MXPA00002793A - 3-{n-[2-(n',n'-dimetilamino etoxi)etil]-n-metilamino} propionamida para la producion de poliuretanos - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a la descripción de la 3-[n-[2-(n',N'- dimetilamino etoxi)etil]-n-metilqamino]propionamida que es un nuevo compuestoútil como catalizador en la producción de espumas de poliuretano.

Description

3-{N- [2- (N' ,N' -DIMETILAMINO ETOXI) ETIL] -N- METIiLAMINOJPROPIONAMIDA PARA IA PRODUCCIÓN DE POLIURETANOS ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las espumas de poliuretano son usadas ampliamente en la industria automotriz, doméstica y otras industrias. Las espumas son producidas por medio de la reacción de un poliisocianato y un poliol en presencia de varios aditivos, una clase de aditivos que es particularmente efectiva como agentes de soplado son los clorofluorocarbonos (CFC) . Los CFC se vaporizan como resultado del desprendimiento de calor de reacción durante la polimerización y provocan la polimerización en masa para formar una espuma. Sin embargo, el descubrimiento de que los CFC agotan el ozono en la estratosfera ha dado como resultado mandatos que restringen el uso de los CFC. Por consiguiente, se ha dedicado mucho esfuerzo al desarrollo de alternativas a los CFC para formar espumas de poliuretano y el soplado con agua ha surgido como una alternativa importante. En este método, el soplado se presenta del dióxido de carbono generado por la reacción de agua con el poliisocianato. Las espumas pueden ser formadas mediante un método de una carga o mediante formación de un prepolímero y reacción subsecuente del prepolímero con agua en presencia de un catalizador para formar la espuma. Independientemente del método, se necesita un equilibrio entre la reacción del isocianato y el poliol (gelificación) y la reacción del isocianato con agua (soplado) con el fin de producir una espuma de poliuretano en la cual las celdas sean relativamente uniformes y la espuma tenga propiedades específicas dependiendo de la aplicación anticipada; por ejemplo, espumas rígidas, espumas semi-rígidas y espumas flexibles. La capacidad del catalizador para promover selectivamente ya sea el soplado o la gelificación es una consideración importante al seleccionar un catalizador para la producción de una espuma de poliuretano con propiedades específicas. Si un catalizador promueve la reacción de soplado a un grado demasiado alto, el dióxido de carbono será desprendido antes de que una reacción suficiente del isocianato con poliol se haya presentado. El dióxido de carbono burbujeará de la formulación dando como resultado un colapso o aplastamiento de la espuma y producción de una espuma de calidad deficiente. En el extremo opuesto, si un catalizador promueve la reacción de gelificación demasiado fuertemente, una porción sustancial del dióxido de carbono se desprenderá después que se ha presentado un grado significativo de polimerización. Nuevamente, una espuma de calidad deficiente es producida, caracterizada por celdas de alta densidad, rotas o definidas deficientemente u otras características indeseables. Frecuentemente, un catalizador de gelificación y catalizador de soplado son usados conjuntamente para obtener un equilibrio deseado de gelificación y soplado en la espuma. Los catalizadores de amina terciaria se han usado en la producción de poliuretanos. Los catalizadores de amina terciaria aceleran el soplado (reacción de agua con isocianato para generar dióxido de carbono) y gelificación (reacción de poliol con isocianato) y han demostrado ser efectivos para equilibrar las reacciones de soplado y de gelificación para producir un producto deseable. Sin embargo, las aminas terciarias típicas utilizadas como catalizadores para la producción de poliuretano tienen en general olores desagradables y muchas son altamente volátiles debido al bajo peso molecular. La liberación de aminas terciarias durante la producción de poliuretano puede presentar problemas de seguridad y toxicidad significativos y la liberación de aminas residuales de los productos para el consumidor es en general indeseable. Varias alternativas a los catalizadores de amina terciaria de bajo peso molecular se han reportado en la técnica previa. Ejemplos se describen a continuación: Patente norteamericana No. 3,073,787 (Krakler, 1963) describe un proceso mejorado para preparar espumas de isocianato en el cual se usan catalizadores elaborados a partir de 3-dialquilaminopropionamida y 2-dialquilaminoacetamida.

Patente norteamericana No. 4,007,140 (Ibbston, 1977) describe el uso de varias aminas terciarias tales como N,N' -bis- (3-dimetilaminopropilamino) urea como catalizadores de bajo contenido de olor para la fabricación de poliuretanos. Patente norteamericana No. 4,049,591 (McEntire et al., 1977) describe un grupo de bis-(N,N-dimetilaminopropil) aminas beta-sustituidas como catalizadores de poliuretano. El grupo de sustitución puede ser ciano, amida, éster o cetona. Patente norteamericana No. 4,094,827 (McEntire, 1978) describe el uso de ciertas ureas alquil sustituidas, tales como N, N-bis- (dimetilaminopropil) urea como catalizadores en la producción de espuma de poliuretano. Patente norteamericana No. 4,194,069 (Speranza et al., 1980) describe el uso de N- (3-dimetilaminopropil) -N' - (3-morfolinopropil) urea como catalizador para producir poliuretanos . Patente norteamericana No. 4,248,930 (Haas et al., 1981) describe nuevos compuestos de aminas terciarias, tales como bis- (dimetilamino-n-propil) amina, como catalizadores para la producción de resinas de poliuretano. Patente norteamericana No. 4,644,017 (Haas et al., 1987) describe el uso de amino alquil ureas estables en difusión que tienen grupos amino terciarios en la producción de un producto de adición de poliisocianato. DE 2027796 (1982) (Derwent abstract 82-13941E) describe el uso de catalizadores de dialquil diaminoalquil urea para la producción de espuma de poliuretano. Se reporta que no se genera ningún olor a las temperaturas de preparación del poliuretano. EP 799,821 (1997) describe catalizadores de amina/amida, tales como 3- [3-dimetil-aminopropil] amino-N, -dimetilpropanamida y 3- [3-dimetilaminopropil] amino-N- [3-dimetilaminopropil]propanamida para la formación de poliuretanos. Se ha reportado que los catalizadores tienen baja fugacidad debido a su reactividad con los isocianatos. Patente norteamericana 5,824,711 (Kimcock et al., 1998) describe composiciones de urea N,N,N' -trimetil-bis- (aminoetil) éter sustituidas para la producción de poliuretanos . Patente norteamericana 5,874,483 (Savoca et al., 1999) describe composiciones de aminopropil-bis- (aminoetil) éter para la producción de poliuretanos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención es concerniente con una nueva composición 3- {N- [2- (N' , N' -dimetilamino etoxi) etil] -N-metilamino}propionamida, que es efectiva para catalizar la reacción entre un isocianato y un compuesto que contiene un hidrógeno reactivo tal como un alcohol, un poliol, una amina o agua. Es particularmente efectiva para catalizar la reacción de soplado, esto es, la reacción entre un isocianato y agua, en la producción de poliuretanos espumados. La estructura molecular de la nueva composición es mostrada a continuación: +++++ Las ventajas del nuevo compuesto en la elaboración de espumas de poliuretano son: - su alta actividad catalítica; - su selectividad a la reacción de soplado y - su capacidad para enlazarse químicamente al uretano, impidiendo así su liberación del producto terminado.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La 3-{N- [2- (N' ,N' -dimetilamino etoxi) etil] -N-metilaminojpropionamida es fácilmente preparada mediante la adición nucleofílica del N, N, N' -trimetil bis (aminoetil) éter a una acrilamida. El N,N, N' -trimetil bis (aminoetil) éter y acrilamida están presentes en la mezcla de reacción en una proporción molar de aproximadamente 1:10 a aproximadamente 20:1 y de preferencia a una proporción de 1 a 2 moles de amina por equivalente de acrilamida. Se usa aire para saturar la mezcla de reacción con el fin de inhibir la polimerización por radicales libres de acrilamida. La reacción se lleva a cabo de preferencia a presión atmosférica; sin embargo se pueden usar otras presiones. La reacción se puede llevar a cabo a una temperatura que fluctúa de 0 a 110 grados centígrados; de preferencia de 30 a 80 grados centígrados y se permite que se ejecute durante 0.1 a 100 horas, de preferencia 2 a 6 horas. En principio, el monómero reactivo se puede hacer reaccionar en una forma por lotes, vía adición escalonada o gradual o de manera continua. La síntesis se lleva a cabo ventajosainente en una mezcla de los monómeros puros, sin embargo un disolvente inerte para ambos reactivos puede ser empleado. Ejemplos de disolventes apropiados incluyen amidas y éteres; de preferencia los disolventes consisten de éteres . La composición catalítica de esta invención es selectiva para la reacción de soplado para elaborar poliuretanos espumados o alveolares en los cuales el agua reacciona con un poliisocianato orgánico para liberar dióxido de carbono. Los poliuretanos son preparados utilizando cualquier poliisocianato orgánico apropiado bien conocido en la técnica, en los que se incluyen por ejemplo, diisocianato de hexametileno, diisocianato de fenileno, diisocianato de tolueno (TDI) y diisocianato de 4, 4 ' -difenilmetano (MDl). Especialmente apropiados son los 2,4- y 2,6-TDI individual o conjuntamente como sus mezclas disponibles comercialmente. Otros isocianatos apropiados son mezclas de diisocianatos conocidos comercialmente como "MDl crudo", también conocido como PAPI, que contiene aproximadamente 60% de diisocianato de 4, 4 ' -difenilmetano junto con otros poliisocianatos isoméricos y análogos superiores. También apropiados son los "prepolímeros" de estos poliisocianatos que comprenden una mezcla que ha reaccionado parcialmente de un poliisocianato y un poliéter o poliéster poliol. Ilustrativos de polioles apropiados como componente de la composición de poliuretano son los polialquilen éter y poliéster polioles. Los polialquilen éter polioles incluyen los polímeros de poli (óxido de alquileno) tales como polímeros y copolímeros de poli (óxido de etileno) y poli (óxido de propileno) con grupos hidroxilo terminales derivados de compuestos polihídricos en los que se incluyen dioles y trioles; por ejemplo, etilenglicol, propilenglicol, 1, 3-butanodiol, 1, 4-butanodiol, 1,6-hexanodiol, neopentilglicol, dietilenglicol, dipropilenglicol, pentaeritritol, glicerol, diglicerol, trimetilol propano y polioles semejantes de bajo peso molecular.

En la práctica de esta invención, un solo poliol de poliéter de alto peso molecular puede ser usado. También, mezclas de polioles de poliéter de alto peso molecular, tales como mezclas de materiales di- y tri-funcionales y/o materiales de diferente peso molecular o composición química pueden ser usados. Los polioles de poliéster útiles incluyen aquellos producidos al hacer reaccionar ya sea un ácido dicarboxílico con un exceso de un diol, por ejemplo ácido adípico con etilenglicol o butanodiol o al hacer reaccionar una lactona con un exceso de un diol tal como caprolactona con propilenglicol . Además de los poliéter y poliéster polioles, las composiciones de lote principal o de premezcla contienen frecuentemente un poliol polimérico. Los polioles poliméricos son usados en espuma de poliuretano para incrementar la resistencia de la espuma a la deformación, esto es, para incrementar las propiedades de soporte de carga de la espuma. Actualmente, dos tipos diferentes de polioles poliméricos son utilizados para obtener una mejora de soporte de carga. El primer tipo, descrito como un poliol de injertación, consiste de un triol en el cual los monómeros de vinilo son copolimerizados por injertación. El estireno y acrilonitrilo son los monómeros usuales de elección. El segundo tipo, un poliol modificado por poliurea es un poliol que contiene una dispersión de poliurea formada mediante la reacción de una diamina y TDI . Puesto que se usa TDI en exceso, algo del TDI puede reaccionar con el poliol y poliurea. Este segundo tipo de poliol polimérico tiene una variante llamado poliol PIPA que es formado mediante la polimerización in situ de TDI y alcanolamina en el poliol. Dependiendo de los requerimientos de soporte de carga para el producto de poliuretano, los polioles poliméricos pueden comprender 20-80% de la porción de poliol del lote principal. Otros agentes típicos encontrados en las formulaciones de espuma de poliuretano incluyen extensores o agentes que extienden la cadena tales como etilenglicol y butanodiol, agentes de reticulación tales como dietanolamina, diisopropanolamina, trietanolamina y tripropanolamina; agentes de soplado tales como agua, cloruro de metileno, triclorofluorometano y los semejantes; y estabilizadores de celda tales como siliconas. La cantidad de una composición catalítica que es efectiva en la formación de poliuretanos puede fluctuar de aproximadamente 0.01 a 10 partes por 100 partes de poliol (phpp) en la formulación de poliuretano. Las cantidades preferidas fluctúan de aproximadamente 0.05 a 0.5 phpp. La 3-{N- [2- (N' ,N' -dimetilamino etoxi) etil] -N-metilamino}propionamida puede ser usada en combinación con otros catalizadores de uretano de amina terciaria, organoestaño y carboxilato bien conocidos en la técnica de uretano. Por ejemplo, los catalizadores de gelificación apropiados incluyen pero no están limitados a trimetilamina, trietilamina, tributil amina, trioctila ina, dietil ciclohexilamina, N-metilmorfolina, N-etilmorfolina, N-octadecilmorfolina (N-cocomorfolina) , N-metil-dietanolamina, N,N-dimetiletanolamina, N,N'-bis- (2-hidroxipropil) piperazina, N,N,N' ,N" -tetrametiletilen-diamina, N,N,N',N'-tetrametil-1, 3-propandiamina, trietilen-diamina (1,4-diaza-biciclo [2; 2.2] octano) , 1, 8-diazabiciclo (5.4.0.) undecen-7, 1, 4-bis- (2-hidroxipropil) -2-metilpiperazina, N,N' -dimetil-bencilamina, N, N-dimetil-ciclohexilamina, bromuro de benciltrietilamino, bis- (N, -dietilaminoetil) adipato, N,N-dietilbencilamina, N-etilhexametilenamina, N-etilpiperidina, alfa-metilbencildimetilamina, dimetilhexadecilamina, dimetil-cetilamina y los semejantes. Los catalizadores de soplado apropiados incluyen pero no están limitados a bis-(dimetilaminoetil) éter, pentametildietilentriamina, 2-[N-(dimetilaminoetoxietil) -N-metilamino] metanol y los semejantes. Una formulación de espuma flexible de poliuretano general que tiene una densidad de 16-48 Kg/metro cúbico (1-3 libras/pie cúbico) (por ejemplo asiento automotriz) que contiene un catalizador tal como la composición catalítica de acuerdo con la invención comprendería los siguientes componentes : *Indice de isocianato = (mol de isocianato/mol de hidrógeno activo) . La invención será aclarada adicionalmente en consideración a los siguientes ejemplos que se proponen ser solo ejemplares de la invención.

EJEMPLO 1 .Preparación de 3- {N- [2- (N' , N' -dimetilamino etoxi) etil] -N-metilamino}propionamida Un matraz de fondo redondo de 3 cuellos de 50 ml fue equipado con lo siguiente; agitador magnético, condensador de reflujo, burbujeador de aire y un baño de aceite de temperatura controlada. El matraz fue cargado con 14.2 g de acrilamida. Se agrega N,N,N' -trimetil bis (aminoetil) éter en una porción al matraz de reacción a temperatura ambiente. Después de la adición, la mezcla de reacción fue agitada a 75 °C durante 6 horas. La mezcla fue enfriada a temperatura ambiente. La mezcla resultante fue filtrada a través de una capa de Celite. El filtrado fue recolectado para la aplicación de espuma. La RMN 1H demostró que el producto era de la estructura deseada.

EJEMPLO 2 Preparación de 3-{N- [2- (N' , N' -dimetilamino etoxi) etil] -N-metilamino }propionamida Se prepara una espuma de poliuretano de manera convencional utilizando la siguiente formulación de premezcla: *Indice de isocianato El catalizador fue agregado a 202 g de la premezcla anterior en una copa de papel de 951 ml (32 onzas) y la formulación fue mezclada por 20 segundos a 5000 rpm utilizando un agitador elevado equipado con una paleta agitadora de 5.1 cm (2 pulgadas). Se agregó suficiente TDI 80 para elaborar una espuma de índice 105 [índice = (moles de isocianato/moles de hidrógeno activo) x 100] y la formulación fue mezclada bien por 5 segundos utilizando el mismo agitador elevado. La copa de 951 ml (32 onzas) fue dejada caer a través de un agujero en el fondo de una copa de papel de 3804 ml (128 onzas) colocada en un pedestal. El agujero fue dimensionado para atrapar el reborde de la copa de 951 ml (32 onzas) . El volumen total del recipiente de espuma fue de 4755 ml (160 onzas) . Las espumas se aproximaron a este volumen al final del proceso de formación de espuma. Se registraron los tiempos para alcanzar lo más alto de la copa mezcladora (TOC1) , la parte superior de la copa de 3804 ml (128 onzas) y la altura de espuma máxima. a DABCO 33-LV = 33% en peso de trietilendiamina en dipropilenglicol . b DABCO BL-11 = 70% en peso de bis (N, N-dimetilaminoetil) éter en dipropilenglicol. Este ejemplo demuestra que la 3-{N- [2- (N' , ' -dimetilamino etoxi) etil] -N-metilamino}propionamida es un catalizador de soplado efectivo.

Claims (4)

1. REIVINDICACIONES 1. La 3-{N- [2- (N' ,N' -dimetilamino etoxi) etil] -N-metilaminojpropionamida.
2. 2. Un método para la preparación de espuma de poliuretano, caracterizado porque comprende hacer reaccionar un poliisocianato orgánico con un poliol en presencia de agua y una composición catalítica que comprende 3-{N-[2-(N' , N' -dimetilamino etoxi) etil] -N-metilamino}propionamida.
3. 3. El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el catalizador también comprende una amina terciaria, organoestaño o un carboxilato.
4. 4. El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque la composición catalítica también comprende una trietilendiamina.