CN105968291A - 使用聚醚聚碳酸酯多元醇的聚氨酯体系的制备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及使用聚醚聚碳酸酯多元醇的聚氨酯体系的制备,具体地涉及在使用添加剂的情况下使用聚醚聚碳酸酯多元醇制备聚氨酯体系的方法,所述添加剂包含:a)选自式A‑M+的离子型表面活性剂A,其中A‑=选自以下组的阴离子:烷基硫酸根、芳基硫酸根、聚醚硫酸根、聚醚磺酸根、磺酸根、烷基磺酸根、芳基磺酸根、烷基羧酸根、芳基羧酸根、糖精酸根和聚醚磷酸根;且M+=阳离子;b)选自季铵化合物的离子型表面活性剂B;c)叔胺化合物C,其具有优选地至少150g/mol的摩尔质量;和/或d)硅代吗啡啉D。本发明还涉及相应地制备的聚氨酯体系优选聚氨酯泡沫;及其应用。
Description
技术领域
本发明属于聚氨酯领域,其特别地涉及使用聚醚聚碳酸酯多元醇获得的聚氨酯体系,并涉及用于制备这样的聚氨酯体系的方法。
背景技术
多种不同的聚氨酯通常通过二异氰酸酯例如4,4′-亚甲基双(苯基异氰酸酯)(缩写为MDI)或甲代亚苯基2,4-二异氰酸酯(缩写为TDI)与聚醚多元醇或聚酯多元醇的聚合而制备。聚醚多元醇可以例如通过多羟基官能化的起始化合物的烷氧基化制备。通常使用的起始化合物为例如二醇类、甘油、三羟甲基丙烷、季戊四醇、山梨糖醇或蔗糖。在聚氨酯泡沫(最重要的聚氨酯体系之一)的制备中通常使用额外的发泡剂,实例为戊烷、二氯甲烷、丙酮或二氧化碳。通常使用水作为化学发泡剂,其与异氰酸酯反应以生成聚脲,同时除去二氧化碳。通常,使用表面活性物质特别是硅酮表面活性剂稳定聚氨酯泡沫。
聚氨酯泡沫具有出色的机械和物理性质,并且因此被用于极广泛的领域。对于多种PU泡沫例如基于醚和酯多元醇的常规的软质泡沫、冷固化泡沫(也经常被称为HR泡沫)、硬质泡沫、整体泡沫和微孔泡沫,以及具有在这些分类之间的性质的泡沫例如半硬质泡沫而言,汽车工业和家具工业是特别重要的市场。例如,硬质泡沫用作内顶衬,酯泡沫用作室内装饰门和用于模切遮阳板,且冷固化泡沫和软质泡沫用于座椅系统和褥垫。
其他相关的聚氨酯体系为例如聚氨酯涂料、聚氨酯粘合剂、聚氨酯密封剂或聚氨酯弹性体。
无论是出于环境原因还是处于经济原因,市场上对于用于聚氨酯体系的常规多元醇的替代物有基本的需求。
因此,例如在弹性聚氨酯泡沫的制备中,大多数情况下使用聚醚多元醇作为多元醇组分。如公知的那样,聚醚多元醇可以通过将氧化烯加成至H-官能化的起始化合物物质上的方式而制备。最通常地使用的氧化烯为氧化乙烯和氧化丙烯。
由于在化学工业中在许多方法中二氧化碳以副产物的形式大量形成,因此从商业的观点而言,在氧化烯聚合中使用二氧化碳作为共聚单体是特别受关注的。在多元醇中使用二氧化碳部分替代氧化烯有显著地降低多元醇的制备成本的潜力。此外,就环境而言,使用CO2作为共聚单体是非常有利的,这是由于此反应构成温室气体向聚合物的转化。
为此,在聚氨酯体系的制备中,最近几年越来越关注使用含以碳酸酯形式结合的二氧化碳的多元醇特别是聚醚聚碳酸酯多元醇的期望。
然而,这样的多元醇特别是聚醚聚碳酸酯多元醇在聚氨酯体系的制备中的期望的应用仍然具有一些问题。
例如,由于不同的极性和生成物的不相容性,待被转化的组分具有不佳的混溶性。此外,待使用的聚碳酸酯的极高的粘度使得它们难于加工。就技术而言生成的聚氨酯泡沫是不令人满意的,这是由于就制备而言它们具有延长的上升时间(参见例如WO 2013/016331、WO 2008/058913)和相对低的高度(气体生成)且生成的泡沫具有改变的物理性质例如断裂伸长率、抗拉强度和硬度。
目前在文献中没有关于以下的技术教导:如何以简单的方式使用在多元醇内结合有显著比例的CO2的多元醇(即>1重量%的总CO2以碳酸酯的形式结合在多元醇中,重量百分比基于总多元醇)制备聚氨酯体系(优选聚氨酯泡沫,特别是自由上升的软质(块状(slabstock))聚氨酯泡沫)而不使用复杂的技术或复杂的反应,特别是利用现有的生产装置,而不接受上升时间的不利延长、气体生成减少和物理性质改变。
相对于此背景技术,本发明解决的具体问题是提供了得到这样的聚氨酯体系优选聚氨酯泡沫特别是自由上升软质块状聚氨酯泡沫的简单途径,其包括使用在多元醇内结合有显著比例的CO2的多元醇(即>1重量%的总CO2成分以碳酸酯的形式结合在多元醇中,重量百分比基于总多元醇),对于制备,具有与标准的基于聚醚多元醇或基于聚酯多元醇的聚氨酯泡沫相当的上升时间。
现已出人意料地发现,得到这样的聚氨酯体系优选聚氨酯泡沫的途径通过特别的添加剂的使用而成为可能。
发明内容
通过本发明的主题,即在存在添加剂的情况下,通过使一种或多种多元醇组分与一种或多种异氰酸酯组分反应而制备聚氨酯体系特别是聚氨酯泡沫的方法,解决了待解决的问题,其中,
i)使用的多元醇包含总计至少1重量%,优选至少5重量%的以碳酸酯的形式结合的二氧化碳,且
ii)至少10重量%的使用的多元醇为聚醚聚碳酸酯多元醇的形式,在每种情况中重量百分比均基于使用的多元醇的总量,
采用的添加剂为以下化合物a)-d)中的至少一种,优选两种,有利地三种,且特别地全部:
a)选自式(II)的那些离子型表面活性剂的离子型表面活性剂A
A-M+ (II)
A-=选自以下组的阴离子:烷基硫酸根、芳基硫酸根、聚醚硫酸根、聚醚磺酸根、磺酸根、烷基磺酸根、芳基磺酸根、烷基羧酸根、芳基羧酸根、糖精酸根和聚醚磷酸根;且M+=不为铵阳离子的阳离子,优选地为金属阳离子,更优选地为碱金属阳离子且特别优选地为钾或钠阳离子;
b)选自季铵化合物的离子型表面活性剂B;
c)叔胺化合物C,其不为硅代吗啡啉(oxazasilinane)且具有优选地至少150g/mol,更优选地至少200g/mol的摩尔质量,且其优选地在水中在0.5质量%的浓度下将此溶液的静态表面张力降低至低于40N/m;
d)硅代吗啡啉D。
术语“使用的多元醇”涵盖本发明的方法中使用的多元醇的整体,并因此涵盖使用的所有多元醇组分,并因此特别地还涵盖多元醇混合物。
在此发明的语境中,术语“添加剂”特别地涵盖添加剂组合物,其可以包括上述化合物a)-d)中的任意化合物,这些化合物a)-d)中的两种或更多种,或所有化合物a)-d),其中此添加剂组合物还可以包括其他组分,特别是例如溶剂。
用于本发明的添加剂理论上可以包含上述那些化合物中的以下化合物a)-d):
a;b;c;d;即在每种情况下仅化合物a)-d)中的一种,例如a,即离子型表面活性剂A;
a,b;a,c;a,d;b,c;b,d;c,d;即在每种情况下化合物a)-d)中的两种,例如a,b;即离子型表面活性剂A和离子型表面活性剂B;
a,b,c;a,b,d;b,c,d;a,c,d;即在每种情况下化合物a)-d)中的三种,例如a,b,c,即离子型表面活性剂A和离子型表面活性剂B和叔胺化合物C;
a,b,c,d;即所有化合物a)-d),即,离子型表面活性剂A和离子型表面活性剂B和叔胺化合物C和硅代吗啡啉D。
通过添加剂特别是上述添加剂组合物的创造性的使用,借助于本发明的方法,可以出人意料地以简单的方式使用在多元醇内结合有显著比例的CO2(即,>1重量%,优选>5重量%的总CO2成分以碳酸酯的形式结合在多元醇中,重量百分比基于总多元醇)且包含聚醚聚碳酸酯多元醇的多元醇制备聚氨酯体系,优选聚氨酯泡沫,特别是例如弹性聚氨酯泡沫,且特别是自由上升的聚氨酯泡沫,所述泡沫制备产生具有良好的、稳定的和均质的泡沫结构的泡沫。此处可以采用常规的制备装置。
在本发明的方法中,在泡沫的制备时间中的上升时间、上升高度和生成的泡沫的孔细度各自处于基于聚醚多元醇的工业软质聚氨酯泡沫的制备的典型范围内。此外,关于物理性质例如抗拉强度或断裂伸长率,与已使用聚醚聚碳酸酯多元醇但未使用本发明的添加剂制备的那些泡沫相比较,本发明的方法中的PUR泡沫具有改善的数值。在本发明的方法中,特别地可能使用可商购的聚醚聚碳酸酯多元醇。
本发明的方法还具有以下优势:本发明使用的添加剂特别是添加剂组合物还可以与常规的稳定剂组合使用。
本发明用于制备聚氨酯体系的方法通常在存在一种或多种能够催化异氰酸酯-多元醇和/或异氰酸酯-水反应和/或异氰酸酯三聚作用的催化剂的情况下进行。
具体实施方式
在以下参考有利的实施方案详细描述本发明的方法、用于本发明的添加剂或添加剂组合物、及其用途。当以下列举范围、通式、或化合物种类时,这些意图不仅包括明确提及的相关范围或化合物组,而且还包括可以通过提取单独的数值(范围)或化合物而获得的所有子范围和化合物的子组。当在本发明的上下文中引用文献时,意图它们的全部内容应形成本发明的公开内容的部分。除非另有说明,否则百分比为重量百分比值。当以下报告平均值时,所关注的数值为重量平均,除非另有说明。除非另有说明,否则使用的化合物的摩尔质量通过凝胶渗透色谱(GPC)测定并且使用的化合物的结构通过NMR方法测定,特别是通过13C和29Si NMR测定。当化学(经验)式用于本发明中时,列举的指数可以不仅是绝对数而且可以是平均值。涉及聚合物化合物的指数优选地为平均值。如果以下报告测量值,则除非另有说明,否则这些测量在标准条件(25℃和1013毫巴)下进行。
在本发明的特别优选的实施方案中,基于整个添加剂组合物,用于本发明的添加剂组合物包含0重量%-90重量%,优选地10重量%-80重量%,更优选地20重量%-70重量%的一种或多种无机或有机溶剂,优选地选自水;醇,特别是聚醚一元醇或聚醚多元醇,优选地由其上已通过烷氧基化的方式加成具有2-24个碳原子的氧化烯(环氧化物)优选氧化乙烯和/或氧化丙烯的H-官能化的起始物物质组成,其具有优选为200-8000g/mol,更优选地为300-5000g/mol,特别优选地为500-1000g/mol的分子量且具有优选地为10重量%-100重量%,优选地为50重量%-100重量%的PO含量;以及具有优选地在200-4500g/mol范围内的分子量的聚酯一元醇或聚酯多元醇;二醇;烷氧基化物;碳酸酯;醚;酯;支化的或直链的脂肪族的或芳香族的烃和/或合成来源和/或天然来源的油。
在本发明的语境中,可用的聚氨酯体系特别是聚氨酯涂料、聚氨酯粘合剂、聚氨酯密封剂、聚氨酯弹性体或聚氨酯泡沫,且最优选的是聚氨酯泡沫,特别是自由上升的软质块状聚氨酯泡沫。
特别优选的是,在本发明的方法中使用的添加剂为包含以下的添加剂组合物:
a)至少一种选自式(II)的那些离子型表面活性剂的离子型表面活性剂A
A-M+ (II)
A-=选自以下组的阴离子:烷基硫酸根、芳基硫酸根、聚醚硫酸根、聚醚磺酸根、磺酸根、烷基磺酸根、芳基磺酸根、烷基羧酸根、芳基羧酸根、糖精酸根和聚醚磷酸根;且M+=不为铵阳离子的阳离子,优选地为金属阳离子,更优选地为碱金属阳离子且特别优选地为钾或钠阳离子;和/或
b)至少一种选自季铵化合物的离子型表面活性剂B;和另外的
c)至少一种不为硅代吗啡啉的叔胺化合物C,具有优选地至少150g/mol,更优选地至少200g/mol的摩尔质量,且其优选地在水中在0.5质量%的浓度下将此溶液的静态表面张力降低至低于40N/m;和/或,优选地和,
d)至少一种硅代吗啡啉D,
其中,用于本发明的添加剂组合物有利地包含溶剂,优选地为10重量%-80重量%,更优选地为20重量%-70重量%的一种或多种无机或有机溶剂,优选地选自水;醇,特别是聚醚一元醇或聚醚多元醇,优选地由其上已通过烷氧基化的方式加成具有2-24个碳原子的氧化烯(环氧化物)优选氧化乙烯和/或氧化丙烯的H-官能化的起始物物质组成,其具有优选为200-8000g/mol,更优选地为300-5000g/mol,特别优选地为500-1000g/mol的分子量且具有优选地为10重量%-100重量%,优选地为50重量%-100重量%的PO含量;以及具有优选地在200-4500g/mol范围内的分子量的聚酯一元醇或聚酯多元醇;二醇;烷氧基化物;碳酸酯;醚;酯;支化的或直链的脂肪族的或芳香族的烃和/或合成来源和/或天然来源的油。
因此,根据本发明,可以优选地使用包含以下组分的提及的以下粘合剂组合物中的每单独的一种:a,c和溶剂;a,d和溶剂;b,c和溶剂;b,d和溶剂;a,c,d和溶剂;a,b,d和溶剂;a,b,c和溶剂;b,c,d和溶剂;a,b,c,d和溶剂。
在本发明的方法中,有利的是使用聚醚聚碳酸酯多元醇。聚醚聚碳酸酯多元醇自身是本领域技术人员公知的;它们已广泛地描述于专业文献中和专利文献中,并且它们也是广泛地可商购的。它们优选地具有可以使用通式(Ia)描述的结构:
R1为缺乏对于烷氧基化具有活性的氢原子的起始物物质基团,例如以下的分子基团:一元-或多元醇、单-或多官能胺、多元硫醇、羧酸、氨基醇、氨基羧酸、硫醇、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、聚乙烯亚胺、聚醚胺(例如获自Huntsman的被称为的那些,例如D-230、D-400、D-2000、T-403、T-3000、T-5000或相应的BASF产品,例如Polyetheramin D230、D400、D200、T403、T5000)、聚四氢呋喃(例如获自BASF的例如250、650S、1000、1000S、1400、1800、2000)、聚四氢呋喃胺、聚醚硫醇、聚丙烯酸酯多元醇、蓖麻油、蓖麻油的单-或三甘油酯、脂肪酸的单甘油酯、化学改性的脂肪酸的单-、二、和/或三甘油酯、和每分子包含平均至少2个OH基团的C1-C24烷基脂肪酸酯;
R2 为CH2-CH2;
R3 为CH2-CH(CH3);
R4 为CH2-CH(R5)、CH(R6)-CH(R6)、CH2-C(R6)2、C(R6)2-C(R6)2、
CH2-CH-CH2-R8、C6H6-CH-CH2、C6H6-C(CH3)-CH2、单-或多环氧化的脂肪或单-、双和三甘油酯形式的油的分子基团或单-或多环氧化的脂肪酸或其C1-C24烷基酯的分子基团;
R5 为C2-C24-烷基基团或烯基基团,其可以为直链的或支化的;
R6 为C2-C24-烷基基团或烯基基团,其可以为直链的或支化的;
R7 为直链排列的C3-C6烷基基团;
R8 为OH、Cl、OCH3、OCH2-CH3、O-CH2-CH=CH2或O-CH=CH2;
此外,
ui、vi、wi为0-400的整数;指数ui、vi或wi中的至少一个≥1;
xi 为1-100的整数;此外,在聚醚聚碳酸酯多元醇的通式(Ia)中,在链末端既没有-C(=O)-O-C(=O)-O-键(碳酸酯-碳酸酯键)也没有-C(=O)-OH键;
n 为1-100的整数,优选2-8,特别是2-4;
i 为i=1-n的整数。
此外,对于通式(Ia),优选地适用以下关系:
在单独的聚合物链1-n中单体单元的顺序如期望的那样,但在聚合物链中不应出现-C(=O)-O-C(=O)-O-键(碳酸酯-碳酸酯键),在单独的聚合物链的链末端处也不应出现-C(=O)-OH键。此外,聚醚聚碳酸酯多元醇的n-聚合物链的组合物应彼此独立。此外,可能在加成期间并非所有或仅一个n-聚合物链通过烷氧基化的方式生长。
如果使用起始物物质的混合物,则通式(Ia)的聚醚聚碳酸酯多元醇的不同结构可以彼此并排存在。
在式(Ia)中,如果ui、vi、wi,≠0或ui、vi≠0且同时wi=0,则独立于(C(=O)-O)单元,单独的单元(R2-O)、(R3-O)和(R4-O)或(R2-O)和(R3-O)可以以严格的交替的形式或以梯度的形式以嵌段的形式彼此键合。
优选自起始物物质、氧化乙烯、氧化丙烯和CO2形成的聚醚碳酸酯多元醇。这些可以通过通式(Ib)描述:
其中R1、R2和R3具有与式(Ia)中相同的定义。
此外,
ui、vi 为0-400的整数;至少ui或vi≥1;
xi 为1-100的整数;此外,在聚醚聚碳酸酯多元醇的通式(Ib)中,在链末端既没有-C(=O)-O-C(=O)-O-键(碳酸酯-碳酸酯键)也没有-C(=O)-OH键;
n 为1-100的整数;优选地为2-8,特别是2-4;
i 为i=1-n的整数。
此外,对于通式(Ib),优选地适用以下关系:
在单独的聚合物链1-n中单体单元的顺序如期望的那样,但在聚合物链中不应出现-C(=O)-O-C(=O)-O-键(碳酸酯-碳酸酯键),在单独的聚合物链的链末端处也不应出现-C(=O)-OH键。此外,聚醚聚碳酸酯多元醇的n-聚合物链的组合物应彼此独立。此外,可能在加成期间并非所有或仅一个n-聚合物链通过烷氧基化的方式生长。
如果使用起始物物质的混合物,则通式(Ib)的聚醚聚碳酸酯多元醇的不同结构可以彼此并排存在。
在式(Ib)中,如果ui、vi≠0,则独立于(C(=O)-O)单元,单独的单元(R2-O)和(R3-O)可以以严格的交替的形式或以梯度的形式以嵌段的形式彼此键合。
特别优选的是由起始物物质、氧化丙烯和CO2形成的聚醚碳酸酯多元醇。这些可以由通式(Ic)描述:
R1和R3具有与式(Ia)中相同的定义。
此外,
vi 为4-400的整数;至少ui或vi≥1;
xi 为1-100的整数;此外,在聚醚聚碳酸酯多元醇的通式(Ic)中,在链末端既没有-C(=O)-O-C(=O)-O-键(碳酸酯-碳酸酯键)也没有-C(=O)-OH键;
n 为1-100的整数,优选地为2-8,特别是2-4;
i 为i=1-n的整数。
此外,对于通式(Ic),优选地适用以下关系:
在单独的聚合物链1-n中单体单元的顺序如期望的那样,但在聚合物链中不应出现-C(=O)-O-C(=O)-O-键(碳酸酯-碳酸酯键),在单独的聚合物链的链末端处也不应出现-C(=O)-OH键。此外,聚醚聚碳酸酯多元醇的n-聚合物链的组合物应彼此独立。此外,可能在加成期间并非所有或仅一个n-聚合物链通过烷氧基化的方式生长。
如果使用起始物物质的混合物,则通式(Ic)的聚醚聚碳酸酯多元醇的不同结构可以彼此并排存在。
通过使用催化剂,通过将氧化烯和二氧化碳加成至H-官能化的起始物物质而制备聚醚聚碳酸酯多元醇是公知的。此处可以使用多种催化剂系统:第一代为在例如US-A3900424或US-A 3953383中描述的非均相的锌或铝盐。此外,已成功地将单-和双核金属复合物用于CO2和氧化烯的共聚(WO 2010/028362、WO 2009/130470、WO 2013/022932或WO2011/163133)。用于二氧化碳和氧化烯的共聚的最重要的一类催化剂系统为双金属氰化物催化剂,也被称为DMC催化剂(US-A 4500704,WO 2008/058913)。可以此方式获得的聚醚聚碳酸酯多元醇可以优选地用于本发明中。
通常,对于聚醚聚碳酸酯多元醇的制备,可以例如使用优选地具有2-24个碳原子的氧化烯(环氧化物)。具有2-24个碳原子的氧化烯为例如一种或多种选自由以下组成的组的化合物:氧化乙烯、氧化丙烯、氧化1-丁烯、氧化2,3-丁烯、氧化2-甲基-1,2-丙烯(氧化异丁烯)、氧化1-戊烯、氧化2,3-戊烯、氧化2-甲基-1,2-丁烯、氧化3-甲基-1,2-丁烯、氧化1-己烯、氧化2,3-己烯、氧化3,4-己烯、氧化2-甲基-1,2-戊烯、氧化4-甲基-1,2-戊烯、氧化2-乙基-1,2-丁烯、氧化1-庚烯、氧化1-辛烯、氧化1-壬烯、氧化1-癸烯、氧化1-十一烯、氧化1-十二烯、氧化4-甲基-1,2-戊烯、一氧化丁二烯、一氧化异戊二烯、氧化环戊烯、氧化环己烯、氧化环庚烯、氧化环辛烯、氧化苯乙烯、氧化甲基苯乙烯、氧化蒎烯、单-、二-和三甘油酯形式的单-或多环氧化的脂肪、环氧化的脂肪酸、环氧化的脂肪酸的C1-C24酯、表氯醇、缩水甘油、和缩水甘油的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和环氧化物官能化的烷氧基硅烷例如3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基三乙氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基三丙氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基乙基二乙氧基硅烷、3-缩水甘油氧基丙基三异丙氧基硅烷。优选地,使用的氧化烯可以为氧化乙烯和/或氧化丙烯,特别是氧化丙烯。
使用的适合的H-官能化的起始物物质可以特别地为具有对于烷氧基化具有活性的氢原子的化合物。具有对于烷氧基化具有活性的活性氢原子的基团为例如-OH、-NH2(伯胺)、-NH-(仲胺)、-SH和-CO2H,优选-OH和-NH2,特别优选-OH。使用的H-官能化的起始物物质为例如一种或多种选自由以下组成的组中的化合物:水、一元-或多元醇、单-或多官能胺、多元硫醇、羧酸、氨基醇、氨基羧酸、硫醇、羟基酯、聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚酯醚多元醇、聚醚聚碳酸酯多元醇、聚乙烯亚胺、聚醚胺(例如获自Huntsman的被称为的那些,例如D-230、D-400、D-2000、T-403、T-3000、T-5000或相应的BASF产品,例如Polyetheramin D230、D400、D200、T403、T5000)、聚四氢呋喃(例如获自BASF的例如250、650S、1000、1000S、1400、1800、2000)、聚四氢呋喃胺、聚醚硫醇、聚丙烯酸酯多元醇、蓖麻油、蓖麻油的单-或三甘油酯、脂肪酸的单甘油酯、化学改性的脂肪酸的单-、二、和/或三甘油酯、和每分子包含平均至少2个OH基团的C1-C24烷基脂肪酸酯。以实例的方式,每分子包含平均至少2个OH基团的C1-C24烷基脂肪酸酯为可商购的产品例如Lupranol(获自BASF SE)、产品(获自Hobum Oleochemicals GmbH)、Sovermo产品(获自Cognis Deutschland GmbH&Co.KG)和TM产品(获自USSC Co.)。使用的单官能起始物化合物可以为醇、胺、硫醇和羧酸。使用的单官能醇可以为: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。可以使用以下单官能硫醇:乙硫醇、1-丙硫醇、2-丙硫醇、1-丁硫醇、3-甲基-1-丁硫醇、硫代苯酚。单官能羧酸包括:甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、脂肪酸例如硬脂酸、棕榈酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、苯甲酸、丙烯酸。
适合作为H-官能化的起始物物质的多元醇为例如二元醇(例如乙二醇、二乙二醇、丙二醇、二丙二醇、丙烷-1,3-二醇、丁烷-1,4-二醇、丁烯-1,4-二醇、丁炔-1,4-二醇、新戊二醇、戊烷-1,5-二醇、甲基戊二醇(例如3-甲基戊烷-1,5-二醇)、己烷-1,6-二醇、辛烷-1,8-二醇、癸烷-1,10-二醇、十二烷-1,12-二醇、双(羟基甲基)环己烷(例如1,4-双(羟基甲基)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、三羟基乙基异氰脲酸酯、蓖麻油);四元醇(例如季戊四醇);多元醇(例如山梨糖醇、己醇、蔗糖、淀粉、淀粉水解产物、纤维素、纤维素水解产物、羟基官能化的脂肪和油,特别是蓖麻油),和这些上述醇与不同量的ε-己内酯的所有改性产物。
H-官能化的起始物物质还可以选自聚醚多元醇物质种类,特别是具有在100-4000g/mol内的分子量Mn的那些。优选由重复的氧化乙烯和氧化丙烯单元形成的聚醚多元醇,优选地具有比例为35%-100%氧化丙烯单元,更优选地具有比例为50%-100%氧化丙烯单元。这些可以为氧化乙烯和氧化丙烯的无规共聚物、梯度共聚物、交替或嵌段共聚物。由重复的氧化丙烯和/或氧化乙烯单元形成的适合的聚醚多元醇为例如获自BayerMaterialScience AG的 和聚醚多元醇(例如3600Z、1900U、Polyol 2200、Polyol40001、Polyol1004、Polyol 1010、Polyol 1030、Polyol 1070、BD 1110、VPPU 0789、K55、1004、S 180)。其他适合的均聚氧化乙烯为例如获自BASF SE的E品牌;适合的均聚氧化丙烯为例如获自BASF SE的P品牌;氧化乙烯和氧化丙烯的适合的混合共聚物为例如获自BASF SE的PE或RPE品牌。H-官能化的起始物物质还可以选自聚酯多元醇的物质种类,特别是具有在200-4500g/mol范围内的分子量Mn的那些。使用的聚酯多元醇为至少二官能的聚酯。优选地,聚酯多元醇由交替的酸和醇单元组成。使用的酸组分为例如琥珀酸、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、四氢化邻苯二甲酸、四氢化邻苯二甲酸酐、六氢化邻苯二甲酸酐或所述酸和/或酸酐的混合物。使用的醇组分为例如乙二醇、丙烷-1,2-二醇、丙烷-1,3-二醇、丁烷-1,4-二醇、戊烷-1,5-二醇、新戊二醇、己烷-1,6-二醇、1,4-双(羟基甲基)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。如果使用的醇组分为二元或多元聚醚多元醇,则结果是聚酯醚多元醇同样可以起用于制备聚醚聚碳酸酯多元醇的起始物物质的作用。优选使用具有Mn=150-2000g/mol的聚醚多元醇用于制备聚酯醚多元醇。
此外,使用的H-官能化的起始物物质可以例如为聚碳酸酯二醇,特别是具有在150-4500g/mol,优选500-2500范围内的分子量Mn的那些,其例如通过光气、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯或碳酸二苯酯和二官能的醇或聚酯多元醇或聚醚多元醇的反应制备。聚碳酸酯的实例可以在例如EP-A1359177中找到。例如,使用的聚碳酸酯二醇可以为获自BayerMaterialScience AG的产品,例如C 1100或C2200。在本发明的另一个实施方案中,聚醚聚碳酸酯多元醇可用作单官能起始物物质。为此目的,这些用作单官能起始物物质的聚醚聚碳酸酯多元醇在独立的反应步骤中事先制备。
H-官能化的起始物物质通常具有1-8,优选2或3的官能度(即每分子对于聚合具有活性的氢原子的数目)。H-官能化的起始物物质单独地使用或以至少两种H-官能化的起始物物质的混合物的形式使用。
优选的H-官能化的起始物物质为通式HO-(CH2)x-OH的醇,其中x为1-20的数字,优选地为2-20的偶数。此式的醇的实例为乙二醇、丁烷-1,4-二醇、己烷-1,6-二醇、辛烷-1,8-二醇、癸烷-1,10-二醇、和十二烷-1,12-二醇。
其他优选的H-官能化的起始物物质为例如新戊二醇、三羟甲基丙烷、甘油、季戊四醇、前述式HO-(CH2)x-OH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-己内酯的反应产物和季戊四醇与ε-己内酯的反应产物。此外,优选地,使用的H-官能化的起始物物质为水、二乙二醇、二丙二醇、蓖麻油、山梨糖醇和由重复的聚氧化烯单元形成的聚醚多元醇。
更优选地,H-官能化的起始物物质为一种或多种选自由以下组成的组的化合物:乙二醇、丙二醇、丙烷-1,3-二醇、丁烷-1,3-二醇、丁烷-1,4-二醇、戊烷-1,5-二醇、2-甲基丙烷-1,3-二醇、新戊二醇、己烷-1,6-二醇、二乙二醇、二丙二醇、甘油、三羟甲基丙烷、二-和三官能化的聚醚多元醇,其中所述聚醚多元醇由二-或三H-官能化的起始物化合物和氧化丙烯形成或由二-或三H-官能化的起始物化合物、氧化丙烯和氧化乙烯形成。聚醚多元醇优选地具有在62-4500g/mol范围内的分子量Mn和2-4的官能度,且特别是在62-3000g/mol范围内的分子量Mn和2-3的官能度。
双金属氰化物(DMC)催化剂理论上为本领域公知的(参见例如US-A3404109、US-A3829505、US-A 3941849和US-A 5158922)。DMC催化剂例如US-A 5470813、EP-A 700949、EP-A 743093、EP-A 761708、WO97/40086、WO 98/16310和WO 00/47649中的那些具有极高的活性且使得在极低的催化剂浓度下制备聚醚聚碳酸酯多元醇成为可能。典型的实例为EP-A700949中描述的且不仅包含双金属氰化物化合物(例如六氰合钴酸(III)锌和有机络合物配体(例如叔丁醇)而且还包含具有大于500g/mol的数均分子量的聚醚的高活性DMC催化剂。
更具体地,对于可用于本发明中的聚醚聚碳酸酯多元醇,可以参考相应的专利文献,此处特别地引用WO 2008/092767 A1(BASF)、WO 2012/049162A1(BayerMaterialScience)、WO 2010/028362 A1(Novomer)、WO 2010/013948 A2(Sk Energy Co),其内容由此全部援引加入。根据这些公开物的教导可获得的聚醚聚碳酸酯多元醇优选在本发明中使用。
本发明优选的可使用的聚醚聚碳酸酯多元醇通常可以具有至少为1的官能度,优选2-8,更有选2-6,且最优选2-4。
根据本发明的优选的实施方案,在本发明的方法中使用多元醇,使得使用的多元醇的至少20重量%,更有利地至少30重量%,优选地至少50重量%,且特别地至少75重量%为聚醚聚碳酸酯多元醇形式,在每种情况中重量百分比均基于使用的多元醇的总量。
根据本发明的另一个优选的实施方案,多元醇具有的碳酸酯基团(以CO2计算)的总含量为至少1重量%,优选地为至少5重量%,更优选地为至少10重量%,且最优选地为15重量%-50重量%。
当本发明使用的聚醚聚碳酸酯多元醇优选地具有500-20000,优选地500-5000,更优选地750-4000,且最优选地1000-3500的数均分子量时,其为本发明的另一个优选的实施方案。上述数均分子量为在DIN 55672-1:2007-8的基础上通过凝胶渗透色谱(GPC)测定的数均分子量,已针对聚丙二醇标准(76-6000g/mol)进行校正。
优选地,用于本发明的聚醚聚碳酸酯多元醇包含1重量%-50重量%,有利地2重量%-43重量%,且更优选地5重量%-20重量%碳酸酯单元形式的二氧化碳,0重量%-60重量%且优选地1重量-50重量%的氧化乙烯,和0重量%-90重量%且优选地1重量%-98重量%的氧化丙烯,重量%基于通过二氧化碳的加成形成的聚醚聚碳酸酯多元醇减去起始化物质的分子部分。
因此,使用的氧化烯可以例如仅为氧化丙烯或例如仅为氧化乙烯。因此,使用的氧化烯可以为氧化丙烯或氧化乙烯。最优选地,使用的氧化烯仅为氧化丙烯。在此情况中本发明使用的聚醚聚碳酸酯多元醇最优选地包含2重量%-43重量%碳酸酯单元形式的二氧化碳,和57重量%-98重量%氧化丙烯,基于通过反应形成的具体聚醚聚碳酸酯多元醇减去起始物物质的分子部分。
本发明使用的聚醚聚碳酸酯多元醇还可以为预聚体的形式。在本发明中,预聚体理解为是指异氰酸酯改性的多元醇组合物。异氰酸酯改性的多元醇可以通过例如至少一种多元醇组分与至少一种多官能异氰酸酯的反应制备,优选地借助于催化剂,其中异氰酸酯的量为理论上为与多元醇中所有可用OH基团反应所需要的异氰酸酯的量的0.01%(优选地0.05%,更优选地0.1%)和15%之间,优选地10%,更优选地5%,且用于制备异氰酸酯改性的多元醇的至少一种多元醇为聚醚聚碳酸酯多元醇。因此,异氰酸酯改性的聚烯烃为具有末端OH基团的储存稳定的,优选地不分离的,液体不发泡的多元醇聚合物。因此,应确保使用的组分的良好的混溶性。
根据优选的实施方案,用于本发明的添加剂组合物包含至少一种选自季铵化合物的离子型表面活性剂B和至少一种硅代吗啡啉D。这两种组分的一起使用产生协同作用。
根据优选的实施方案,用于本发明的添加剂组合物包含至少一种选自季铵化合物的离子型表面活性剂B;和至少一种不为硅代吗啡啉的叔胺化合物C,其具有优选地至少150g/mol,更优选地至少200g/mol的摩尔质量,且其优选地在水中在0.5质量%的浓度下将此溶液的静态表面张力降低至低于40N/m。
根据另一个优选的实施方案,用于本发明的添加剂组合物包含至少一种选自季铵化合物的离子型表面活性剂B;和至少一种不为硅代吗啡啉的叔胺化合物C,其具有优选地至少150g/mol,更优选地至少200g/mol的摩尔质量,且其优选地在水中在0.5质量%的浓度下将此溶液的静态表面张力降低至低于40N/m;和至少一种硅代吗啡啉D。
上述静态表面张力根据DIN EN 14370(表面张力的测定)测定。为此目的,在重蒸馏水溶液中分析样品。溶液计算为100ml,且在分析天平上称量。如果在样品上形成泡沫,则使用移液管通过抽吸将其移除。对于测量,使用Krüss K100MK2张力计,如对于板方法使用Krüss标准板(Pt,19.900x0.200x10.000mm)或对于环方法使用Krüss标准环(du Noüy)(Pt,r=9.545mm,厚度0.370mm)。对于校正,使用获自Millipore的来自Millipore SimplicityUV的I型重蒸馏水(电阻率值:18.2MΩcm;TOC含量<5ppb)和获自Sigma-Aldrich的1-辛醇≥99%。
优选地,表面活性剂B选自咪唑鎓化合物、吡啶鎓化合物或式(IIIa)-(IIIc)的化合物:
NR9 xR10 4-x +X- (IIIa)
R1′R2′R3′R4′N+X- (IIIb)
R1′R2′N+=CR3′R4′X- (IIIc)
其中x=0-4,优选地为1-3,更优选地为2或3,X-=阴离子,R9=相同的或不同的,优选地相同的,具有1-3个碳原子,优选地具有2个碳原子且更优选地具有1个碳原子的烷基基团,
R10=相同的或不同的烃基基团,该烃基基团任选地包含双键且具有5-30个碳原子,优选地具有8-20个碳原子;芳基基团;烷基芳基基团;或烷氧基化的烃基基团;式(VI)的聚醚基团
-(CH2)y-O-(C2H4O)o-(C3H6O)p-OH (VI)
o和p独立地为0-100,优选地为0-50,其中在每种情况下o+p的和大于0,且y为2-4,优选地为2,
R1’、R2’、R3’、R4’相同或不同,且各自为氢;任选地包含双键且具有1-30个碳原子的直链的或支化的脂肪族烃基团;任选地包含双键且具有5-40个碳原子的脂环族烃基团;具有6-40个碳原子的芳香族烃基团;具有7-40个碳原子的烷基芳基基团;由1个或多个杂原子特别是氧、NH、NR’中断的直链的或支化的脂肪族烃基团;其中R1’、R2’、R3’、R4’相同或不同,且各自为氢;任选地包含双键且具有1-30个碳原子的直链的或支化的脂肪族烃基团;任选地包含双键且具有5-40个碳原子的脂环族烃基团;具有6-40个碳原子的芳香族烃基团;具有7-40个碳原子的烷基芳基基团;由1个或多个杂原子特别是氧、NH、NR’中断的直链的或支化的脂肪族烃基团,其中R′为任选地包含双键的C1-C30-烷基基团,特别是-CH3,任选地包含双键且具有2-30个碳原子;被一个或多个选自-O-C(O)-、-(O)C-O-、-NH-C(O)-、-(O)C-NH、-(CH3)N-C(O)-、-(O)C-N(CH3)-、-S(O2)-O-、-O-S(O2)-、-S(O2)-NH-、-NH-S(O2)-、-S(O2)-N(CH3)-、-N(CH3)-S(O2)-的组的官能团中断的直链的或支化的脂肪族烃基团,任选地包含双键且具有2-30个碳原子;具有用OH、OR‘、NH2、N(H)R‘、N(R‘)2的末端官能化的直链的或支化的脂肪族的或脂环族的烃基(其中R‘为任选地包含双键的C1-C30-烷基基团),任选地包含双键且具有1-30个碳原子;或具有-(R5′-O)n-R6’的嵌段或无规结构的聚醚,其中
R5′ 为包含2-4个碳原子的直链的或支化的烃基基团,
n 为1-100,优选地为2-60,且
R6’ 为氢,任选地包含双键且具有1-30个碳原子的直链的或支化的脂肪族烃基,任选地包含双键且具有5-40个碳原子的脂环族烃基,具有6-40个碳原子的芳香族烃基,具有7-40个碳原子的烷基芳基基团或-C(O)-R7′基团其中
R7’ 为任选地包含双键且具有1-30个碳原子的直链的或支化的脂肪族烃基,任选地包含双键且具有5-40个碳原子的脂环族烃基,具有6-40个碳原子的芳香族烃基,具有7-40个碳原子的烷基芳基基团
可用于表面活性剂B的阳离子还包括源自饱和的或不饱和的环状化合物的离子和源自芳香化合物的离子,它们各自具有在可以任选地被取代的4-10元,优选地5-6元杂环中的至少一个三价氮原子。这样的阳离子可以通过以下通式(IIId)、(IIIe)和(IIIf)而以简化的形式(即没有对分子中的确切位置和双键的数目的说明)描述,其中杂环环还可以任选地包含两个或更多个杂原子:
其中
R11 相同或不同,且为氢,任选地包含双键且具有1-30个碳原子的直链的或支化的脂肪族烃基,任选地包含双键且具有5-40个碳原子的脂环族烃基,具有6-40个碳原子的芳香族烃基,或具有7-40个碳原子的烷基芳基基团,
R12和R13各自如R1′和R2′的定义,
Y 为氧原子或取代的氮原子(Y=O、NR1a),
R1a 为氢;任选地包含双键且具有1-30个碳原子的直链的或支化的脂肪族烃基;任选地包含双键且具有5-40个碳原子的脂环族烃基;具有6-40个碳原子的芳香族烃基;具有7-40个碳原子的烷基芳基基团;由1个或多个杂原子(氧,NH,NR′其中R′为任选地包含双键的C1-C30-烷基基团,特别是-CH3)中断的直链的或支化的脂肪族烃基团,任选地包含双键且具有2-30个碳原子;被一个或多个选自-O-C(O)-、-(O)C-O-、-NH-C(O)-、-(CH3)N-C(O)-、-(O)C-N(CH3)-、-S(O2)-O-、-O-S(O2)-、-S(O2)-NH-、-NH-S(O2)-、-S(O2)-N(CH3)-、-N(CH3)-S(O2)-的组的官能团中断的直链的或支化的脂肪族烃基团,任选地包含双键且具有2-30个碳原子;具有用OH、OR‘、NH2、N(H)R‘、N(R‘)2末端官能化的直链的或支化的脂肪族的或脂环族的烃基(其中R‘为任选地包含双键的C1-C30-烷基基团),任选地包含双键且具有1-30个碳原子,或具有-(R5′O)n-R6′的嵌段或无规结构的聚醚。
上述种类的环状氮化合物的实例为吡咯烷、二氢吡咯、吡咯、咪唑啉、噁唑啉、噁唑、异噁唑、吲哚、咔唑、哌啶、吡啶、异构皮考啉和卢剔啶、喹啉和异喹啉。通式(IIId)、(IIIe)和(IIIf)的环状氮化合物可以为未取代的(R11=H)、单取代的或被R11基团多取代的,且在被R11多取代的情况中,单独的R11基团可以不同。
其他可用的阳离子为源自饱和非环的、饱和的或不饱和的环状化合物的离子和源自芳香化合物的离子,它们各自具有在4-10元,优选地5-6元杂环中的多于一个三价氮原子。这些化合物既可以在碳原子上也可以在氮原子上被取代。它们也可以通过任选地被取代的苯环和/或环己烷环稠合,以形成多环结构。这样的化合物的实例为吡唑、3,5-二甲基吡唑、咪唑、苯并咪唑、N-甲基咪唑、二氢吡唑、吡唑烷、哒嗪、嘧啶、吡嗪、2,3-、2,5-和2,6-二甲基吡嗪、噌啉、酞嗪、喹唑啉、吩嗪、和哌嗪。特别地,已发现源自咪唑啉及其烷基和苯基衍生物的阳离子可用作成分。
其他可用的阳离子为包含两个氮原子且由通式(IIIg)表示的离子:
其中,
R8’、R9’、R10′、R11′、R12′可以相同或不同,且各自为氢;任选地包含双键且具有1-30个,优选地1-8个且特别地1-4个碳原子的直链的或支化的脂肪族烃基;任选地包含双键且具有5-40个碳原子的脂环族烃基;具有6-40个碳原子的芳香族烃基;具有7-40个碳原子的烷基芳基基团;由1个或多个杂原子(氧,NH,NR′其中R′为任选地包含双键的C1-C30-烷基基团)中断的直链的或支化的脂肪族烃基团,任选地包含双键且具有1-30个碳原子;被一个或多个选自-O-C(O)-,-(O)C-O-,-NH-C(O)-,-(O)C-NH,-(CH3)N-C(O)-,-(O)C-N(CH3)-,-S(O2)-O-,-O-S(O2)-,-S(O2)-NH-,-NH-S(O2)-,-S(O2)-N(CH3)-,-N(CH3)-S(O2)-的组的官能团中断的直链的或支化的脂肪族烃基团,任选地包含双键且具有1-30个碳原子;具有用OH、OR‘、NH2、N(H)R‘、N(R‘)2末端官能化的直链的或支化的脂肪族的或脂环族的烃基(其中R‘为任选地包含双键的C1-C30-烷基基团),任选地包含双键且具有1-30个碳原子,或具有由-(R5′-O)n-R6’的嵌段或无规结构形成的聚醚,其中R5′、n和R6’如上所定义。
表面活性剂B中的阴离子X-优选地选自以下组:卤离子、硝酸根、硫酸根、硫酸氢根、烷基硫酸根、芳基硫酸根、聚醚硫酸根、聚醚磺酸根、磺酸根、烷基磺酸根、芳基磺酸根、烷基羧酸根、芳基羧酸根、糖精酸根、聚醚磷酸根和磷酸根。
作为阴离子X-,可用于本发明的表面活性剂B优选地具有氯离子、磷酸根或甲基硫酸根阴离子,优选地具有甲基硫酸根阴离子。
当用于本发明的添加剂组合物包括至少一种硅代吗啡啉时可能是有利的。作为硅代吗啡啉,本发明的组合物优选地包含2,2,4-三甲基-1,4,2-硅代吗啡啉(式(V))
在本发明的优选实施方案中,用于本发明的添加剂组合物包含至少一种不为硅代吗啡啉的叔胺化合物C,其具有至少150g/mol,更优选地至少200g/mol的摩尔质量,且其优选地在水中在0.5质量%的浓度下将此溶液的静态表面张力降低至低于40N/m;还包含至少一种硅代吗啡啉。
优选地,表面活性剂A选自式(IIa)的那些
R14-SO3 -M+ (IIa)
其中R14=有机基团,特别是烃基基团或-O-烃基基团,优选地,R14=具有5-30个且优选地具有8-20个碳原子的饱和的或不饱和的烃基基团,芳基基团或烷基芳基基团;且M+=阳离子,优选地为碱金属阳离子,更优选地为钠阳离子。优选的离子型表面活性剂A为例如式(IIb)-(IId)的那些:
优选的离子型表面活性剂B特别地为咪唑鎓化合物,更优选地为式(IIIh)的那些
式(IIb)-(IId)和(IIIh)中的R基团可以为相同的或不同的、饱和的或不饱和的、任选地烷氧基化的、具有1-30且优选地具有1-20个碳原子的烃基基团。
在式IIIh中,X-=选自以下组的阴离子:卤离子、硝酸根、硫酸根、硫酸氢根、烷基硫酸根、芳基硫酸根、聚醚硫酸根、聚醚磺酸根、磺酸根、烷基磺酸根、芳基磺酸根、烷基羧酸根、芳基羧酸根、糖精酸根、聚醚磷酸根和磷酸根,优选地为氯离子、磷酸根或甲基硫酸根阴离子,特别是甲基硫酸根阴离子。
可用于本发明的胺C优选地为非离子的,即不具有任何电荷。优选的胺C为例如式(IV)的那些
其中
R15=具有5-30个且优选地具有8-20个碳原子的饱和的或不饱和的烃基,
R16=具有2或3个碳原子的二价烷基基团,
R17=相同的或不同的,优选相同的,具有1-3个碳原子的烷基基团,优选甲基基团。
特别优选的胺C为二甲基氨基丙基椰油酰胺。
优选地选择表面活性剂A的量,使得每总计使用100份多元醇使用0.001-5重量份,特别是0.01-3重量份,更优选地0.05-1重量份表面活性剂A。
优选地选择表面活性剂B的量,使得每总计使用100份多元醇使用0.001-5重量份,特别是0.01-3重量份,更优选地0.05-1重量份表面活性剂B。
优选地选择胺C的量,使得每总计使用100份多元醇使用0.001-5重量份,特别是0.01-3重量份,更优选地0.05-1重量份胺C。
优选地选择硅代吗啡啉D的量,使得每总计使用100份多元醇使用0.0005-1重量份,特别是0.001-0.5重量份硅代吗啡啉D。
在用于本发明的添加剂组合物中,所有表面活性剂A和B的总和与所有胺C的总和的质量比优选地为20∶1-1∶10,更优选地为10∶1-1∶10,且特别优选地为5∶1-1∶5。
如果用于本发明的添加剂组合物包含一种或多种硅代吗啡啉D,则所有胺C的总和与所有硅代吗啡啉D的总和的质量比优选地为500∶1-1∶1,更优选地为200∶1-5∶1,且特别优选地为50∶1-10∶1。作为硅代吗啡啉,用于本发明的添加剂组合物优选地包含式(V)的2,2,4-三甲基-1,4,2-硅代吗啡啉
用于本发明的添加剂组合物可以以其自身或与其他物质组合而用于聚氨酯泡沫的制备。
除可用的组分a-d以外,用于本发明的添加剂组合物可以因此包含一种或多种可用于聚氨酯泡沫的制备中的其他物质,特别地选自成核剂、稳定剂、开孔剂、交联剂、乳化剂、阻燃剂、抗氧化剂、抗静电剂、杀生物剂、色浆、固体填充剂、胺催化剂、金属催化剂和缓冲物质。同时,在非常特别优选的实施方案中,基于整个添加剂组合物,用于本发明的添加剂组合物包含0重量%-90重量%,优选地10重量%-80重量%,更优选地20重量%-70重量%的一种或多种无机或有机溶剂,所述溶剂优选地选自水;醇,特别是聚醚一元醇或聚醚多元醇,优选地由其上已通过烷氧基化的方式加成具有2-24个碳原子的氧化烯(环氧化物)优选氧化乙烯和/或氧化丙烯的H-官能化的起始物物质组成,其具有优选为200-8000g/mol,更优选地为300-5000g/mol,特别优选地为500-1000g/mol的分子量且具有优选地为10重量%-100重量%,优选地为50重量%-100重量%的PO含量;以及具有优选地在200-4500g/mol范围内的分子量的聚酯一元醇或聚酯多元醇;二醇;烷氧基化物;碳酸酯;醚;酯;支化的或直链的脂肪族的或芳香族的烃和/或合成来源和/或天然来源的油,基于添加剂组合物。
优选地,在本发明的方法中,基于使用的多元醇的总量,使用的多元醇组分为包含至少10重量%,更有利地至少20重量%,更有利地至少30重量%,优选地至少50重量%,特别是至少75重量%的聚醚聚碳酸酯多元醇的多元醇的混合物。在本发明的其他优选的实施方案中,使用的多元醇组分仅为聚醚聚碳酸酯多元醇。
优选地,多元醇具有至少1重量%,优选地至少5重量%,更优选地至少10重量%,且最优选地15重量%-50重量%的碳酸酯基团(以CO2计算)的总含量。
优选地选择添加剂组合物的量,使得每使用总量为100份多元醇使用0.001-10重量份,特别是0.2-5重量份的添加剂组合物。
可以优选地选择添加剂组合物的量,使得使用的所有多元醇组分与所有使用的胺C的总和的质量比为2000∶1-5∶1,优选地为1000∶1-10∶1,且更优选地为250∶1-20∶1。
在本发明的优选的实施方案中,在本发明的方法中使用包含至少2种组分的添加剂组合物:
(i)至少一种选自季铵化合物的离子型表面活性剂B,至少一种咪唑鎓化合物特别是式(IIIh)的咪唑鎓化合物
其中R=相同的或不同的,饱和的或不饱和的,任选地烷氧基化的、具有1-30个碳原子的烃基,
X-=选自以下组的阴离子:卤离子、硝酸根、硫酸根、硫酸氢根、烷基硫酸根、芳基硫酸根、聚醚硫酸根、聚醚磺酸根、磺酸根、烷基磺酸根、芳基磺酸根、烷基羧酸根、芳基羧酸根、糖精酸根、聚醚磷酸根和磷酸根,优选地为氯离子、磷酸根或甲基硫酸根阴离子,特别是甲基硫酸根阴离子;
(ii)至少一种硅代吗啡啉D,特别是式(V)的2,2,4-三甲基-1,4,2-硅代吗啡啉
使用的多元醇组分为多元醇的混合物,基于使用的多元醇的总量,有利地包含至少10重量%,更有利地至少20重量%,甚至更有利地至少30重量%,优选地至少50重量%,且特别地至少75重量%的聚醚聚碳酸酯多元醇。
在本发明的优选的实施方案中,在本发明的方法中使用包含至少2种组分的添加剂组合物:
(i)作为叔胺化合物C,其具有优选地至少150g/mol,更优选地至少200g/mol的摩尔质量,且其优选地在水中在0.5质量%的浓度下将此溶液的静态表面张力降低至低于40N/m,至少一种式(IV)的化合物
其中
R15=具有5-30个且优选地具有8-20个碳原子的饱和的或不饱和的烃基团,
R16=具有2或3个碳原子的二价的烷基基团,
R17=相同的或不同的,优选相同的,具有1-3个碳原子的烷基基团,优选甲基基团,
特别是二甲基氨基丙基椰油酰胺,
(ii)至少一种选自季铵化合物的离子型表面活性剂B,至少一种咪唑鎓化合物特别是式(IIIh)的咪唑鎓化合物,
其中R=相同的或不同的,饱和的或不饱和的,任选地烷氧基化的、具有1-30个碳原子的烃基,
X-=选自以下组的阴离子:卤离子、硝酸根、硫酸根、硫酸氢根、烷基硫酸根、芳基硫酸根、聚醚硫酸根、聚醚磺酸根、磺酸根、烷基磺酸根、芳基磺酸根、烷基羧酸根、芳基羧酸根、糖精酸根、聚醚磷酸根和磷酸根,优选地为氯离子、磷酸根或甲基硫酸根阴离子,特别是甲基硫酸根阴离子,
使用的多元醇组分为多元醇的混合物,基于使用的多元醇的总量,有利地包含至少10重量%,更有利地至少20重量%,甚至更有利地至少30重量%,优选地至少50重量%,且特别地至少75重量%的聚醚聚碳酸酯多元醇。
在本发明的特别优选的实施方案中,在本发明的方法中使用包含至少3种组分的添加剂组合物:
(i)作为叔胺化合物C,其具有优选地至少150g/mol,更优选地至少200g/mol的摩尔质量,且其优选地在水中在0.5质量%的浓度下将此溶液的静态表面张力降低至低于40N/m,至少一种式(IV)的化合物
其中
R15=具有5-30个且优选地具有8-20个碳原子的饱和的或不饱和的烃基团,
R16=具有2或3个碳原子的二价的烷基基团,
R17=相同的或不同的,优选相同的,具有1-3个碳原子的烷基基团,优选甲基基团,
特别是二甲基氨基丙基椰油酰胺,
(ii)至少一种选自季铵化合物的离子型表面活性剂B,至少一种咪唑鎓化合物特别是式(IIIh)的咪唑鎓化合物,
其中R=相同的或不同的,饱和的或不饱和的,任选地烷氧基化的、具有1-30个碳原子的烃基,
X-=选自以下组的阴离子:卤离子、硝酸根、硫酸根、硫酸氢根、烷基硫酸根、芳基硫酸根、聚醚硫酸根、聚醚磺酸根、磺酸根、烷基磺酸根、芳基磺酸根、烷基羧酸根、芳基羧酸根、糖精酸根、聚醚磷酸根和磷酸根,优选地为氯离子、磷酸根或甲基硫酸根阴离子,特别是甲基硫酸根阴离子,
(ii)至少一种硅代吗啡啉D,特别是式(V)的2,2,4-三甲基-1,4,2-硅代吗啡啉
使用的多元醇组分为多元醇的混合物,基于使用的多元醇的总量,有利地包含至少10重量%,更有利地至少20重量%,甚至更有利地至少30重量%,优选地至少50重量%,且特别地至少75重量%的聚醚聚碳酸酯多元醇。
在本发明的具体的实施方案中,在本发明的方法中没有使用脂肪酸酯硫酸酯。
优选地,PU系统特别是PU泡沫通过将包含至少一种氨基甲酸酯和/或异氰脲酸酯催化剂、至少一种发泡剂和/或水、至少一种异氰脲酸酯组分、和含聚醚聚碳酸酯多元醇的多元醇混合物的混合物在存在本发明的添加剂组合物的情况下膨胀而制备。
除了提及的组分以外,混合物可以包括另外的成分,例如任选地存在的(其他)发泡剂、任选地存在的预聚体、任选地存在的阻燃剂和任选地存在的其他添加剂(除了本发明的添加剂组合物中提及的那些以外)例如填充剂、基于羟基-官能化的化合物与异氰酸酯的反应的乳化剂、稳定剂例如含硅的和不含硅的特别是含Si的和不含Si的有机稳定剂和表面活性剂、降粘剂、染料、抗氧化剂、UV稳定剂或抗静电剂。应理解的是寻求制备不同种类的柔性聚氨酯泡沫即热固化、冷固化或酯柔性聚氨酯泡沫的本领域技术人员将选择为此所需的具体物质例如异氰酸酯、多元醇、预聚体、稳定剂等,以适合的方式以获得具体类型的期望的柔性聚氨酯泡沫。
许多描述适合的组分和用于制备的不同类型的柔性聚氨酯泡沫即热固化、冷固化及酯柔性聚氨酯泡沫的方法的产权描述在下文且全文援引加入本文:EP 0152878 A1、EP0409035 A2、DE 102005050473 A1、DE 19629161 A1、DE 3508292 A1、DE 4444898 A1、EP1061095 A1、EP 0532939 B1、EP 0867464 B1、EP 1683831 A1和DE 102007046860 A1。
可使用的起始原料、催化剂和助剂及衍生物的进一步的细节可以在例如Kunststoff-Handbuch[Plastics Handbook],第7卷,Polyurethane[Polyurethanes],Carl-Hanser-Verlag Munich,第一版1966,第二版1983和第三版1993中找到。
以下化合物、组分和添加剂仅以实例的方式提及,并且可以被本领域技术人员已知的其他物质代替。
柔性聚氨酯泡沫的制备中采用的其他表面活性剂可以选自例如包含非离子表面活性剂和/或两性表面活性剂的组。
根据本发明,使用的表面活性剂也可以例如为聚合物乳化剂例如聚烷基聚氧基烷基聚丙烯酸酯、聚乙烯基吡咯烷酮或聚乙烯基乙酸酯。作为表面活性剂/乳化剂,同样可以使用通过少量的异氰酸酯与多元醇的反应获得的预聚体(称为低聚聚氨酯),且其优选地溶解存在于多元醇中。
使用的泡沫稳定剂可以优选地为现有技术已知的且通常还用于聚氨酯泡沫稳定化的那些。这些既可以为含Si的也可以为不含Si的,特别是含Si的和不含Si的有机稳定剂和表面活性剂。
含Si的稳定剂进一步通过聚氧化烯嵌段是通过对水解稳定的C-Si键(例如EP2182020中)还是通过对水解较不稳定的C-O-Si键与聚硅氧烷嵌段键合而区分。可以例如通过不饱和的聚氧化烯与SiH官能化的硅氧烷(被称为氢硅氧烷)的贵金属催化的氢化甲硅烷化制备可用于聚氨酯泡沫稳定化的SiC-聚硅氧烷-聚氧化烯嵌段共聚物,如例如EP1520870中所述。氢化甲硅烷化可以分批次进行或连续地进行,如例如DE 19859759 C1中所述。
多个其他文献例如EP 0493836 A1、US 5565194或EP 1350804各自公开了具有用于在各种聚氨酯泡沫配制物中实现对于泡沫稳定剂的要求的具体特性的具体组成的聚硅氧烷-聚氧化烯嵌段共聚物。
使用的杀生物剂可以为商业产品例如氯苯、苯并异噻唑啉酮、六氢-1,3,5-三(羟基乙基-s-三嗪)、氯甲基异噻唑啉酮、甲基异噻唑啉酮、或1,6-二羟基-2,5-二氧代己烷,其由商品名BIT 10、Nipacide BCP、Acticide MBS、Nipacide BK、Nipacide CI、Nipacide FC而公知。
对于本发明的目的,适合的阻燃剂为现有技术中被认为适于此的任何物质。优选的阻燃剂的实例为液体有机磷化合物例如不含卤素的有机磷酸酯例如磷酸三乙酯(TEP);卤代的磷酸酯例如磷酸三(1-氯-2-丙基)酯(TCPP)、三(1,3-二氯-2-丙基)磷酸酯(TDCPP)和三(2-氯乙基)磷酸酯(TCEP);以及有机膦酸酯例如甲烷膦酸二甲酯(DMMP)、丙烷膦酸二甲酯(DMPP);或固体例如多磷酸铵(APP)和红磷。适合的阻燃剂还包括卤代的化合物例如卤代的多元醇,以及固体例如可膨胀的石墨和三聚氰胺。全部这些阻燃剂及其组合可以有利地用于本发明中;这些还包括所有可自Great Lakes Solutions(Chemtura)(例如:DP-54TM、BZ-54HP、550、552、600、602、50、65、95、CDP)、ICL Industrial Products(例如:FR-513、FR-1210、FR-1410、FyrolTM FR-2、FyrolTM 38、FyrolTM HF-5、FyrolTM A300TB、FyrolTM PCF、FyrolTM PNX、FyrolTM PNX-LE)、Clariant(例如:OP 550或OP560)商购的阻燃剂。
在通常的情况下,在发泡之前将除多元醇和异氰酸酯以外的所有组分混合以得到活化剂溶液。随后,取决于柔性聚氨酯泡沫的配方,此溶液优选地包含可用于本发明的添加剂组合物、稳定剂、催化剂或催化剂组合、发泡剂例如水、以及任何其他添加剂例如阻燃剂、着色剂、杀生物剂等。此类的活化剂溶液也可以为本发明的组合物。
发泡剂通过化学发泡剂和物理发泡剂而区分。化学发泡剂包括例如水,其与异氰酸酯基团的反应导致CO2的形成。泡沫的密度可以经由添加的水的量控制,基于100.0份多元醇,优选的水用量为0.5-10份之间,优选地为1-7份之间,更优选地为1-5份之间。此外,可选地和/或另外地,可以使用物理发泡剂。这些为对于配制物成分为惰性的液体,并且在大气压下具有低于100℃,优选地低于50℃,特别是在-50℃和30℃之间的沸点,使得它们在放热的聚合加成反应的影响下蒸发。优选的可使用的这样的液体的实例为酮例如丙酮和/或甲基乙基酮;烃例如正-、异-、或环戊烷,正-或异丁烷和丙烷,环己烷;醚例如二甲醚和二乙醚;卤代的烃例如二氯甲烷、四氟乙烷、五氟丙烷、七氟丙烷、五氟丁烷、六氟丁烷和/或二氯单氟乙烷、三氯氟甲烷、二氯四氟乙烷和1,1,2-三氯-1,2,2-三氟乙烷。此外,还可以使用二氧化碳。还可以使用这些低沸点液体彼此的混合物和/或与其他取代的或未取代的烃的混合物。发泡可以在标准的压力下或减压下(VPF技术)进行。
此处,物理发泡剂的量优选地在1-50重量份之间的范围内,特别是1-15重量份之间的范围内,而水的量优选地为0.5-10重量份的范围内,特别是在1-5重量份的范围内。在物理发泡剂中二氧化碳是优选的,且优选地与作为化学发泡剂的水组合使用。
活化剂溶液可以额外地包含现有技术中已知的用于活化剂溶液的所有惯用的添加剂。添加剂可以选自包含阻燃剂、抗氧化剂、UV稳定剂、染料、杀生物剂、色素、开孔剂、交联剂等的组。
柔性聚氨酯泡沫优选地通过以下制备:使包含聚醚聚碳酸酯多元醇的多元醇、二-或多官能化的异氰酸酯、本发明的添加剂组合物、胺催化剂、钾化合物、有机锌化合物和/或有机锡化合物或其他含金属的催化剂、稳定剂、发泡剂优选水的混合物反应以形成CO2,且,如果需要,添加物理发泡剂,任选地在共混阻燃剂、抗氧化剂、UV稳定剂、色浆、杀生物剂、填充剂、交联剂或其他惯用的加工助剂的条件下进行。这样的混合物同样形成本发明的主题的一部分。包含用于本发明的添加剂组合物和包含聚醚聚碳酸酯多元醇的多元醇的混合物同样形成本发明主题的一部分。
使用的异氰酸酯可以为包含至少2个异氰酸酯基团的有机异氰酸酯化合物。通常,可用的异氰酸酯为脂肪族的、环脂族的、芳脂族的且优选地为自身已知的芳族的多官能的异氰酸酯。相对于消耗异氰酸酯的组分的总和,异氰酸酯优选地以60-140mol%使用。
具体的实例包括以下:在亚烷基基团中具有4-12个碳原子的亚烷基二异氰酸酯,例如十二烷1,12-二异氰酸酯、2-乙基四亚甲基1,4-二异氰酸酯、2-甲基五亚甲基1,5-二异氰酸酯、四亚甲基1,4-二异氰酸酯,且优选地为六亚甲基1,6-二异氰酸酯;脂环族二异氰酸酯例如环己烷1,3-和1,4-二异氰酸酯和这些异构体的任何期望的混合物、1-异氰酸基-3,3,5-三甲基-5-异氰酸基甲基环己烷(IPDI)、六氢甲代亚苯基2,4-和2,6-二异氰酸酯和相应的异构体混合物、二环己基甲烷4,4′-、2,2′-和2,4′-二异氰酸酯和相应的异构体混合物,且优选地为芳香族的二-和多异氰酸酯例如甲代亚苯基2,4-和2,6-二异氰酸酯和相应的异构体混合物、二苯基甲烷4,4′-、2,4′-和2,2′-二异氰酸酯和相应的异构体混合物、二苯基甲烷4,4′-和2,2′-二异氰酸酯的混合物、聚苯基聚亚甲基多异氰酸酯、二苯基甲烷4,4′-、2,4′-和2,2′-二异氰酸酯的混合物以及聚苯基聚亚甲基多异氰酸酯(粗MDI)和粗MDI和甲代亚苯基二异氰酸酯的混合物。有机二-和多异氰酸酯可以单独地使用或以其混合物的形式使用。
还可以使用被称为改性的异氰酸酯的已通过引入氨基甲酸酯、异氰酸酯二聚体、异氰脲酸酯、脲基甲酸酯和其他基团而改性的异氰酸酯。
已发现有机的多异氰酸酯是特别有用的,且因此优选使用:
甲代亚苯基二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯异构体的混合物、二苯基甲烷二异氰酸酯和聚苯基聚甲基多异氰酸酯或甲代亚苯基二异氰酸酯与二苯基甲烷二异氰酸酯和/或聚苯基聚甲基多异氰酸酯或所谓的预聚体的混合物。
可以使用TDI(甲代亚苯基2,4-和2,6-二异氰酸酯异构体混合物)或MDI(二苯基甲烷4,4′-二异氰酸酯)。所谓的“粗MDI”或“聚合MDI”除4,4′异构体以外还包含2,4′和2,2′异构体,以及更高级的多环产物。“纯MDI”指主要由2,4′和4,4′异构体混合物或其预聚体构成的双环产物。其他适合的异氰酸酯详述于专利说明书EP 1095968中,将其全文援引加入本文。
交联剂指对于异氰酸酯为反应性的低分子量多官能化合物。适合的实例为具有62-1000g/mol,优选62-600g/mol的分子量的多官能的特别是二-和三官能的化合物。使用的那些包括例如二-和三烷醇胺例如二乙醇胺和三乙醇胺、脂肪族和芳香族二胺例如乙二胺、丁二胺、亚丁基-1,4-二胺、六亚甲基-1,6-二胺、4,4′-二氨基二苯基甲烷、3,3′-二烷基-取代的4,4′-二氨基二苯基甲烷、甲代亚苯基-2,4-和-2,6-二胺,且优选地为具有2-6个碳原子的脂肪族二醇和三醇例如乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-六亚甲基二醇、2-甲基丙烷-1,3-二醇、甘油和三羟甲基丙烷或蓖麻油或季戊四醇,以及更高级的多元醇例如糖醇、例如蔗糖、葡萄糖或山梨糖醇,和所有上述实例的烷氧基化的化合物。
本发明的组合物可以用于块状发泡。可以使用本领域技术人员已知的用于制备自由上升的软质聚氨酯泡沫的所有方法。例如,发泡操作可以在水平方向或垂直方向以分批或连续体系实现。可用于本发明的添加剂组合物可以类似地用于CO2技术。可以用于低压和高压机器中,在此情况中可以将本发明的配制物直接地计量加入混合室中或者在混合室的上游添加至随后进入混合室的组分之一中。添加可以在原料釜中进行。
除了聚醚聚碳酸酯多元醇以外,混合物中存在的其他多元醇组分可以任选地为所有已知的多元醇化合物。
对于本发明的目的,适于作为多元醇组分的多元醇为具有两个或更多个异氰酸酯-反应性基团优选OH基团的所有有机物质,及其配制物。通常用于制备聚氨酯体系特别是聚氨酯泡沫的所有聚醚多元醇和聚酯多元醇为优选的多元醇。
这些可以为例如通常每分子带有2-8个OH基团且除碳、氢和氧以外还可以包含杂原子例如氮、磷或卤素的聚醚多元醇或聚酯多元醇;优选使用聚醚多元醇。此类多元醇可以通过已知的方法制备,例如通过在存在作为催化剂的碱金属氢氧化物或碱金属醇盐的情况下且在添加至少一种优选地包含2个或3个键合形式的氢原子的起始物分子的情况下进行氧化烯的阴离子聚合;或通过在存在Lewis酸例如五氯化锑或氟化硼醚化物的情况下进行氧化烯的阳离子聚合;或通过双金属氰化物催化。适合的氧化烯在亚烷基部分包含2-4个碳原子。实例为四氢呋喃、1,2-氧化丙烯、1,2-或2,3-氧化丁烯;优选使用氧化乙烯和/或1,2-氧化丙烯。氧化烯可以单独地使用、交替地使用或以混合物的形式使用。使用的H-官能化的起始物物质特别是多官能的醇和/或胺。优选使用的醇为二元醇例如乙二醇、丙二醇或丁二醇,三元醇例如甘油、三羟甲基丙烷或蓖麻油或季戊四醇,以及更高级的多元醇例如糖醇例如蔗糖、葡萄糖或山梨糖醇。优选使用的胺为具有多至10个碳原子的脂肪族胺,例如乙二胺、二乙三胺、丙二胺、芳香胺例如甲苯二胺或二氨基二苯基甲烷,以及氨基醇例如乙醇胺或二乙醇胺。
聚酯多元醇可以通过缩聚反应或通过开环聚合制备。使用的酸组分为例如琥珀酸、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。使用的醇组分为例如乙二醇、丙烷-1,2-二醇、丙烷-1,3-二醇、丁烷-1,4-二醇、戊烷-1,5-二醇、新戊二醇、己烷-1,6-二醇、1,4-双(羟基甲基)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。如果使用的醇组分为二元或多元聚醚多元醇,则结果是聚酯醚多元醇,其同样可以起用于制备聚醚聚碳酸酯多元醇的起始物物质的作用。优选使用具有Mn=150-2000g/mol的聚醚多元醇用于制备聚酯醚多元醇。
聚醚多元醇优选聚氧丙烯聚氧乙烯多元醇通常具有2-8的官能度和优选地在500-8000范围内优选800-4500范围内的数均分子量。其他多元醇为本领域技术人员公知的且可以在例如EP-A-0380993或US-A-3346557中找到,将上述文献全文援引加入。
高弹性软质聚氨酯泡沫(冷固化泡沫)优选地通过使用二-和/或三官能聚醚醇制备,基于羟基基团的总和,所述聚醚醇优选地具有高于50mol%的伯羟基基团,特别是在链末端具有氧化乙烯嵌段的那些或仅基于氧化乙烯的那些。
块状软质泡沫优选地通过使用具有仲羟基基团的二-和/或三官能聚醚醇制备,所述聚醚醇具有优选地高于80mol%的仲羟基基团,特别是在链末端具有氧化丙烯嵌段或无规的氧化丙烯和氧化乙烯嵌段的那些,或仅基于氧化丙烯嵌段的那些。
另一类多元醇为通过多元醇与异氰酸酯以100∶1-5∶1,优选地50∶1-10∶1的摩尔比例反应而以预聚体的形式获得的那些。这样的预聚体优选地以在多元醇中的溶液的形式使用,且多元醇优选地对应于用于制备预聚体的多元醇。
另一类多元醇为所谓的填充多元醇(聚合物多元醇)。这些包含至多40重量%或更多的固体含量的分散的固体有机填充剂。使用的那些包括以下:
SAN多元醇:这些为包含基于苯乙烯-丙烯腈(SAN)的分散的共聚物的高反应性多元醇。
PUD多元醇:这些为包含聚脲的高反应性多元醇,同样为分散形式。
PIPA多元醇:这些为包含分散的聚氨酯的高反应性多元醇,例如通过异氰酸酯与烷醇胺在常规的多元醇中的原位反应而形成。
固体含量(取决于应用,基于多元醇,其优选地为5重量%和40重量%之间)是改善的开孔的原因,且因此多元醇可以以受控的方式发泡特别是使用TDI,并且不发生泡沫的收缩。因此,固体含量起必要的加工助剂的作用。另一个功能是经由固体含量控制硬度,这是由于在泡沫的一部分上较高的固体含量带来较高的硬度。
具有含固体的多元醇的配制物具有显著地更低的内在稳定性并且因此还倾向于除由于交联反应的化学稳定以外额外地需要物理稳定。
取决于多元醇的固体含量,这些多元醇单独使用或以与上述未填充的多元醇的共混物使用。
另一类可用的多元醇为所谓的自催化多元醇,特别是自催化聚醚多元醇。此类多元醇基于例如聚醚嵌段,优选地基于氧化乙烯和/或氧化丙烯嵌段,且额外地包括催化活性的官能基团例如含氮的官能基团特别是氨基基团优选叔胺官能团、脲基团和/或包含氮原子的杂环。通过在聚氨酯体系特别是聚氨酯泡沫优选软质聚氨酯泡沫的制备中使用这样的自催化多元醇,视情况而定,取决于应用,可以降低加成中使用的任何催化剂的需要量,和/或使其符合具体的期望的泡沫性质。适合的多元醇描述于例如WO0158976(A1)、WO2005063841(A1)、WO0222702(A1)、WO2006055396(A1)、WO03029320(A1)、WO0158976(A1)、US6924321(B2)、US6762274(B2)、EP2104696(B1)、WO2004060956(A1)或WO2013102053(A1)中,且可以例如以商品名VoractivTM和/或SpecFlexTM Activ购自Dow。
使用的发泡剂可以为公知的发泡剂。优选地,在聚氨酯泡沫的制备中,将水、二氯甲烷、戊烷、烷、卤代烷、丙酮和/或二氧化碳用作发泡剂。
水可以直接地添加至混合物中,或以反应物之一例如多元醇组分的次要组分的形式与反应物一起添加至混合物。
除了物理发泡剂和任何水以外,还可以使用与异氰酸酯反应生成气体的其他化学发泡剂,实例为甲酸。
在本发明中使用的催化剂可以例如为用于异氰酸酯-多元醇(氨基甲酸酯形成)和/或异氰酸酯-水(胺和二氧化碳形成)和/或异氰酸酯二聚(异氰酸酯二聚体形成)、异氰酸酯三聚(异氰脲酸酯形成)、异氰酸酯-异氰酸酯伴随CO2消去(碳二亚胺形成)和/或异氰酸酯-胺(脲形成)反应和/或“二次”交联反应例如异氰酸酯-氨基甲酸酯(脲基甲酸酯形成)和/或异氰酸酯-脲(缩二脲形成)和/或异氰脲酸酯-碳二亚胺(脲酮亚胺形成)的催化剂。
适于本发明的目的的催化剂为例如催化上述反应之一的催化剂,特别是胶凝反应(异氰酸酯-多元醇)、发泡反应(异氰酸酯-水)和/或异氰酸酯的二聚或三聚。这样的催化剂优选地为氮化合物,特别是胺和铵盐,和/或金属化合物。
对于本发明的目的,作为催化剂的适合氮化合物(以下也被称为含氮催化剂)为催化上述异氰酸酯反应之一和/或可以用于聚氨酯特别是聚氨酯泡沫的制备的现有技术的所有含氮催化剂。
对于本发明的目的,作为催化剂的适合氮化合物的实例优选地为胺,特别是叔胺或含一个或多个叔胺基团的化合物,包括胺,三乙胺、N,N-二甲基环己胺、N,N-二环己基甲基胺、N,N-二甲基氨基乙胺、N,N,N‘,N‘-四甲基亚乙基-1,2-二胺、N,N,N‘,N‘-四甲基亚丙基-1,3-二胺、N,N,N‘,N‘-四甲基-1,4-丁二胺、N,N,N‘,N‘-四甲基-1,6-己二胺、N,N,N‘,N“,N“-五甲基二亚乙基三胺、N,N,N‘-三甲基氨基乙醇胺、N,N-二甲基氨基丙胺、N,N-二乙基氨基丙胺、N,N-二甲基氨基丙基-N‘,N‘-二丙-2-醇胺、2-[[3-(二甲基氨基)丙基]甲基氨基]乙醇、3-(2-二甲基氨基)乙氧基)丙胺、N,N-双[3-(二甲基氨基)丙基]胺、N,N,N‘,N“,N“-五甲基二亚丙基三胺、1-[双[3-(二甲基氨基)丙基]氨基]-2-丙醇、N,N-双[3-(二甲基氨基)丙基]-N′,N′-二甲基丙烷-1,3-二胺、三亚乙基二胺、1,4-二氮杂双环[2.2.2]辛烷-2-甲醇、N,N‘-二甲基哌嗪、1,2-二甲基咪唑、N-(2-羟基丙基)咪唑、1-异丁基-2-甲基咪唑、N-(3-氨基丙基)咪唑、N-甲基咪唑、N-乙基吗啉、N-甲基吗啉、2,2,4-三甲基-2-硅杂吗啉、N-乙基-2,2-二甲基-2-硅杂吗啉、N-(2-氨基乙基)吗啉、N-(2-羟基乙基)吗啉、2,2′-二吗啉基二乙醚、N,N‘-二甲基哌嗪、N-(2-羟基乙基)哌嗪、N-(2-氨基乙基)哌嗪、N,N-二甲基苄胺、N,N-二甲基氨基乙醇、N,N-二乙基氨基乙醇、3-二甲基氨基-1-丙醇、N,N-二甲基氨基乙氧基乙醇、N,N-二乙基氨基乙氧基乙醇、双(2-二甲基氨基乙基醚)、N,N,N′-三甲基-N′-(2-羟基乙基)双(2-氨基乙基)醚、N,N,N′-三甲基-N-3′-氨基丙基(双氨基乙基)醚、三(二甲基氨基丙基)六氢-1,3,5-三嗪、1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一-7-烯、1,5-二氮杂双环[4.3.0]壬-5-烯、1,5,7-三氮杂双环[4.4.0]癸-5-烯、N-甲基-1,5,7-三氮杂双环[4.4.0]癸-5-烯、1,4,6-三氮杂双环[3.3.0]辛4-烯、1,1,3,3-四甲基胍、叔丁基-1,1,3,3-四甲基胍、胍、3-二甲基氨基丙基脲、1,3-双[3-(二甲基氨基)丙基]脲、双-N,N-(二甲基氨基乙氧基乙基)异佛尔酮二氨基甲酸酯、3-二甲基氨基-N,N-二甲基丙酰胺和2,4,6-三(二甲基氨基甲基)苯酚。现有技术的适合的含氮催化剂可以以商品名购自例如Evonik。
根据应用,在本发明的聚氨酯泡沫的制备中,可以优选的是使用季铵化的和/或质子化的含氮催化剂,特别是季铵化的和/或质子化的叔胺。
对于含氮催化剂的可能的季铵化,可以使用任何已知作为季铵化试剂的试剂。优选地,使用的季铵化剂为烷基化剂例如硫酸二甲酯、氯甲烷或氯化苄,特别优选甲基化剂例如硫酸二甲酯。同样可以使用氧化烯例如氧化乙烯、氧化丙烯或氧化丁烯进行季铵化,优选地随后使用无机酸或有机酸进行中和。
如果被季铵化,含氮催化剂可以被单季铵化或多季铵化。优选地,含氮催化剂仅被单季铵化。在单季铵化的情况中,含氮催化剂优选地在叔氮原子上被季铵化。
含氮催化剂可以通过与有机或无机酸反应而被转化为相应的质子化的化合物。例如当将要实现减慢的聚氨酯反应或当反应混合物在使用时将具有增强的流动时,这些质子化的化合物可以是优选的。
可用的有机酸包括例如以下列举的任何有机酸,例如具有1-36个碳原子的羧酸(芳香族的或脂肪族的,直链的或支化的)例如甲酸、乳酸、2-乙基己酸、水杨酸和新癸酸,或聚合物酸例如聚丙烯酸或聚甲基丙烯酸。使用的无机酸可以为例如基于磷的酸、基于硫的酸或基于硼的酸。
然而,在本发明中,未经季铵化的或质子化的含氮催化剂的使用是特别优选的。
对于本发明的目的,适合作为催化剂的金属化合物(以下也被称为金属催化剂)为催化上述异氰酸酯反应之一和/或可以用于聚氨酯特别是聚氨酯泡沫的制备的现有技术的所有金属化合物。它们可以选自例如以下组:金属-有机或有机金属化合物、金属-有机或有机金属盐、有机的金属盐、无机的金属盐,和以下组:带电荷的或不带电荷的金属配位化合物特别是金属螯合物。
在本发明中,表述“金属-有机或有机金属化合物”特别地涵盖使用具有直接的碳-金属键的金属化合物,此处也被称为金属有机基(例如锡有机基)或有机金属化合物(例如有机锡化合物)。在本发明中,表述“有机金属或金属-有机盐”特别地涵盖使用具有盐特性的金属-有机或有机金属化合物,即其中阴离子或阳离子本质为有机金属的离子化合物(例如有机锡氧化物、有机锡氯化物或有机锡羧酸盐)。在本发明中,表述“有机的金属盐”特别地涵盖使用不具有任何直接的碳-金属键且同时为金属盐的金属化合物,其中阴离子或阳离子为有机化合物(例如锡(II)羧酸盐)。在本发明中,表述“无机的金属盐”特别地涵盖使用其中阴离子或阳离子均不为有机化合物的金属化合物或金属盐,例如金属氯化物(例如氯化锡(II))、纯金属氧化物(例如锡氧化物)或混合的金属氧化物即包含多种金属、和/或金属硅酸盐或铝硅酸盐。在本发明中,表述“配位化合物”特别地涵盖使用由一个或多个中心颗粒和一个或多个配体形成的金属化合物,中心颗粒为带电荷的或不带电荷的金属(例如金属-或锡-胺复合物)。对于本发明的目的,表述“金属-螯合物”应特别地理解为使用含金属的配位化合物,其中配体具有至少两个用于与金属中心配位或结合的位点(例如金属-,或更确切地,锡-聚胺;或金属-,或更确切地,锡-聚醚复合物)。
对于本发明的目的,适于作为额外的催化剂的金属化合物,特别是如上所定义的,可以例如选自包含以下的所有金属化合物:锂、钠、钾、镁、钙、钪、钇、钛、锆、钒、铌、铬、钼、钨、锰、钴、镍、铜、锌、汞、铝、镓、铟、锗、锡、铅和/或铋,特别是钠、钾、镁、钙、钛、锆、钼、钨、锌、铝、锡和/或铋,更优选地锡、铋、锌和/或钙。
对于本发明的目的,适合作为催化剂的如上所定义的有机金属盐和有机的金属盐为例如有机锡、锡、锌、铋和钾盐,特别是相应的金属羧酸盐、醇盐、硫醇盐和巯基乙酸盐,例如二乙酸二丁基锡、二月桂酸二甲基锡、二月桂酸二丁基锡(DBTDL)、二月桂酸二辛基锡(DOTDL)、二新癸酸二甲基锡、二新癸酸二丁基锡、二新癸酸二辛基锡、二油酸二丁基锡、双(正月桂基硫醇)二丁基锡、双(正月桂基硫醇)二甲基锡、三(2-乙基己基巯基乙酸)单甲基锡、双(2-乙基己基巯基乙酸)二甲基锡、双(2-乙基己基巯基乙酸)二丁基锡、双(异辛基巯基乙酸)二辛基锡、乙酸锡(II)、2-乙基己酸锡(II)(辛酸锡(II))、异壬酸锡(II)(3,5,5-三甲基己酸锡(II))、新癸酸锡(II)、蓖麻油酸锡(II)、油酸锡(II)、乙酸锌(II)、2-乙基己酸锌(II)(辛酸锌(II))、异壬酸锌(II)(3,5,5-三甲基己酸锌(II))、新癸酸锌(II)、蓖麻油酸锌(II)、乙酸铋、2-乙基己酸铋、油酸铋、异壬酸铋、新癸酸铋、甲酸钾、乙酸钾、2-乙基己酸钾(辛酸钾)、异壬酸钾、新癸酸钾和/或蓖麻油酸钾。
在本发明的聚氨酯泡沫的制备中,可以优选地排除有机金属盐例如二月桂酸二丁基锡的使用。
通常地且优选地选择适合的额外的金属催化剂,使得它们不具有任何讨厌的本身气味且为基本上毒理学上安全的,且使得生成的聚氨酯体系特别是聚氨酯泡沫具有最低水平的与催化剂相关的排放。
在本发明的聚氨酯泡沫的制备中,根据应用的类型,可以优选地使用可引入的/反应性的或高分子量的催化剂。此类型的催化剂可以选自例如金属化合物的组,优选地选自锡化合物、锌化合物、铋化合物和/或钾化合物的组,特别是选自上述金属的金属羧酸盐的组例如异壬酸、新癸酸、蓖麻油酸和/或油酸的锡、锌、铋和/或钾盐;和/或选自氮化合物的组,特别是选自低排放胺和/或包含一个或多个叔胺基团的低排放化合物的组,例如描述为胺,二甲基氨基乙醇、N,N-二甲基-N′,N′-二(2-羟基丙基)-1,3-二氨基丙烷、N,N-二甲基氨基丙胺、N,N,N′-三甲基-N‘-羟基乙基双(氨基乙基)醚、6-二甲基氨基乙基-1-己醇、N-(2-羟基丙基)咪唑、N-(3-氨基丙基)咪唑、氨基丙基-2-甲基咪唑、N,N,N′-三甲基氨基乙醇胺、2-(2-(N,N-二甲基氨基乙氧基)乙醇、N-(二甲基-3-氨基丙基)脲衍生物和烷基氨基草酰胺例如双(N-(N′,N′-二甲基氨基丙基))草酰胺、双(N-(N′,N′-二甲基氨基乙基))草酰胺、双(N-(N′,N′-咪唑烷基丙基)草酰胺、双(N-(N′,N′-二乙基氨基乙基))草酰胺、双(N-(N′,N′-二乙基氨基丙基)草酰胺、双(N-(N′,N′-二乙基氨基乙基)草酰胺、双(N-(N′,N′-二乙基亚氨基-1-甲基丙基)草酰胺、双(N-(3-吗啉基丙基)草酰胺的那些及其与氧化烯的反应产物,优选地具有在160-500g/mol之间的范围内的摩尔质量,和以下通式的化合物:
其中,
对于非环基团,R18,R19=-CaH2a+i,其中a=1-4,
对于环状基团,R18,R19=-CbHcNd-,其中b=3-7,c=6-14,d=0-2,
R20=CeHfO9,其中e=0-4,f=0-8,g=0-2
R21=-H、-CH3、-C2H5
k,m=相同地或不同地,1-5。
此类催化剂和/或混合物以例如名称ZF-10、DMEA、API、RX 20和RX 21、RP 202、RP204、NE 300、NE 310、NE 400、NE 500、NE 600、NE1060和NE 2039、EF 860、EF890、EF700、EF 705、EF 708、EF 600、EF 602、54、EF和ZE 1商购。
催化剂的适合的使用量由催化剂的类型指导,且优选地在0.005-10.0pphp的范围内,更优选地在0.01-5.00pphp(基于100重量份的多元醇的重量份)的范围内,或对于钾盐在0.10-10.0pphp的范围内。
根据应用,在本发明的聚氨酯泡沫的制备中,优选的是使用一种或多种含氮的和/或金属催化剂。当使用多于一种催化剂时,催化剂可以彼此的任何期望的混合物使用。此处,在发泡操作中可以单独地使用催化剂,例如以在混料头(mixing head)中初步进料(preliminary dosage)的方式,和/或以预混合的催化剂组合的形式。
对于本发明的目的,表述“预混合的催化剂组合”以下还被称为催化剂组合,特别地涵盖以下成分的预制混合物:金属催化剂和/或含氮催化剂和/或相应的质子化的和/或季铵化的含氮催化剂,以及任选地存在的其他成分或添加剂例如水、有机溶剂、用于阻断胺的酸、乳化剂、表面活性剂、发泡剂、抗氧化剂、阻燃剂、稳定剂和/或硅氧烷优选聚醚硅氧烷;这些本身已在发泡前存在并且在起泡操作期间不需要以单独的组分的形式添加。
根据应用,使用的所有含氮催化剂的总和相对于金属催化剂特别是钾、锌和/或锡催化剂的总和产生1∶0.05-0.05∶1,优选1∶0.07-0.07∶1,且更优选1∶0.1-0.1∶1的摩尔比例时可以是优选的。
为了防止组分彼此之间的任何反应,特别是含氮催化剂与金属催化剂特别是钾、锌和/或锡催化剂的反应,可以优选的是将这些组分彼此分隔地储存,并随后同时地或相继地加入异氰酸酯和多元醇反应混合物中。
通过本发明方法的方式可以获得聚氨酯体系,优选聚氨酯泡沫,特别是软质聚氨酯泡沫。此聚氨酯体系形成本发明的主题的另一个部分。所关注的聚氨酯泡沫的具体特征是用于制备的多元醇组分至少部分地基于聚醚聚碳酸酯多元醇。
使用本发明的聚氨酯体系,特别是聚氨酯泡沫,可以获得包括此聚氨酯体系或由此聚氨酯体系特别是聚氨酯泡沫组成的物品。这些物品形成本发明主题的另一个部分。此类物体可以例如为家具减震或床垫。
此外,本发明还提供了聚氨酯体系,其包含聚醚聚碳酸酯多元醇,和任选地存在的其他多元醇组分,与一种或多种异氰酸酯组分的反应产物。
其中使用的多元醇包含总计至少1重量%,优选至少5重量%的以碳酸酯的形式结合二氧化碳,且其中至少10重量%的使用的多元醇为聚醚聚碳酸酯多元醇的形式,在每种情况中重量百分比均基于使用的多元醇的总量,
其中存在以下化合物a)-d)中的至少一种,优选两种,有利地三种,且特别地全部:
a)选自式(II)的那些离子型表面活性剂的离子型表面活性剂A
A-M+ (II)
A-=选自以下组的阴离子:烷基硫酸根、芳基硫酸根、聚醚硫酸根、聚醚磺酸根、磺酸根、烷基磺酸根、芳基磺酸根、烷基羧酸根、芳基羧酸根、糖精酸根和聚醚磷酸根;且M+=不为铵阳离子的阳离子,优选地为金属阳离子,更优选地为碱金属阳离子且特别优选地为钾或钠阳离子;
b)选自季铵化合物的离子型表面活性剂B;
c)叔胺化合物C,其不为硅代吗啡啉且具有优选地至少150g/mol,更优选地至少200g/mol的摩尔质量,且其优选地在水中在0.5质量%的浓度下将此溶液的静态表面张力降低至低于40N/m;
d)硅代吗啡啉D。
此外,本发明还提供了聚氨酯体系,所述聚氨酯体系包含聚醚聚碳酸酯多元醇,和任选地存在的其他多元醇组分,与一种或多种异氰酸酯组分的反应产物。
其中使用的多元醇包含总计至少1重量%,优选至少5重量%的以碳酸酯的形式结合的二氧化碳,且其中至少10重量%的使用的多元醇为聚醚聚碳酸酯多元醇的形式,在每种情况中重量百分比均基于使用的多元醇的总量,
且所述聚氨酯体系包含添加剂组合物,所述添加剂组合物包含:
a)至少一种选自式(II)的那些离子型表面活性剂的离子型表面活性剂A
A-M+ (II)
A-=选自以下组的阴离子:烷基硫酸根、芳基硫酸根、聚醚硫酸根、聚醚磺酸根、磺酸根、烷基磺酸根、芳基磺酸根、烷基羧酸根、芳基羧酸根、糖精酸根和聚醚磷酸根;且M+=不为铵阳离子的阳离子,优选地为金属阳离子,更优选地为碱金属阳离子且特别优选地为钾或钠阳离子;和/或
b)至少一种选自季铵化合物的离子型表面活性剂B;以及
c)至少一种不为硅代吗啡啉的叔胺化合物C,其具有优选地至少150g/mol,更优选地至少200g/mol的摩尔质量,且其优选地在水中在0.5质量%的浓度下将此溶液的静态表面张力降低至低于40N/m;和/或,优选地和,
d)至少一种硅代吗啡啉D。
此外,本发明还提供适于制备聚氨酯泡沫的组合物,该组合物包含多元醇和添加剂组合物的如上所述的混合物,其中,
i)使用的多元醇包含总计至少1重量%,优选地至少5重量%,更优选地至少10重量%,且最优选地15重量%-50重量%的以碳酸酯的形式结合的二氧化碳,和
ii)使用的多元醇的至少10重量%,有利地至少20重量%,更有利地至少30重量%,优选地至少50重量%,特别是至少75重量%为聚醚聚碳酸酯多元醇形式,在每种情况中重量百分比均基于使用的多元醇的总量。
这样的本发明的组合物可以特别地仅包含所述添加剂组合物和聚醚聚碳酸酯多元醇。添加剂组合物可以直接地溶于聚醚聚碳酸酯多元醇。更特别地,基于整个添加剂组合物,此组合物可以包含0重量%-90重量%,优选地10重量%-80重量%,更优选地20重量%-70重量%的一种或多种无机或有机溶剂,所述溶剂优选地选自水;醇,特别是聚醚一元醇或聚醚多元醇,优选地由其上已通过烷氧基化的方式加成具有2-24个碳原子的氧化烯(环氧化物)优选氧化乙烯和/或氧化丙烯的H-官能化的起始物物质组成,其具有优选为200-8000g/mol,更优选地为300-5000g/mol,特别优选地为500-1000g/mol的分子量且具有优选地为10重量%-100重量%,优选地为50重量%-100重量%的PO含量;以及具有优选地在200-4500g/mol范围内的分子量的聚酯一元醇或聚酯多元醇;二醇;烷氧基化物;碳酸酯;醚;酯;支化的或直链的脂肪族的或芳香族的烃和/或合成来源和/或天然来源的油。
就此而言,组合物的概念还涵盖多组分组合物,其中两个或多个组分必须被混合以产生导致聚氨酯体系生成特别是聚氨酯泡沫生成的化学反应。具体而言,组合物的概念涵盖至少一种氨基甲酸酯和/或异氰酸酯催化剂、至少一种发泡剂、至少一种异氰酸酯组分和至少一种多元醇组分的混合物,其中,基于多元醇的总量,
i)使用的多元醇包含总计至少1重量%,优选地至少5重量%的以碳酸酯的形式结合的二氧化碳,和
ii)使用的多元醇的至少10重量%为聚醚聚碳酸酯多元醇形式,在每种情况中重量百分比均基于使用的多元醇的总量。
用于制备聚氨酯体系特别是聚氨酯泡沫的本发明的优选的组合物可以包含量为25重量%-80重量%的多元醇,量为1重量%-5重量%的水,量为0.05重量%-1重量%的催化剂,量为0重量%-25重量%的物理发泡剂(例如0.1重量%-25重量%)、量为0.1重量%-5重量%的稳定剂(例如含硅的和不含硅的,特别是含硅的和不含硅的有机稳定剂和表面活性剂)、量为20重量%-50重量%的异氰酸酯、以及量为0.001重量-10重量%,优选地0.1重量%-5重量%的用于根据本发明使用的添加剂组合物,其中,基于多元醇的总量,存在至少10重量%,有利地至少20重量%,更有利地至少30重量%,优选地至少50重量%,特别是至少75重量%的聚醚聚碳酸酯多元醇,其中多元醇的碳酸酯基团(以CO2计算)的总含量为至少1重量%,优选至少5重量%,更优选至少10重量%,且最优选15-50重量%。
对于这些上述的组合物的优选实施方案,明确地参考上述描述。
本发明的另一个主题为包含以下成分的添加剂组合物用于通过使一种或多种多元醇组分与一种或多种异氰酸酯组分反应制备聚氨酯泡沫的用途:
a)至少一种选自式(II)的那些离子型表面活性剂的离子型表面活性剂A
A-M+ (II)
A-=选自以下组的阴离子:烷基硫酸根、芳基硫酸根、聚醚硫酸根、聚醚磺酸根、磺酸根、烷基磺酸根、芳基磺酸根、烷基羧酸根、芳基羧酸根、糖精酸根和聚醚磷酸根;且M+=不为铵阳离子的阳离子,优选地为金属阳离子,更优选地为碱金属阳离子且特别优选地为钾或钠阳离子;和/或
b)至少一种选自季铵化合物的离子型表面活性剂B;以及
c)至少一种不为硅代吗啡啉的叔胺化合物C,其具有优选地至少150g/mol,更优选地至少200g/mol的摩尔质量,且其优选地在水中在0.5质量%的浓度下将此溶液的静态表面张力降低至低于40N/m;和/或,优选地和,
d)至少一种硅代吗啡啉D,
其中,
i)使用的多元醇包含总计至少1重量%,优选地至少5重量%的二氧化碳,以碳酸酯基团的形式结合,和
ii)使用的多元醇的至少10重量%为聚醚聚碳酸酯多元醇形式,在每种情况中重量百分比均基于使用的多元醇的总量。
同时,在优选的实施方案中,基于整个添加剂组合物,用于本发明的添加剂组合物包含0重量%-90重量%,优选地10重量%-80重量%,更优选地20重量%-70重量%的一种或多种无机或有机溶剂,所述溶剂优选地选自水;醇,特别是聚醚一元醇或聚醚多元醇,优选地由其上已通过烷氧基化的方式加成具有2-24个碳原子的氧化烯(环氧化物)优选氧化乙烯和/或氧化丙烯的H-官能化的起始物物质组成,其具有优选为200-8000g/mol,更优选地为300-5000g/mol,特别优选地为500-1000g/mol的分子量且具有优选地为10重量%-100重量%,优选地为50重量%-100重量%的PO含量;以及具有优选地在200-4500g/mol范围内的分子量的聚酯一元醇或聚酯多元醇;二醇;烷氧基化物;碳酸酯;醚;酯;支化的或直链的脂肪族的或芳香族的烃和/或合成来源和/或天然来源的油。
对于这些上述的应用的优选实施方案,明确地参考上述描述。
本发明还提供了可根据本发明获得的聚氨酯体系作为冰箱绝缘/热、绝缘/热板、夹心原件、管道绝缘/热、喷雾泡沫、1-和1.5-组分罐装泡沫、人造木、造型泡沫、包装泡沫、床垫、家具减震、运输工具内部材料、汽车座椅减震、头枕、仪表盘、汽车内饰、汽车顶衬里、吸音材料、方向盘、鞋底、地毯垫面泡沫、过滤泡沫、密封泡沫、密封剂和粘合剂的应用或用于制备相应产品的应用,特别是作为机动车内饰的材料。
以下参考实施例详细地阐述本发明的主题,不意图将本发明的主题限制于这些说明性的实施方案。
实施例
聚氨酯泡沫的制备
为了制备各聚氨酯泡沫,使用400g多元醇;相应地调节其他配制物成分。在此数学转换中,例如1.0份的组分意味着每100g多元醇1g此物质。
对于发泡,通过搅拌将本发明的多元醇、水、催化剂(一种或多种胺和/或锡化合物)、稳定剂和添加剂组合物充分混合。在添加异氰酸酯之后,使用搅拌器将混合物在3000rpm下混合7秒,并将混合物流延在纸衬里的木箱(27cm x27cm底)中。对生成物软质聚氨酯泡沫进行下述性能测试。
使用三个配方以证明本发明的软质聚氨酯泡沫的发泡操作。所有三个配方都是水发泡和自由上升的(泡沫可以无阻力的上升;非模具泡沫)。水的量选择为每100份多元醇混合物4.0份水。在此水量的基础上,可以预期约25kg/m3的密度。因此,就密度和水量而言,配制物典型地具有目前用于室内装潢或减震应用的工业中使用的软质聚氨酯泡沫的特征。根据表2中的配方2,基于4.0份水,使用聚醚聚碳酸酯多元醇,任选地添加常规的多元醇,常规的稳定剂(BF 2370,Evonik Industries AG)和不同量的本发明的添加剂制备软质块状聚氨酯泡沫。根据表3中的配方3,基于4.0份水,使用基于聚醚聚碳酸酯预聚体的多元醇,常规的稳定剂(BF 2370,Evonik Industries AG)和不同量的本发明的添加剂制备软质块状聚氨酯泡沫。对生成的泡沫的起泡操作特征和它们的物理性质进行彼此比较。使用的参照泡沫起初为由100%标准多元醇(石油化学来源)制备的软质聚氨酯泡沫(表1,配方1),其次为未添加本发明的添加剂的对应于表2和表3的软质聚氨酯泡沫。
根据表1中列举的配方制备不包括任何基于聚醚聚碳酸酯的多元醇的参照泡沫:
表1:由纯基于矿物油的多元醇制备的参照泡沫的配方(数字为质量份数)
*任选地:33(Evonik Industries AG),B75(EvonikIndustries AG),SMP(Evonik Industries AG)或DMEA(EvonikIndustries AG),ZE 3(Evonik Industries AG).
*CP 3322,可获自Dow Chemical;其为具有OH数47的聚醚三醇。
根据表2中列举的配方制备包括基于聚醚聚碳酸酯的多元醇的聚氨酯泡沫。
表2:包含聚醚聚碳酸酯多元醇的配方2(数字为质量份数)
*任选地:33(Evonik Industries AG),B75(EvonikIndustries AG),SMP(Evonik Industries AG)或DMEA(EvonikIndustries AG),ZE 3(Evonik Industries AG)。
*2根据WO 2008/058913基于实施例2制备的多元醇。
*3=通过将获自Novomer的Polyol 211-10(聚醚碳酸酯多元醇,MW=880,OH数=127,CO2含量=43重量%)与获自Dow Chemical的CP 3322共混获得多元醇混合物。
根据表3中列举的配方制备包括基于聚醚聚碳酸酯预聚体的多元醇的泡沫。
表3:包含聚醚聚碳酸酯预聚体的配方3(数字为质量份数)
*任选地:33(Evonik Industries AG),B75(EvonikIndustries AG),SMP(Evonik Industries AG)或DMEA(EvonikIndustries AG),ZE 3(Evonik Industries AG).
*4=预聚体14%CO2,由可获自Dow Chemical的CP 3322和获自Novomer的Polyol 211-10,通过与2份甲代亚苯基二异氰酸酯T80反应制备,使用0.06份Kosmos EF(获自Evonik Industries AG的Sn催化剂)作为催化剂(反应条件:100℃,1h)。
在每种情况中使用的本发明的添加剂包括以下组分:
表面活性剂A:Rewopol B 2003(阴离子磺酸盐表面活性剂,Evonik IndustriesAG)
表面活性剂B:Rewoquat W 3690(季铵化合物,Evonik Industries AG)
叔胺C:Tego Amid D 5040,在水中0.5%浓度下的静态表面张力:27.7mN/m,(脂肪椰油酰胺胺,Evonik Industries AG)
硅代吗啡啉D:2,2,4-三甲基-1,4,2-硅代吗啡啉(Apollo Scientific Ltd.)
性能测试
在以下物理性质的基础上对制备的泡沫进行评分:
a)在上升期结束后泡沫下沉(=后退):
由直接喷出后和泡沫喷出后三分钟后的泡沫高度的差异发现后退或进一步上升。通过固定于厘米尺的针的方式在泡沫顶部中间最大值处测量泡沫高度。此处的负值描述了喷出后的泡沫下沉;正值相应地描述泡沫的进一步上升。
b)泡沫高度
泡沫高度为3分钟后形成的自由地上升的泡沫的高度。泡沫高度以厘米(cm)报告。
c)上升时间
反应组分的混合结束以及聚氨酯泡沫的喷出之间的时间段。
d)密度
如DIN EN ISO 845:2009-10中所述,通过测量表观密度进行测定。密度以kg/m3报告。
e)透气性
根据DIN EN ISO 4638:1993-07,通过对泡沫进行动压测量测定泡沫的透气性。测量的动压以mm水柱的形式报告,较低的动压值则表征更开放的泡沫。值在0-300mm的范围内测量。
通过包含氮源、具有压力计的减压阀、螺纹流量调节器、洗瓶、流量计、T形接头、喷头和充有水的刻度玻璃管的装置测量动压。施用器喷嘴具有100x100mm的边缘长度,800g的重量,5mm的出口孔内径,20mm的下施用器环内宽和30mm的下施用环外径。
通过使用减压阀将氮供应压力调节至1巴并将流速调节至480l/h而进行测量。调节刻度玻璃管的水量以使得不产生压力差且不能读出。对于具有250x 250x 50mm尺寸的测试品的分析,将喷头置于测试品的角落上,冲洗边缘,并冲洗测试品的(估计的)中部(在每种情况中在具有最大的表面积的那侧)。当已建立恒定的动压时读出结果。
通过形成获得的5次测量的平均值进行评价。
f)每cm的孔数(孔计数):其在切削表面上通过肉眼测定(根据DIN EN15702测量)。
g)压痕硬度CLD,40%,根据DIN EN ISO 3386-1:1997+A1:2010。测量值以千帕斯卡(kPa)的形式报告。
h)抗拉强度和断裂伸长率根据DIN EN ISO 1798:2008。
发泡操作的结果:
不同配方的性能测试结果和使用的添加剂示于表4-6中。
表4:使用33(Evonik Industries AG)作为胺催化剂的发泡结果
*2根据WO 2008/058913基于实施例2制备的多元醇。
*3=通过将获自Novomer的Polyol 211-10(聚醚聚碳酸酯多元醇,MW=880,OH数=127,CO2含量=43重量%)与获自Dow Chemical的CP 3322共混获得多元醇混合物。
表4中的实验编号3,5和7为本发明。在使用33(Evonik IndustriesAG)作为胺催化剂的一系列测试中(表4),发现通过使用含二氧化碳的多元醇制备的软质PUR泡沫与不使用本发明的添加剂的基于常规的多元醇的泡沫(参照泡沫,实验编号1)相比具有延长的上升时间和较低的气体生成(实验编号2、4、和6)。通过添加1.5份本发明的添加剂,可以显著地将上升时间降低至且将气体生成增加至参照泡沫的水平(实验编号3、5、和7)。通过添加1.5份本发明的添加剂(实验编号3、5、和7),同样可以再次显著地增加抗拉强度和断裂伸长率,其通过使用含CO2的多元醇而大大降低(实验编号2、4、和6,参照泡沫实验编号1)。此外,已发现使用预聚体形式的含CO2的多元醇导致具有大大增加的压缩载荷变形的泡沫(实验编号6和7)。
表5和6中显示的结果(实验编号10、12、15、17、20、22、25和27为本发明)表明已使用除33(Evonik Industries AG)以外的胺催化剂且不使用本发明的添加剂制备的基于聚醚聚碳酸酯的泡沫与基于常规的多元醇的软质PUR泡沫(在含CO2的多元醇的情况中为实验编号9、14、19和24,且在预聚体形式的含CO2的多元醇的情况中为实验编号11、16、21和26;参照泡沫实验编号8、13、18和23)相比也具有显著地延长的上升时间和较低的气体生成。同样发现抗拉强度和断裂伸长率的劣化。通过使用1.5份本发明的添加剂,即使在基于使用B75(Evonik Industries AG)、SMP(EvonikIndustries AG)、DMEA(Evonik Industries AG)或ZE 3(Evonik Industries AG)作为胺催化剂的发泡操作的情况中也可以同时改善上升时间和气体生成(实验编号10、12、15、17、20、22、25和27)。通过使用本发明的添加剂,也可以再次显著地增强抗拉强度和断裂伸长率。在表5和6中的实施例中,同样明显的是通过使用基于CO2的预聚体制备的泡沫显示出升高的压缩载荷变形(实验编号11和12、16和17、21和22、26和27)。
Claims (15)
1.制备聚氨酯体系特别是聚氨酯泡沫的方法,在存在添加剂的情况下,通过使一种或多种多元醇组分与一种或多种异氰酸酯组分反应,其中
(i)使用的多元醇包含总计至少1重量%,优选至少5重量%的以碳酸酯的形式结合的二氧化碳,且
(ii)至少10重量%的使用的多元醇为聚醚聚碳酸酯多元醇的形式,在每种情况中重量百分比均基于使用的多元醇的总量,
采用的添加剂为以下化合物a)-d)中的至少一种,优选两种,有利地三种,且特别地全部:
a)选自式(II)的离子型表面活性剂A
A-M+ (II)
A-=选自以下组的阴离子:烷基硫酸根、芳基硫酸根、聚醚硫酸根、聚醚磺酸根、磺酸根、烷基磺酸根、芳基磺酸根、烷基羧酸根、芳基羧酸根、糖精酸根和聚醚磷酸根;且M+=不为铵阳离子的阳离子,优选地为金属阳离子,更优选地为碱金属阳离子且特别优选地为钾或钠阳离子;
b)选自季铵化合物的离子型表面活性剂B;
c)叔胺化合物C,其不为硅代吗啡啉且具有优选地至少150g/mol,更优选地至少200g/mol的摩尔质量;
d)硅代吗啡啉D。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,基于整个添加剂组合物,使用的添加剂包含0重量%-90重量%,优选地10重量%-80重量%,更优选地20重量%-70重量%的一种或多种无机或有机溶剂,所述溶剂优选地选自水;醇,特别是聚醚一元醇或聚醚多元醇,优选地由其上已通过烷氧基化的方式加成具有2-24个碳原子的氧化烯(环氧化物)优选氧化乙烯和/或氧化丙烯的H-官能化的起始物物质组成,其具有优选为200-8000g/mol,更优选地为300-5000g/mol,特别优选地为500-1000g/mol的分子量且具有优选地为10重量%-100重量%,优选地为50重量%-100重量%的PO含量;以及具有优选地在200-4500g/mol范围内的分子量的聚酯一元醇或聚酯多元醇;二醇;烷氧基化物;碳酸酯;醚;酯;支化的或直链的脂肪族或芳香族烃和/或合成来源和/或天然来源的油。
3.如权利要求1或2所述的制备聚氨酯体系的方法,其特征在于使用的添加剂为包含以下的添加剂组合物:
a)至少一种选自式(II)的离子型表面活性剂A
A-M+ (II)
A-=选自以下组的阴离子:烷基硫酸根、芳基硫酸根、聚醚硫酸根、聚醚磺酸根、磺酸根、烷基磺酸根、芳基磺酸根、烷基羧酸根、芳基羧酸根、糖精酸根和聚醚磷酸根;且M+=不为铵阳离子的阳离子,优选地为金属阳离子,更优选地为碱金属阳离子且特别优选地为钾或钠阳离子;和/或
b)至少一种选自季铵化合物的离子型表面活性剂B;以及额外地
c)至少一种不为硅代吗啡啉的叔胺化合物C,具有优选地至少150g/mol,更优选地至少200g/mol的摩尔质量;和/或,优选地和,
d)至少一种硅代吗啡啉D。
4.如权利要求1-3之一所述的方法,其特征在于,使用的多元醇的至少20重量%,更有利地至少30重量%,优选地至少50重量%,且特别地至少75重量%为聚醚聚碳酸酯多元醇形式,在每种情况中重量百分比均基于使用的多元醇的总量。
5.如权利要求1-4之一所述的方法,其特征在于,基于使用的多元醇的总量,所述多元醇具有的碳酸酯基团(以CO2的形式计算)的总含量为至少1重量%,优选地为至少5重量%,更优选地为至少10重量%,且最优选地为15重量%-50重量%。
6.如权利要求1-5之一所述的方法,其特征在于所述聚醚聚碳酸酯多元醇优选地具有500-20000,优选地500-5000,更优选地750-4000,且最优选地1000-3500的数均分子量,通过GPC(凝胶渗透色谱)的方式测量。
7.如权利要求1-6之一所述的方法,其特征在于所述添加剂组合物包含至少一种硅代吗啡啉D,特别是式(V)的2,2,4-三甲基-1,4,2-硅代吗啡啉
8.如权利要求1-7之一所述的方法,其特征在于添加剂组合物包括至少一种式(IIIh)的咪唑鎓化合物作为离子型表面活性剂B
R=相同的或不同的、饱和的或不饱和的、任选地烷氧基化的、具有1-30个碳原子的烃基基团;
X-=选自以下组的阴离子:卤离子、硝酸根、硫酸根、硫酸氢根、烷基硫酸根、芳基硫酸根、聚醚硫酸根、聚醚磺酸根、磺酸根、烷基磺酸根、芳基磺酸根、烷基羧酸根、芳基羧酸根、糖精酸根、聚醚磷酸根和磷酸根,优选地为氯离子、磷酸根或甲基硫酸根阴离子,特别是甲基硫酸根阴离子。
9.如权利要求1-8之一所述的方法,其特征在于添加剂组合物中既存在离子型表面活性剂B又存在硅代吗啡啉D。
10.如权利要求1-9之一所述的方法,其特征在于所有胺C的总和与所有硅代吗啡啉D的总和的质量比为500:1-1:1,更优选地为200:1-5:1,且特别优选地为50:1-10:1。
11.如权利要求1-10之一所述的方法,其特征在于选择添加剂组合物的量,使得每100重量份所使用的多元醇总量使用0.001-10重量份,特别是0.2-5重量份的添加剂组合物。
12.如权利要求1-11之一所述的方法,其特征在于添加剂组合物包含至少3种组分:
(i)至少一种式(IV)的化合物作为具有优选地至少150g/mol,更优选地至少200g/mol的摩尔质量的叔胺化合物C,
其中
R15=具有5-30个且优选地具有8-20个碳原子的饱和的或不饱和的烃基,
R16=具有2或3个碳原子的二价烷基基团,
R17=相同的或不同的,优选相同的,具有1-3个碳原子的烷基基团,优选甲基基团,
特别是二甲基氨基丙基椰油酰胺;
(ii)至少一种离子型表面活性剂B,选自季铵化合物,优选咪唑鎓化合物,特别是式(IIIh)的咪唑鎓化合物
其中R=相同的或不同的、饱和的或不饱和的、任选地烷氧基化的、具有1-30个碳原子的烃基基团;
X-=选自以下组的阴离子:卤离子、硝酸根、硫酸根、硫酸氢根、烷基硫酸根、芳基硫酸根、聚醚硫酸根、聚醚磺酸根、磺酸根、烷基磺酸根、芳基磺酸根、烷基羧酸根、芳基羧酸根、糖精酸根、聚醚磷酸根和磷酸根,优选地为氯离子、磷酸根或甲基硫酸根阴离子,特别是甲基硫酸根阴离子;
(iii)至少一种硅代吗啡啉D,特别是式(V)的2,2,4-三甲基-1,4,2-硅代吗啡啉
使用的多元醇组分为多元醇混合物,包含至少10重量%,有利地至少20重量%,更有利地至少30重量%,优选地至少50重量%,特别地至少75重量%的聚醚聚碳酸酯多元醇,基于使用的多元醇的总量。
13.通过如权利要求1-12之一所述的方法可获得的聚氨酯体系,特别是聚氨酯泡沫。
14.适于制备聚氨酯体系特别是聚氨酯泡沫的组合物,其特征在于其包含如权利要求1-12之一所定义的多元醇和添加剂组合物的混合物,其中
i)使用的多元醇包含总计至少1重量%,优选至少5重量%的以碳酸酯的形式结合的二氧化碳,且
ii)至少10重量%的使用的多元醇为聚醚聚碳酸酯多元醇的形式,在每种情况中重量百分比均基于使用的多元醇的总量。
15.添加剂组合物用于通过使一种或多种多元醇组分与一种或多种异氰酸酯组分反应制备聚氨酯体系特别是聚氨酯泡沫的用途,所述添加剂组合物包含:
a)至少一种选自式(II)的离子型表面活性剂A
A-M+ (II)
其中A-=选自以下组的阴离子:烷基硫酸根、芳基硫酸根、聚醚硫酸根、聚醚磺酸根、磺酸根、烷基磺酸根、芳基磺酸根、烷基羧酸根、芳基羧酸根、糖精酸根和聚醚磷酸根;且M+=不为铵阳离子的阳离子,优选地为金属阳离子,更优选地为碱金属阳离子且特别优选地为钾或钠阳离子;和/或
b)至少一种选自季铵化合物的离子型表面活性剂B;以及额外地
c)至少一种不为硅代吗啡啉的叔胺化合物C,具有优选地至少150g/mol,更优选地至少200g/mol的摩尔质量;和/或,优选地和,
d)至少一种硅代吗啡啉D,
其中,
i)使用的多元醇包含总计至少1重量%,优选地至少5重量%的以碳酸酯的形式结合的二氧化碳,和
ii)使用的多元醇的至少10重量%为聚醚聚碳酸酯多元醇形式,在每种情况中重量百分比均基于使用的多元醇的总量。
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