CN105722880A - 用于制造聚氨酯软质泡沫材料的聚醚碳酸酯多元醇和聚醚多元醇的混合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及通过异氰酸酯组分与异氰酸酯反应性组分的反应制造聚氨酯软质泡沫材料的方法,其中该异氰酸酯反应性组分包含至少一种聚醚碳酸酯多元醇和聚醚多元醇的混合物作为成分。在该异氰酸酯反应性组分中,基于存在的多元醇的总重量计,聚醚碳酸酯多元醇的总含量为≥ 20重量%至≤ 80重量%且聚醚多元醇的总含量为≥ 20重量%至≤ 80重量%。本发明还涉及通过所述方法制成的聚氨酯软质泡沫材料。

Description

用于制造聚氨酯软质泡沫材料的聚醚碳酸酯多元醇和聚醚多 元醇的混合物
本发明涉及通过异氰酸酯组分与异氰酸酯反应性组分的反应制造聚氨酯软质泡沫材料的方法,其中该异氰酸酯反应性组分包含聚醚多元醇和聚醚碳酸酯多元醇作为成分。本发明还涉及通过本发明的方法制成的聚氨酯软质泡沫材料。
EP-A 222453描述了由纯聚醚碳酸酯多元醇制造聚氨酯软质泡沫材料。
US-A 6762278描述了由纯聚醚碳酸酯多元醇制造聚氨酯软质泡沫材料。
WO-A 2008/058913描述了由聚醚碳酸酯多元醇制造聚氨酯软质泡沫材料,其中该聚醚碳酸酯多元醇在链末端具有纯氧化烯单元的嵌段,尤其是纯环氧丙烷单元的嵌段。
WO-A 2012/163944公开了由在链末端具有由至少两种氧化烯制成的混合嵌段(“末端混合嵌段”)的聚醚碳酸酯多元醇制造聚氨酯软质泡沫材料。根据WO-A 2012/163944的教导的聚氨酯软质泡沫材料优选由纯聚醚碳酸酯多元醇制成。
与传统聚醚多元醇相比,难以将聚醚碳酸酯多元醇加工成聚氨酯软质泡沫材料,这例如表现为更差的流动特性。另外希望获得与基于传统聚醚多元醇的聚氨酯软质泡沫材料相比具有改进的机械性质的基于聚醚碳酸酯多元醇的聚氨酯软质泡沫材料。
在生产工艺的环保设置中,通常希望使用相对大量的基于CO2的原材料。因此本发明的一个目的是提供制造具有高含量聚醚碳酸酯多元醇的聚氨酯软质泡沫材料的方法,其中可以改进原材料的加工和聚氨酯泡沫材料的最终性质。
令人惊讶地通过制造聚氨酯软质泡沫材料的方法实现这一目的,其中异氰酸酯反应性化合物包含≥ 20至≤ 80重量%的聚醚碳酸酯多元醇和≤ 80至≥ 20重量%的传统聚醚多元醇的混合物。
本发明因此提供通过异氰酸酯组分与异氰酸酯反应性组分的反应制造聚氨酯软质泡沫材料的方法,其中所述异氰酸酯反应性组分包含下列成分:
A) ≥ 20至≤ 80重量%,优选≥ 50至≤ 80重量%,更优选≥ 55至≤ 80重量%的具有≥ 20 mg KOH/g至≤ 250 mg KOH/g的根据DIN 53240的羟基值的聚醚碳酸酯多元醇,其可通过≥ 2重量%至≤ 30重量%的二氧化碳和≥ 70重量%至≤ 98重量%的一种或多种氧化烯在一种或多种具有≥ 1至≤ 6,优选≥ 1且≤ 4,更优选≥ 2且≤ 3的平均官能度的H-官能起始剂分子存在下的共聚获得,
其中所述聚醚碳酸酯多元醇没有末端氧化烯嵌段,
B)≤80至≥20重量%,优选≤50至≥20重量%,更优选≤45至≥20重量%的具有≥ 20 mgKOH/g至≤ 250 mg KOH/g的根据DIN 53240的羟基值的聚醚多元醇,其中所述聚醚多元醇不含碳酸酯单元。
已经发现,该原材料在本发明的方法中具有更好的可加工性。通过本发明的方法制成的聚氨酯软质泡沫材料因此具有改进的流动特性。此外,通过本发明的方法制成的聚氨酯软质泡沫材料的特征在于良好的机械性质。本发明还提供通过本发明的方法制成的聚氨酯软质泡沫材料。
通过已知方法制造该聚氨酯软质泡沫材料,优选聚氨酯软质块状泡沫材料。下文详细描述的组分可用于制造该聚氨酯软质泡沫材料。
组分A)包含具有≥ 20 mg KOH/g至≤ 250 mg KOH/g,优选≥ 20 mg KOH/g至≤150 mg KOH/g,更优选≥ 25 mg KOH/g至≤ 90 mg KOH/g的根据DIN 53240的羟基值(OH值)的聚醚碳酸酯多元醇,其可通过≥ 2重量%至≤ 30重量%的二氧化碳和≥ 70重量%至≤98重量%的一种或多种氧化烯在一种或多种具有≥ 1至≤ 6,优选≥ 1且≤ 4,更优选≥ 2且≤ 3的平均官能度的H-官能起始剂分子存在下的共聚获得,其中该聚醚碳酸酯多元醇没有末端氧化烯嵌段。“H-官能”在本发明中被理解为是指具有烷氧基化活性氢原子的起始剂化合物。
二氧化碳和一种或多种氧化烯的共聚优选在至少一种DMC催化剂(双金属氰化物催化剂)存在下进行。
根据本发明使用的聚醚碳酸酯多元醇优选还具有在碳酸酯基团之间的醚基团,这示意性显示在式(VIII)中。在式(VIII)的图式中,R是有机基团,如烷基、烷基芳基或芳基,其各自还可含有杂原子,例如O、S、Si等;e和f是整数。式(VIII)的图式中所示的聚醚碳酸酯多元醇仅被理解为是指具有所示结构的嵌段原则上可存在于该聚醚碳酸酯多元醇中,但嵌段的次序、数量和长度可变并且不限于式(VIII)中所示的聚醚碳酸酯多元醇。就式(VIII)而言,这是指e/f的比率优选为2:1至1:20,更优选1.5:1至1:10
在本发明的一个优选实施方案中,聚醚碳酸酯多元醇A)具有≥ 2.0重量%且≤30.0重量%,优选≥ 5.0重量%且≤ 28.0重量%,更优选≥ 10.0重量%且≤ 25.0重量%的作为CO2计算的碳酸酯基团(“源自二氧化碳的单元”)含量。
可以由1H NMR谱中的特征信号的评估测定聚醚碳酸酯多元醇中并入的CO2(“源自二氧化碳的单元”)的含量。下列实例例示测定在由辛-1,8-二醇起始的CO2/环氧丙烷-聚醚碳酸酯多元醇中源自二氧化碳的单元的含量。
可以通过1H NMR(合适的仪器来自Bruker, DPX 400, 400 MHz;脉冲程序zg30,延迟时间d1: 10 s, 64次扫描)测定并入聚醚碳酸酯多元醇中的CO2含量和碳酸亚丙酯与聚醚碳酸酯多元醇的比率。将各样品溶解在氘化氯仿中。1H-NMR中的相关共振(基于TMS = 0ppm)如下:
具有在4.5 ppm的共振的环状碳酸酯(其作为副产物形成);具有在5.1至4.8 ppm的共振的由并入聚醚碳酸酯多元醇中的二氧化碳产生的碳酸酯;具有在2.4 ppm的共振的未反应环氧丙烷(PO);具有在1.2至1.0 ppm的共振的聚醚多元醇(即没有并入的二氧化碳);具有在1.6至1.52 ppm的共振的作为起始剂分子(如果存在)并入的辛-1,8-二醇。
根据式(I)如下计算反应混合物中的并入聚合物中的碳酸酯的摩尔含量,其中使用下列缩写:
F(4.5) = 对于环状碳酸酯的在4.5 ppm的共振面积(对应于H原子)
F(5.1-4.8) = 对于聚醚碳酸酯多元醇和对于环状碳酸酯的氢原子的在5.1-4.8 ppm的共振面积
F(2.4) = 对于游离的未反应PO的在2.4 ppm的共振面积
F(1.2-1.0) = 对于聚醚多元醇的在1.2-1.0 ppm的共振面积
F(1.6-1.52) = 对于辛-1,8-二醇(起始剂)(如果存在)的在1.6至1.52 ppm的共振面积。
将相对强度计入考虑,对于反应混合物中的聚合键合的碳酸酯(“线性碳酸酯”LC)通过下式(I)换算成摩尔%:
(I)
通过式(II)计算反应混合物中的聚合键合的碳酸酯(LC')的重量含量(重量%):
(II)
其中通过式(III)计算N的值(“分母”N):
(III)
因数102获自CO2(摩尔质量44 g/mol)和环氧丙烷(摩尔质量58 g/mol)的摩尔质量总和,因数58获自环氧丙烷的摩尔质量,因数146获自所用起始剂辛-1,8-二醇(如果存在)的摩尔质量。
通过式(IV)计算反应混合物中的环状碳酸酯(CC')的重量含量(重量%):
(IV)
其中通过式(III)计算N的值。
为了由反应混合物的组成值计算基于聚合物成分计的组成(由聚醚多元醇(其在无CO2条件下进行的活化步骤过程中由起始剂和环氧丙烷形成)和聚醚碳酸酯多元醇(其在CO2存在下进行的活化步骤过程中和在共聚过程中由起始剂、环氧丙烷和二氧化碳形成)构成),通过计算方式消除该反应混合物的非聚合物成分(即环状碳酸亚丙酯和任选存在的未反应环氧丙烷)。使用因数F=44/(44+58)将聚醚碳酸酯多元醇中的碳酸酯重复单元的重量含量换算成二氧化碳的重量含量。将聚醚碳酸酯多元醇中的CO2含量数据标准化成在共聚和任选在CO2存在下活化步骤中形成的聚醚碳酸酯多元醇分子的含量(即在此不考虑由起始剂(辛-1,8-二醇,如果存在)和由起始剂与在无CO2条件下添加的环氧化物的反应产生的聚醚碳酸酯多元醇分子的含量)。
例如,根据A)的聚醚碳酸酯多元醇可如下制备:
(α) 最初装载H-官能起始剂物质或至少两种H-官能起始剂物质的混合物,并通过升高的温度和/或减小的压力除去任选的水和/或其它易挥发性化合物(“干燥”),其中在干燥之前或之后将DMC催化剂添加到H-官能起始剂物质或至少两种H-官能起始剂物质的混合物中,
(β) 通过将一部分量(基于活化和共聚中所用的氧化烯量的总量计)的一种或多种氧化烯添加到获自步骤(α)的混合物中实现活化,其中这一部分量的氧化烯可任选在CO2存在下添加,且其中随后在每种情况下等待反应器中由于后续放热化学反应而出现的温度峰值(“热点”)和/或压降,且其中活化步骤(β)也可以重复,
(γ) 将所述氧化烯的一种或多种和二氧化碳添加到获自步骤(β)的混合物中,其中步骤(γ)中所用的氧化烯可以与步骤(β)中所用的氧化烯相同或不同,且其中在步骤(γ)后不接着进一步烷氧基化步骤。
一般而言,为了制备所述聚醚碳酸酯多元醇,可以使用具有2至24个碳原子的氧化烯(环氧化物)。具有2至24个碳原子的氧化烯是例如选自一种或多种环氧乙烷、环氧丙烷、1-环氧丁烷、2,3-环氧丁烷、2-甲基-1,2-环氧丙烷(环氧异丁烷)、1-环氧戊烷、2,3-环氧戊烷、2-甲基-1,2-环氧丁烷、3-甲基-1,2-环氧丁烷、1-环氧己烷、2,3-环氧己烷、3,4-环氧己烷、2-甲基-1,2-环氧戊烷、4-甲基-1,2-环氧戊烷、2-乙基-1,2-环氧丁烷、1-环氧庚烷、1-环氧辛烷、1-环氧壬烷、1-环氧癸烷、1-环氧十一烷、1-环氧十二烷、4-甲基-1,2-环氧戊烷、丁二烯单氧化物、异戊二烯单氧化物、环氧环戊烷、环氧环己烷、环氧环庚烷、环氧环辛烷、氧化苯乙烯、氧化甲基苯乙烯、氧化蒎烯、以单-、二-和三-甘油酯形式的单-或多重环氧化脂肪、环氧化脂肪酸、环氧化脂肪酸的C1-C24酯、表氯醇、缩水甘油和缩水甘油衍生物,例如甲基缩水甘油醚、乙基缩水甘油醚、2-乙基己基缩水甘油醚、烯丙基缩水甘油醚、甲基丙烯酸缩水甘油酯以及环氧官能烷氧基硅烷,例如3-缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油基氧基丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油基氧基丙基三丙氧基硅烷、3-缩水甘油基氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-缩水甘油基氧基丙基乙基二乙氧基­硅烷、3-缩水甘油基氧基丙基三异丙氧基硅烷的化合物。所用氧化烯优选是环氧乙烷和/或环氧丙烷和/或1,2-环氧丁烷,更优选是环氧丙烷。
在本发明的一个优选实施方案中,所用环氧丙烷和环氧乙烷的总量中的环氧乙烷含量为≥ 0且≤ 90重量%,优选≥ 0且≤ 50重量%,更优选不含环氧乙烷。
所用的合适的H-官能起始剂物质可以是具有烷氧基化活性氢原子的化合物。烷氧基化活性并具有活性氢原子的基团是例如-OH、-NH2(伯胺)、-NH-(仲胺)、-SH和-CO2H,优选-OH和–NH2,更优选-OH。所用H-官能起始剂物质是例如一种或多种选自水、一元或多元醇、多胺、多元硫醇、氨基醇、含硫醇(Thioalkohol)、羟基酯、聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚酯醚多元醇、聚醚碳酸酯多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚碳酸酯、聚乙烯亚胺、聚醚胺(例如来自Huntsman的所谓的Jeffamine®,例如D-230、D-400、D-2000、T-403、T-3000、T-5000或相应的BASF产品,例如聚醚胺D230、D400、D200、T403、T5000)、聚四氢呋喃(例如来自BASF的PolyTHF®,例如PolyTHF® 250、650S、1000、1000S、1400、1800、2000)、聚四氢呋喃胺(BASF产品聚四氢呋喃胺1700)、聚醚硫醇、聚丙烯酸酯多元醇、蓖麻油、蓖麻油酸的单-或二甘油酯、脂肪酸的单甘油酯、脂肪酸的化学改性的单-、二-和/或三甘油酯和每分子含有平均至少2个OH基团的脂肪酸C1-C24-烷基酯的化合物。例如,每分子含有平均至少2个OH基团的脂肪酸C1-C24-烷基酯是如Lupranol Balance®(来自BASF AG)、Merginol®型(来自HobumOleochemicals GmbH)、Sovermol®型(来自Cognis Deutschland GmbH & Co. KG)和Soyol®TM型(来自USSC Co.)之类的商品。
所用单官能起始剂化合物可以是醇、胺、硫醇和羧酸。所用单官能醇可以是:甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、2-丁醇、叔丁醇、3-丁烯-1-醇、3-丁炔-1-醇、2-甲基-3-丁烯-2-醇、2-甲基-3-丁炔-2-醇、炔丙醇、2-甲基-2-丙醇、1-叔丁氧基-2-丙醇、1-戊醇、2-戊醇、3-戊醇、1-己醇、2-己醇、3-己醇、1-庚醇、2-庚醇、3-庚醇、1-辛醇、2-辛醇、3-辛醇、4-辛醇、苯酚、2-羟基联苯、3-羟基联苯、4-羟基联苯、2-羟基吡啶、3-羟基吡啶、4-羟基吡啶。可用的单官能胺包括:丁胺、叔丁胺、戊胺、己胺、苯胺、氮丙啶、吡咯烷、哌啶、吗啉。所用单官能硫醇可以是:乙烷硫醇、1-丙烷硫醇、2-丙烷硫醇、1-丁烷硫醇、3-甲基-1-丁烷硫醇、2-丁烯-1-硫醇、苯硫酚。单官能羧酸包括:甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、脂肪酸如硬脂酸、棕榈酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、苯甲酸、丙烯酸。
适合作为H-官能起始剂物质的多元醇是例如二元醇(例如乙二醇、二乙二醇、丙二醇、二丙二醇、丙-1,3-二醇、丁-1,4-二醇、丁烯-1,4-二醇、丁炔-1,4-二醇、新戊二醇、戊-1,5-二醇、甲基戊二醇(例如3-甲基戊-1,5-二醇)、己-1,6-二醇;辛-1,8-二醇、癸-1,10-二醇、十二烷-1,12-二醇、双(羟甲基)环己烷(例如1,4-双(羟甲基)环己烷)、三乙二醇、四乙二醇、聚乙二醇、二丙二醇、三丙二醇、聚丙二醇、二丁二醇和聚丁二醇);三元醇(例如三羟甲基丙烷、甘油、异氰脲酸三羟乙酯、蓖麻油);四元醇(例如季戊四醇);多元醇(例如山梨糖醇、己糖醇、蔗糖、淀粉、淀粉水解产物、纤维素、纤维素水解产物、羟基官能化脂肪和油,尤其是蓖麻油)以及这些上述醇与不同量的ε-己内酯的所有改性产物。在H-官能起始剂的混合物中,也可以使用三元醇,例如三羟甲基丙烷、甘油、异氰脲酸三羟乙酯和蓖麻油。
该H-官能起始剂物质也可选自聚醚多元醇物质类别,尤其是分子量Mn为100至4000 g/mol,优选250至2000 g/mol的那些。优选的是由重复环氧乙烷和环氧丙烷单元构成的聚醚多元醇,其优选具有35%至100%环氧丙烷单元含量,特别优选具有50%至100%环氧丙烷单元含量。它们可以是环氧乙烷和环氧丙烷的无规共聚物、梯度共聚物、交替或嵌段共聚物。合适的由重复环氧丙烷和/或环氧乙烷单元构成的聚醚多元醇是例如来自BayerMaterialScience AG的Desmophen®-、Acclaim®-、Arcol®-、Baycoll®-、Bayfill®-、Bayflex®-、Baygal®-、PET®-和聚醚-多元醇(例如Desmophen® 3600Z、Desmophen® 1900U、Acclaim®Polyol 2200、Acclaim® Polyol 4000I、Arcol® Polyol 1004、Arcol® Polyol 1010、Arcol® Polyol 1030、Arcol® Polyol 1070、Baycoll® BD 1110、Bayfill® VPPU 0789、Baygal®K55、PET® 1004、Polyether® S180)。其它合适的均聚环氧乙烷是例如来自BASF SE的Pluriol® E品牌;合适的均聚环氧丙烷是例如来自BASF SE的Pluriol® P品牌;合适的环氧乙烷和环氧丙烷的混合共聚物是例如来自BASF SE的Pluronic® PE或Pluriol® RPE品牌。
该H-官能起始剂物质也可选自聚酯多元醇物质类别,尤其是分子量Mn为200至4500 g/mol,优选400至2500 g/mol的那些。所用聚酯多元醇是至少二官能聚酯。聚酯多元醇优选由交替的酸和醇单元构成。所用酸组分是例如琥珀酸、马来酸、马来酸酐、己二酸、邻苯二甲酸酐、邻苯二甲酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、四氢邻苯二甲酸、四氢邻苯二甲酸酐、六氢邻苯二甲酸酐或所述酸和/或酸酐的混合物。所用醇组分是例如乙二醇、丙-1,2-二醇、丙-1,3-二醇、丁-1,4-二醇、戊-1,5-二醇、新戊二醇、己-1,6-二醇、1,4-双(羟甲基)环己烷、二乙二醇、二丙二醇、三羟甲基丙烷、甘油、季戊四醇或所述醇的混合物。如果所用醇组分是二元或多元聚醚多元醇,获得同样可充当用于制备所述聚醚碳酸酯多元醇的起始剂物质的聚酯醚多元醇。如果使用聚醚多元醇制备该聚酯醚多元醇,优选的是具有150至2000g/mol的数均分子量Mn的聚醚多元醇。
此外,所用H-官能起始剂物质可以是例如通过光气、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯或碳酸二苯酯和二官能和/或多官能醇或聚酯多元醇或聚醚多元醇的反应制备的聚碳酸酯多元醇(例如聚碳酸酯二醇),尤其是分子量Mn为150至4500 g/mol,优选500至2500的那些。例如在EP-A 1359177中可以找到聚碳酸酯多元醇的实例。例如,所用聚碳酸酯二醇可以是来自Bayer MaterialScience AG的Desmophen® C型,例如Desmophen® C 1100或Desmophen® C2200。
同样可以使用聚醚碳酸酯多元醇作为H-官能起始剂物质。更特别使用通过上述方法制成的聚醚碳酸酯多元醇。为此,预先在单独反应步骤中制备这些用作H-官能起始剂物质的聚醚碳酸酯多元醇。
优选的H-官能起始剂物质是通式(V)的醇
HO-(CH2)x-OH (V)
其中x是1至20的数,优选2至20的偶数。式(V)的醇的实例是乙二醇、丁-1,4-二醇、己-1,6-二醇、辛-1,8-二醇、癸-1,10-二醇和十二烷-1,12-二醇。其它优选的H-官能起始剂物质是新戊二醇、三羟甲基丙烷、甘油、季戊四醇、式(I)的醇与ε-己内酯的反应产物,例如三羟甲基丙烷与ε-己内酯的反应产物、甘油与ε-己内酯的反应产物以及季戊四醇与ε-己内酯的反应产物。也优选使用水、二乙二醇、二丙二醇、蓖麻油、山梨糖醇和由重复聚氧化烯单元构成的聚醚多元醇作为H-官能起始剂物质。
该H-官能起始剂物质更优选是一种或多种选自乙二醇、丙二醇、丙-1,3-二醇、丁-1,3-二醇、丁-1,4-二醇、戊-1,5-二醇、2-甲基丙-1,3-二醇、新戊二醇、己-1,6-二醇、二乙二醇、二丙二醇、甘油、三羟甲基丙烷、二-和三-官能聚醚多元醇(其中该聚醚多元醇由二-或三-H-官能起始剂物质和环氧丙烷或由二-或三-H-官能起始剂物质、环氧丙烷和环氧乙烷构成)的化合物。该聚醚多元醇优选具有62至4500 g/mol的数均分子量Mn,尤其是62至3000 g/mol的数均分子量Mn,最优选62至1500 g/mol的分子量。该聚醚多元醇优选具有≥2至≤ 3的官能度。
在本发明的一个优选实施方案中,可通过使用多金属氰化物催化剂(DMC催化剂)将二氧化碳和氧化烯加成到H-官能起始剂物质上获得聚醚碳酸酯多元醇。通过使用DMC催化剂将氧化烯和CO2加成到H-官能起始剂上制备聚醚碳酸酯多元醇是例如EP-A 0222453、WO-A 2008/013731和EP-A 2115032中已知的。
DMC催化剂原则上在现有技术中已知用于环氧化物的均聚(参见例如US-A 3 404109、US-A 3 829 505、US-A 3 941 849和US-A 5 158 922)。例如US-A 5 470 813、EP-A700 949、EP-A 743 093、EP-A 761 708、WO-A97/40086、WO-A98/16310和WO-A00/47649中描述的DMC催化剂在环氧化物均聚中具有极高活性并能在极低催化剂浓度(25 ppm或更低)下制备聚醚多元醇和/或聚醚碳酸酯多元醇。典型实例是EP-A 700 949中描述的高活性DMC催化剂,其除双金属氰化物化合物(例如六氰合钴(III)酸锌)和有机络合配体(例如叔丁醇)外还含有数均分子量Mn大于500 g/mol的聚醚。
该DMC催化剂通常以≤ 1重量%的量,优选≤ 0.5重量%的量,更优选≤ 500 ppm的量,尤其是≤ 300 ppm的量使用,在每种情况下基于聚醚碳酸酯多元醇的重量计。
组分B)包含具有≥ 20 mg KOH/g至≤ 250 mg KOH/g,优选≥ 20至≤ 112 mgKOH/g,更优选≥ 20 mg KOH/g至≤ 80 mg KOH/g的根据DIN 53240的羟基值的聚醚多元醇并且不含碳酸酯单元。可以通过一种或多种氧化烯催化加成到H-官能起始剂化合物上实现根据B)的化合物的制备。
所用氧化烯(环氧化物)可以是具有2至24个碳原子的氧化烯。具有2至24个碳原子的氧化烯是例如一种或多种选自环氧乙烷、环氧丙烷、1-环氧丁烷、2,3-环氧丁烷、2-甲基-1,2-环氧丙烷(环氧异丁烷)、1-环氧戊烷、2,3-环氧戊烷、2-甲基-1,2-环氧丁烷、3-甲基-1,2-环氧丁烷、1-环氧己烷、2,3-环氧己烷、3,4-环氧己烷、2-甲基-1,2-环氧戊烷、4-甲基-1,2-环氧戊烷、2-乙基-1,2-环氧丁烷、1-环氧庚烷、1-环氧辛烷、1-环氧壬烷、1-环氧癸烷、1-环氧十一烷、1-环氧十二烷、4-甲基-1,2-环氧戊烷、丁二烯单氧化物、异戊二烯单氧化物、环氧环戊烷、环氧环己烷、环氧环庚烷、环氧环辛烷、氧化苯乙烯、氧化甲基苯乙烯、氧化蒎烯、以单-、二-和三-甘油酯形式的单-或多重环氧化脂肪、环氧化脂肪酸、环氧化脂肪酸的C1-C24酯、表氯醇、缩水甘油和缩水甘油衍生物,例如甲基缩水甘油醚、乙基缩水甘油醚、2-乙基己基缩水甘油醚、烯丙基缩水甘油醚、甲基丙烯酸缩水甘油酯以及环氧官能烷氧基硅烷,例如3-缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油基氧基丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油基氧基丙基三丙氧基硅烷、3-缩水甘油基氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-缩水甘油基氧基丙基乙基二乙氧基­硅烷、3-缩水甘油基氧基丙基三异丙氧基硅烷的化合物。所用氧化烯优选是环氧乙烷和/或环氧丙烷和/或1,2-环氧丁烷。特别优选使用过量环氧丙烷和/或1,2-环氧丁烷。这些氧化烯可以独立、在混合物中或相继供应到反应混合物中。这可以是无规或嵌段共聚物。如果相继计量加入这些氧化烯,制成的产物(聚醚多元醇)含有具有嵌段结构的聚醚链。
该H-官能起始剂化合物具有≥ 2至≤ 6的官能度并优选是羟基官能(OH官能)的。羟基官能的起始剂化合物的实例是丙二醇、乙二醇、二乙二醇、二丙二醇、丁-1,2-二醇、丁-1,3-二醇、丁-1,4-二醇、己二醇、戊二醇、3-甲基戊-1,5-二醇、十二烷-1,12-二醇、甘油、三羟甲基丙烷、三乙醇胺、季戊四醇、山梨糖醇、蔗糖、氢醌、邻苯二酚、间苯二酚、双酚F、双酚A、1,3,5-三羟基苯、甲醛和苯酚或三聚氰胺或脲的含羟甲基的缩合物。所用起始剂化合物优选是1,2-丙二醇和/或甘油和/或三羟甲基丙烷和/或山梨糖醇。
根据B)的聚醚多元醇优选具有≥ 0重量%至≤ 40重量%,更优选≥ 0重量%至≤25重量%的环氧乙烷含量。
合适的异氰酸酯组分尤其是工业上易得的多异氰酸酯,例如2,4-和2,6-甲苯二异氰酸酯以及这些异构体的任意混合物(“TDI”);通过苯胺-甲醛缩合和随后光气化制成的多苯基多亚甲基多异氰酸酯(“粗制MDI”)和具有碳二亚胺基团、氨基甲酸酯基团、脲基甲酸酯基团、异氰脲酸酯基团、脲基团或缩二脲基团的多异氰酸酯(“改性多异氰酸酯”),尤其是衍生自2,4-和/或2,6-甲苯二异氰酸酯或衍生自4,4'-和/或2,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯的那些改性多异氰酸酯。优选使用至少一种选自2,4-和2,6-甲苯二异氰酸酯、4,4'-和2,4'-和2,2'-二苯基甲烷异氰酸酯和多苯基多亚甲基多异氰酸酯(“多环MDI”)的化合物作为多异氰酸酯。
当然可以另外一起使用聚氨酯软质泡沫生产中常规的添加剂,如稳定剂、催化剂等。
下面描述本发明的其它方面和实施方案。它们可以彼此任意组合,除非从上下文中清楚看出相反的情况。
在本发明的方法的一个实施方案中,在异氰酸酯反应性组分中在存在的多元醇中源自二氧化碳的单元的总含量为存在的多元醇的总重量的≥ 2.0重量%至≤ 30.0重量%。这一含量优选为≥ 5.0重量%至≤ 25.0重量%,更优选≥ 8.0重量%至≤ 20.0重量%。
为了制造所述聚氨酯软质泡沫材料,通过本身已知的一步法使反应组分反应,其中通常使用机械设备,例如EP-A 355 000中描述的那些。在Kunststoff-Handbuch, 第VII卷, Vieweg和Höchtlen编辑, Carl-Hanser-Verlag, München 1993中,例如在139至265页中描述了也可根据本发明考虑的加工设备的细节。
该聚氨酯软质泡沫材料可作为模制泡沫材料或块状泡沫材料制造。本发明因此提供制造聚氨酯软质泡沫材料的方法、通过这些方法制成的聚氨酯软质泡沫材料、通过这些方法制成的聚氨酯软质块状泡沫材料或聚氨酯软质模制泡沫材料、该聚氨酯软质泡沫材料用于制造模制品的用途以及这些模制品本身。可根据本发明获得的聚氨酯软质泡沫材料具有例如下列用途:家具缓冲材料、织物插入物、床垫、汽车座椅、头靠、扶手、海绵、用于汽车部件例如车顶内衬、门饰板(Türseitenverkleidung)、座椅套和结构部件中的泡沫材料薄膜。
在本发明的方法的另一实施方案中,根据A)和B)的多元醇相对于彼此以下列重量含量存在:≥ 20重量%至≤ 80重量%,优选≥ 50重量%至≤ 80重量%,更优选≥ 55重量%至80重量%的A),≤ 80重量%至≥ 20重量%,优选≤ 50重量%至≥ 20重量%,更优选≤ 45重量%至≥ 20重量%的B)。
在本发明的方法的另一实施方案中,该聚氨酯软质泡沫材料具有≥ 0.8 kPa至≤12.0 kPa,优选≥ 2.0 kPa至≤ 8.0 kPa的根据DIN EN ISO 1798的压痕硬度(40%压缩)。
在本发明的方法的另一实施方案中,该指数为≥ 85至≤ 125。该指数优选在≥90至≤ 120。该指数给出实际使用的异氰酸酯量与化学计算量(即针对OH当量转化计算出)量的异氰酸酯基团(NCO)量的百分比。
指数 = (异氰酸酯使用量):(异氰酸酯计算量) • 100 (VI)。
在本发明的方法的另一实施方案中,异氰酸酯组分与异氰酸酯反应性组分的反应在一种或多种催化剂存在下进行。所用催化剂可以是脂族叔胺(例如三甲胺、三乙胺、四甲基丁二胺)、脂环族叔胺(例如1,4-二氮杂[2.2.2]双环辛烷)、脂族氨基醚(例如二甲基氨基乙基醚和N,N,N-三甲基-N-羟乙基双氨基乙基醚)、脂环族氨基醚(例如N-乙基吗啉)、脂族脒、脂环族脒、脲、脲的衍生物(例如氨基烷基脲,参见例如EP-A 0 176 013,尤其是(3-二甲基­氨基丙胺)脲)和锡催化剂(例如氧化二丁基锡、二月桂酸二丁基锡、乙基己酸锡(II)、蓖麻油酸锡)。
在本发明的方法的另一实施方案中,在作为发泡剂的水存在下进行该反应。可存在其它物理或化学发泡剂,例如液态二氧化碳或二氯甲烷。
在本发明的方法的另一实施方案中,该异氰酸酯组分包含2,4-、2,6-甲苯二异氰酸酯(TDI)、4,4'-、2,4'-、2,2'-二苯基甲烷二异氰酸酯和多苯基多亚甲基多异氰酸酯(“多环MDI”)。优选的是由80重量%的2,4-和20重量%的2,6-TDI构成的甲苯二异氰酸酯异构体混合物。
在本发明的方法的另一实施方案中,一种或多种根据A)的聚醚碳酸酯多元醇具有≥ 20 mg KOH/g至≤ 250 mg KOH/g的羟基值并可通过≥ 2.0重量%至≤ 30.0重量%的二氧化碳和≥ 70重量%至≤ 98重量%的环氧丙烷在羟基官能起始剂分子例如三羟甲基丙烷和/或甘油和/或丙二醇和/或山梨糖醇存在下的共聚获得。可以根据DIN 53240测定羟基值。
在本发明的方法的另一实施方案中,一种或多种根据B)的多元醇具有≥ 20 mgKOH/g至≤ 80 mg KOH/g的羟基值并可通过≥ 0重量%至≤ 40重量%的环氧乙烷和≥ 60重量%至≤ 100重量%的环氧丙烷在羟基官能起始剂分子例如三羟甲基丙烷和/或甘油和/或丙二醇和/或山梨糖醇存在下的共聚获得。可以根据DIN 53240测定羟基值。
在另一实施方案中,本发明涉及根据上述任一实施方案的方法,其中所述一种或多种聚醚碳酸酯多元醇A)具有e/f比为2:1至1:20的式(VIII)的嵌段
本发明还涉及可通过本发明的方法获得的聚氨酯软质泡沫。其根据DIN EN ISO3386-1-98的表观密度可以为≥ 10 kg/m3至≤ 150 kg/m3,优选≥ 15 kg/m3至≤ 60 kg/m3
实施例
通过下列实施例进一步阐明本发明,但不限于此。其中是指:
多元醇B-1: 具有羟基值48 mg KOH/g的基于甘油的三官能聚醚多元醇,其通过12重量%的环氧乙烷与88重量%的环氧丙烷的共聚获得
多元醇A-1: 具有羟基值50 mg KOH/g的基于甘油的三官能聚醚碳酸酯多元醇,其通过16重量%的二氧化碳与84重量%的环氧丙烷的共聚获得。e/f比 = 1:3.6
多元醇A-2: 具有羟基值50 mg KOH/g的基于甘油的三官能聚醚碳酸酯多元醇,其通过20.5重量%的二氧化碳与79.5重量%的环氧丙烷的共聚获得。e/f比 = 1:2.8
多元醇A-3: 具有羟基值49 mg KOH/g的基于甘油的三官能聚醚碳酸酯多元醇,其通过14重量%的二氧化碳与86重量%的环氧丙烷的共聚获得。e/f比 = 1:4.1
多元醇A-4: 具有羟基值51 mg KOH/g的基于甘油的三官能聚醚碳酸酯多元醇,其通过11.5重量%的二氧化碳与88.5重量%的环氧丙烷的共聚获得。e/f比 = 1:4.9
稳定剂1: 基于硅氧烷的泡沫稳定剂Tegostab® BF 2370, Evonik Goldschmidt
异氰酸酯1: 80重量%的2,4-和20重量%的2,6-甲苯二异氰酸酯的混合物,其可以Desmodur® T 80为名获得, Bayer MaterialScience AG
催化剂1: 在二丙二醇中的双(2-二甲基氨基乙基)醚,其可作为Addocat® 108获自Rheinchemie
催化剂2: 乙基己酸锡(II),其可作为Dabco® T-9获自Air Products。
根据DIN EN ISO 3386-1-98测定表观密度。
根据DIN EN ISO 3386-98测定压痕硬度(在40%形变和第4周期)。
根据DIN EN ISO 1798测定拉伸强度和断裂伸长率。
根据DIN 53240测定羟基值。
在每种情况下,由CO2含量、羟基值和所用起始剂计算各聚醚碳酸酯多元醇的e/f比(见式(VIII))。
发泡反应混合物的上升(流动)能力提供关于所用原材料的可加工性和品质的重要论述。
流动能力通常被定义为由特定量的具有固定发泡剂含量的反应混合物形成的泡沫在细长中空室中在凝固时间内行进的距离。在本情况中,流动能力等同于发泡反应混合物的上升能力并作为“上升高度”测量。
所用细长模型中空体是金属流管,其在垂直布置中从底端开始发泡填充。在泡沫上升的同时,随时间记录上升高度。
该金属管(长度:145厘米;壁厚度:2.5厘米;内径:9.5厘米)具有两个与水浴的接头,它们用于恒温控制。由此使该上升管的温度保持在42℃。此后,插入聚乙烯管形薄膜,其中将一端围住该管的底端。还经由辊将在带有配衡重物的线上的圆盘安装在该上升管中以使该圆盘与该管的底端联锁(abschließt)。
将待发泡混合物的原材料在具有卷边的金属薄片底座的螺旋缠绕的纸杯(140/137 x 96 x 1 mm)(来自Brüggen & Söhne, Düren, 德国)中立即插入该上升管的底端直至碰到突出的金属薄片底座边缘并固定。在泡沫上升的同时,以规则的时间间隔测定行进的距离。然后重复该测量。在两次测量之间必须有至少15分钟等待时间,以使被该泡沫加热的上升管可冷却至42℃。将两次测量的数据取平均。
在上升高度-上升时间图中,可以确定在凝固时间的上升高度,所谓的hA值。
在测量时间过去后,自动检测室温、管温、泡沫压力和大气压力的物理参数。为了补偿大气压力对泡沫高度的影响,由泡沫高度的测量数据和测得的大气压力通过下式(VII)换算在1013 hPa的标准大气压下的泡沫高度:
高度校准= 空气压力测量 * 高度测量/ 1013 (VII)。
根据下表中所示的配方制造聚氨酯泡沫。以重量份列出组分的含量。实施例编号1、2、4和7和8是对比例(表1: (Vgl.));实施例3、5和6是本发明的实施例。数据“混合物中的CO2含量”是指异氰酸酯反应性的多元醇混合物(根据配方的多元醇A、B、C、D、E)中以重量%表示的CO2含量。
表1: 聚氨酯软质泡沫材料
实施例 1 (Vgl.) 2 (Vgl.) 3 4 (Vgl.) 5 6 7 (Vgl.) 8 (Vgl.)
多元醇B-1 100 25 50 35 10
多元醇A-1 100 65
多元醇A-2 75 90
多元醇A-3 100 50
多元醇A-4 100
稳定剂1 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2
催化剂1 0.12 0.12 0.12 0.12 0.12 0.12 0.12 0.12
催化剂2 0.18 0.18 0.18 0.18 0.18 0.18 0.18 0.18
4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5
异氰酸酯1 55.0 55.3 55.2 55.2 55.2 55.2 55.2 55.2
指数 108 108 108 108 108 108 108 108
管中的上升高度[cm] 77.1 69.9 72.1 70.6 73.8 76.7 68.9 70.2
表观密度 [kg/m3] 28.4 33.0 33.0 30.4 27.0 32.5 45.6 36.7
压痕硬度 [kPa] 4.8 5.7 6.0 5.1 4.7 5.4 8.2 6.1
拉伸强度 [kPa] 117 100 99 87 96 93 120 85
断裂伸长率 [%] 209 135 121 124 148 137 90 104
压缩永久变形 [%] 7.3 6.3 7.4 5.4 6.7 6.9 12.4 7.8
多元醇混合物中的CO2含量 [%] 0 16 15 14 10 10.5 18 11.5
结果证实,使用实施例3、5和6中的本发明的多元醇混合物观察到比使用实施例2、4、7和8的聚醚碳酸酯多元醇或-混合物时更好的流动特性。此外,在本发明的实施例3中获得的泡沫材料也具有比对比例2和4中更高的压痕硬度。不含聚醚碳酸酯多元醇的对比例1具有良好的流动特性。

Claims (14)

1.通过异氰酸酯组分与异氰酸酯反应性组分的反应制造聚氨酯软质泡沫材料的方法,其中所述异氰酸酯反应性组分包含下列成分:
A) ≥ 20至≤ 80重量%,优选≥ 50至≤ 80重量%,更优选≥ 55至≤ 80重量%的具有20 mg KOH/g至≤ 250 mg KOH/g的根据DIN 53240的羟基值的聚醚碳酸酯多元醇,其可通过≥ 2重量%至≤ 30重量%的二氧化碳和≥ 70重量%至≤ 98重量%的一种或多种氧化烯在一种或多种具有≥ 1至≤ 6,优选≥ 1至≤ 4,更优选≥ 2至≤ 3的平均官能度的H-官能起始剂分子存在下的共聚获得,
其中所述聚醚碳酸酯多元醇不含末端氧化烯嵌段,和
B)≤ 80至≥ 20重量%,优选≤ 50至≥ 20重量%,更优选≤ 45至≥ 20重量%的具有≥20 mg KOH/g至≤ 250 mg KOH/g的根据DIN 53240的羟基值的聚醚多元醇,其中所述聚醚多元醇不含碳酸酯单元。
2.如权利要求1中所述的方法,其中组分A)可如下获得:
(α) 最初装载H-官能起始剂物质或至少两种H-官能起始剂物质的混合物,并通过升高的温度和/或减小的压力除去任选的水和/或其它易挥发性化合物(“干燥”),其中在所述干燥之前或之后将DMC催化剂添加到所述H-官能起始剂物质或至少两种H-官能起始剂物质的混合物中,
(β) 通过将一部分量(基于活化和共聚中所用的氧化烯量的总量计)的一种或多种氧化烯添加到获自步骤(α)的混合物中实现活化,其中所述一部分量氧化烯可任选在CO2存在下添加,且其中随后在每种情况下等待反应器中由于后续放热化学反应而出现的温度峰值(“热点”)和/或压降,且其中活化步骤(β)也可以重复,
(γ) 将所述氧化烯的一种或多种和二氧化碳添加到获自步骤(β)的混合物中,其中步骤(γ)中所用的氧化烯可以与步骤(β)中所用的氧化烯相同或不同,
且其中在步骤(γ)后不接着进一步烷氧基化步骤。
3.如权利要求1或2中所述的方法,其中组分A)中的一种或多种氧化烯选自环氧乙烷、环氧丙烷和/或1,2-环氧丁烷。
4.如权利要求1至3任一项中所述的方法,其中组分B)具有≥ 0重量%至≤ 40重量%的环氧乙烷单元。
5.如权利要求1至4任一项中所述的方法,其中所述异氰酸酯反应性组分中包含≥ 50至≤ 80重量%的A)和≤ 50至≥ 20重量%的B)。
6.如权利要求1至5任一项中所述的方法,其中所述异氰酸酯反应性组分中包含≥ 55至≤ 80重量%的A)和≤ 45至≥ 20重量%的B)。
7.如权利要求1至6任一项中所述的方法,其中在所述异氰酸酯反应性组分中在存在的多元醇中源自二氧化碳的单元的总含量为存在的多元醇的总重量的≥ 5.0重量%至≤25.0重量%。
8.如权利要求1至7任一项中所述的方法,其中所述聚醚碳酸酯多元醇A)具有≥ 25 mgKOH/g至≤ 90 mg KOH/g的根据DIN 53240的羟基值。
9.如权利要求1至8任一项中所述的方法,其中所述聚醚多元醇B)具有≥ 20 mg KOH/g至≤ 80 mg KOH/g的根据DIN 53240的羟基值。
10.如权利要求1至9任一项中所述的方法,其中在作为发泡剂的水存在下进行所述反应。
11.如权利要求1至10任一项中所述的方法,其中所述异氰酸酯组分包含2,4-、2,6-甲苯二异氰酸酯(TDI)、4,4'-、2,4'-、2,2'-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)和/或多苯基多亚甲基多异氰酸酯(“多环MDI”)。
12.如权利要求1至11任一项中所述的方法,其中所述聚醚碳酸酯多元醇(A)具有e/f比为2:1至1:20的式(VIII)的嵌段
13.可通过如权利要求1至12的一项或多项中所述的方法获得的聚氨酯软质泡沫。
14.如权利要求13中所述的聚氨酯软质泡沫用于制造家具缓冲材料、织物插入物、床垫、汽车座椅、头靠、扶手、海绵、用于汽车部件例如车顶内衬、门饰板、座椅套和结构部件中的泡沫材料薄膜的用途。
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