CN110573548A - 使用包含多环芳族部分的聚酯多元醇制备聚氨酯的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多异氰酸酯加聚产物,其根据一种包括使至少以下组分反应的方法获得或可获得:多异氰酸酯组合物(C‑I),其包含至少一种多异氰酸酯;和组合物(C‑II),其包含至少一种具有至少两个对异氰酸酯基团具有反应性的官能团的化合物(C‑A),其中化合物(C‑A)的分子量为500g/mol以上且包含多环芳族部分。本发明还涉及一种制备所述多异氰酸酯加聚产物的方法以及所述多异氰酸酯加聚产物在电缆、传送带、辊、垫圈用密封件或铁路垫板中的用途。

Description

使用包含多环芳族部分的聚酯多元醇制备聚氨酯的方法
本发明涉及一种多异氰酸酯加聚产物,特别是聚氨酯,以及制备所述多异氰酸酯加聚产物的方法。
聚氨酯的多功能性在很大程度上源于材料设计者可用的结构单元(buildingblock)的多样化的选择。聚氨酯的发展高度依赖于廉价且可用的原料——多异氰酸酯、多元醇和扩链剂共反应物(如水、醇和胺)。其中,多元醇是聚氨酯应用中使用的最大量的原料。顾名思义,多元醇仅指名义上含有两个或更多个羟基的聚合物骨架,并在聚氨酯制剂中提供柔软性和柔韧性。异氰酸酯和低分子量扩链剂为所得的聚合物结构提供硬度和刚度。
制备具有一系列可调整以最佳地满足应用处理和性能要求的骨架和羟基官能度的多元醇。多元醇的结构在较大程度上限定了所得聚氨酯的性能以及最终产物性能对每个结构要求的折衷。最具工业意义的多元醇骨架为基于醚和酯的。当使用基于酯的多元醇(也称为聚酯多元醇、聚酯醇(polyesterol)、聚酯醇(polyester alcohol)和PESOL)时,通常使用芳族和/或脂族二羧酸与烷二醇和/或烷三醇或醚二醇的缩聚物。
AU 2011335151公开了一种聚酯多元醇,其包含二羧酸组合物、一种或多种脂族或脂环族二醇和聚醚醇的酯化产物,所述二羧酸组合物包含芳族二羧酸或芳族二羧酸与一种或多种脂族二羧酸的混合物、一种或多种脂肪酸和/或脂肪酸衍生物。然后将聚酯多元醇用于制备硬质聚氨酯泡沫的方法中,以改善最终产物的阻燃性。
US 5,574,092中公开了一种硬质热塑性聚氨酯,其Tg为至少50℃并且包含足够浓度的衍生自芳族二醇的单元以降低硬质热塑性聚氨酯可熔融加工的温度。硬质热塑性聚氨酯组合物显示出改善的可加工性,且物理性能没有实质性损失。
Der-Jang Liaw[Die Angewandte Makromolekular Chemie.1997,245,89-104]讨论了基于多元醇(如聚(己内酯二醇)和聚(四亚甲基二醇))、二异氰酸酯(如二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯(MDI)和二环己基甲烷-4,4'-二异氰酸酯(HMDI))和用作扩链剂的两种二羟基萘及其溴化衍生物而合成的聚氨酯弹性体。在二羟基萘中引入溴原子增加了聚氨酯的阻燃性和溶解性,同时降低了机械性能和动态性能。
现有的聚酯多元醇不能提供令人满意的聚氨酯机械性能方面的改进。所获得的聚氨酯具有不令人满意的耐热性能,这将其限制于低温应用中。此外,使用现有的聚酯多元醇来获得具有改进的拉伸强度、压缩永久变形值和蠕变性能以及根据ASTM D2240测定的宽的邵氏硬度范围的聚氨酯是一个挑战。
因此,本发明的目的为提供一种聚酯多元醇,其可用于制备聚氨酯的方法中,从而提供一种在根据ASTM D2240测定的宽的邵氏硬度范围内具有改进的耐热性、拉伸强度、压缩永久变形值和蠕变性能的聚氨酯,所述聚氨酯适合应用于汽车工业(包括电力移动用电缆)、混合动力汽车,以及传送带、辊、垫圈用密封件的制造工业和铁路垫板。
根据本发明,该目的通过一种多异氰酸酯加聚产物来实现,所述多异氰酸酯加聚产物根据一种包括使至少以下组分反应的方法获得或可获得:
(i)多异氰酸酯组合物(C-I),其包含至少一种多异氰酸酯;和
(ii)组合物(C-II),其包含至少一种具有至少两个对异氰酸酯基团具有反应性的官能团的化合物(C-A),其中化合物(C-A)的分子量为500g/mol以上且包含多环芳族部分。
令人惊讶地,已发现基于聚酯多元醇的多异氰酸酯加聚产物、特别是聚氨酯——在聚酯多元醇中掺入基于聚酯多元醇的总重量计≥10重量%至≤40重量%的至少一种烷氧基化的萘二醇——在根据ASTM D2240测定的70邵氏A硬度至80邵氏D硬度的宽的邵氏硬度范围内为聚氨酯提供改进的耐热性、拉伸强度、压缩永久变形值和蠕变性能,从而使聚氨酯具有优异的性能,这些优异的性能使其能够用于广泛的应用中,例如但不限于,汽车工业(包括电力移动用电缆)、混合动力汽车,以及传送带、辊、垫圈用密封件的制造工业和铁路垫板。
根据本发明,多异氰酸酯加聚产物根据一种方法获得或可获得,所述方法包括使以下物质反应:至少一种包含至少一种多异氰酸酯的多异氰酸酯组合物(C-I);和包含至少一种具有至少两个对异氰酸酯基团具有反应性的官能团的化合物(C-A)的组合物(C-II),其中化合物(C-A)的分子量为500g/mol以上且包含多环芳族部分。
组合物(C-II)包含至少一种化合物(C-A)。根据本发明,化合物(C-A)包含多环芳族部分,优选C10至C14芳族部分。本发明的多环芳族部分可例如包含稠合芳环,例如具有10至14个碳原子的稠合芳环。
根据另一个实施方案,本发明还涉及如上公开的多异氰酸酯加聚产物,其中化合物(C-A)的多环芳族部分包含稠合芳环。
化合物(C-A)可为具有至少两个对异氰酸酯基团具有反应性的官能团(如氨基或羟基)的任何合适的化合物。化合物(C-A)可优选为多元醇或多元胺,优选二醇或二胺。
根据另一个实施方案,本发明还涉及如上公开的多异氰酸酯加聚产物,其中化合物(C-A)为多元醇。
根据另一个实施方案,本发明还涉及如上公开的多异氰酸酯加聚产物,其中化合物(C-A)为选自聚酯、聚醚和聚碳酸酯的多元醇。
在本发明的上下文中,还可称为多元醇组合物的组合物(C-II)包含至少化合物(C-A)。根据本发明,组合物(C-II)还可包含其他多元醇。合适的多元醇为例如官能度为2至4且分子量为500g/mol至8000g/mol的多元醇。优选地,分子量为500g/mol至6000g/mol。
此外,根据所制备的聚氨酯的性质,多元醇组合物可包含低分子量扩链剂和交联剂以及其他助剂和添加剂。
合适的交联剂是本领域技术人员已知的。
在本发明的上下文中,化合物(C-A)优选为选自聚酯、聚醚和聚碳酸酯的多元醇。根据本发明,多环芳族部分优选通过酯键或醚键引入化合物(C-A)中。例如,可通过合适的二醇与合适的二羧酸的酯化将多环芳族部分引入化合物(C-A)中。
聚酯多元醇为低分子量聚合物,其特征在于存在酯基和末端羟基。聚酯多元醇主要通过二羧酸(或衍生物如酯或酸酐)和多元醇之间的缩聚反应而获得。因此,本发明的聚酯多元醇包含:
(A)≥10重量%至≤70重量%的至少一种C4至C12脂族二羧酸,
(B)≥10重量%至≤70重量%的至少一种C2至C10二醇,和
(C)≥10重量%至≤70重量%的至少一种烷氧基化的C10至C14芳族二醇,
其中重量%基于聚酯多元醇的总重量计,并且组分(A)、(B)和(C)的重量%之和总计为100重量%。
优选地,在如上所述的聚酯多元醇中,至少一种C4至C12脂族二羧酸选自戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十一烷二酸和十二烷二酸。更优选地,至少一种C4至C12脂族二羧酸为至少一种选自戊二酸、己二酸、壬二酸和癸二酸的C5至C10脂族二羧酸。最优选地,至少一种C4至C12脂族二羧酸为至少一种选自戊二酸、己二酸、壬二酸的C5至C9脂族二羧酸。用于如上所述的聚酯多元醇的至少一种C4至C12脂族二羧酸的选择不限于制备其所使用的方法。在这方面,本领域技术人员很好地掌握这些方法,并且可使用任何可用的技术来获得脂族二羧酸。在一个实施方案中,至少一种C4至C12脂族二羧酸为己二酸。
至少一种C4至C12脂族二羧酸在如上所述的聚酯多元醇中的存在量优选为≥10重量%至≤70重量%,基于聚酯多元醇的总重量计。更优选地,至少一种C4至C12脂族二羧酸的存在量为≥15重量%至≤70重量%,甚至更优选≥15重量%至≤65重量%,或≥20重量%至≤65重量%,或≥20重量%至≤60重量%,或≥25重量%至≤60重量%,或≥30重量%至≤60重量%,或≥35重量%至≤60重量%,基于聚酯多元醇的总重量计。最优选地,至少一种C4至C12脂族二羧酸的存在量为≥40重量%至≤60重量%,甚至最优选≥40重量%至≤55重量%,基于聚酯多元醇的总重量计。在一个实施方案中,至少一种C4至C12脂族二羧酸的存在量为≥40重量%至≤50重量%,基于聚酯多元醇的总重量计。
优选地,聚酯多元醇中的至少一种C2至C10二醇选自乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、1,5-戊二醇、2,4-戊二醇、2-甲基-2,4-戊二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、1,6-己二醇及其混合物。更优选地,至少一种C2至C10二醇为至少一种选自1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、2,4-戊二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、1,6-己二醇及其混合物的C3至C9二醇。最优选地,至少一种C2至C10二醇为至少一种选自1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇及其混合物的C3至C8二醇。在一个实施方案中,至少一种C2至C10二醇选自1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇及其混合物。
聚酯多元醇中的至少一种C2至C10二醇的存在量为≥10重量%至≤70重量%,基于聚酯多元醇的总重量计。更优选地,至少一种C2至C10二醇的存在量为≥10重量%至≤65重量%,甚至更优选≥10重量%至≤60重量%,或≥10重量%至≤55重量%,或≥10重量%至≤50重量%,基于聚酯多元醇的总重量计。最优选地,至少一种C2至C10二醇的存在量为≥10重量%至≤45重量%,甚至最优选≥10重量%至≤40重量%,或≥10重量%至≤35重量%,或≥15重量%至≤35重量%,或≥15重量%至≤30重量%,基于聚酯多元醇的总重量计。用于如上所述的聚酯多元醇的至少一种C2至C10二醇的选择不限于任何特定的制备其的方法。因此,本领域技术人员可通过任何合适的方法获得上述二醇。在一个实施方案中,至少一种C2至C10二醇的存在量特别地为≥20重量%至≤30重量%,基于聚酯多元醇的总重量计。
如上所述的聚酯多元醇还包含至少一种烷氧基化的C10至C14芳族二醇。关于术语“烷氧基化”,其是指在烷氧基化反应中通过合适的环氧烷烃对C10至C14芳族二醇的封端。因此,在一个实施方案中,至少一种烷氧基化的C10至C14芳族二醇为至少一种C10至C14芳族二醇与至少一种C2至C4环氧烷烃的烷氧基化反应产物。优选地,至少一种C2至C4环氧烷烃选自环氧乙烷、环氧丙烷和环氧丁烷。在一个实施方案中,至少一种烷氧基化的C10至C14芳族二醇为乙氧基化的C10至C14芳族二醇和/或丙氧基化的C10至C14芳族二醇,即至少一种C10至C14芳族二醇用环氧乙烷或环氧丙烷或环氧乙烷和环氧丙烷的混合物进行封端。
如上所述的聚酯多元醇的至少一种烷氧基化的C10至C14芳族二醇中的至少一种C10至C14芳族二醇优选为C10芳族二醇。C10芳族二醇,也称为萘二醇,在下文中可互换地称为二羟基萘。二羟基萘为具有式C10H6(OH)2的有机化合物。在本发明的聚酯多元醇中引入萘修饰物(motif)(如二羟基萘),通过提供给产物聚氨酯额外的π-π堆叠来提供改进的机械性能。
二羟基萘以几种异构体存在。已发现这些异构体中的几种适用于本发明的目的。因此,聚酯多元醇的至少一种烷氧基化的C10至C14芳族二醇中的至少一种C10至C14芳族二醇的萘二醇或二羟基萘选自1,2-二羟基萘、1,3-二羟基萘、1,4-二羟基萘、1,5-二羟基萘、1,6-二羟基萘、1,7-二羟基萘、1,8-二羟基萘、2,3-二羟基萘、2,6-二羟基萘和2,7-二羟基萘。
优选地,二羟基萘选自1,4-二羟基萘、1,5-二羟基萘、1,6-二羟基萘、1,7-二羟基萘和1,8-二羟基萘。
更优选地,二羟基萘选自1,4-二羟基萘、1,5-二羟基萘、1,6-二羟基萘和1,8-二羟基萘。
在一个实施方案中,聚酯多元醇的至少一种烷氧基化的C10至C14芳族二醇中的至少一种C10至C14芳族二醇的二羟基萘选自1,4-二羟基萘、1,5-二羟基萘和1,8-二羟基萘。
在聚酯多元醇的至少一种烷氧基化的C10至C14芳族二醇中,至少一种C2至C4环氧烷烃与至少一种C10至C14芳族二醇的摩尔比优选为≥1.5:1至≤20:1。更优选地,该比值为≥2:1至≤20:1,甚至更优选≥2.5:1至≤18:1,最优选≥2:1至≤18:1。特别地,该比值为≥3:1至≤18:1。最优选地,该比值为≥3.5:1至≤18:1,或≥4.5:1至≤18:1,或≥4:1至≤18:1。特别地,该比值为≥5:1至≤16:1。甚至更特别优选地,该比值为≥6:1至≤16:1,最特别地该比值为≥6.5:1至≤16:1。在一个实施方案中,在聚酯多元醇的至少一种烷氧基化的C10至C14芳族二醇中,至少一种C2至C4环氧烷烃与至少一种C10至C14芳族二醇的摩尔比为≥7:1至≤16:1。
至少一种C10至C14芳族二醇与至少一种C2至C4环氧烷烃之间的烷氧基化反应不限于温度、压力、停留时间等的特定工艺条件。事实上,可采用任何合适的烷氧基化反应的工艺条件来获得如上所述的至少一种烷氧基化的C10至C14芳族二醇。烷氧基化反应的这些工艺条件是本领域技术人员已知的。
优选地,至少一种C10至C14芳族二醇与至少一种C2至C4环氧烷烃之间的反应在至少一种催化剂的存在下进行。优选地,至少一种催化剂为碱或双金属氰化物催化剂(DMC催化剂)。更优选地,至少一种催化剂选自碱土金属氢氧化物,如氢氧化钙、氢氧化锶和氢氧化钡;碱金属氢氧化物,如氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铷和氢氧化铯;和碱金属烷氧基化物,如叔丁氧基钾(potassium tert-butoxylate)。最优选地,至少一种催化剂为氢氧化钾或氢氧化铯。
在催化剂为碱的情况下,任何能够溶解烷氧基化的C10至C14芳族二醇的惰性溶剂均可在反应过程中用作溶剂,或者在不使用溶剂进行反应的情况下可用作后处理反应混合物所需的溶剂。提及以下溶剂作为实例:甲苯、二氯甲烷、三氯乙烯、四氢呋喃、二噁烷、甲基乙基酮、甲基异丁基酮、乙酸乙酯和乙酸异丁酯。
在催化剂为碱的情况下,催化剂的用量优选为0.01至3.0重量%,更优选0.05至2.0重量%,基于烷氧基化的C10至C14芳族二醇的总量计。反应优选在70℃至200℃、更优选在100℃至160℃的温度下进行。压力优选为1巴至50巴,更优选1巴至40巴,甚至更优选1巴至30巴或2巴至30巴。特别地,压力为3巴至30巴。
烷氧基化的C10至C14芳族二醇还可由DMC催化剂获得。DMC催化剂通常制备成固体并原样使用。催化剂通常以粉末形式或以悬浮液形式使用。然而,同样可采用本领域技术人员已知的使用催化剂的其他方式。DMC催化剂可通过合适的措施(例如研磨)使用惰性或非惰性悬浮介质进行分散,所述悬浮介质可为例如待制备的产品或中间体。以这种方式制备的悬浮液,如果合适,在通过本领域技术人员已知的方法除去干扰量的水后使用,所述方法为例如使用或不使用惰性气体(如氮气)和/或稀有气体进行汽提。合适的悬浮介质为例如甲苯、二甲苯、四氢呋喃、丙酮、2-甲基戊酮、环己酮以及聚醚醇,及其混合物。催化剂优选以悬浮液的形式用于聚酯多元醇中,如例如EP 0 090 444 A中所述。
优选地,至少一种烷氧基化的C10至C14芳族二醇的重均分子量Mw为200至1000g/mol,根据DIN 55672-1测定。更优选地,重均分子量Mw为250至1000g/mol,甚至更优选250至900g/mol,根据DIN 55672-1测定。最优选地,重均分子量Mw为300至900g/mol,甚至最优选300至800g/mol,特别是300至700g/mol,根据DIN 55672-1测定。在一个特别优选的实施方案中,至少一种烷氧基化的C10至C14芳族二醇的重均分子量Mw为300至600g/mol,根据DIN55672-1测定。
至少一种烷氧基化的C10至C14芳族二醇的粘度为≥500mPa.s至≤2500mPa.s,根据DIN EN ISO 3219在25℃下测定。更优选地,粘度为≥600mPa.s至≤2500mPa.s,根据DIN ENISO 3219在25℃下测定。最优选地,粘度为≥600mPa.s至≤2400mPa.s,根据DIN EN ISO3219在25℃下测定。在一个实施方案中,至少一种烷氧基化的C10至C14芳族二醇的粘度为≥650mPa.s至≤2400mPa.s,根据DIN EN ISO 3219在25℃下测定。
至少一种烷氧基化的C10至C14芳族二醇的OH值优选为≥120mg KOH/g至≤260mgKOH/g,根据DIN 53240测定。更优选地,OH值为≥120mg KOH/g至≤250mg KOH/g,根据DIN53240测定。最优选地,OH值为≥130mg KOH/g至≤250mg KOH/g,根据DIN 53240测定。在一个实施方案中,至少一种烷氧基化的C10至C14芳族二醇的OH值优选为≥140mg KOH/g至≤250mg KOH/g,根据DIN 53240测定。
聚酯多元醇中的至少一种烷氧基化的C10至C14芳族二醇的量优选为≥10重量%至≤70重量%,基于聚酯多元醇的总重量计。更优选地,至少一种烷氧基化的C10至C14的量为≥10重量%至≤65重量%,甚至更优选≥10重量%至≤60重量%,或≥10重量%至≤55重量%,或≥10重量%至≤50重量%,基于聚酯多元醇的总重量计。最优选地,聚酯多元醇中的至少一种烷氧基化的C10至C14的量优选为≥15重量%至≤50重量%,甚至最优选≥15重量%至≤45重量%,或≥15重量%至≤40重量%,或≥15重量%至≤35重量%,或≥15重量%至≤30重量%,基于聚酯多元醇的总重量计。在一个特别优选的实施方案中,聚酯多元醇中的至少一种烷氧基化的C10至C14的量优选为≥20重量%至≤30重量%,基于聚酯多元醇的总重量计。
可采用任何合适的技术来制备聚酯多元醇。例如,可任选地在减压下,在温度为150℃至300℃的熔体中,有利地在惰性气体(例如氮气、一氧化碳、氦气、氩气等)气氛中,在不存在催化剂的情况下或优选在存在酯化催化剂的情况下,使如上所述的至少一种C4至C12脂族二羧酸、至少一种C2至C10二醇和至少一种烷氧基化的C10至C14芳族二醇缩聚至所需的酸值,所述酸值有利地小于10,优选小于2。可适当使用的可能的酯化催化剂为,但不限于,金属、金属氧化物或金属盐形式的铁、镉、钴、铅、锌、锑、镁、钛和锡催化剂。或者,本发明的聚酯多元醇可根据US 3,907,863、US 4,845,266或US 2012/0214892中公开的一种或多种方法通过根据本发明的需要以及在需要时进行必要的取代来制备。
如上所公开的聚酯多元醇的OH值优选为≥30mg KOH/g至≤150mg KOH/g,根据DIN53240测定。更优选地,OH值为≥30mg KOH/g至≤120mg KOH/g,甚至更优选≥30mg KOH/g至≤100mg KOH/g,根据DIN 53240测定。最优选地,OH值为≥30mg KOH/g至≤80mg KOH/g,根据DIN 53240测定。在一个特别优选的实施方案中,聚酯多元醇的OH值优选为≥35mg KOH/g至≤60mg KOH/g,根据DIN 53240测定。
如上所公开的聚酯多元醇的重均分子量为1000至4000g/mol,根据DIN 55672-1测定。优选地,聚酯多元醇的重均分子量为1000至3800g/mol,根据DIN 55672-1测定。更优选地,聚酯多元醇的重均分子量为1200至3800g/mol,根据DIN 55672-1测定。最优选地,聚酯多元醇的重均分子量为1200至3500g/mol,特别是1500至3500g/mol,根据DIN 55672-1测定。在一个特别优选的实施方案中,聚酯多元醇的重均分子量为1800至3500g/mol,根据DIN55672-1测定。
优选地,本发明的聚酯多元醇的粘度为≥500mPa.s至≤2000mPa.s,根据DIN ENISO 3219在25℃下测定。更优选地,粘度为≥500mPa.s至≤1800mPa.s,根据DIN EN ISO3219在25℃下测定。最优选地,粘度为≥600mPa.s至≤1800mPa.s,根据DIN EN ISO 3219在25℃下测定。在一个特别优选的实施方案中,本发明的聚酯多元醇的粘度为≥600mPa.s至≤1500mPa.s,根据DIN EN ISO 3219在25℃下测定。
因此,在一个实施方案中,如上所述的聚酯多元醇包含:
(A)≥10重量%至≤70重量%的己二酸,
(B)≥10重量%至≤70重量%的至少一种C3至C8二醇,和
(C)≥10重量%至≤70重量%的至少一种烷氧基化的二羟基萘,
其中重量%基于聚酯多元醇的总重量计,并且组分(A)、(B)和(C)的重量%之和总计为100重量%。
在另一个实施方案中,如上所述的聚酯多元醇包含:
(A)≥10重量%至≤70重量%的己二酸,
(B)≥10重量%至≤70重量%的至少一种C3至C8二醇,和
(C)≥10重量%至≤70重量%的至少一种烷氧基化的1,2-二羟基萘,
其中重量%基于聚酯多元醇的总重量计,并且组分(A)、(B)和(C)的重量%之和总计为100重量%。
在另一个实施方案中,如上所述的聚酯多元醇包含:
(A)≥10重量%至≤70重量%的己二酸,
(B)≥10重量%至≤70重量%的至少一种C3至C8二醇,和
(C)≥10重量%至≤70重量%的至少一种烷氧基化的1,3-二羟基萘,
其中重量%基于聚酯多元醇的总重量计,并且组分(A)、(B)和(C)的重量%之和总计为100重量%。
在另一个实施方案中,如上所述的聚酯多元醇包含:
(A)≥10重量%至≤70重量%的己二酸,
(B)≥10重量%至≤70重量%的至少一种C3至C8二醇,和
(C)≥10重量%至≤70重量%的至少一种烷氧基化的1,4-二羟基萘,
其中重量%基于聚酯多元醇的总重量计,并且组分(A)、(B)和(C)的重量%之和总计为100重量%。
在另一个实施方案中,如上所述的聚酯多元醇包含:
(A)≥10重量%至≤70重量%的己二酸,
(B)≥10重量%至≤70重量%的至少一种C3至C8二醇,和
(C)≥10重量%至≤70重量%的至少一种烷氧基化的1,5-二羟基萘,
其中重量%基于聚酯多元醇的总重量计,并且组分(A)、(B)和(C)的重量%之和总计为100重量%。
在另一个实施方案中,如上所述的聚酯多元醇包含:
(A)≥10重量%至≤70重量%的己二酸,
(B)≥10重量%至≤70重量%的至少一种C3至C8二醇,和
(C)≥10重量%至≤70重量%的至少一种烷氧基化的1,6-二羟基萘,
其中重量%基于聚酯多元醇的总重量计,并且组分(A)、(B)和(C)的重量%之和总计为100重量%。
在另一个实施方案中,如上所述的聚酯多元醇包含:
(A)≥10重量%至≤70重量%的己二酸,
(B)≥10重量%至≤70重量%的至少一种C3至C8二醇,和
(C)≥10重量%至≤70重量%的至少一种烷氧基化的1,7-二羟基萘,
其中重量%基于聚酯多元醇的总重量计,并且组分(A)、(B)和(C)的重量%之和总计为100重量%。
在另一个实施方案中,如上所述的聚酯多元醇包含:
(A)≥10重量%至≤70重量%的己二酸,
(B)≥10重量%至≤70重量%的至少一种C3至C8二醇,和
(C)≥10重量%至≤70重量%的至少一种烷氧基化的1,8-二羟基萘,
其中重量%基于聚酯多元醇的总重量计,并且组分(A)、(B)和(C)的重量%之和总计为100重量%。
在另一个实施方案中,如上所述的聚酯多元醇包含:
(A)≥10重量%至≤70重量%的己二酸,
(B)≥10重量%至≤70重量%的至少一种C3至C8二醇,和
(C)≥10重量%至≤70重量%的至少一种烷氧基化的2,3-二羟基萘,
其中重量%基于聚酯多元醇的总重量计,并且组分(A)、(B)和(C)的重量%之和总计为100重量%。
在另一个实施方案中,如上所述的聚酯多元醇包含:
(A)≥10重量%至≤70重量%的己二酸,
(B)≥10重量%至≤70重量%的至少一种C3至C8二醇,和
(C)≥10重量%至≤70重量%的至少一种烷氧基化的2,6-二羟基萘,
其中重量%基于聚酯多元醇的总重量计,并且组分(A)、(B)和(C)的重量%之和总计为100重量%。
在另一个实施方案中,如上所述的聚酯多元醇包含:
(A)≥10重量%至≤70重量%的己二酸,
(B)≥10重量%至≤70重量%的至少一种C3至C8二醇,和
(C)≥10重量%至≤70重量%的至少一种烷氧基化的2,7-二羟基萘,
其中重量%基于聚酯多元醇的总重量计,并且组分(A)、(B)和(C)的重量%之和总计为100重量%。
根据本发明,多异氰酸酯加聚产物可为多异氰酸酯的任何加聚产物,这取决于化合物(C-A)的官能团。优选地,多异氰酸酯加聚产物为本发明的聚氨酯,更优选基于聚酯二醇的聚氨酯。
在多异氰酸酯加聚产物的制备中,使用包含至少一种多异氰酸酯的组合物(C-I)。
合适的多异氰酸酯、优选二异氰酸酯是已知的。作为多异氰酸酯,可使用脂族、脂环族、芳脂族和/或芳族二异氰酸酯。具体实例包括以下芳族异氰酸酯:2,4-甲苯二异氰酸酯,2,4-甲苯二异氰酸酯和2,6-甲苯二异氰酸酯的混合物,4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯和/或2,2'-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI),2,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯和4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物,氨基甲酸酯改性的液体4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯和/或氨基甲酸酯改性的液体2,4-二苯基甲烷二异氰酸酯,4,4'二异氰酸根合二苯基乙烷,单体甲烷二苯基二异氰酸酯和甲烷二苯基二异氰酸酯的更高级多环同系物(聚合的MDI)的混合物,1,2-萘二异氰酸酯和1,5-萘二异氰酸酯。
所用的脂族二异氰酸酯通常为脂族和/或脂环族二异氰酸酯,实例为三亚甲基二异氰酸酯、四亚甲基二异氰酸酯、五亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、七亚甲基二异氰酸酯和/或八亚甲基二异氰酸酯,2-甲基五亚甲基1,5-二异氰酸酯,2-乙基亚丁基1,4-二异氰酸酯,1-异氰酸根合-3,3,5-三甲基-5-异氰酸根合甲基环己烷(异佛尔酮二异氰酸酯,IPDI),1,4-双(异氰酸根合甲基)环己烷和/或1,3-双(异氰酸根合甲基)环己烷(HXDI),1,4-环己烷二异氰酸酯,1-甲基-2,4-环己烷二异氰酸酯和/或1-甲基-2,6-环己烷二异氰酸酯,4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯、2,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯和/或2,2'-二环己基甲烷二异氰酸酯。
多异氰酸酯预聚物可通过在30℃至100℃、例如优选在约80℃的温度下使过量的上述多异氰酸酯与多元醇反应得到预聚物而获得。为制备本发明的预聚物,优选使用多异氰酸酯以及市售多元醇,所述市售多元醇基于聚酯,所述聚酯起始于例如己二酸;或基于聚醚,所述聚醚起始于例如环氧乙烷和/或环氧丙烷。
多元醇是本领域技术人员已知的并且记载于例如“Kunststoffhandbuch,第7卷,Polyurethane”,Carl Hanser Verlag,第3版1993,第3.1节中。在本文中优选使用的多元醇为b)中描述的聚合物,其具有对异氰酸酯具有反应性的氢原子。特别优选用作多元醇的为聚醚醇。
在异氰酸酯预聚物的制备中,任选地将常规扩链剂或交联剂加入到所述多元醇中。这些物质在上下文中描述。特别优选用作扩链剂的为1,4-丁二醇、二丙二醇和/或三丙二醇。在这种情况下,优选选择有机多异氰酸酯与多元醇和扩链剂的比例,使得异氰酸酯预聚物的NCO含量为2%至30%,优选6%至28%,更优选10%至24%。
根据另一个实施方案,本发明还涉及如上所公开的多异氰酸酯加聚产物,其中多异氰酸酯为芳族多异氰酸酯。
根据本发明,组合物(C-I)和/或组合物(C-II)可包含其他化合物,例如扩链剂。根据本发明,可在第一步中使组合物(C-I)和(C-II)反应以得到预聚物,其随后与其他多元醇或扩链剂反应。然而,组合物(C-I)和(C-II)也可在一步法中反应,得到多异氰酸酯加聚产物。如果组合物(C-I)和(C-II)在一步法中反应,则组合物(C-II)优选包含其他多元醇和/或扩链剂。
因此,根据另一个实施方案,本发明还涉及如上所公开的方法,其中具有至少两个对异氰酸酯基团具有反应性的官能团的化合物(C-C)在该方法中用作扩链剂,其中化合物(C-C)的分子量为49g/mol至499g/mol。
在本发明的另一个方面,公开了一种制备多异氰酸酯加聚产物、特别是聚氨酯的方法。
因此,根据另一个方面,本发明涉及用于制备多异氰酸酯加聚产物的方法,该方法包括使至少以下组分反应:
(i)多异氰酸酯组合物(C-I),其包含至少一种多异氰酸酯;和
(ii)组合物(C-II),其包含至少一种具有至少两个对异氰酸酯基团具有反应性的官能团的化合物(C-A),其中化合物(C-A)的分子量为500g/mol以上且包含多环芳族部分。
本发明的方法优选为制备聚氨酯的一步法。关于术语“一步法”,其意指聚氨酯的形成通过使多元醇、异氰酸酯和扩链剂同时反应而进行。或者,还可使用预聚物方法,然而,这种方法通常需要至少一个使多元醇和异氰酸酯反应得到预聚物的步骤,在所述步骤之后使预聚物与扩链剂反应得到聚氨酯。因此,预聚物方法本质上是复杂的,因为其需要严格的工艺条件和额外的步骤,从而使整个方法不经济。另一方面,一步法提供了一种高效可靠且经济的获得聚氨酯的方法。
通过本发明的一步法获得的聚氨酯为链段聚氨酯。链段聚氨酯由三种基本的聚氨酯组分——即,至少一种异氰酸酯、至少一种聚酯多元醇和至少一种对异氰酸酯具有反应性的低分子量多官能化合物——反应形成。其被认为具有交替的(AB)n型嵌段共聚结构,其中A表示软链段,B表示硬链段。出于本发明的目的,软链段由如上所讨论的聚酯多元醇组成,而硬链段衍生自通过至少一种对异氰酸酯具有反应性的低分子量多官能化合物连接的异氰酸酯结构。软链段赋予聚氨酯无定形的性质,而硬链段赋予聚氨酯部分结晶的性质。软链段主要影响弹性性质和低温性能,而硬链段通过其保持关联性的能力特别地影响模量、硬度和上限使用温度。因此,为获得在宽的邵氏硬度范围内具有期望的耐热性、拉伸强度、压缩永久变形值和蠕变性能邵氏的机械性能特征的聚氨酯,需要相应地调节软链段和硬链段的分数。
因此,制备聚氨酯的方法包括以下步骤:
(a)提供一种如上所述的聚酯多元醇,
(b)提供至少一种异氰酸酯和至少一种对异氰酸酯具有反应性的低分子量多官能化合物,
(c)任选地在至少一种催化剂和/或至少一种添加剂的存在下,使步骤(a)的聚酯多元醇与步骤(b)反应得到聚氨酯,所述聚氨酯的硬链段分数为≥0.10至≤0.90,且Tg为≥-30℃至≤80℃,通过差示扫描量热法根据DIN EN ISO 11357-1在20K/min的加热速率下测定,硬链段分数由以下公式定义:
其中,
mKV,CI为对异氰酸酯具有反应性的低分子量多官能化合物的质量,单位为g,
MKV,CI为对异氰酸酯具有反应性的低分子量多官能化合物的摩尔质量,单位为g/mol,
MIso为异氰酸酯的摩尔质量,单位为g/mol,
mtotal为所有原料的总质量,单位为g,
k为对异氰酸酯具有反应性的低分子量多官能化合物的数量,且
其中对异氰酸酯具有反应性的低分子量多官能化合物的重均分子量为15至300g/mol,根据DIN 55672-1测定。
上文中已描述了在所述方法的步骤(a)中提供的聚酯多元醇。可向该聚酯多元醇中加入至少一种第二多元醇。至少一种第二多元醇选自聚酯多元醇、聚醚多元醇或其混合物,并且可在市场上商购获得,例如但不限于BASF的聚酯多元醇与至少一种第二多元醇一起构成聚氨酯的软链段。然而,当选择第二多元醇作为聚酯多元醇时,选择与上文已描述的聚酯多元醇不相同的聚酯多元醇。这意指第二多元醇可为除包含以下组分的聚酯多元醇之外的任何其他可用的聚酯多元醇:
(A)≥10重量%至≤70重量%的己二酸,
(B)≥10重量%至≤70重量%的至少一种C3至C8二醇,和
(C)≥10重量%至≤70重量%的至少一种烷氧基化的二羟基萘,
其中重量%基于聚酯多元醇的总重量计,并且组分(A)、(B)和(C)的重量%之和总计为100重量%。
优选地,聚酯多元醇与至少一种第二多元醇的重量比为≥5:95至≤70:30。更优选地,该重量比为≥5:95至≤75:25。最优选地,该重量比为≥8:92至≤75:25。在一个特别优选的实施方案中,上述方法的步骤(a)中的聚酯多元醇与至少一种第二多元醇的重量比为≥8:92至≤77:23。
可在上述方法的步骤(b)中反应的至少一种异氰酸酯优选为二异氰酸酯。优选的二异氰酸酯包括芳族、脂族和脂环族二异氰酸酯及其组合。这些优选的二异氰酸酯的代表性实例可例如从US 4,385,133、US 4,522,975和US 5,167,899中找到,所有这些文献均通过引用方式纳入本文,并且可选自二苯基甲烷4,4'-二异氰酸酯、甲苯2,6-二异氰酸酯、二环己基甲烷2,2'-二异氰酸酯、六亚甲基1,6-二异氰酸酯、对亚苯基2,4-二异氰酸酯、四亚甲基二甲苯2,4-二异氰酸酯、2-甲基五亚甲基1,5-二异氰酸酯、2-乙基亚丁基1,4-二异氰酸酯、五亚甲基1,5-二异氰酸酯、亚丁基1,4-二异氰酸酯和1-异氰酸根合-3,3,5-三甲基-5-异氰酸根合甲基环己烷。
更优选地,二异氰酸酯选自二苯基甲烷4,4'-二异氰酸酯、甲苯2,6-二异氰酸酯、二环己基甲烷2,2'-二异氰酸酯、六亚甲基1,6-二异氰酸酯、四亚甲基二甲苯2,4-二异氰酸酯和1-异氰酸根合-3,3,5-三甲基-5-异氰酸根合甲基环己烷。
最优选地,二异氰酸酯选自二苯基甲烷4,4'-二异氰酸酯、甲苯2,6-二异氰酸酯、二环己基甲烷2,2'-二异氰酸酯和六亚甲基1,6-二异氰酸酯。
在一个实施方案中,至少一种异氰酸酯为二苯基甲烷4,4'-二异氰酸酯(下文中称为MDI)。MDI由苯胺和甲醛原料制备。这些方法是本领域技术人员已知的。MDI的选择不限于任何特定的制备其的方法。因此,本领域技术人员可通过任何合适的方法获得MDI。事实上,MDI可商购获得,例如但不限于BASF的
上述制备聚氨酯的方法,在步骤(b)中,需要提供至少一种对异氰酸酯具有反应性的低分子量多官能化合物。至少一种对异氰酸酯具有反应性的低分子量多官能化合物为扩链剂,其用作相邻异氰酸酯之间的间隔基(spacer)。扩链剂结构可对聚氨酯性能具有重要影响,因为其能够促进相分离、补充或干扰规则的硬链段结构,并促进硬链段间的氢键结合。
扩链剂为将异氰酸酯串联在一起的低分子量二醇或二胺。如上所述,异氰酸酯和扩链剂的链代表本发明的聚氨酯的硬链段。硬链段的末端异氰酸酯单元与如上所述的聚酯多元醇隐式连接。
根据另一个实施方案,本发明还涉及制备如上所公开的多异氰酸酯加聚产物的方法,其中在所述方法中使用具有至少两个对异氰酸酯基团具有反应性的官能团的化合物(C-C)作为扩链剂,其中化合物(C-C)的分子量为49g/mol至499g/mol。
关于至少一种对异氰酸酯具有反应性的低分子量多官能化合物中的术语“低分子量”,其是指重均分子量为例如15至300g/mol,根据DIN 55672-1测定。更优选地,重均分子量为15至250g/mol,甚至更优选30至250g/mol,根据DIN 55672-1测定。最优选地,重均分子量为30至200g/mol,特别优选为50至150g/mol,根据DIN 55672-1测定。在一个特别优选的实施方案中,至少一种对异氰酸酯具有反应性的低分子量多官能化合物的重均分子量为50至100g/mol,根据DIN 55672-1测定。
至少一种异氰酸酯与至少一种对异氰酸酯具有反应性的低分子量多官能化合物的重量比优选为≥2:1至≤5:1。更优选地,该重量比为≥2.5:1至≤5:1。最优选地,该重量比为≥2.5:1至≤4.5:1,特别是≥2.5:1至≤4:1。在一个特别优选的实施方案中,至少一种异氰酸酯与至少一种对异氰酸酯具有反应性的低分子量多官能化合物的重量比为≥3:1至≤4:1。至少一种异氰酸酯与至少一种对异氰酸酯具有反应性的低分子量多官能化合物一起构成上文所述的聚氨酯的硬链段。
根据另一个实施方案,本发明还涉及如上公开的多异氰酸酯加聚产物,其中化合物(C-C)包含芳族部分。
扩链剂优选为至少一种低分子量芳族二醇。关于术语“低分子量”,其是指分子量≥50至≤350g/mol的芳族二醇。优选地,至少一种低分子量芳族二醇的分子量为≥60至≤350g/mol。更优选地,分子量为≥60至≤330g/mol,甚至更优选≥70至≤330g/mol,或≥70至≤310g/mol,或≥80至≤310g/mol,或≥80至≤290g/mol,或≥90至≤290g/mol,或≥90至≤270g/mol。最优选地,分子量为≥100至≤270g/mol,或≥100至≤250g/mol,或≥110至≤250g/mol,或≥110至≤230g/mol,或≥120至≤230g/mol,≥120至≤210g/mol。甚至最优选地,分子量为≥120至≤190g/mol,或≥120至≤170g/mol。在一个特别优选的实施方案中,至少一种低分子量芳族二醇的分子量为≥120至≤160g/mol。
如上所述的至少一种低分子量芳族二醇为至少一种分子量为≥50至≤350g/mol的C6至C14芳族二醇。优选地,至少一种C6至C14芳族二醇为至少一种分子量为≥50至≤350g/mol的C6至C14烷基芳基二醇。出于本发明的目的,在至少一种C6至C14芳族二醇或C6至C14烷基芳基二醇中,术语“C6至C14”表示碳原子的总数,即,包括芳环及与其连接的基团中的碳原子的总数。
优选地,至少一种C6至C14烷基芳基二醇为至少一种C6至C12烷基芳基二醇。更优选地,至少一种C6至C14烷基芳基二醇为至少一种C6至C10烷基芳基二醇。最优选地,至少一种C6至C14烷基芳基二醇为至少一种C6至C8烷基芳基二醇。在一个特别优选的实施方案中,至少一种C6至C14烷基芳基二醇为C8烷基芳基二醇或苯二甲醇。
根据另一个实施方案,本发明还涉及如上公开的多异氰酸酯加聚产物,其中化合物(C-C)为1,4-苯二甲醇。
苯二甲醇以几种异构体的形式存在。已发现这些异构体同样适用于本发明的目的。因此,至少一种低分子量芳族二醇如C8烷基芳基二醇或苯二甲醇选自1,2-苯二甲醇、1,3-苯二甲醇和1,4-苯二甲醇。在一个特别优选的实施方案中,至少一种低分子量芳族二醇(a13)为1,4-苯二甲醇。
如上所述的多异氰酸酯加聚产物、特别是聚氨酯还可包含其他扩链剂。该至少一种其他扩链剂可为至少一种第二二醇。
其他扩链剂可选自水、乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、三乙醇胺、丙三醇及其混合物。
在另一个实施方案中,至少一种C6至C14芳族二醇与至少一种第二二醇的重量比为≥1:9至≤9:1。
根据一个实施方案,本发明方法为制备聚氨酯的一步法,其需要聚酯多元醇、异氰酸酯和对异氰酸酯具有反应性的低分子量多官能化合物之间同时反应。
上述反应物之间的聚合反应可任选地在至少一种催化剂和/或至少一种添加剂的存在下进行。本领域技术人员知道这些催化剂。至少一种催化剂的选择不限制本发明的方法。然而,有利的是,使用碱性聚氨酯催化剂,例如叔胺(如三乙胺、三丁胺)、二甲基苄胺、二环己基甲胺、二甲基环己胺、双(N,N-二甲基氨基乙基)醚、双(二甲基氨基丙基)脲、N-甲基吗啉或N-乙基吗啉、N-环己基吗啉、N,N,N',N'-四甲基乙二胺、N,N,N',N'-四甲基丁二胺、N,N,N',N'-四甲基己烷-1,6-二胺、五甲基二亚乙基三胺、二甲基哌嗪、N-二甲基氨基乙基哌啶、1,2-二甲基咪唑、1-氮杂双环[2.2.0]辛烷、1,4-二氮杂双环[2.2.2]辛烷(Dabco)和烷醇胺化合物(如三乙醇胺、三异丙醇胺、N-甲基二乙醇胺和N-乙基二乙醇胺、二甲基氨基乙醇、2-(N,N-二甲基氨基乙氧基)乙醇)、N,N',N"-三(二烷基氨基烷基)六氢三嗪(例如N,N',N"-三(二甲基氨基丙基)-s-六氢三嗪),以及三乙二胺。然而,同样合适的是金属盐如氯化亚铁(II)、氯化锌、辛酸铅和优选地锡盐如二辛酸锡、二乙基己酸锡和二月桂酸二丁基锡,以及特别是叔胺和有机锡盐的混合物。
至少一种添加剂选自水解稳定剂、发泡剂、阻燃剂、填料、UV稳定剂和抗氧化剂。
因此,本发明的方法包括任选地在如上所述的至少一种催化剂和/或至少一种添加剂的存在下,聚酯多元醇、至少一种异氰酸酯和至少一种对异氰酸酯具有反应性的低分子量多官能化合物之间的聚合反应,其产生的聚氨酯的硬链段分数为≥0.10至≤0.90,并且Tg为≥-30℃至≤80℃,通过差示扫描量热法根据DIN EN ISO 11357-1在20K/min的加热速率下测定,硬链段分数由以下公式定义:
其中,
mKV,CI为对异氰酸酯具有反应性的低分子量多官能化合物的质量,单位为g,
MKV,CI为对异氰酸酯具有反应性的低分子量多官能化合物的摩尔质量,单位为g/mol,
MIso为异氰酸酯的摩尔质量,单位为g/mol,
mtotal为所有原料的总质量,单位为g,
k为对异氰酸酯具有反应性的低分子量多官能化合物的数量,且
其中对异氰酸酯具有反应性的低分子量多官能化合物的重均分子量为15至300g/mol,根据DIN 55672-1测定。
优选地,聚氨酯中的硬链段分数为≥0.10至≤0.80。更优选地,硬链段分数为≥0.10至≤0.70。最优选地,硬链段分数为≥0.10至≤0.60。在一个特别优选的实施方案中,通过如上所述的方法获得的聚氨酯中的硬链段分数为≥0.10至≤0.50。
由于本发明的聚氨酯为链段聚氨酯,因此应理解,剩余分数是指软链段。此外,硬链段分数也可通过将硬链段分数值乘以100以%来表示。
优选地,如上所述的聚氨酯的Tg为≥-30℃至≤70℃,通过差示扫描量热法根据DIN EN ISO 11357-1在20K/min的加热速率下测定。更优选地,Tg为≥-30℃至≤60℃,甚至更优选≥-30℃至≤50℃,通过差示扫描量热法根据DIN EN ISO 11357-1在20K/min的加热速率下测定。最优选地,Tg为≥-30℃至≤40℃,甚至更优选≥-30℃至≤30℃,通过差示扫描量热法根据DIN EN ISO 11357-1在20K/min的加热速率下测定。在一个特别优选的实施方案中,Tg为≥-30℃至≤20℃,通过差示扫描量热法根据DIN EN ISO 11357-1在20K/min的加热速率下测定。
在一个实施方案中,聚氨酯为热塑性聚氨酯。因此,制备热塑性聚氨酯的方法包括以下步骤:
(a)提供如上所述的聚酯多元醇,
(b)提供至少一种二异氰酸酯和至少一种扩链剂,
(c)任选地在至少一种催化剂和/或至少一种添加剂的存在下,使步骤(a)的聚酯多元醇与步骤(b)反应得到热塑性聚氨酯,所述热塑性聚氨酯的硬链段分数为≥0.1至≤0.60,且Tg为≥-30℃至≤20℃,通过差示扫描量热法根据DIN EN ISO 11357-1在20K/min的加热速率下测定,硬链段分数由以下公式定义:
其中,
mKV,CI为扩链剂的质量,单位为g,
MKV,CI为扩链剂的摩尔质量,单位为g/mol,
MIso为二异氰酸酯的摩尔质量,单位为g/mol,
mtotal为所有原料的总质量,单位为g,
k为扩链剂的数量,且
其中扩链剂的重均分子量为15至100g/mol,根据DIN 55672-1测定。
优选地,热塑性聚氨酯的硬链段分数为≥0.10至≤0.50。更优选地,硬链段分数为≥0.20至≤0.50。最优选地,硬链段分数为≥0.30至≤0.50。在一个特别优选的实施方案中,热塑性聚氨酯的硬链段分数为≥0.35至≤0.50。
优选地,热塑性聚氨酯的Tg为≥-30℃至≤15℃,通过差示扫描量热法根据DIN ENISO 11357-1在20K/min的加热速率下测定。更优选地,Tg为≥-30℃至≤10℃,通过差示扫描量热法根据DIN EN ISO 11357-1在20K/min的加热速率下测定。最优选地,Tg为≥-30℃至≤5℃,甚至最优选≥-30℃至≤0℃,通过差示扫描量热法根据DIN EN ISO 11357-1在20K/min的加热速率下测定。在一个特别优选的实施方案中,热塑性聚氨酯的Tg为≥-30℃至≤-5℃,通过差示扫描量热法根据DIN EN ISO 11357-1在20K/min的加热速率下测定。
如上所述的热塑性聚氨酯的硬度计硬度为邵氏A硬度70至邵氏D硬度80,根据ASTMD2240测定。优选的是,邵氏A硬度75至邵氏D硬度75,根据ASTM D2240测定。更优选的是,邵氏A硬度80至邵氏D硬度70,根据ASTM D2240测定。最优选的是,邵氏A硬度80至邵氏D硬度65,根据ASTM D2240测定。在一个特别优选的实施方案中,热塑性聚氨酯的硬度计硬度为邵氏A硬度80至邵氏D硬度60,根据ASTM D2240测定。
如下文实施例中所示,由于在根据ASTM D2240测定的邵氏A硬度70至邵氏D硬度80的宽的邵氏硬度范围内具有改进的耐热性、拉伸强度、压缩永久变形值和蠕变性能,本发明的多异氰酸酯加聚产物、特别是热塑性聚氨酯(下文中称为TPU)和浇铸聚氨酯(castpolyurethane)(下文中称为CPU)在多个领域中有广泛应用,例如但不限于,汽车工业电缆、混合动力汽车,以及传送带、辊、垫圈用密封件的制造业,和铁路垫板。
根据另一方面,本发明涉及一种制品,其包含如上公开的多异氰酸酯加聚产物或根据如上公开的方法获得或可获得的多异氰酸酯加聚产物。
根据另一个实施方案,本发明还涉及如上所公开的制品,其中所述制品为电缆、传送带、辊、垫圈用密封件或铁路垫板。
根据另一方面,本发明涉及如上所公开的多异氰酸酯加聚产物或根据如上所公开的方法获得或可获得的多异氰酸酯加聚产物在电缆、传送带、辊、垫圈用密封件或铁路垫板中的用途。
通过以下实施方案和由各依赖关系和反向引用所示的实施方案的组合进一步说明本发明。特别地,应注意,在提及一系列实施方案的各情况下,例如在术语如“实施方案1至4中的任一项的……”的上下文中,该系列中的每个实施方案皆旨在对技术人员明确公开,即该术语的措辞被技术人员理解为与“实施方案1、2、3和4中任一项的……”同义。
1.一种聚酯多元醇,其包含:
(A)≥10重量%至≤70重量%的至少一种C4至C12脂族二羧酸,
(B)≥10重量%至≤70重量%的至少一种C2至C10二醇,和
(C)≥10重量%至≤70重量%的至少一种烷氧基化的C10至C14芳族二醇,
其中重量%基于聚酯多元醇的总重量计。
2.根据实施方案1所述的聚酯多元醇,其特征在于,至少一种C4至C12脂族二羧酸选自戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十一烷二酸和十二烷二酸。
3.根据实施方案1或2所述的聚酯多元醇,其特征在于,至少一种C2至C10二醇选自乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、1,5-戊二醇、2,4-戊二醇、2-甲基-2,4-戊二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、1,6-己二醇及其混合物。
4.根据实施方案1至3中的一项或多项所述的聚酯多元醇,其特征在于,至少一种烷氧基化的C10至C14芳族二醇的重均分子量Mw为200至1000g/mol,根据DIN 55672-1测定。
5.根据实施方案1至4中的一项或多项所述的聚酯多元醇,其特征在于,至少一种烷氧基化的C10至C14芳族二醇为至少一种C10至C14芳族二醇与至少一种C2至C4环氧烷烃的烷氧基化产物。
6.根据实施方案1至5中的一项或多项所述的聚酯多元醇,其特征在于,C10至C14芳族二醇为萘二醇。
7.根据实施方案1至6中的一项或多项所述的聚酯多元醇,其特征在于,聚酯多元醇的OH值为≥30mg KOH/g至≤150mg KOH/g,根据DIN 53240测定。
8.根据实施方案1至7中的一项或多项所述的聚酯多元醇,其特征在于,聚酯多元醇的粘度为≥500mPa.s至≤2000mPa.s,根据DIN EN ISO 3219在25℃下测定。
9.一种制备聚氨酯的方法,其包括以下步骤:
(a)提供根据实施方案1至8中的一项或多项所述的聚酯多元醇,
(b)提供至少一种异氰酸酯和至少一种对异氰酸酯具有反应性的低分子量多官能化合物,
(c)任选地在至少一种催化剂和/或至少一种添加剂的存在下,使步骤(a)的聚酯多元醇与步骤(b)反应,得到聚氨酯,所述聚氨酯的硬链段分数为≥0.1至≤0.90,且Tg为≥-30℃至≤80℃,通过差示扫描量热法根据DIN EN ISO 11357-1在20K/min的加热速率下测定,硬链段分数由以下公式定义:
其中,
mKV,CI为对异氰酸酯具有反应性的低分子量多官能化合物的质量,单位为g,
MKV,CI为对异氰酸酯具有反应性的低分子量多官能化合物的摩尔质量,单位为g/mol,
MIso为异氰酸酯的摩尔质量,单位为g/mol,
mtotal为所有原料的总质量,单位为g,
k为对异氰酸酯具有反应性的低分子量多官能化合物的数量,且
其中对异氰酸酯具有反应性的低分子量多官能化合物的重均分子量为15至300g/mol,根据DIN 55672-1测定。
10.根据实施方案9所述的方法,其特征在于,步骤(a)还包括至少一种第二多元醇。
11.根据实施方案10所述的方法,其特征在于,聚酯多元醇与至少一种第二多元醇的重量比为≥5:95至≤70:30。
12.根据实施方案9至11中的一项或多项所述的方法,其特征在于,至少一种异氰酸酯为选自以下的二异氰酸酯:二苯基甲烷4,4'-二异氰酸酯、甲苯2,6-二异氰酸酯、二环己基甲烷2,2'-二异氰酸酯、六亚甲基1,6-二异氰酸酯、对亚苯基2,4-二异氰酸酯、四亚甲基二甲苯2,4-二异氰酸酯、2-甲基五亚甲基1,5-二异氰酸酯、2-乙基亚丁基1,4-二异氰酸酯、五亚甲基1,5-二异氰酸酯、亚丁基1,4-二异氰酸酯和1-异氰酸根合-3,3,5-三甲基-5-异氰酸根合甲基环己烷。
13.根据实施方案9至12中的一项或多项所述的方法,其特征在于,对异氰酸酯具有反应性的低分子量多官能化合物为选自以下的扩链剂:水、乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、氢醌双2-羟基乙基醚、双-2(羟基乙基)-对苯二甲酸酯、丙三醇和三乙醇胺。
14.根据实施方案9至13中的一项或多项所述的方法,其特征在于,至少一种添加剂选自水解稳定剂、发泡剂、阻燃剂、填料、UV稳定剂和抗氧化剂。
15.通过实施方案9至14中的一项或多项所述的方法获得的聚氨酯,其硬链段分数为≥0.10至≤0.90,且Tg为≥-30℃至≤80℃,通过差示扫描量热法根据DIN EN ISO11357-1在20K/min的加热速率下测定。
16.一种聚氨酯,其包含:
(a)至少一种多元醇,
(b)至少一种多异氰酸酯,和
(c)至少一种低分子量芳族二醇,
其中聚氨酯的硬链段分数为≥0.10至≤0.90,且Tg为≥-40℃至≤80℃,通过差示扫描量热法根据DIN EN ISO 11357-1在20K/min的加热速率下测定,硬链段分数由以下公式定义:
其中,
mKV,AD为至少一种低分子量芳族二醇(c)的质量,单位为g,
MKV,AD为至少一种低分子量芳族二醇(c)的摩尔质量,单位为g/mol,
MIso为至少一种多异氰酸酯(b)的摩尔质量,单位为g/mol,
mtotal为所有原料的总质量,单位为g,
k为低分子量芳族二醇(c)的数量,
其中至少一种低分子量芳族二醇(c)的分子量为≥50至≤350g/mol。
17.根据实施方案16所述的聚氨酯,其特征在于,至少一种多元醇(a)选自聚酯多元醇(a1)、聚醚多元醇(a2)和聚碳酸酯多元醇(a3)。
18.根据实施方案16或17所述的聚氨酯,其特征在于,聚酯多元醇(a1)包含:
(a11)≥10重量%至≤70重量%的至少一种C4至C12脂族二羧酸,
(a12)≥10重量%至≤70重量%的至少一种C2至C10二醇,和
(a13)≥0重量%至≤30重量%的至少一种分子量为≥50至≤350g/mol的低分子量芳族二醇,
其中重量%基于聚酯多元醇的总重量计。
19.根据实施方案16至18中的一项或多项所述的聚氨酯,其特征在于,聚酯多元醇(a1)包含≥10重量%至≤30重量%的至少一种分子量为≥50至≤350g/mol的低分子量芳族二醇(a13)。
20.根据实施方案16至19中的一项或多项所述的聚氨酯,其特征在于,至少一种低分子量芳族二醇(a13)为至少一种C6至C14芳族二醇(a131)。
21.根据实施方案16至20中的一项或多项所述的聚氨酯,其特征在于,至少一种多异氰酸酯(b)选自2,2'-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯和4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4-甲苯二异氰酸酯和2,6-甲苯二异氰酸酯、1,2-环己烷二异氰酸酯、1,3-环己烷二异氰酸酯和1,4-环己烷二异氰酸酯、六亚甲基1,6-二异氰酸酯、2-甲基-1,5-五亚甲基二异氰酸酯、五亚甲基1,5-二异氰酸酯、四亚甲基1,4-二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯。
22.根据实施方案16至21中的一项或多项所述的聚氨酯,其特征在于,至少一种低分子量芳族二醇(c)为至少一种C6至C14芳族二醇(c1)。
23.根据实施方案16至22中的一项或多项所述的聚氨酯,其特征在于,至少一种低分子量芳族二醇(c)还包含至少一种选自脂族二醇(c21)、芳族二醇(c22)及其混合物的第二二醇(c2)。
24.根据实施方案16至23中的一项或多项所述的聚氨酯,其特征在于,至少一种C6至C14芳族二醇(c1)与至少一种第二二醇(c2)的重量比为≥1:9至≤9:1。
25.根据实施方案16至24中的一项或多项所述的聚氨酯,其特征在于,至少一种低分子量芳族二醇(a13)和至少一种低分子量芳族二醇(c)是相同的。
26.根据实施方案16至25中的一项或多项所述的聚氨酯,其特征在于,至少一种多元醇(a)与至少一种多异氰酸酯(b)的重量比为≥1:1至≤5:1。
27.制备实施方案16至26中的一项或多项所述的聚氨酯的两步法,其包括以下步骤:
(A)制备包含至少一种多元醇(a)和至少一种多异氰酸酯(b)的预聚物,
(B)将步骤(A)的预聚物加热至≥20℃至≤100℃的温度,持续时间为≥0.1h至≤20h,
(C)将至少一种低分子量芳族二醇(c)加热至≥100℃至≤140℃的温度,得到熔融二醇,
(D)任选地在至少一种催化剂(e)和/或至少一种添加剂(d)的存在下,在≥110℃至≤150℃的温度下,将步骤(B)的预聚物与步骤(C)的熔融二醇混合,得到聚氨酯。
28.制备实施方案16至26中的一项或多项所述的聚氨酯的一步法,其包括以下步骤:
(A')提供至少一种多元醇(a),
(B')提供至少一种多异氰酸酯(b)和至少一种低分子量芳族二醇(c)
(C')任选地在至少一种催化剂(e)和/或至少一种添加剂(d)的存在下,使步骤(A')的至少一种多元醇(a)与步骤(B')反应,得到聚氨酯。
29.通过实施方案27所述的两步法或实施方案28所述的一步法获得的聚氨酯,其特征在于,聚氨酯为浇铸聚氨酯或热塑性聚氨酯,其硬链段分数为≥0.10至≤0.90,且Tg为≥-40℃至≤80℃,通过差示扫描量热法根据DIN EN ISO 11357-1在20K/min的加热速率下测定。
30.根据实施方案16至26中的一项或多项所述的聚氨酯或根据实施方案29所述的聚氨酯在电缆、传送带、辊、垫圈用密封件或铁路垫板中的用途。
31.一种制备聚氨酯的方法,其包括以下步骤:
(a)提供如上所公开的聚酯多元醇,
(b)提供至少一种异氰酸酯和至少一种对异氰酸酯具有反应性的低分子量多官能化合物,
(c)任选地在至少一种催化剂和/或至少一种添加剂的存在下,使步骤(a)的聚酯多元醇与步骤(b)反应得到聚氨酯,所述聚氨酯的硬链段分数为≥0.10至≤0.90,且Tg为≥-30℃至≤80℃,通过差示扫描量热法根据DIN EN ISO 11357-1在20K/min的加热速率下测定,硬链段分数由以下公式定义:
其中,
mKV,CI为对异氰酸酯具有反应性的低分子量多官能化合物的质量,单位为g,
MKV,CI为对异氰酸酯具有反应性的低分子量多官能化合物的摩尔质量,单位为g/mol,
MIso为异氰酸酯的摩尔质量,单位为g/mol,
mtotal为所有原料的总质量,单位为g,
k为对异氰酸酯具有反应性的低分子量多官能化合物的数量,且
其中对异氰酸酯具有反应性的低分子量多官能化合物的重均分子量为15至300g/mol,根据DIN 55672-1测定。
32.在本发明的一个实施方案中,上述方法的特征在于,步骤(a)还包含至少一种第二多元醇。
33.在本发明的另一个实施方案中,上述方法的特征在于,聚酯多元醇与至少一种第二多元醇的重量比为≥5:95至≤70:30。
34.在本发明的另一个实施方案中,上述方法的特征在于,第二多元醇选自聚酯多元醇、聚醚多元醇或其混合物。
35.在本发明的另一个实施方案中,上述方法的特征在于,在步骤(b)中,至少一种异氰酸酯与至少一种对异氰酸酯具有反应性的低分子量多官能化合物的重量比为≥2:1至≤5:1。
36.在本发明的另一个实施方案中,上述方法的特征在于,至少一种异氰酸酯为选自以下的二异氰酸酯:二苯基甲烷4,4'-二异氰酸酯、甲苯2,6-二异氰酸酯、二环己基甲烷2,2'-二异氰酸酯、六亚甲基1,6-二异氰酸酯、对亚苯基2,4-二异氰酸酯、四亚甲基二甲苯2,4-二异氰酸酯、2-甲基五亚甲基1,5-二异氰酸酯、2-乙基亚丁基1,4-二异氰酸酯、五亚甲基1,5-二异氰酸酯、亚丁基1,4-二异氰酸酯和1-异氰酸根合-3,3,5-三甲基-5-异氰酸根合甲基环己烷。
37.在本发明的另一个实施方案中,上述方法的特征在于,在步骤(b)中,对异氰酸酯具有反应性的低分子量多官能化合物的重均分子量为15至300g/mol,根据DIN 55672-1测定。
38.在本发明的另一个实施方案中,上述方法的特征在于,对异氰酸酯具有反应性的低分子量多官能化合物为选自以下的扩链剂:水、乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、氢醌双2-羟基乙基醚、双-2(羟基乙基)-对苯二甲酸酯、丙三醇和三乙醇胺。
39.在本发明的另一个实施方案中,上述方法的特征在于,至少一种添加剂选自水解稳定剂、发泡剂、阻燃剂、填料、UV稳定剂和抗氧化剂。
40.在本发明的另一个实施方案中,上述方法的特征在于,聚氨酯为热塑性聚氨酯,其硬链段分数为≥0.10至≤0.60,且Tg为≥-30℃至≤-5℃,通过差示扫描量热法根据DIN EN ISO 11357-1在20K/min的加热速率下测定。
41.在本发明的另一个实施方案中,上述方法的特征在于,热塑性聚氨酯的硬度计硬度为邵氏A硬度70至邵氏D硬度80,根据ASTM D2240测定。
42.在本发明的另一方面,通过上述方法获得的聚氨酯的硬链段分数为≥0.10至≤0.90,且Tg为≥-30℃至≤80℃,通过差示扫描量热法根据DIN EN ISO 11357-1在20K/min的加热速率下测定。
43.在本发明的一个实施方案中,上述聚氨酯为热塑性聚氨酯,其硬链段分数为≥0.10至≤0.60,且Tg为≥-30℃至≤-5℃,通过差示扫描量热法根据DIN EN ISO 11357-1在20K/min的加热速率下测定,并且硬度计硬度为邵氏A硬度70至邵氏D硬度80,根据ASTMD2240测定。
44.一种聚氨酯,其包含:
(a)至少一种多元醇,
(b)至少一种多异氰酸酯,和
(c)至少一种低分子量芳族二醇,
其中聚氨酯的硬链段分数为≥0.10至≤0.90,且Tg为≥-40℃至≤80℃,通过差示扫描量热法根据DIN EN ISO 11357-1在20K/min的加热速率下测定,硬链段分数由以下公式定义:
其中,
mKV,AD为至少一种低分子量芳族二醇(c)的质量,单位为g,
MKV,AD为至少一种低分子量芳族二醇(c)的摩尔质量,单位为g/mol,
MIso为至少一种多异氰酸酯(b)的摩尔质量,单位为g/mol,
mtotal为所有原料的总质量,单位为g,
k为低分子量芳族二醇(c)的数量,
其中至少一种低分子量芳族二醇(c)的分子量为≥50至≤350g/mol。
45.在本发明的一个实施方案中,上述聚氨酯的特征在于,至少一种低分子量芳族二醇(c)的分子量为≥100至≤200g/mol。
46.在本发明的另一个实施方案中,上述聚氨酯的特征在于,至少一种多元醇(a)的OH值为≥30mg KOH/g至≤150mg KOH/g,根据DIN 53240测定。
47.在本发明的另一个实施方案中,上述聚氨酯的特征在于,至少一种多元醇(a)的粘度为≥500mPa.s至≤2000mPa.s,根据DIN EN ISO 3219在25℃下测定。
48.在本发明的另一个实施方案中,上述聚氨酯的特征在于,至少一种多元醇(a)选自聚酯多元醇(a1)、聚醚多元醇(a2)和聚碳酸酯多元醇(a3)。
49.在本发明的另一个实施方案中,上述聚氨酯的特征在于,聚醚多元醇(a2)衍生自环氧乙烷、环氧丙烷、四氢呋喃及其混合物。
50.在本发明的另一个实施方案中,上述聚氨酯的特征在于,聚醚多元醇(a2)衍生自四氢呋喃。
51.在本发明的另一个实施方案中,上述聚氨酯的特征在于,聚酯多元醇(a1)包含:
(a11)≥10重量%至≤70重量%的至少一种C4至C12脂族二羧酸,
(a12)≥10重量%至≤70重量%的至少一种C2至C10二醇,和
(a13)≥0重量%至≤30重量%的至少一种分子量为≥50至≤350g/mol的低分子量芳族二醇,其中重量%基于聚酯多元醇的总重量计。
52.在本发明的另一个实施方案中,上述聚氨酯的特征在于,聚酯多元醇(a1)包含≥10重量%至≤30重量%的至少一种分子量为≥50至≤350g/mol的低分子量芳族二醇(a13)。
53.在本发明的另一个实施方案中,上述聚氨酯的特征在于,至少一种C4至C12脂族二羧酸(a11)选自戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十一烷二酸和十二烷二酸。
54.在本发明的另一个实施方案中,上述聚氨酯的特征在于,至少一种C2至C10二醇(a12)选自乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、1,5-戊二醇、2,4-戊二醇、2-甲基-2,4-戊二醇、3-甲基-1,5-戊二醇和1,6-己二醇。
55.在本发明的另一个实施方案中,上述聚氨酯的特征在于,至少一种低分子量芳族二醇(a13)为至少一种C6至C14芳族二醇(a131)。
56.在本发明的另一个实施方案中,上述聚氨酯的特征在于,至少一种多异氰酸酯(b)选自脂族多异氰酸酯(b1)、脂环族多异氰酸酯(b2)和芳族多异氰酸酯(b3)。
57.在本发明的另一个实施方案中,上述聚氨酯的特征在于,脂族多异氰酸酯(b1)选自四亚甲基1,4-二异氰酸酯、五亚甲基1,5-二异氰酸酯、六亚甲基1,6-二异氰酸酯、十亚甲基二异氰酸酯、1,12-十二烷二异氰酸酯、2,2,4-三甲基-六亚甲基二异氰酸酯、2,4,4-三甲基-六亚甲基二异氰酸酯和2-甲基-1,5-五亚甲基二异氰酸酯。
58.在本发明的另一个实施方案中,上述聚氨酯的特征在于,脂环族多异氰酸酯(b2)选自环丁烷-1,3-二异氰酸酯、1,2-环己烷二异氰酸酯、1,3-环己烷二异氰酸酯和1,4-环己烷二异氰酸酯、2,4-甲基环己烷二异氰酸酯和2,6-甲基环己烷二异氰酸酯、4,4'-二环己基二异氰酸酯和2,4'-二环己基二异氰酸酯、1,3,5-环己烷三异氰酸酯、异氰酸根合甲基环己烷异氰酸酯、异氰酸根合乙基环己烷异氰酸酯、双(异氰酸根合甲基)-环己烷二异氰酸酯、4,4'-双(异氰酸根合甲基)二环己烷和2,4'-双(异氰酸根合甲基)二环己烷以及异佛尔酮二异氰酸酯。
59.在本发明的另一个实施方案中,上述聚氨酯的特征在于,芳族多异氰酸酯(b3)选自2,4-六氢甲苯二异氰酸酯和2,6-六氢甲苯二异氰酸酯、1,2-亚苯基二异氰酸酯、1,3-亚苯基二异氰酸酯和1,4-亚苯基二异氰酸酯、三苯基甲烷-4,4',4"-三异氰酸酯、亚萘基-1,5-二异氰酸酯、2,4-甲苯二异氰酸酯和2,6-甲苯二异氰酸酯、2,4'-联苯二异氰酸酯、4,4'-联苯二异氰酸酯和2,2-联苯二异氰酸酯、2,2'-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯和4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯、多苯基多亚甲基多异氰酸酯、1,2-亚二甲苯基二异氰酸酯、1,3-亚二甲苯基二异氰酸酯和1,4-亚二甲苯基二异氰酸酯以及间四甲基亚二甲苯基二异氰酸酯(TMXDI)。
60.在本发明的另一个实施方案中,上述聚氨酯的特征在于,至少一种多异氰酸酯(b)选自2,2'-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯和4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4-甲苯二异氰酸酯和2,6-甲苯二异氰酸酯、1,2-环己烷二异氰酸酯、1,3-环己烷二异氰酸酯和1,4-环己烷二异氰酸酯、六亚甲基1,6-二异氰酸酯、2-甲基-1,5-五亚甲基二异氰酸酯、五亚甲基1,5-二异氰酸酯、四亚甲基1,4-二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯。
61.在本发明的另一个实施方案中,上述聚氨酯的特征在于,至少一种低分子量芳族二醇(c)为至少一种C6至C14芳族二醇(c1)。
62.在本发明的另一个实施方案中,上述聚氨酯的特征在于,至少一种C6至C14芳族二醇(c1)为至少一种C6至C14烷基芳基二醇(c11)。
63.在本发明的另一个实施方案中,上述聚氨酯的特征在于,至少一种C6至C14烷基芳基二醇(c11)为苯二甲醇。
64.在本发明的另一个实施方案中,上述聚氨酯的至少一种芳族二醇(c)还包含至少一种选自脂族二醇(c21)、芳族二醇(c22)及其混合物的第二二醇(c2)。
65.在本发明的另一个实施方案中,上述聚氨酯的特征在于,至少一种脂族二醇(c21)选自水、乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、三乙醇胺、丙三醇及其混合物。
66.在本发明的另一个实施方案中,上述聚氨酯的特征在于,至少一种芳族二醇(c22)选自氢醌双2-羟基乙基醚、双-2(羟基乙基)-对苯二甲酸酯及其混合物。
67.在本发明的另一个实施方案中,上述聚氨酯的特征在于,至少一种C6至C14芳族二醇(c1)与至少一种第二二醇(c2)的重量比为≥1:9至≤9:1。
68.在本发明的另一个实施方案中,上述聚氨酯的特征在于,至少一种低分子量芳族二醇(a13)和至少一种低分子量芳族二醇(c)是相同的。
68.在本发明的另一个实施方案中,上述聚氨酯的特征在于,至少一种多元醇(a)与至少一种多异氰酸酯(b)的重量比为≥1:1至≤5:1。
69.在本发明的另一个实施方案中,上述聚氨酯的特征在于,至少一种多异氰酸酯(b)与至少一种低分子量芳族二醇(c)的重量比为≥2:1至≤5:1。
70.在本发明的另一个实施方案中,上述聚氨酯还包含至少一种选自以下的添加剂(d):水解稳定剂、发泡剂、阻燃剂、填料、UV稳定剂和抗氧化剂。
71.在本发明的另一个实施方案中,上述聚氨酯的特征在于,聚氨酯为热塑性聚氨酯或浇铸聚氨酯。
72.另一方面,本发明涉及一种制备聚氨酯的两步法,其包括以下步骤:
(A)制备包含至少一种多元醇(a)和至少一种多异氰酸酯(b)的预聚物,
(B)将步骤(A)的预聚物加热至≥20℃至≤100℃的温度,持续时间为≥0.1h至≤20h,
(C)将至少一种低分子量芳族二醇(c)加热至≥100℃至≤140℃的温度,得到熔融二醇,
(D)任选地在至少一种催化剂(e)和/或至少一种添加剂(d)的存在下,在≥110℃至≤150℃的温度下,将步骤(B)的预聚物与步骤(C)的熔融二醇混合,得到聚氨酯,所述聚氨酯的硬链段分数为≥0.10至≤0.90,且Tg为≥-40℃至≤80℃,通过差示扫描量热法根据DIN EN ISO 11357-1在20K/min的加热速率下测定,硬链段分数由以下公式定义:
其中,
mKV,AD为至少一种低分子量芳族二醇(c)的质量,单位为g,
MKV,AD为至少一种低分子量芳族二醇(c)的摩尔质量,单位为g/mol,
MIso为至少一种多异氰酸酯(b)的摩尔质量,单位为g/mol,
mtotal为所有原料的总质量,单位为g,
k为低分子量芳族二醇(c)的数量,
其中至少一种低分子量芳族二醇(c)的分子量为≥50至≤350g/mol。
73.在本发明的一个实施方案中,上述两步法还包括以下步骤:
(E)将步骤(D)的聚氨酯在温度为≥100℃至≤150℃的模具中浇铸,得到模塑聚氨酯,
(F)将步骤(E)的模塑聚氨酯在≥90℃至≤140℃的温度下退火≥10h至≤20h。
74.在本发明的另一个实施方案中,上述两步法的特征在于,在步骤(A)中,预聚物通过以下步骤获得:
a)将至少一种多元醇(a)与至少一种多异氰酸酯(b)在≥30℃至≤70℃的温度下混合,得到聚合的混合物,
b)在≥60℃至≤100℃的温度下加热步骤a)的聚合的混合物并混合≥1h至≤5h,
c)将步骤b)的聚合的混合物冷却至≥15℃至≤40℃的温度以获得预聚物,
其中预聚物的粘度为≥300mPa.s至≤20000mPa.s,根据DIN EN ISO 3219在25℃下测定,且异氰酸酯含量为≥2%至≤15%,根据DIN EN ISO 11909测定。
75.在本发明的另一个实施方案中,上述两步法的特征在于,在步骤(A)中,至少一种多元醇(a)与至少一种多异氰酸酯(b)的重量比为≥1:1至≤5:1。
76.在本发明的另一个实施方案中,上述两步法的特征在于,在步骤(C)中,至少一种低分子量芳族二醇(c)还包含至少一种第二二醇(c2)。
77.在本发明的另一个实施方案中,上述两步法的特征在于,在步骤(D)中,预聚物与熔融二醇的重量比为≥5:1至≤10:1。
78.另一方面,本发明涉及制备聚氨酯的一步法,其包括以下步骤:
A')提供至少一种多元醇(a),
B')提供至少一种多异氰酸酯(b)和至少一种低分子量芳族二醇(c),
C')任选地在至少一种催化剂(e)和/或至少一种添加剂(d)的存在下,使步骤(A')的至少一种多元醇(a)与步骤(B')反应,得到聚氨酯,所述聚氨酯的硬链段分数为≥0.10至≤0.90,且Tg为≥-40℃至≤80℃,通过差示扫描量热法根据DIN EN ISO 11357-1在20K/min的加热速率下测定,硬链段分数由以下公式定义:
其中,
mKV,AD为至少一种低分子量芳族二醇(c)的质量,单位为g,
MKV,AD为至少一种低分子量芳族二醇(c)的摩尔质量,单位为g/mol,
MIso为至少一种多异氰酸酯(b)的摩尔质量,单位为g/mol,
mtotal为所有原料的总质量,单位为g,
k为低分子量芳族二醇(c)的数量,
其中至少一种低分子量芳族二醇(c)的分子量为≥50至≤350g/mol。
79.在本发明的一个实施方案中,上述一步法的特征在于,在步骤(B')中,至少一种低分子量芳族二醇(c)还包含至少一种第二二醇(c2)。
80.另一方面,本发明涉及通过两步法或一步法获得的聚氨酯,其特征在于,聚氨酯为浇铸聚氨酯或热塑性聚氨酯,其硬链段分数为≥0.10至≤0.90,且Tg为≥-40℃至≤80℃,通过差示扫描量热法根据DIN EN ISO 11357-1在20K/min的加热速率下测定。
81.另一方面,本发明涉及上述聚氨酯在电缆、传送带、辊、垫圈用密封件或铁路垫板中的用途。
82.因此,在一个实施方案中,如上所述的聚氨酯包含:
(a)至少一种多元醇,
(b)至少一种多异氰酸酯,和
(c)至少一种C6至C14烷基芳基二醇,
其中聚氨酯的硬链段分数为≥0.10至≤0.90,且Tg为≥-40℃至≤80℃,通过差示扫描量热法根据DIN EN ISO 11357-1在20K/min的加热速率下测定,硬链段分数由以下公式定义:
其中,
mKV,AD为至少一种C6至C14烷基芳基二醇(c)的质量,单位为g,
MKV,AD为至少一种C6至C14烷基芳基二醇(c)的摩尔质量,单位为g/mol,
MIso为至少一种多异氰酸酯(b)的摩尔质量,单位为g/mol,
mtotal为所有原料的总质量,单位为g,
k为C6至C14烷基芳基二醇(c)的数量,
其中至少一种C6至C14烷基芳基二醇(c)的分子量为≥50至≤350g/mol。
83.在另一个实施方案中,如上所述的聚氨酯包含:
(a)至少一种多元醇,
(b)至少一种多异氰酸酯,和
(c)至少一种C6至C12烷基芳基二醇,
其中聚氨酯的硬链段分数为≥0.10至≤0.90,且Tg为≥-40℃至≤80℃,通过差示扫描量热法根据DIN EN ISO 11357-1在20K/min的加热速率下测定,硬链段分数由以下公式定义:
其中,
mKV,AD为至少一种C6至C12烷基芳基二醇(c)的质量,单位为g,
MKV,AD为至少一种C6至C12烷基芳基二醇(c)的摩尔质量,单位为g/mol,
MIso为至少一种多异氰酸酯(b)的摩尔质量,单位为g/mol,
mtotal为所有原料的总质量,单位为g,
k为C6至C12烷基芳基二醇(c)的数量,
其中至少一种C6至C12烷基芳基二醇(c)的分子量为≥50至≤350g/mol。
84.在另一个实施方案中,如上所述的聚氨酯包含:
(a)至少一种多元醇,
(b)至少一种多异氰酸酯,和
(c)至少一种C6至C10烷基芳基二醇,
其中聚氨酯的硬链段分数为≥0.10至≤0.90,且Tg为≥-40℃至≤80℃,通过差示扫描量热法根据DIN EN ISO 11357-1在20K/min的加热速率下测定,硬链段分数由以下公式定义:
其中,
mKV,AD为至少一种C6至C10烷基芳基二醇(c)的质量,单位为g,
MKV,AD为至少一种C6至C10烷基芳基二醇(c)的摩尔质量,单位为g/mol,
MIso为至少一种多异氰酸酯(b)的摩尔质量,单位为g/mol,
mtotal为所有原料的总质量,单位为g,
k为C6至C10烷基芳基二醇(c)的数量,
其中至少一种C6至C10烷基芳基二醇(c)的分子量为≥50至≤350g/mol。
85.在另一个实施方案中,如上所述的聚氨酯包含:
(a)至少一种多元醇,
(b)至少一种多异氰酸酯,和
(c)至少一种C6至C8烷基芳基二醇,
其中聚氨酯的硬链段分数为≥0.10至≤0.90,且Tg为≥-40℃至≤80℃,通过差示扫描量热法根据DIN EN ISO 11357-1在20K/min的加热速率下测定,硬链段分数由以下公式定义:
其中,
mKV,AD为至少一种C6至C8烷基芳基二醇(c)的质量,单位为g,
MKV,AD为至少一种C6至C8烷基芳基二醇(c)的摩尔质量,单位为g/mol,
MIso为至少一种多异氰酸酯(b)的摩尔质量,单位为g/mol,
mtotal为所有原料的总质量,单位为g,
k为C6至C8烷基芳基二醇(c)的数量,
其中至少一种C6至C8烷基芳基二醇(c)的分子量为≥50至≤350g/mol。
86.在另一个实施方案中,如上所述的聚氨酯包含:
(a)至少一种多元醇,
(b)至少一种多异氰酸酯,和
(c)至少一种C8烷基芳基二醇,
其中聚氨酯的硬链段分数为≥0.10至≤0.90,且Tg为≥-40℃至≤80℃,通过差示扫描量热法根据DIN EN ISO 11357-1在20K/min的加热速率下测定,硬链段分数由以下公式定义:
其中,
mKV,AD为至少一种C8烷基芳基二醇(c)的质量,单位为g,
MKV,AD为至少一种C8烷基芳基二醇(c)的摩尔质量,单位为g/mol,
MIso为至少一种多异氰酸酯(b)的摩尔质量,单位为g/mol,
mtotal为所有原料的总质量,单位为g,
k为C8烷基芳基二醇(c)的数量,
其中至少一种C8烷基芳基二醇(c)的分子量为≥50至≤350g/mol。
87.在另一个实施方案中,如上所述的聚氨酯包含:
(a)至少一种多元醇,
(b)至少一种多异氰酸酯,和
(c)1,2-苯二甲醇,
其中聚氨酯的硬链段分数为≥0.10至≤0.90,且Tg为≥-40℃至≤80℃,通过差示扫描量热法根据DIN EN ISO 11357-1在20K/min的加热速率下测定,硬链段分数由以下公式定义:
其中,
mKV,AD为1,2-苯二甲醇(c)的质量,单位为g,
MKV,AD为1,2-苯二甲醇(c)的摩尔质量,单位为g/mol,
MIso为至少一种多异氰酸酯(b)的摩尔质量,单位为g/mol,
mtotal为所有原料的总质量,单位为g,
k为1,2-苯二甲醇(c)的数量。
88.在另一个实施方案中,如上所述的聚氨酯包含:
(a)至少一种多元醇,
(b)至少一种多异氰酸酯,和
(c)1,3-苯二甲醇,
其中聚氨酯的硬链段分数为≥0.10至≤0.90,且Tg为≥-40℃至≤80℃,通过差示扫描量热法根据DIN EN ISO 11357-1在20K/min的加热速率下测定,硬链段分数由以下公式定义:
其中,
mKV,AD为1,3-苯二甲醇(c)的质量,单位为g,
MKV,AD为1,3-苯二甲醇(c)的摩尔质量,单位为g/mol,
MIso为至少一种多异氰酸酯(b)的摩尔质量,单位为g/mol,
mtotal为所有原料的总质量,单位为g,
k为1,3-苯二甲醇(c)的数量。
89.在另一个实施方案中,如上所述的聚氨酯包含:
(a)至少一种多元醇,
(b)至少一种多异氰酸酯,和
(c)1,4-苯二甲醇,
其中聚氨酯的硬链段分数为≥0.10至≤0.90,且Tg为≥-40℃至≤80℃,通过差示扫描量热法根据DIN EN ISO 11357-1在20K/min的加热速率下测定,硬链段分数由以下公式定义:
其中,
mKV,AD为1,4-苯二甲醇(c)的质量,单位为g,
MKV,AD为1,4-苯二甲醇(c)的摩尔质量,单位为g/mol,
MIso为至少一种多异氰酸酯(b)的摩尔质量,单位为g/mol,
mtotal为所有原料的总质量,单位为g,
k为1,4-苯二甲醇(c)的数量。
90.因此,在一个实施方案中,如上所述的聚氨酯包含:
(a)至少一种多元醇,
(b)至少一种多异氰酸酯,和
(c)至少一种低分子量芳族二醇,其包含至少一种C6至C14芳族二醇(c1)和至少一种第二二醇(c2),
其中聚氨酯的硬链段分数为≥0.10至≤0.90,且Tg为≥-40℃至≤80℃,通过差示扫描量热法根据DIN EN ISO 11357-1在20K/min的加热速率下测定,硬链段分数由以下公式定义:
其中,
mKV,AD为至少一种低分子量芳族二醇(c)的质量,单位为g,
MKV,AD为至少一种低分子量芳族二醇(c)的摩尔质量,单位为g/mol,
MIso为至少一种多异氰酸酯(b)的摩尔质量,单位为g/mol,
mtotal为所有原料的总质量,单位为g,
k为低分子量芳族二醇(c)的数量,
其中至少一种低分子量芳族二醇(c)的分子量为≥50至≤350g/mol。
91.在另一个实施方案中,聚氨酯包含:
(a)至少一种多元醇,
(b)至少一种多异氰酸酯,和
(c)至少一种低分子量芳族二醇,其包含至少一种C6至C14芳族二醇(c1)和至少一种脂族二醇(c21),
其中聚氨酯的硬链段分数为≥0.10至≤0.90,且Tg为≥-40℃至≤80℃,通过差示扫描量热法根据DIN EN ISO 11357-1在20K/min的加热速率下测定,硬链段分数由以下公式定义:
其中,
mKV,AD为至少一种低分子量芳族二醇(c)的质量,单位为g,
MKV,AD为至少一种低分子量芳族二醇(c)的摩尔质量,单位为g/mol,
MIso为至少一种多异氰酸酯(b)的摩尔质量,单位为g/mol,
mtotal为所有原料的总质量,单位为g,
k为低分子量芳族二醇(c)的数量,
其中至少一种低分子量芳族二醇(c)的分子量为≥50至≤350g/mol。
92.在另一个实施方案中,聚氨酯包含:
(a)至少一种多元醇,
(b)至少一种多异氰酸酯,和
(c)至少一种低分子量芳族二醇,其包含至少一种C6至C14芳族二醇(c1)和至少一种芳族二醇(c22),
其中聚氨酯的硬链段分数为≥0.10至≤0.90,且Tg为≥-40℃至≤80℃,通过差示扫描量热法根据DIN EN ISO 11357-1在20K/min的加热速率下测定,硬链段分数由以下公式定义:
其中,
mKV,AD为至少一种低分子量芳族二醇(c)的质量,单位为g,
MKV,AD为至少一种低分子量芳族二醇(c)的摩尔质量,单位为g/mol,
MIso为至少一种多异氰酸酯(b)的摩尔质量,单位为g/mol,
mtotal为所有原料的总质量,单位为g,
k为低分子量芳族二醇(c)的数量,
其中至少一种低分子量芳族二醇(c)的分子量为≥50至≤350g/mol。
93.在本发明的另一个方面,用于制备如上所述的聚氨酯的两步法包括以下步骤:
(A)制备包含至少一种多元醇(a)和至少一种多异氰酸酯(b)的预聚物,
(B)将步骤(A)的预聚物加热至≥20℃至≤100℃的温度,持续时间为≥0.1h至≤20h,
(C)将至少一种低分子量芳族二醇(c)加热至≥100℃至≤140℃的温度,得到熔融二醇,
(D)任选地在至少一种催化剂(e)和/或至少一种添加剂(d)的存在下,在≥110℃至≤150℃的温度下,将步骤(B)的预聚物与步骤(C)的熔融二醇混合,得到聚氨酯,所述聚氨酯的硬链段分数为≥0.10至≤0.90,且Tg为≥-40℃至≤80℃,通过差示扫描量热法根据DIN EN ISO 11357-1在20K/min的加热速率下测定,硬链段分数由以下公式定义:
其中,
mKV,AD为至少一种低分子量芳族二醇(c)的质量,单位为g,
MKV,AD为至少一种低分子量芳族二醇(c)的摩尔质量,单位为g/mol,
MIso为至少一种多异氰酸酯(b)的摩尔质量,单位为g/mol,
mtotal为所有原料的总质量,单位为g,
k为低分子量芳族二醇(c)的数量,
其中至少一种低分子量芳族二醇(c)的分子量为≥50至≤350g/mol。
94.一种用于制备如上所述的聚氨酯的一步法,其包括以下步骤:
A')提供至少一种多元醇(a),
B')提供至少一种多异氰酸酯(b)和至少一种低分子量芳族二醇(c),
C')任选地在至少一种催化剂(e)和/或至少一种添加剂(d)的存在下,使步骤(A')的至少一种多元醇(a)与步骤(B')反应,得到聚氨酯,所述聚氨酯的硬链段分数为≥0.10至≤0.90,且Tg为≥-40℃至≤80℃,通过差示扫描量热法根据DIN EN ISO 11357-1在20K/min的加热速率下测定,硬链段分数由以下公式定义:
其中,
mKV,AD为至少一种低分子量芳族二醇(c)的质量,单位为g,
MKV,AD为至少一种低分子量芳族二醇(c)的摩尔质量,单位为g/mol,
MIso为至少一种多异氰酸酯(b)的摩尔质量,单位为g/mol,
mtotal为所有原料的总质量,单位为g,
k为低分子量芳族二醇(c)的数量,
其中至少一种低分子量芳族二醇(c)的分子量为≥50至≤350g/mol。
95.在一个实施方案中,如上所述的聚氨酯为热塑性聚氨酯,其包含:
(a)至少一种多元醇,
(b)至少一种多异氰酸酯,和
(c)至少一种低分子量芳族二醇,
其中热塑性聚氨酯的硬链段分数为≥0.10至≤0.90,且Tg为≥-40℃至≤80℃,通过差示扫描量热法根据DIN EN ISO 11357-1在20K/min的加热速率下测定,硬链段分数由以下公式定义:
其中,
mKV,AD为至少一种低分子量芳族二醇(c)的质量,单位为g,
MKV,AD为至少一种低分子量芳族二醇(c)的摩尔质量,单位为g/mol,
MIso为至少一种多异氰酸酯(b)的摩尔质量,单位为g/mol,
mtotal为所有原料的总质量,单位为g,
k为低分子量芳族二醇(c)的数量,
其中至少一种低分子量芳族二醇(c)的分子量为≥50至≤350g/mol。
96.因此,制备如上所述的热塑性聚氨酯的一步法包括以下步骤:
A')提供至少一种多元醇(a),
B')提供至少一种多异氰酸酯(b)和至少一种低分子量芳族二醇(c),
C')任选地在至少一种催化剂(e)和/或至少一种添加剂(d)的存在下,使步骤(A')的至少一种多元醇(a)与步骤(B')反应,得到热塑性聚氨酯,所述热塑性聚氨酯的硬链段分数为≥0.10至≤0.90,且Tg为≥-40℃至≤80℃,通过差示扫描量热法根据DIN EN ISO11357-1在20K/min的加热速率下测定,硬链段分数由以下公式定义:
其中,
mKV,AD为至少一种低分子量芳族二醇(c)的质量,单位为g,
MKV,AD为至少一种低分子量芳族二醇(c)的摩尔质量,单位为g/mol,
MIso为至少一种多异氰酸酯(b)的摩尔质量,单位为g/mol,
mtotal为所有原料的总质量,单位为g,
k为低分子量芳族二醇(c)的数量,
其中至少一种低分子量芳族二醇(c)的分子量为≥50至≤350g/mol。
97.在另一个实施方案中,如上所述的聚氨酯为浇铸聚氨酯,其包含:
(a)至少一种多元醇,
(b)至少一种多异氰酸酯,和
(c)至少一种低分子量芳族二醇,
其中浇铸聚氨酯的硬链段分数为≥0.10至≤0.90,且Tg为≥-40℃至≤80℃,通过差示扫描量热法根据DIN EN ISO 11357-1在20K/min的加热速率下测定,硬链段分数由以下公式定义:
其中,
mKV,AD为至少一种低分子量芳族二醇(c)的质量,单位为g,
MKV,AD为至少一种低分子量芳族二醇(c)的摩尔质量,单位为g/mol,
MIso为至少一种多异氰酸酯(b)的摩尔质量,单位为g/mol,
mtotal为所有原料的总质量,单位为g,
k为低分子量芳族二醇(c)的数量,
其中至少一种低分子量芳族二醇(c)的分子量为≥50至≤350g/mol。
98.因此,在一个实施方案中,制备如上所述的浇铸聚氨酯的两步法包括以下步骤:
(A)制备包含至少一种多元醇(a)和至少一种多异氰酸酯(b)的预聚物,
(B)将步骤(A)的预聚物加热至≥20℃至≤100℃的温度,持续时间为≥0.1h至≤20h,
(C)将至少一种低分子量芳族二醇(c)加热至≥100℃至≤140℃的温度,得到熔融二醇,
(D)任选地在至少一种催化剂(e)和/或至少一种添加剂(d)的存在下,在≥110℃至≤150℃的温度下,将步骤(B)的预聚物与步骤(C)的熔融二醇混合,得到浇铸聚氨酯,所述浇铸聚氨酯的硬链段分数为≥0.10至≤0.90,且Tg为≥-40℃至≤80℃,通过差示扫描量热法根据DIN EN ISO 11357-1在20K/min的加热速率下测定,硬链段分数由以下公式定义:
其中,
mKV,AD为至少一种低分子量芳族二醇(c)的质量,单位为g,
MKV,AD为至少一种低分子量芳族二醇(c)的摩尔质量,单位为g/mol,
MIso为至少一种多异氰酸酯(b)的摩尔质量,单位为g/mol,
mtotal为所有原料的总质量,单位为g,
k为低分子量芳族二醇(c)的数量,
其中至少一种低分子量芳族二醇(c)的分子量为≥50至≤250g/mol。
以下将使用实施例来说明本发明。
实施例和比较实施例
1.使用的化合物
C4至C12脂族二羧酸 己二酸
C10至C14芳族二醇 1,5-二羟基萘
C2至C4环氧烷烃 -环氧丙烷
-环氧丁烷
C2至C10二醇/对异氰酸酯具有反应性 1,4-丁二醇(BDO)
的低分子量多官能化合物 分子量:90.12g/mol
C6至C14烷基芳基二醇 1,4-苯二甲醇(BDM)
分子量:138.16g/mol
KOH
四丁氧基锡
辛酸锡
丁氧基钛(IV)(CAS:5593-70-4(TTB))
2-乙基己酸锡(II)(CAS:301-10-0
(SDO))
可从Sigma Aldrich获得
第二多元醇 6607/1(聚酯多元醇)
异氰酸酯 M20(聚合的MDI)
基于聚醚的TPU 1195A
多异氰酸酯 MET(4,4’-MDI)
基于聚酯的多元醇 PESOL(己二酸酯)
四氢呋喃 1000,2000
添加剂 H01(水解稳定剂)
可从BASF获得
2.标准方法
重均分子量 DIN 55672-1
粘度(25℃下) DIN EN ISO 3219
Tg DIN EN ISO 11357-1在20K/min下
OH值 DIN 53240
邵氏硬度 ASTM D2240
拉伸强度 DIN 53504
断裂伸长率 DIN 53504
压缩永久变形 ASTM D395
抗蠕变性 DIN EN ISO 899-1
3.烷氧基化的二羟基萘的合成
3.1实施例1:1,5-二羟基萘丙氧基化物
将装备有搅拌器、夹套加热和冷却装置、用于环氧烷烃的计量装置的300mL压力反应器在氮气气氛中惰性化,并加热至140℃。将包含32g 1,5-二羟基萘和1.20g KOH(50重量%水溶液)的混合物加入到反应器中并保持在140℃。在3h 8min的时间内向混合物中加入168g环氧丙烷,得到反应混合物。使反应混合物在140℃下反应3h,然后用氮气汽提20min,然后冷却至40℃。用macrosorb进行后处理。得到181g褐色油状形式的1,5-二羟基萘丙氧基化物,其OH值为156mg KOH/g且25℃下的粘度为699mPa.s。
3.2实施例2:1,5-二羟基萘乙氧基化物
将装备有搅拌器、夹套加热和冷却装置、用于环氧烷烃的计量装置的300mL压力反应器在氮气气氛中惰性化,并加热至140℃。将包含62.55g 1,5-二羟基萘、50g甲苯和1.20gKOH(50重量%水溶液)的混合物加入到反应器中并保持在140℃。在5h 20min的时间内向混合物中加入136.9g环氧乙烷,得到反应混合物。使反应混合物在140℃下反应2h,然后用氮气汽提20min,然后冷却至40℃。在旋转蒸发仪(rotavap)上除去未反应的甲苯,并用macrosorb进行后处理。得到189g褐色油状形式的1,5-二羟基萘乙氧基化物,其OH值为241mg KOH/g且25℃下的粘度为2310mPa.s。
4.聚酯多元醇(PESOL)的合成
4.1 PESOL 1
在4L圆底烧瓶中,加入包含1138g己二酸、607.73g 1,4-丁二醇、611g 1,5-二羟基萘丙氧基化物(来自实施例1)、1ppm四丁氧基锡和5ppm辛酸锡的混合物。将混合物在搅拌下加热至200℃维持3h,然后放置25h。通过蒸馏连续地除去反应过程中形成的水。得到褐色油状形式的PESOL 2,其OH值为54mg KOH/g,酸值为0.8mg KOH/g,且在25℃下的粘度为707mPa.s。
4.2 PESOL 2
在4L圆底烧瓶中,加入包含1037g己二酸、607.73g 1,4-丁二醇、611g 1,5-二羟基萘乙氧基化物(来自实施例2)、1ppm四丁氧基锡和5ppm辛酸锡的混合物。将混合物在搅拌下加热至220℃维持3h,然后放置20h。通过蒸馏连续除去反应过程中形成的水。得到黄色油状形式的PESOL 1,其OH值为53mg KOH/g,酸值为1.8mg KOH/g,且在25℃下的粘度为1250mPa.s。
5.热塑性聚氨酯合成的概述
5.1 TPU 1(比较)
在2L金属容器中,在恒定氮气流下,使用机械搅拌器将800g6607/1和164.59g 1,4-丁二醇混合。随后将容器盖上,并放入在100℃下预热的热空气烘箱内。将预热的混合物从烘箱中取出,并加入6.4gH01,然后搅拌。在一个单独的容器中,将M20加热至45℃的温度。一旦混合物的温度达到80℃,就加入560g预热的并以200rpm的速度搅拌混合物。由于放热反应,将混合物倒入保持在温度为125℃的热板上的特氟隆(teflon)框架中,以获得TPU板坯。一旦TPU板坯变成固体,就将其从热板上取下,随后在80℃的热烘箱内退火24h。将TPU逐渐冷却,然后在研磨机中研磨,其后切碎成小颗粒。将颗粒在110℃下干燥3h,然后注塑成尺寸为2mm×6mm的测试板。然后使用测试板来测定如表2中所提供的机械性能。
5.2除当前使用本发明的聚酯多元醇外,利用上述方法条件实施其他实施例。
表1:TPU组成
检测上述TPU的机械性能,结果在下表2中提供。
表2:不同TPU的机械性能
从表2中可明显地看出,本发明的聚酯多元醇赋予TPU改进的拉伸强度和断裂伸长率。当在高温(即80℃)下测量时,引入不同量的基于烷氧基化的二羟基萘的PESOL的TPU使得拉伸强度值降低小于20%,断裂伸长率增加大于100%。事实上,TPU 3的拉伸强度降低4%证实了本发明的TPU可承受高负荷而不会发生大的变形。此外,与TPU 1(比较)相比,本发明的TPU的压缩永久变形值变化不大。这些改进可归因于在TPU的软链段中引入萘修饰物(即烷氧基化的二羟基萘)作为骨架,其提供额外的π-π堆叠并增强其性能。
相反,TPU 1(比较)在高温下拉伸强度降低大于20%,断裂伸长率增加72%,从而证实了与本发明的TPU相比较差的性能特征。
还检测了TPU的耐热性,并与市售TPU进行比较。为此,将温度在165℃下保持2500h(参见表3)。
表3:不同TPU的耐热性能
对于汽车电缆操作,期望老化后的断裂伸长率应>50%。基于聚酯的TPU(TPU 1)和基于聚醚的TPU(1195A)均不能实现所期望的断裂伸长率。因此,本发明的TPU表现出比其他可用的TPU更好的耐热性能。
表3:不同TPU的抗蠕变性能
ΔLz值代表以长度值表示的在伸长方面的差异。由于蠕变性能说明了TPU的形变,因此较小的ΔLz值表示更好的抗蠕变性。因此,从表3中可明显看出,与其他可用的基于聚酯的TPU(TPU 1)和基于聚醚的TPU(1195A)相比,本发明的TPU具有显著更好的抗蠕变性。
6.聚酯多元醇(PESOL)的合成:
在4L圆底烧瓶中,加入包含1613.3g己二酸、775.2g 1,4-丁二醇、509g 1,4-苯二甲醇、1ppm四丁氧基钛(IV)和5ppm 2-乙基己酸锡(II)的混合物。将混合物在搅拌下加热至200℃维持3h。将反应温度升高240℃,并放置25小时。通过蒸馏连续除去反应过程中形成的水。施加60毫巴的真空压力以促进反应完成。得到褐色油状形式的PESOL,其OH值为55mgKOH/g,酸值为1.09mg KOH/g,且在75℃下的粘度为1138mPa.s。
7.热塑性聚氨酯合成的一步法
在2L金属容器中,在恒定氮气流下,使用机械搅拌器混合多元醇和扩链剂。随后将容器盖上,并放入在100℃至120℃下预热的热空气烘箱内。将预热的混合物从烘箱中取出,并加入6.4gH01,然后搅拌。在一个单独的容器中,将多异氰酸酯加热至45℃的温度。一旦混合物的温度达到80℃,就加入预热的多异氰酸酯,并以200rpm的速度搅拌混合物。由于放热反应,将混合物倒入保持在温度为125℃的热板上的特氟隆框架中,以获得TPU板坯。一旦TPU板坯变成固体,就将其从热板上取下,随后在80℃的热烘箱内退火24h。将TPU逐渐冷却,然后在研磨机中研磨,其后切碎成小颗粒。将颗粒在110℃下干燥3h,然后注塑成尺寸为2mm×6mm的测试板。然后将测试板用于测定如表6中提供的机械性能。
使用上述方法条件,实施具有下述组成的其他实施例,包括比较实施例和发明实施例。
表4:用于一步法的TPU组成
8.用于浇铸聚氨酯合成的两步法或预聚物法:
将多元醇与多异氰酸酯在50℃的温度下混合以获得聚合的混合物。将聚合的混合物加热至80℃并在该温度下在氮气下搅拌2h。反应温度通过热元件PT100监测。将得到的预聚物冷却至室温。
现在将扩链剂熔融至120℃。将上述预聚物加热至80℃维持2h,然后在130℃的温度下与熔融的扩链剂混合。随后将其浇铸到温度为125℃的模具中,产生所得样品。在125℃下退火并在110℃下进一步退火16h后,得到最终的测试板。然后使用测试板测定如表6中提供的机械性能。
以与上述类似的方式获得比较样品,不同之处在于在将熔融的扩链剂与预聚物混合期间,不提供进一步的加热。下文提及了CPU样品——包括发明实施例和比较实施例——的组成:
表5:用于两步法或预聚物法的CPU组成
检测由一步法获得的TPU和由两步法获得的CPU的机械性能,结果在下表6中提供。
表6:不同聚氨酯的机械性能
从表3中可明显看出低分子量芳族二醇(BDM)作为扩链剂以及在多元醇中的重要性。在发明实施例中BDM作为扩链剂的存在使得在宽的温度范围内压缩永久变形值显著降低。事实上,与CE 3a相比,CPU 2a的压缩永久变形值(在100℃下)下降至~46%。这种材料非常适用于在宽的温度范围内操作的领域中,如汽车应用、制造工业等。本发明的聚氨酯材料克服了每次温度急升时更换TPU或CPU的需要,从而节省成本。
虽然CE 3a在PESOL中使用BDM作为二醇,但是其中使用的扩链剂为BDO。BDM作为扩链剂的存在是重要的,这是因为它提供了所需的π-π堆叠,其为芳族骨架所固有的。在不存在通过本发明的扩链剂(即BDM)提供的所述芳族骨架的情况下,所获得的最终TPU未报告压缩永久变形值的任何变化,这意味着所述TPU中的形变在宽的温度范围内保持相同(比较CE2和CE 3)。
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Claims (13)

1.一种多异氰酸酯加聚产物,其根据一种包括使至少以下组分反应的方法获得或可获得:
(i)多异氰酸酯组合物(C-I),其包含至少一种多异氰酸酯;和
(ii)组合物(C-II),其包含至少一种具有至少两个对异氰酸酯基团具有反应性的官能团的化合物(C-A),其中化合物(C-A)的分子量为500g/mol以上且包含多环芳族部分。
2.根据权利要求1所述的多异氰酸酯加聚产物,其中化合物(C-A)的多环芳族部分包含稠合芳环。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的多异氰酸酯加聚产物,其中化合物(C-A)为多元醇。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的多异氰酸酯加聚产物,其中化合物(C-A)为选自聚酯、聚醚和聚碳酸酯的多元醇。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的多异氰酸酯加聚产物,其中多异氰酸酯为芳族多异氰酸酯。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的多异氰酸酯加聚产物,其中具有至少两个对异氰酸酯基团具有反应性的官能团的化合物(C-C)在所述方法中用作扩链剂,其中化合物(C-C)的分子量为49g/mol至499g/mol。
7.根据权利要求6所述的多异氰酸酯加聚产物,其中化合物(C-C)包含芳族部分。
8.根据权利要求6或7中任一项所述的多异氰酸酯加聚产物,其中化合物(C-C)为1,4-苯二甲醇。
9.一种制备多异氰酸酯加聚产物的方法,其包括使至少以下组分反应:
(i)多异氰酸酯组合物(C-I),其包含至少一种多异氰酸酯;和
(ii)组合物(C-II),其包含至少一种具有至少两个对异氰酸酯基团具有反应性的官能团的化合物(C-A),其中化合物(C-A)的分子量为500g/mol以上且包含多环芳族部分。
10.根据权利要求9所述的方法,其中具有至少两个对异氰酸酯基团具有反应性的官能团的化合物(C-C)在所述方法中用作扩链剂,其中化合物(C-C)的分子量为49g/mol至499g/mol。
11.一种制品,其包含权利要求1至8中任一项所述的多异氰酸酯加聚产物或根据权利要求9或10中任一项所述的方法获得或可获得的多异氰酸酯加聚产物。
12.根据权利要求11所述的制品,其中所述制品为电缆、传送带、辊、垫圈用密封件或铁路垫板。
13.权利要求1至8中任一项所述的多异氰酸酯加聚产物或根据权利要求9或10中任一项所述的方法获得或可获得的多异氰酸酯加聚产物在电缆、传送带、辊、垫圈用密封件或铁路垫板中的用途。
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