KR20150029464A - Catalyst composition for polyurethane resin comprising tertiary amine catalyst - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 3급 아민 촉매를 포함한 폴리우레탄 수지 제조용 촉매 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 활성이 높고 발포 반응에 선택성이 높아 발포 폴리우레탄을 제조하는데 유용한 3급 아민 촉매를 포함한 폴리우레탄 수지 제조용 촉매 조성물에 관한 것이다.
The present invention relates to a catalyst composition for the production of a polyurethane resin containing a tertiary amine catalyst, and more particularly to a catalyst for the production of a polyurethane resin containing a tertiary amine catalyst useful for preparing a foamed polyurethane, ≪ / RTI >
발포 폴리우레탄은 널리 알려져 있으며, 자동차, 주택 및 기타 산업에 사용된다. 이와 같은 발포체는 각종 첨가제의 존재하에서 폴리이소시아네이트와 폴리올을 반응시킴으로써 제조된다. 그와 같은 첨가제 중의 하나는 물리적 발포제가 있는데 이는 발열반응의 결과 증발하여 기포가 많은 발포체를 형성시킨다. 과거에 사용되었던 클로로플루오로카본(CFC)은 성층권 내의 오존을 고갈시킨다는 사실이 발견되어 CFC의 사용을 중단시켜야 한다는 명령이 법규화되어 생산 및 사용이 중단되었다.Foamed polyurethanes are widely known and are used in automotive, residential and other industries. Such foams are prepared by reacting a polyisocyanate with a polyol in the presence of various additives. One such additive is a physical blowing agent which evaporates as a result of the exothermic reaction to form a bubble-rich foam. It was discovered that chlorofluorocarbons (CFCs) used in the past deplete ozone in the stratosphere and the order to discontinue the use of CFCs was legislated and production and use were discontinued.
따라서, 물과 폴리이소시아네이트와의 반응에 의해 발생된 CO2를 사용하여 발포 반응을 수행함으로써 수중에서 발포된 발포체를 제조하는 방법이 점차로 중요하게 되었다. 3급 아민 촉매는 통상 발포 반응(물과 이소시아네이트로부터 CO2를 발생시키는 반응) 및 겔화 반응(폴리올과 이소시아네이트의 반응)을 촉진시키는데 사용된다.Thus, it has become increasingly important to produce foams foamed in water by performing a foaming reaction using CO 2 generated by the reaction of water with polyisocyanates. Tertiary amine catalysts are commonly used to promote foaming reactions (reactions that generate CO 2 from water and isocyanates) and gelation reactions (reaction of polyols with isocyanates).
3급 아민 촉매가 발포 또는 겔화 반응을 선택적으로 촉진할 수 있다는 사실은 특정의 발포 폴리우레탄을 제조하기 위한 촉매를 선택함에 있어서 고려해야 할 중요한 사항이다. 촉매가 발포 반응을 과도하게 촉진시킬 경우, 이소시아네이트와 폴리올 간의 충분한 반응이 일어나기 이전에 과다한 CO2가 방출되어 CO2가 제제로부터 배기되므로 발포체를 붕괴시킬 수 있어 품질이 불량한 발포체가 제조된다는 문제점이 있다. 반면에, 촉매가 겔화 반응을 너무 강하게 촉진시킬 경우에는 중합 반응이 상당한 정도로 발생한 후에 대부분의 CO2가 방출될 것이다. 마찬가지로, 품질이 불량한 발포체가 제조될 수 있다는 문제점이 있다.The fact that the tertiary amine catalyst can selectively promote the foaming or gelling reaction is an important consideration in selecting a catalyst for producing a particular foamed polyurethane. When the catalyst excessively promotes the foaming reaction, excessive CO 2 is released before sufficient reaction between the isocyanate and the polyol occurs, and CO 2 is exhausted from the preparation, so that the foam can be disintegrated and a foam having poor quality is produced . On the other hand, if the catalyst promotes the gelation reaction too strongly, most of the CO 2 will be released after the polymerization has occurred to a considerable extent. Similarly, there is a problem that a foam having poor quality can be produced.
3급 아민 촉매는 일반적으로 악취가 있고, 대다수는 저분자량 때문에 휘발성이 크다. 발포 과정 동안에 3급 아민이 방출될 경우 심각한 안전 및 독성 문제가 나타날 수 있으며, 잔류하는 아민이 소비재로부터 방출되는 것은 일반적으로 바람직하지 못하다.Tertiary amine catalysts are generally odorous, and the majority are volatile because of their low molecular weight. Severe safety and toxicity problems may arise if tertiary amines are released during the foaming process, and it is generally undesirable for residual amines to be released from the consumer.
우레탄 작용기를 함유하는 아민 촉매는 그 작용기가 없는 관련된 구조와 비교했을 때, 분자량이 높고 수소 결합이 많으며 휘발성과 악취가 경감된다. 또한, 우레탄 작용기를 함유하는 촉매는 반응하는 동안에 우레탄 내로 화학 결합하며 완제품으로부터 방출되지 않는다. 이러한 개념을 구체화시킨 촉매 구조는 통상 낮은 활성 내지는 중간 정도의 활성을 가지며 발포 반응(물-이소시아네이트)과 겔화 반응(폴리올-이소시아네이트)을 둘 다 다양한 정도로 촉진시킨다.An amine catalyst containing a urethane functional group has a high molecular weight, a high hydrogen bond, and a reduced volatility and odor when compared with a related structure having no functional group. In addition, catalysts containing urethane functional groups are chemically bonded into the urethane during the reaction and are not released from the article. Catalyst structures embodying this concept usually have low or moderate activity and promote both the foaming reaction (water-isocyanate) and the gelling reaction (polyol-isocyanate) to varying degrees.
대한민국 등록특허 제10-0274116호에는 수중 발포되는 발포 폴리우레탄 성능을 개선시키기 위한 반응성 촉매 조성물을 개시하고 있다. 그러나 상기 특허는 활성이 높지 못하고, 휘발성 유기화합물(Voc)이 발생하는 등의 문제점이 있었다.
Korean Patent No. 10-0274116 discloses a reactive catalyst composition for improving foamed polyurethane performance underwater foam. However, the above patent has a problem that the activity is not high and a volatile organic compound (Voc) is generated.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은In order to solve the above problems,
이소시아네이트 작용기와 활성 수소원자 함유 화합물, 즉 알코올, 폴리올, 아민 또는 물과의 반응, 구체적으로 폴리올 히드록시기와 이소시아네이트의 우레탄(겔화) 반응에 의해 폴리우레탄을 제조하는 반응 및 물과 이소시아네이트의 발포 반응에 의해 이산화탄소를 방출시켜 발포 폴리우레탄을 제조하는 반응을 촉진시키고 휘발성 유기화합물(Voc)이 발생되지 않는 폴리우레탄 수지 제조용 촉매 조성물을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The reaction of an isocyanate functional group with an active hydrogen atom-containing compound, that is, a reaction with an alcohol, a polyol, an amine or water, specifically a polyurethane by a urethane (gelling) reaction of a polyol hydroxy group and an isocyanate, or a foaming reaction of water with an isocyanate It is an object of the present invention to provide a catalyst composition for producing a polyurethane resin which promotes the reaction for producing foamed polyurethane by releasing carbon dioxide and does not generate volatile organic compounds (Voc).
또한 본 발명은 상기 폴리우레탄 수지 제조용 촉매 조성물을 사용하여 폴리우레탄 수지를 제조하는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a method for producing a polyurethane resin by using the catalyst composition for producing a polyurethane resin.
또한 본 발명은 상기 촉매 조성물 및 발포제의 존재하에 반응시켜 얻어지는 폴리우레탄 수지를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
Another object of the present invention is to provide a polyurethane resin obtained by the reaction in the presence of the catalyst composition and the foaming agent.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은In order to achieve the above object,
하기 화학식 1 및 화학식 2 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 3급 아민 촉매를 포함하는 폴리우레탄 수지 제조용 촉매 조성물을 제공한다:There is provided a catalyst composition for preparing a polyurethane resin comprising a tertiary amine catalyst, which comprises at least one selected from the following formulas (1) and (2):
<화학식 1>≪ Formula 1 >
<화학식 2>(2)
상기 식에서, In this formula,
R1 및 R3은 각각 독립적으로 C1-C6 알킬기이고, R2는 C1-C6 알킬기 또는 톨루엔, 메탄디페닐, 메탄디사이크로헥산, 비스메탄디페닐카르보이미드, 이소포론기이고, R4는 H 혹은 C1-C8 카르보닐기, C1-C6 디메틸알킬아민기 또는 C1-C6 디메틸알킬아미노카르보네이트기이다.R 1 And R 3 is independently C 1 -C 6 respectively Alkyl group, R 2 is C 1 -C 6 R 4 is H or a C 1 -C 8 carbonyl group, a C 1 -C 6 dimethylalkylamine group or a C 1 -C 6 alkylcarbonyl group or a C 1 -C 6 alkylcarbonyl group, 1- C 6 dimethylalkylaminocarbonate group.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 To achieve these and other objects,
폴리올과, 폴리이소시아네이트 및/또는 이소시아네이트 예비 중합체를, 촉매 및 발포제의 존재하에 반응시켜 폴리우레탄 수지를 제조하는 방법에 있어서, 상기 촉매 조성물을 사용하는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 수지의 제조 방법을 제공한다.There is provided a process for producing a polyurethane resin by reacting a polyol and a polyisocyanate and / or an isocyanate prepolymer in the presence of a catalyst and a foaming agent, wherein the catalyst composition is used .
상기 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은According to another aspect of the present invention,
폴리올과, 폴리이소시아네이트 및/또는 이소시아네이트 예비 중합체를, 상기 촉매 조성물 및 발포제의 존재하에 반응시켜 얻어지는 폴리우레탄 수지를 제공한다.
A polyurethane resin obtained by reacting a polyol and a polyisocyanate and / or an isocyanate prepolymer in the presence of the catalyst composition and a foaming agent.
본 발명은 폴리우레탄 제품, 특히 발포 폴리우레탄을 제조하는데 유용한 촉매 조성물을 제공한다. 본 발명의 촉매 조성물은 활성이 높고 발포반응에 대한 선택성이 높으며, 악취가 적다. 기존 촉매 대비 동등 이상의 효과를 나타내면서도 휘발성 유기화합물(Voc)이 발생되지 않아 친환경적인 우레탄 중합 촉매로 이용될 수 있다.
The present invention provides a catalyst composition useful for producing polyurethane products, particularly foamed polyurethanes. The catalyst composition of the present invention has high activity, high selectivity to the foaming reaction, and low odor. It can be used as an environmentally friendly urethane polymerization catalyst since volatile organic compounds (Voc) are not generated while exhibiting an effect equal to or higher than that of existing catalysts.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명은 물로 발포되는 가요성 발포 폴리우레탄을 제조하는데 사용되는 반응성 촉매 조성물을 제공하는 데 있다. 상기 촉매 조성물은 겔화 반응 촉매 또는 발포 반응 촉매와 혼합되어 있는 3급 아미노 알킬기를 함유한 우레탄 및/또는 비스(3급 아미노 알킬)기를 함유한 우레탄을 포함한다. 이러한 촉매 조성물의 용도는 발포 폴리우레탄의 물리적인 특성들을 개선시키는데 있다.The present invention is to provide a reactive catalyst composition for use in producing flexible foam polyurethane foamed with water. The catalyst composition comprises a urethane containing a tertiary aminoalkyl group and / or a urethane containing a bis (tertiary aminoalkyl) group mixed with a gelling reaction catalyst or a foaming reaction catalyst. The use of such catalyst compositions is to improve the physical properties of the foamed polyurethane.
반응성 촉매는 그 촉매가 폴리우레탄 매트릭스 내로 반응해 들어갈 수 있도록 하는 우레탄 작용기를 포함한다. 이러한 반응성 촉매들은 상호 보완적인 발포 또는 겔화 반응 조촉매(co-catalysts)와 병용하는 겔화 반응 촉매 또는 발포 반응 촉매로서 사용할 수 있고, 상기 발포 또는 겔화 반응 조촉매는 각각 발포 폴리우레탄 재료를 생성하기 위한 반응성 작용기들을 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 반응성 촉매는 아민을 전혀 방출하지 않는 발포 폴리우레탄을 생성한다.The reactive catalyst comprises a urethane functional group that allows the catalyst to react into the polyurethane matrix. These reactive catalysts can be used as a gelling reaction catalyst or a foaming reaction catalyst for use together with complementary foaming or gelling reaction co-catalysts, and the foaming or gelation reaction promoting catalysts can be used as catalysts for producing foamed polyurethane materials And may or may not include reactive functional groups. The reactive catalyst produces a foamed polyurethane that does not emit any amine at all.
겔화 또는 발포 반응 조촉매와 함께 반응성 촉매를 사용하는 방법은 물리적인 특성을 개선시키고, 가공성을 강화시킨다. 발포 반응 촉매로서, 겔화 반응 조촉매와 병용하는 반응성 촉매들은 발포체의 기류(airflow) 특성을 개선시킨다. 개선된 기류 특성은 발포체의 개선된 치수 안정성을 나타내는 발포체의 개선된 다공성 및 개방성을 의미한다. 겔화 반응 촉매로서, 발포 반응 조촉매와 병용하는 반응성 촉매들은 발포체의 파쇄 응력(force-to-crush) 특성을 개선시킨다. 감소된 파쇄 응력은 가공 처리 동안 발포체의 수축을 최소화시키기 위한 중요한 이점으로서 발포체가 보다 용이하게 압축될 수 있다는 것을 의미한다.Methods using reactive catalysts with gelation or foaming reaction promoters improve physical properties and enhance processability. As foaming reaction catalysts, reactive catalysts in combination with a gelling reaction promoter improve the airflow characteristics of the foam. The improved airflow properties mean improved porosity and openness of the foam which exhibit improved dimensional stability of the foam. As gelling catalysts, reactive catalysts in combination with blowing reaction promoters improve the force-to-crush characteristics of the foam. Reduced fracture stresses mean that the foam can be more easily compressed as an important advantage to minimize shrinkage of the foam during processing.
본 발명은 하기 화학식 1 및 화학식 2 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 3급 아민 촉매를 포함하는 폴리우레탄 수지 제조용 촉매 조성물을 제공한다:
The present invention provides a catalyst composition for the production of a polyurethane resin comprising a tertiary amine catalyst, which comprises at least one selected from the following formulas (1) and (2)
<화학식 1>≪ Formula 1 >
<화학식 2>(2)
상기 식 중에서, In the formula,
R1 및 R3은 각각 독립적으로 C1-C6 알킬기이고, R2는 C1-C6 알킬기 또는 톨루엔, 메탄디페닐, 메탄디사이크로헥산, 비스메탄디페닐카르보이미드, 이소포론기이고, R4는 H 혹은 C1-C8 카르보닐기, C1-C6 디메틸알킬아민기 또는 C1-C6 디메틸알킬아미노카르보네이트기이다.R 1 And R 3 is independently C 1 -C 6 respectively Alkyl group, R 2 is C 1 -C 6 R 4 is H or a C 1 -C 8 carbonyl group, a C 1 -C 6 dimethylalkylamine group or a C 1 -C 6 alkylcarbonyl group or a C 1 -C 6 alkylcarbonyl group, 1- C 6 dimethylalkylaminocarbonate group.
바람직하게는 R1 및 R3은 각각 독립적으로 에틸 또는 프로필기이며, R4는 C2 또는 C8의 카르보닐기 또는 C2-C3 디메틸알킬 아미노 카르보닐기가 바람직하다.Preferably, R 1 and R 3 are each independently an ethyl or propyl group, and R 4 is preferably a C 2 or C 8 carbonyl group or a C 2 -C 3 dimethylalkylaminocarbonyl group.
모노 우레탄 및 비스 우레탄의 적합한 함유기 예로는 2-디메틸아미노에틸; N,N'-비스(2-디메틸아미노에틸); N,N-비스(2-디메틸아미노에틸); 3-디메틸아미노프로필; N,N'-비스(3-디메틸아미노프로필); N,N-비스(3-디메틸아미노프로필); 1-(N-메틸-3-피롤리디노)메틸; 1,3-비스(N-메틸-3-피롤리디노)메틸; 3-피페리디노프로필; N,N'-비스(3-피페리디노프로필); 3-모르폴리노프로필; N,N'-비스(3-모르폴리노프로필); 2-피페리디노에틸; N,N'-비스(2-피페리디노에틸); 2-모르폴리노에틸; 및 N,N'-비스(2-모르폴리노에틸)이 있다.Examples of suitable containing groups of mono-urethanes and bis-urethanes are 2-dimethylaminoethyl; N, N'-bis (2-dimethylaminoethyl); N, N-bis (2-dimethylaminoethyl); 3-dimethylaminopropyl; N, N'-bis (3-dimethylaminopropyl); N, N-bis (3-dimethylaminopropyl); 1- (N-methyl-3-pyrrolidino) methyl; 1,3-bis (N-methyl-3-pyrrolidino) methyl; 3-piperidinopropyl; N, N'-bis (3-piperidinopropyl); 3-morpholinopropyl; N, N'-bis (3-morpholinopropyl); 2-piperidinoethyl; N, N'-bis (2-piperidinoethyl); 2-morpholinoethyl; And N, N'-bis (2-morpholinoethyl).
바람직한 치환기로는 2-디메틸아미노에틸; N,N'-비스(2-디메틸아미노에틸); 3-디메틸아미노프로필, N,N'-비스(3-디메틸아미노프로필), 및 1- (N-메틸-3-피롤리디노)메틸, 1,3-비스(N-메틸-3-피롤리디노)메틸, 3-디메틸아미노프로필과 N,N'-비스(3-디메틸아미노프로필)기가 치환된 우레탄의 혼합물, 및 1-(N-메틸-3-피롤리디노)메틸우레탄과 1,3-비스(N-메틸-3-피롤리디노)메틸기가 치환된 우레탄의 혼합물이 있는데, 이 혼합물들은 모노치환 우레탄 대 비스 치환 우레탄의 몰 비율이 95:5 내지 5:95인 것이다.Preferred substituents include 2-dimethylaminoethyl; N, N'-bis (2-dimethylaminoethyl); (N-methyl-3-pyrrolidino) methyl, 1,3-bis (N-methyl-3-pyrrolidino) (N-methyl-3-pyrrolidino) methyl urethane and 1,3- dimethylaminopropyl and N, N'-bis (3-dimethylaminopropyl) -Bis (N-methyl-3-pyrrolidino) methyl group, which mixtures have a molar ratio of mono substituted urethane to bis substituted urethane of from 95: 5 to 5:95.
모노 치환 우레탄 및 비스 치환 우레탄은 이소시아네이트와 상응하는 3급 알킬아민을 적당한 몰 비율로 불활성 대기하에 상승된 온도 50 내지 120℃, 바람직하게는 60 내지 80℃에서 반응시킴으로써 제조될 수 있다.Mono substituted urethanes and bis substituted urethanes can be prepared by reacting isocyanates and the corresponding tertiary alkyl amines in an appropriate molar ratio under an inert atmosphere at elevated temperatures of 50 to 120 캜, preferably 60 to 80 캜.
모노 및/또는 비스 치환 우레탄은 공정에서 얻고자 하는 이점에 따라 겔화 또는 발포 반응 촉매와 함께 사용한다. 겔화 반응 조촉매는 초기 선택도가 약 0.45 이하인 해당 기술 분야에 알려져 있는 임의의 우레탄 촉매이고, 발포 반응 조촉매는 초기 선택도가 약 0.8 이상인 해당 기술 분야에 알려져 있는 임의의 우레탄 촉매이다. 촉매 선택도는 발포 반응(우레아 형성) 속도 대 겔화 반응(우레탄 형성) 속도의 비율로서 정의한다[J. Cell. Plastics, Vol. 28, 1992, pp. 360-398].Mono- and / or bis-substituted urethanes are used with gelling or blowing reaction catalysts according to the advantages to be obtained in the process. The gelation promoter is any urethane catalyst known in the art having an initial selectivity of about 0.45 or less and a blowing reaction promoter is any urethane catalyst known in the art having an initial selectivity of about 0.8 or greater. The catalyst selectivity is defined as the ratio of the foaming reaction (urea formation) rate to the gelling reaction (urethane formation) rate [J. Cell. Plastics, Vol. 28, 1992, pp. 360-398].
적합한 겔화 반응 촉매의 예는 디아자비시클로옥탄(트리에틸렌디아민), 퀴누클리딘과 치환된 퀴누클리딘, 치환된 피롤리지딘, 및 치환된 피롤리딘을 포함할 수 있으나, 이에 국한되는 것은 아니다.Examples of suitable gelling catalysts include, but are not limited to, diazabicyclooctane (triethylenediamine), quinuclidine and substituted quinuclidines, substituted pyrrolizidines, and substituted pyrrolidines .
적합한 발포 반응 촉매의 예는 비스디메틸아미노에틸 에테르, 펜타메틸디에틸렌트리아민 및 이것과 관련된 조성물, 퍼메틸화된 고급 폴리아민, 분지쇄형 폴리아민, 2-[N-(디메틸아미노에톡시에틸)-N-메틸아미노]에탄올 및 이것과 관련된 구조(미국 특허 제 4,338,408호), 알콕시화된 폴리아민, 이미다졸-보론 조성물, 및 아미노프로필-비스(아미노에틸)에테르 조성물을 포함할 수 있으나, 이에 국한되는 것은 아니다.Examples of suitable blowing reaction catalysts include, but are not limited to, bisdimethylaminoethylether, pentamethyldiethylenetriamine and related compositions, permethylated higher polyamines, branched chain polyamines, 2- [N- (dimethylaminoethoxyethyl) -N- But are not limited to, methylaminoethanol and related structures (U.S. Patent No. 4,338,408), alkoxylated polyamines, imidazole-boron compositions, and aminopropyl-bis (aminoethyl) ether compositions .
우레탄 및 겔화 또는 발포 반응 촉매를 포함하는 촉매 조성물은 촉매 활성 유효량으로 폴리우레탄 제제에 사용된다. 보다 구체적으로, 촉매 조성물의 적정량은 폴리우레탄 제제 내 폴리올 100 중량부를 기준으로 약 0.01 내지 10 중량부, 보다 바람직하게는 0.05 내지 2 중량부일 수 있다.A catalyst composition comprising urethane and a gelling or blowing reaction catalyst is used in the polyurethane formulation with a catalytically active amount. More specifically, the suitable amount of the catalyst composition may be about 0.01 to 10 parts by weight, more preferably 0.05 to 2 parts by weight, based on 100 parts by weight of the polyol in the polyurethane formulation.
가용성 발포 폴리우레탄 제품, 슬랩과 성형물은 해당 기술 분야에 잘 알려져 있는 임의의 적합한 유기 폴리이소시아네이트, 예를 들면 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 페닐렌 디이소시아네이트, 톨루엔 디이소시아네이트("TDI") 및 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트("MDI")를 사용하여 제조한다. 2,4-TDI 및 2,6-TDI를 단독으로 사용하거나 시판되는 혼합물의 형태와 같이 병용하는 것이 특히 적합하다. 기타 적합한 이소시아네이트로는 상업적으로 "미정제(crude) MDI"로서 알려져 있고, 금호미스이화학에 의하여 M-200 등으로 시판되고 있으며, 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트와 함께 기타 이성질체 및 유사한 고급 폴리이소시아네이트를 함유하는 디이소시아네이트류의 혼합물이 있다. 또한, 폴리이소시아네이트와 폴리에테르 또는 폴리에스테르 폴리올 일부 미리 반응시켜 놓은 혼합물을 포함하는 폴리이소시아네이트의 "프리폴리머"를 사용할 수도 있다.Soluble foam polyurethane products, slabs and moldings can be made from any suitable organic polyisocyanates known in the art such as hexamethylene diisocyanate, phenylene diisocyanate, toluene diisocyanate ("TDI") and 4,4 ' -Diphenylmethane diisocyanate ("MDI"). It is particularly suitable to use 2,4-TDI and 2,6-TDI alone or in combination with a commercially available mixture. Other suitable isocyanates are commercially known as "crude MDI ", marketed by Kumho Mizui Chemical as M-200 and the like, with 4,4'-diphenylmethane diisocyanate and other isomers and similar higher There are mixtures of diisocyanates containing polyisocyanates. It is also possible to use a "prepolymer" of a polyisocyanate comprising a mixture of a polyisocyanate and a part of a polyether or polyester polyol.
폴리우레탄 조성물의 성분으로서 적합한 폴리올의 구체적인 예는 폴리알킬렌 에테르 또는 폴리에스테르 폴리올이 있다.Specific examples of polyols suitable as components of the polyurethane composition include polyalkylene ethers or polyester polyols.
폴리알킬렌 에테르 폴리올의 예로는 폴리(알킬렌 옥사이드) 중합체, 예컨대 폴리(에틸렌 옥사이드) 중합체와 폴리(프로필렌 옥사이드) 중합체, 및 디올과 트리올, 예컨대 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올, 네오펜틸 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 펜타에리트리톨, 글리세롤, 디글리세롤, 트리메틸올 프로판 및 유사한 저분자량 폴리올을 비롯한 다가 화합물로부터 유도된 말단 히드록시기를 갖는 공중합체를 들 수 있다.Examples of polyalkylene ether polyols include poly (alkylene oxide) polymers such as poly (ethylene oxide) polymers and poly (propylene oxide) polymers, and diols and triols such as ethylene glycol, propylene glycol, Derived from polyfunctional compounds, including 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol, neopentyl glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol, pentaerythritol, glycerol, diglycerol, trimethylol propane and similar low molecular weight polyols And a copolymer having a hydroxyl group.
본 발명에 있어서, 단일의 고분자량 폴리에테르 폴리올을 사용할 수 있다. 또한, 고분자량 폴리 에테르 폴리올류의 혼합물, 예를 들면 2작용기 및 3작용기 물질들의 혼합물 및/또는 분자량이 상이하거나 화학적 조성이 상이한 물질들의 혼합물을 사용할 수 있다.In the present invention, a single high molecular weight polyether polyol can be used. It is also possible to use mixtures of high molecular weight polyether polyols, for example mixtures of bifunctional and trifunctional materials and / or mixtures of materials of different molecular weight or of different chemical composition.
폴리에스테르 폴리올의 예로는 다가 알코올, 예를 들어 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 1,4-부탄디올, 네오펜틸글리콜, 1,6-헥산디올, 시클로헥산 디메탄올, 글리세롤, 트리메틸올프로판, 펜타에리트리톨 또는 폴리에테르 폴리올 또는 이러한 다가 알코올의 혼합물과 폴리카르복실산, 특히 디카르복실산 또는 이들의 에스테르-형성 유도체, 예를 들어 숙신산, 글루타르산 및 아디프산 또는 이들의 디메틸 에스테르, 세바스산, 프탈산 무수물, 테트라클로로프탈산 무수물 또는 디메틸 테트라프탈레이트 또는 이들의 혼합물과의 히드록실-말단 반응 생성물을 포함한다. 또한, 카프로락톤과 같은 락톤과 폴리올의 중합에 의해, 또는 히드록시 카프론산과 같은 히드록시 카르복실산의 중합에 의해 얻어지는 폴리에스테르도 사용할 수 있다.Examples of the polyester polyol include polyhydric alcohols such as ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, 1,4-butanediol, neopentyl glycol, 1,6-hexanediol, cyclohexanedimethanol, glycerol, Pentaerythritol or polyetherpolyols or mixtures of such polyhydric alcohols with polycarboxylic acids, especially dicarboxylic acids or ester-forming derivatives thereof, such as succinic acid, glutaric acid and adipic acid or dimethyl esters thereof, End reaction products with sebacic acid, phthalic anhydride, tetrachlorophthalic anhydride or dimethyl tetraphenyl phthalate or mixtures thereof. Further, polyesters obtained by polymerization of a lactone such as caprolactone with a polyol or by polymerization of a hydroxycarboxylic acid such as hydroxycaproic acid can also be used.
폴리에스테르화 혼합물 중 에탄올아민과 같은 아미노알코올을 첨가함으로써 폴리에스테르아미드 폴리올을 얻을 수 있다.By adding an amino alcohol such as ethanolamine in the polyesterification mixture, a polyester amide polyol can be obtained.
폴리에테르 폴리올 및 폴리에스테르 폴리올 이외에, 마스터배치(masterbatch) 또는 예비 혼합(premix) 조성물은 중합체 폴리올을 함유하는 경우가 많다. 중합체 폴리올은 발포체의 변형에 대한 내성을 증가시키기 위해, 즉 발포체의 내력(耐力, load-bearing) 특성을 증가시키기 위해 발포 폴리우레탄에 사용된다. 현재, 2개의 상이한 형태의 중합체 폴리올이 내력 특성을 개선시키는데 사용된다. In addition to polyether polyols and polyester polyols, masterbatch or premix compositions often contain polymer polyols. Polymer polyols are used in foam polyurethanes to increase the resistance to deformation of the foam, i.e. to increase the load-bearing properties of the foam. At present, two different types of polymer polyols are used to improve the strength properties.
중합체 폴리올의 제1 유형인 그라프트 폴리올은 비닐 단량체가 그라프트 공중합된 트리올로 구성된다. 스티렌 및 아크릴로니트릴이 통상 단량체로서 선택된다. A first type of polymer polyol, graft polyol, consists of a vinyl monomer graft-copolymerized triol. Styrene and acrylonitrile are usually selected as monomers.
중합체 폴리올의 제2 유형인 폴리우레아 개질된 폴리올은 디아민과 TDI의 반응에 의해 형성된 폴리우레아 분산물을 함유하는 폴리올이다. TDI를 과량으로 사용하기 때문에, 일부의 TDI는 폴리올 및 폴리우레아 둘 다와 반응할 수 있다. 이와 같은 제2 유형의 중합체 폴리올은 PIPA 폴리올 및 PHD 폴리올로 명명되는 변형체를 가지며, 은 폴리올 중의 알칸올아민과 TDI의 동일계상 중합 반응에 의해 형성된다. 내력 요건에 따라서, 중합체 폴리올은 마스터배치 중 폴리올 분량의 20 ∼ 80%를 구성할 수 있다.A second type of polymeric polyol, a polyurea modified polyol, is a polyol containing a polyurea dispersion formed by the reaction of a diamine with TDI. Because TDI is used in excess, some TDIs can react with both polyols and polyureas. Such a second type of polymer polyol has a modification called PIPA polyol and PHD polyol, which is formed by the same phase polymerization of TDI with an alkanolamine in silver polyol. Depending on the strength requirements, the polymer polyol may constitute 20 to 80% of the amount of polyol in the master batch.
발포 폴리우레탄 제제에서 발견되는 기타 통상의 시약으로서는 에틸렌 글리콜 및 부탄디올과 같은 사슬 연장제; 디에탄올아민, 디이소프로판올아민, 트리에탄올아민 및 트리프로판올아민과 같은 가교제; 물, CFC, HCFC, HFC, 펜탄 등과 같은 발포제; 및 실리콘과 같은 기포 안정제를 들 수 있다.Other common reagents found in foamed polyurethane formulations include chain extenders such as ethylene glycol and butanediol; Cross-linking agents such as diethanolamine, diisopropanolamine, triethanolamine and tripropanolamine; Foaming agents such as water, CFC, HCFC, HFC, pentane and the like; And foam stabilizers such as silicone.
밀도가 16 ∼ 65 kg/m3이고, 본 발명의 촉매 조성물과 같은 촉매를 함유하는 일반적인 가요성 발포 폴리우레탄 제제(예: 자동차 좌석용 재료)는 중량부로 표시할 수 있는 하기의 성분들을 포함한다:Typical flexible foamed polyurethane formulations containing a catalyst such as the catalyst composition of the present invention having a density of 16 to 65 kg / m < 3 >, such as materials for automotive seats, :
촉매 조성물은 겔화 또는 발포 반응 촉매와 함께 모노(3급 아미노 알킬)기를 함유한 우레탄 및/또는 비스(3급 아미노 알킬)기를 함유한 우레탄을 포함한다. 상기 모노- 및 비스-우레탄은 하기 화학식 1 및 화학식 2로 나타낼 수 있다:The catalyst composition comprises a urethane containing a mono (tertiary aminoalkyl) group and / or a urethane containing a bis (tertiary aminoalkyl) group together with a gelling or blowing reaction catalyst. The mono- and bis-urethanes may be represented by the following formulas (1) and (2): < EMI ID =
촉매 조성물은 해당 기술 분야에 알려져 있는 다른 3급 아민, 유기주석 또는 카로복실레이트 우레탄 촉매와 혼합하여 사용하거나, 이러한 촉매를 더 포함할 수 있다.The catalyst composition may be used in combination with other tertiary amines, organotin or carboxy dicarboxylic urethane catalysts known in the art, or may further comprise such catalysts.
본 발명의 다른 일 구현예에 의하면, 폴리올과, 폴리이소시아네이트 및/또는 이소시아네이트 예비 중합체를, 촉매 및 발포제의 존재하에 반응시켜 폴리우레탄 수지를 제조하는 방법에 있어서, 상기 촉매 조성물을 사용하는 제조방법을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a process for producing a polyurethane resin by reacting a polyol and a polyisocyanate and / or an isocyanate prepolymer in the presence of a catalyst and a foaming agent, to provide.
본 발명의 다른 일 구현예에 의하면, 폴리올과, 폴리이소시아네이트 및/또는 이소시아네이트 예비 중합체를, 상기 촉매 조성물 및 발포제의 존재하에 반응시켜 얻어지는 폴리우레탄 수지를 제공한다.
According to another embodiment of the present invention, there is provided a polyurethane resin obtained by reacting a polyol and a polyisocyanate and / or an isocyanate prepolymer in the presence of the catalyst composition and a foaming agent.
실시예
Example
실시예 1Example 1
2-디메틸아미노에틸로 치환된 Substituted by 2-dimethylaminoethyl 우레탄(화학식 1a)와Urethane (formula 1a) and N, N, N'N ' -비스(2--Bis (2- 디메틸아미노에틸Dimethylaminoethyl )로 치환된 우레탄(화학식 1b)의 혼합물) ≪ / RTI > (1b)
<화학식 1a><Formula 1a>
<화학식 1b>≪ EMI ID =
기계적인 교반기, 환류 응축기, 질소 발포 장치, 드롭핑 판넬 및 온도 제어된 맨틀을 구비한 1 리터 3목 둥근 바닥 플라스크를 사용하여, 몰 비율이 95:5인 2-디메틸아미노에틸로 치환된 우레탄(화학식 1a)와 N,N'-비스(2-디메틸아미노에틸)로 치환된 우레탄(화학식 1b)의 혼합물을 제조하였다. 이 플라스크에 헥사메틸렌디이소시아네이트 168g을 사입 후 일정한 속도로 교반시키면 드롭핑 판넬을 사용하여 N,N'-디메틸아미노에틸알콜 91.4g을 적하시켰다. 그 혼합물은 반응이 되면서 심한 발열을 나타내므로 천천히 온도를 조절하면서 반응을 시키고, 후기에 80℃까지 서서히 가열하여 1시간 유지 후 초산 57.6g을 적하 반응시키면서 발생되는 이산화탄소를 제거하였다. 이산화탄소 발생의 징후가 사라질 때까지 반응시키고 1시간 더 교반시켰다. 합성된 담황색 액체를 샘플링하여 미량이소시아네이트 함량을 측정하여 이소시아네이트값이 0을 확인 후 반응을 종료시켰다. 그 액체를 함유한 플라스크를 진공 펌프로 배기시키고, N2로 3회 재충전시켜서 그때까지 존재하고 있는 임의의 휘발성 물질을 제거하였다.Using a 1 liter, 3 neck round bottom flask equipped with a mechanical stirrer, reflux condenser, nitrogen bubbling apparatus, dropping panel and temperature controlled mantle was added urethane (2-dimethylaminoethyl) A mixture of urethane substituted with N, N'-bis (2-dimethylaminoethyl) (Formula 1a) and Formula 1b) was prepared. When 168 g of hexamethylene diisocyanate was added to the flask and stirred at a constant rate, 91.4 g of N, N'-dimethylaminoethyl alcohol was added dropwise using a dropping panel. The reaction was allowed to proceed slowly while adjusting the temperature. The mixture was slowly heated to 80 ° C. for 1 hour, and 57.6 g of acetic acid was added dropwise to remove carbon dioxide. The reaction was continued until the sign of carbon dioxide disappeared and the reaction mixture was stirred for an additional 1 hour. The synthesized pale yellow liquid was sampled and the trace isocyanate content was measured to confirm that the isocyanate value was 0, and the reaction was terminated. The flask containing the liquid was evacuated with a vacuum pump and refilled with N 2 three times to remove any volatiles that were present until then.
13 C NMR 정량분석에 의하면, 2-디메틸아미노에틸로 치환된 우레탄(화학식 1a)이 94.5몰%, N,N'-비스(2-디메틸아미노에틸)로 치환된 우레탄(화학식 1b)이 4.8몰% 및 기타 0.7몰%였다.
According to 13 C NMR quantitative analysis, 94.5% by mol of the urethane (formula 1a) substituted with 2-dimethylaminoethyl and 4.8 mol% of the urethane substituted by N, N'-bis (2-dimethylaminoethyl) % And other 0.7 mol%.
실시예 2Example 2
2-디메틸아미노에틸로 치환된 우레탄(화학식 1a)와 N,N'-비스(2-디메틸아미노에틸)로 치환된 우레탄(화학식 1b)의 혼합물A mixture of a urethane substituted with 2-dimethylaminoethyl (Formula 1a) and a urethane substituted with N, N'-bis (2-dimethylaminoethyl) (Formula 1b)
기계적인 교반기, 환류 응축기, 질소 발포 장치, 드롭핑 판넬 및 온도 제어된 맨틀을 구비한 1 리터 3목 둥근 바닥 플라스크를 사용하여, 몰 비율이 5:95인 2-디메틸아미노에틸로 치환된 우레탄(화학식 1a)와 N,N'-비스(2-디메틸아미노에틸)로 치환된 우레탄(화학식 1b)의 혼합물을 제조하였다. 이 플라스크에 헥사메틸렌디이소시아네이트 168g을 사입후 일정한 속도로 교반시키면 드롭핑판넬을 사용하여 N,N'-디메틸아미노에틸알콜 169.7g을 적하시켰다. 그 혼합물은 반응이 되면서 심한 발열을 나타내므로 천천히 온도를 조절하면서 반응을 시키고 후기에 80℃까지 서서히 가열하여 1시간 유지 후 초산 3.1g을 적하 반응시키면서 발생되는 이산화탄소를 제거하였다. 이산화탄소 발생의 징후가 사라질 때까지 반응시키고 1시간 더 교반시켰다. 합성된 담황색 액체를 샘플링하여 미량이소시아네이트 함량을 측정하여 이소시아네이트값이 0을 확인 후 반응을 종료시킨다. 그 액체를 함유한 플라스크를 진공 펌프로 배기시키고, N2로 3회 재충전시켜서 그때까지 존재하고 있는 임의의 휘발성 물질을 제거하였다. Using a 1 liter, 3 neck round bottom flask equipped with a mechanical stirrer, reflux condenser, nitrogen bubbling apparatus, dropping panel and temperature controlled mantle, 2-dimethylaminoethyl substituted urethanes with a molar ratio of 5:95 ( A mixture of urethane substituted with N, N'-bis (2-dimethylaminoethyl) (Formula 1a) and Formula 1b) was prepared. When 168 g of hexamethylene diisocyanate was added to the flask and stirred at a constant rate, 169.7 g of N, N'-dimethylaminoethyl alcohol was added dropwise using a dropping panel. The reaction mixture was slowly heated to 80 ° C. After heating slowly to 80 ° C for 1 hour, 3.1 g of acetic acid was added dropwise to remove carbon dioxide. The reaction was continued until the sign of carbon dioxide disappeared and the reaction mixture was stirred for an additional 1 hour. The synthesized pale yellow liquid is sampled and the trace isocyanate content is measured to confirm that the isocyanate value is 0, and the reaction is terminated. The flask containing the liquid was evacuated with a vacuum pump and refilled with N 2 three times to remove any volatiles that were present until then.
13 C NMR 정량분석에 의하면, 2-디메틸아미노에틸로 치환된 우레탄(화학식 1a)이 4.6몰%, N,N'-비스(2-디메틸아미노에틸)로 치환된 우레탄(화학식 1b)이 94.8몰% 및 기타 0.6% 였다.
According to 13 C NMR quantitative analysis, the urethane (Formula 1a) substituted with 2-dimethylaminoethyl was 4.6 mol% and the urethane (Formula 1b) substituted with N, N'-bis (2-dimethylaminoethyl) % And other 0.6%.
실시예 3Example 3
통상적인 방식으로 발포 폴리우레탄을 제조하였다. 폴리우레탄 제제는 하기 성분들은 구체적으로 표 2로 표시된다:The foamed polyurethane was prepared in a conventional manner. The following components of the polyurethane formulation are specifically shown in Table 2:
발포 제제에 있어서, 500 ml 폴리에틸렌컵에 상기 초기화합물 202 g에 표 3에 따른 촉매를 첨가하고, 20초 동안 5.1 cm 직경의 교반 패들을 구비한 상부 교반기를 사용하여 5000 RPM 하에 혼합시켰다. 충분한 양의 TDI 80 첨가하여 지수 105의 발포체를 제조하였고[지수=(NCO의 몰수)/(활성수소원자의 몰수)× 100], 그 제제에 대하여 동일한 상부 교반기를 사용하여 5초 동안 잘 혼합한 후 저울 위에 위치시킨 2000 ml 폴리에틸렌컵 중앙에 150g을 낙하시켰다. 최초로 부풀기 시작하는 시간을 T1(초), 최대로 부풀 때를 T2(초)로 하였고 최대로 부푼 높이를 기록하였다. 사용된 촉매 및 T1, T2, 발포체 높이를 표 3에 나타내었다.For the foaming formulation, the catalyst according to Table 3 was added to a 500 ml polyethylene cup to the initial compound of 202 g and mixed for 20 seconds at 5000 RPM using a top stirrer with 5.1 cm diameter stirring paddles. A sufficient amount of TDI 80 was added to make a foam having an index of 105 (index = (number of moles of NCO) / (number of moles of active hydrogen atoms) x 100) and mixed well for 5 seconds using the same top stirrer for the preparation 150g was dropped in the center of the 2000 ml polyethylene cup placed on the back balance. The time to start the initial inflation was set to T1 (sec), the time to inflate to the maximum was set to T2 (sec), and the maximum swollen height was recorded. The catalysts used and the heights of T1, T2 and foam are shown in Table 3.
비스디메틸아미노에틸에테르 0.1 pphpTriethylenediamine 0.1 pphp /
Bisdimethylaminoethyl ether 0.1 pphp
실시예 1의 촉매 0.2 pphpTriethylenediamine 0.1 pphp /
The catalyst of Example 1 0.2 pphp
표 3에 따르면, 실시예 1의 촉매조성물을 사용할 경우 T1과 T2로 측정되는 바와 같이 초기반응성 양상이 대조용 촉매인 비스디메틸아미노에틸에테르와 대등하고, 총 발포체 높이에 보다 빠르게 도달할 수 있는 촉매활성이 제공됨을 보여 준다. 특히, 기존 촉매 대비 동등 이상의 효과를 나타내면서도 휘발성 유기화합물(Voc)이 발생되지 않아 친환경적인 우레탄 중합 촉매로 이용될 수 있다.
According to Table 3, when the catalyst composition of Example 1 is used, catalysts whose initial reactivity pattern is comparable to the bis-dimethylaminoethyl ether as the control catalyst, as measured by T1 and T2, and which can reach the total foam height more quickly Activity is provided. Particularly, since the volatile organic compound (Voc) is not generated while exhibiting an effect equal to or higher than that of the existing catalyst, it can be used as an environmentally friendly urethane polymerization catalyst.
Claims (5)
<화학식 1>
<화학식 2>
상기 식에서,
R1 및 R3은 각각 독립적으로 C1-C6 알킬기이고, R2는 C1-C6 알킬기 또는 톨루엔, 메탄디페닐, 메탄디사이크로헥산, 비스메탄디페닐카르보이미드, 이소포론기이고, R4는 H 혹은 C1-C8 카르보닐기, C1-C6 디메틸알킬아민기 또는 C1-C6 디메틸알킬아미노카르보네이트기이다.
A catalyst composition for preparing a polyurethane resin comprising a tertiary amine catalyst, the catalyst composition comprising at least one selected from the group consisting of:
≪ Formula 1 >
(2)
In this formula,
R 1 And R 3 is independently C 1 -C 6 respectively Alkyl group, R 2 is C 1 -C 6 R 4 is H or a C 1 -C 8 carbonyl group, a C 1 -C 6 dimethylalkylamine group or a C 1 -C 6 alkylcarbonyl group or a C 1 -C 6 alkylcarbonyl group, 1- C 6 dimethylalkylaminocarbonate group.
상기 R1 및 R3은 각각 독립적으로 에틸 또는 프로필기이며, R4는 C2 또는 C8의 카르보닐기 또는 C2-C3 디메틸알킬 아미노 카르보닐기인 것을 특징으로 하는 3급 아민 촉매를 포함하는 폴리우레탄 수지 제조용 촉매 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein R 1 and R 3 are each independently an ethyl or propyl group and R 4 is a C 2 or C 8 carbonyl group or a C 2 -C 3 dimethylalkylaminocarbonyl group. A catalyst composition for producing a resin.
상기 화학식 1은 하기의 화학식 1a 또는 화학식 1b인 것을 특징으로 하는 3급 아민 촉매를 포함하는 폴리우레탄 수지 제조용 촉매 조성물:
<화학식 1a>
<화학식 1b>
The method according to claim 1,
The catalyst composition for producing a polyurethane resin according to claim 1, wherein the compound represented by the formula (1) is represented by the following formula (1a) or (1b)
<Formula 1a>
≪ EMI ID =
A process for producing a polyurethane resin by reacting a polyol and a polyisocyanate and / or an isocyanate prepolymer in the presence of a catalyst and a foaming agent, wherein the catalyst composition according to any one of claims 1 to 3 is used Wherein the polyurethane resin is a polyurethane resin.
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