB烧瓶中在室温下混合,并监控放热效应。之后,将反应混合物加热(水浴)到70℃并使得进行1小时。反应结束后,将混合物用丙酮(无催化剂中和)稀释并过滤。将溶剂和未反应的开环剂在旋转汽化器上除去。分析多元醇,这些结果列于表19和20中。
表19
样品ID | OH#(mgKOH/g) | OH#最大值*(mgKOH/g) | EOC(%O) | 粘度(Pa s) | 酸值(mgKOH/g) | 低聚物(%) |
6-A | 46.3 | 66.0 | 1.00 | 0.74 | 0.90 | 50.76 |
6-B | 61.8 | 71.8 | 0.23 | 1.80 | 0.68 | 59.68 |
*OH数最大值为考虑由催化剂溶液的水而计算。
表20
样品ID | OH#(mgKOH/g) | Mn | fn | Mw | Mw/Mn | 低聚物(%) |
6-A | 46.3 | 1285 | 1.06 | 2497 | 1.9 | 50.8 |
6-B | 61.8 | 1976 | 2.18 | 4970 | 2.8 | 59.7 |
实施例7
步骤1:RBD棕榈油精(SANS TRANS 25)的环氧化反应
通过原位形成的过氧乙酸环氧化棕榈油精以良好的选择性如棕榈油和超级棕榈油精的情况那样定量地进行。反应混合物的组成在表21中给出,环氧化棕榈油精的性能在表22中给出。
表21
样品ID | SANS TRANS 25(g) | 乙酸(g) | H2O2溶液(g) | AMBERLITEIR 120(g) | 甲苯(g) |
EPOlein | 600 | 39.3 | 223 | 65.5 | 300 |
表22
时间(小时) | %EOC(%O) | 碘值 | 选择性 | 25℃下的粘度(Pa·s) | |
Sans Trans25 | 0 | 0 | 55.43 | 0.09 | |
环氧棕榈油精 | 9 | 3.36 | 0.4 | 1.00 | 0.16 |
步骤2:开环低聚反应
五种多元醇由环氧化棕榈油精用甲醇、水和乙二醇的单甲基醚(乙二醇一甲醚)作为开环剂而合成。表23列出了反应混合物的组成。
表23
样品 | 环氧化棕榈油精g(摩尔环氧) | 甲醇g(mol) | 水g(mol) | 甲基乙二醇一乙醚(methylcellosolve)g(mol) | HBF4(48重量%溶液的克数)(%) | 开环剂与环氧化物摩尔比 |
7-A | 70(0.148) | 0.53(0.030) | 0.15(0.1) | 0.2 | ||
7-B | 70(0.148) | 0.80(0.044) | 0.15(0.1) | 0.3 | ||
7-C | 3.00(0.630) | 8.06(0.252) | 0.64(0.1) | 0.4 | ||
7-D* | 300(0.986) | 3.55(0.197) | 0.63(0.1) | 0.2 | ||
7-E | 150(0.315) | 11.97(0.158) | 0.34(0.1) | 0.5 |
*样品7-D为环氧化大豆油和环氧化棕榈油精50/50重量的混合物(混合物的EOC=5.26%O)。
对多元醇表征并将结果记录于表24和25。
表24
样品ID | OH#(mgKOH/g) | OH#Max*(mgKOH/g) | EOC(%O) | 粘度(Pa s) | 酸值(mgKOH/g) | 低聚物(%) |
7-A | 49.0 | 59.1 | 1.70 | 0.84 | 0.53 | 52.5 |
7-B | 69.49 | 82.4 | 1.38 | 1.35 | 0.72 | 56.5 |
7-C | 47.8 | 56.1 | 1.09 | 0.97 | 0.93 | 58.7 |
7-D | 69.9 | 84.8 | 2.89 | 3.12 | 1.72 | 58.2 |
7-E | 53.41 | 64.7 | 1.11 | 0.73 | 1.17 | 54.4 |
表25
样品ID | OH#(mgKOH/g) | Mn | fn | Mw | Mw/Mn |
7-A | 49.04 | 1505 | 1.32 | 3572 | 2.4 |
7-B | 69.49 | 1495 | 1.85 | 3552 | 2.4 |
7-C | 47.8 | 1739 | 1.48 | 3667 | 2.1 |
7-D | 69.9 | 1773 | 2.21 | 10330 | 5.8 |
7-E | 53.41 | 1677 | 1.60 | 2981 | 1.8 |
将本文提到的所有出版物和专利据此引入作为参考。本文公开的出版物和专利仅以其公开内容提供。此处不应将其视为发明人先于任何出版物和/或专利,包括本文引用的任何出版物和/或专利得以授权的许可。
本发明的其它实施方案对于本领域熟练技术人员在考虑该发明内容或从本文公开的发明实施时将是显而易见的。对本文所述的原则和实施方案的不同的省略、改进和变化可由本领域技术人员在不偏离由下列实施方案表示的本发明的确切范围和精神的情况下作出。
Claims (56)
1、一种低聚多元醇,其包括:
开环的低聚的环氧化的基于棕榈的油组合物,该组合物包含约40重量%或更多的低聚物,羟基数为约65或更小,数均羟基官能度为约2.5或更小,25℃下的粘度为约4Pa·s或更小。
2、权利要求1的低聚多元醇,其中基于棕榈的油组合物包括棕榈油精。
3、权利要求2的低聚多元醇,其中基于棕榈的油组合物包括超级棕榈油精。
4、权利要求2的低聚多元醇,其中棕榈油精具有约55或更大的碘值。
5、权利要求1的低聚多元醇,其中环氧化的基于棕榈的油组合物为部分环氧化的。
6、权利要求1的低聚多元醇,其中环氧化的基于棕榈的油组合物为完全环氧化的。
7、权利要求1的低聚多元醇,其中低聚多元醇在25℃下的粘度为约1Pa·s或更小。
8、权利要求1的低聚多元醇,其中低聚多元醇在25℃下的粘度为约0.7Pa·s或更小。
9、权利要求1的低聚多元醇,其中低聚多元醇具有约50重量%或更多的低聚物。
10、权利要求1的低聚多元醇,其中低聚多元醇具有约60重量%或更多的低聚物。
11、权利要求1的低聚多元醇,其中低聚多元醇具有约14.0重量%到约18.0重量%的二聚物、约9.0重量%到约12.0重量%的三聚物和约23.0重量%或更多的四聚物和更高级低聚物。
12、权利要求1的低聚多元醇,其中低聚多元醇具有约2.2或更小的数均羟基官能度。
13、权利要求1的低聚多元醇,其中低聚多元醇具有约2.0或更小的数均羟基官能度。
14、权利要求1的低聚多元醇,其中低聚多元醇具有约45到约65的羟基数。
15、权利要求1的低聚多元醇,其中环氧化的基于棕榈的油组合物包括环氧化的非基于棕榈的油。
16、权利要求1的低聚多元醇,其中环氧化的非基于棕榈的油选自环氧化大豆油、环氧化红花油、环氧化亚麻子油、环氧化玉米油、环氧化向日葵油、环氧化橄榄油、环氧化芥籽油、环氧化芝麻油、环氧化棉花子油、环氧化菜籽油、环氧化桐油、环氧化鱼油、环氧化牛脂、环氧化花生油和其混合物。
17、权利要求1的低聚多元醇,其中低聚多元醇具有约1000到5000Da的Mn。
18、权利要求1的低聚多元醇,其中低聚多元醇具有约2000到20,000Da的Mw。
19、权利要求1的低聚多元醇,其中低聚多元醇具有约0.2%到约2.5%的残余环氧氧含量。
20、权利要求1的低聚多元醇,其中低聚多元醇通过将环氧化的基于棕榈的油与开环剂反应而制得。
21、权利要求20的低聚多元醇,其中开环剂为水。
22、权利要求20的低聚多元醇,其中开环剂为醇。
23、权利要求22的低聚多元醇,其中醇为甲醇。
24、权利要求20的低聚多元醇,其中环氧化的基于棕榈的油和开环剂在酸存在下反应。
25、权利要求24的低聚多元醇,其中酸为氢氟硼酸。
26、权利要求20的低聚多元醇,其中开环剂和环氧化的基于棕榈的油以约0.5∶1或更小的开环官能团对环氧基团的化学计量比反应。
27、一种制备低聚多元醇的方法,其包括如下步骤:
(a)提供环氧化的基于棕榈的油组合物;
(b)提供开环剂;和
(c)使开环剂与环氧化的基于棕榈的油反应以开环和低聚环氧化的基于棕榈的油以形成低聚多元醇,该低聚多元醇包括约40重量%或更多的低聚物,羟基数为约65或更小,数均羟基官能度约2.5或更小,25℃下粘度为约4Pa·s或更小。
28、权利要求27的方法,其中开环剂与环氧化的基于棕榈的油以约0.5∶1或更小的开环官能团对环氧基团化学计量比进行反应。
29、权利要求27的方法,其中开环剂为水。
30、权利要求27的方法,其中开环剂为醇。
31、权利要求30的方法,其中醇为甲醇。
32、权利要求27的方法,其中环氧化的基于棕榈的油和开环剂在酸存在下反应。
33、权利要求32的方法,其中酸为氢氟硼酸。
34、权利要求27的方法,其中基于棕榈的油包括棕榈油精。
35、权利要求34的方法,其中棕榈油精具有约55或更大的碘值。
36、权利要求27的方法,其中环氧化的基于棕榈的油为部分环氧化的。
37、权利要求27的方法,其中环氧化的基于棕榈的油为完全环氧化的。
38、权利要求27的方法,其中低聚多元醇具有在25℃下约2Pa s或更小的粘度。
39、权利要求27的方法,其中低聚多元醇具有在25℃下约1Pa s或更小的粘度。
40、权利要求27的方法,其中低聚多元醇具有约50重量%或更多的低聚物。
41、权利要求27的方法,其中低聚多元醇具有约60重量%或更多的低聚物。
42、权利要求27的方法,其中低聚多元醇具有约14.0重量%到约18.0重量%的二聚物、约9.0重量%到约12.0重量%的三聚物和约23.0重量%或更多的四聚物和更高级低聚物。
43、权利要求27的方法,其中低聚多元醇具有约2.2或更小的数均羟基官能度。
44、权利要求27的方法,其中低聚多元醇具有约1000到5000Da的Mn。
45、权利要求27的方法,其中低聚多元醇具有约2000到20,000Da的Mw。
46、权利要求27的方法,其中低聚多元醇具有约0.2%到约2.5%的残余环氧氧含量。
47、权利要求27的方法,其中低聚多元醇通过将环氧化的基于棕榈的油与开环剂反应而制得。
48、一种聚氨酯组合物,其包括下列物质的反应产物:
(a)多异氰酸酯;和
(b)包含权利要求1的低聚多元醇的含活性氢的组合物。
49、权利要求48的聚氨酯组合物,其中含活性氢的组合物进一步包含衍生自石油的多元醇。
50、权利要求49的聚氨酯组合物,其中衍生自石油的多元醇为三醇。
51、权利要求50的聚氨酯组合物,其中衍生自石油的三醇具有约3000Da的分子量。
52、权利要求48的聚氨酯组合物,其中多异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、4,4’-二苯甲烷二异氰酸酯和聚合的4,4’-二苯甲烷二异氰酸酯。
53、权利要求48的聚氨酯组合物,其中聚氨酯组合物包括密度约0.5到约5.0lbs/ft3的泡沫。
54、权利要求48的聚氨酯组合物,其中聚氨酯组合物包括柔性块状聚氨酯泡沫。
55、权利要求48的聚氨酯组合物,其中低聚多元醇包括约10%到约50重量%的含活性氢的组合物。
56、权利要求48的聚氨酯组合物,其中含活性氢的组合物包含约40%到约90重量%的衍生自石油的多元醇和约10%到约60重量%的低聚多元醇。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20090415 |