TW200906880A - Polyurethane foam - Google Patents
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Description
200906880 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於聚胺酯(pu)發泡體。 【先前技術】 製造可揉開孔PU發泡體的方法為技術領域中已知的, 並被納入例如由 Dr Guenter Oertel編輯之聚胺醋手冊 (Polyurethane Handbook),Hanser Publishers 的第 161-233 頁。 在傳統上,可藉著使多元醇與多官能異氰酸酯反應, 使得NCO和OH基團藉著加成反應形成胺基甲酸酯鍵,並 利用藉著異氰酸酯與水之反應就地產生的二氧化碳使聚胺 騎發泡,製造可揉PU發泡體。可根據所謂的,一次射出,法, 進行該傳統製程’藉此將多元醇、異氰酸酯和水混合在一 起’以便在同一步驟中形成聚胺酯並使其發泡。 藉著加成反應,異氰酸酯與多元醇反應,得到胺基曱 酸· S旨鍵。 I . R-NCO+HO-R’—R-NH-C0-0-R, 異氰酸酯與水反應’得到胺和二氧化碳。 Π . R-NC0 + H20-^ RNHCOOH^ RNH2+C〇2 胺與異氰酸酯反應,得到脲鍵。
IH . R-NCO + RNH2-> R-NH-CO-NH-R NCO、OH、H20的交互作用,會得到PU鏈,由於以 上反應I、π、m同時發生的結果,該Pu鏈併入脲鍵。 可揉PU發泡體典型地具有嵌段結構,其由長的可揉 6 200906880 多元醇鏈’利用在諸如脲與胺基甲酸酯鍵之nh和幾基基 團等極性基團之間的氫鍵連接聚胺酯和聚脲芳香族硬段而 構成。 此外’經取代的脲(在π[中形成的)可與剩下的異氰酸 酯反應’得到縮二脲(IV ),且胺基甲酸酯可與剩下的異氰 酸酯反應,得到脲基甲酸酯(v ):
IV. R-NH-CO-NH-R + R’NCO 4 R-N-CO-NH-R
I CO-NH-R5 V. R-NH-CO-O-R5 + R NCO -> R-N-CO-O-R’
I
CO-NH-R 縮二脲和脲基甲酸酯形成導致聚合物結構中的硬段及 聚合物網絡的交聯增加。 所得之發泡體的物理特性係依據聚胺酯鏈的結構和在 鏈之間的鍵結而定。 至於較高水準的發泡體硬度’特別是欲製造堅硬的閉 孔發泡體,藉著例如使用較短鏈的多元醇及/或藉著内含高 官能度異氰酸酯引起聚胺酯鏈交聯。亦已知將不飽和化合 物併入作為自由基交聯劑。 對s午多應用而言,想要穩定且硬的,即具有高載荷特 性的開孔PU發泡體。 所谓的高彈性(‘HR’)PU發泡體,從前稱為冷硫化發泡 體疋已熟知的軟P U發泡體種類,且其特徵為與所謂的, 7 200906880 標準,或,傳統,發泡體相比較1有較高的支撑係數和彈 丨用乂製以這類發泡體之起始材料和調配物的選擇,大 大地決定了該發泡體特性,如同在Dr之聚 胺醋手冊t討論的,例如在第182頁(第…、第i98、加 和220頁(第2版)及其他地方。在HR pu發泡體調配物中 使用的起始材料或起私# M 4 λ 們τ寸&匙始材枓之組合,可能與在標準發泡體 調配物中使用者不同,藉此認為HR是在PU發泡體之領域 中不同的獨立技術。參見上文第2版第2〇2頁表5.3。 HR發泡體通常係藉其物理特性和化學構造之組合以 及其結構上外觀予以定義。HR發泡體具有比其他聚胺醋 發泡體更残則且無規的孔結構。抓發㈣的定義之一, 例如是經由稱為”SAG因數,,的特徵,其為在65%挽曲度之 屢痕力撓曲度(IndentatiGn FGree DefieetiQn,IFD)或廢痕荷 重撓曲度(Indentation Load Deflection,ILD)對在 25%撓曲 度下者的比例(ASTM D_1564_64T)。㈣(或ILD)是保持發 泡體樣品凹陷一段時間所需的力,典型地為以5〇平方英吋 (322.58平方公分)平板使15”x15,,x4,,(38」公分χ38」公分 χ10·16公分)方塊撓曲丨分鐘所需之力(以磅㈧45公斤)計)。 標準發泡體具有大、約1.7-2.2之SAG因數,巾HR發泡體 具有大約2.2-3.2之因數。HR發泡體亦可具有在其他物理 特性上的獨特差異。例如,與標準發泡體相比較,HR發 泡體可能是較親水的,且具有較佳的疲勞特性。關於這些 及其他差異,參見上文提到的手冊。 一開始HR發泡體係從,反應性,聚醚二醇和較高或提 200906880 门Sflb度的異氰酸酯製造。多元醇典型地是比普通分子量 (4000到6000)更高的環氧乙烷及/或環氧丙烷聚醚多元醇, 具有某種程度的一級羥基含量(據說超過5〇%,如在上文第 1版手冊之182頁中提到的),而異氰酸酯是MDI(亞曱基 —本基-二異氰酸酯)(或MDI與TDI(甲苯二異氰酸酯)的混 合物)’或預聚物TDI,但並非僅有TDI(參見上文第2版手 冊的第220頁,在冷硫化模塑(c〇ld Cure M〇ulding)之下)。 酼後(第221頁)基於具有大約4〇〇〇到5〇〇〇之分子量和超 過70。/〇的一級羥基含量之特殊聚醚多元醇,發展出多元醇 的新家族,現在稱為聚合物改質之多元醇(亦稱為聚合物多 元醇)這些與不同的異氰酸酯一起,但目前主要是純的 TDI,與經選擇之交聯劑、催化劑和一類新的聚矽氧一 起使用,生產該新一代的HR發泡體。 這種新穎的HR發泡體家族具有類似使用原始方法獲 得者的特性,但其等之物理特性,包括載荷,現在可能有 較廣大範圍的改變。新穎發泡體的加工安全性係大大地提 高,而這使得這些發泡體的生產比起以前需要使用經混合 或t二聚化的異氰酸醋,能夠使用更多種市售的tdi。 t合物改質之多元醇在基底多元醇中含有聚合的填 料。該填料可以分散在基底多元醇中的惰性填料倂入,戋 至少一部分以與基底多元醇的共聚物併入。填料之實例為 共聚合丙烯腈-苯乙烯聚合物多元醇(如在英國專利1482213 中描述的)、二異氰酸酯與二胺的反應產物(如在英國專利 15〇1172中描述的” PHD”多元醇),以及二異氰酸醋與胺醇 200906880 的加成聚合產物(如在美國專利43742〇9中描述的,,ppa”多 元醇)。 亦已、呈么現聚合物改質之多元醇可用來調配標準發泡 體’得到具有較高載荷特性的發泡體。 使用催化劑以影響多元醇/異氛酸醋形成聚胺醋的反 應,並在發泡過程中調節孔的形成。 金屬有機催化劑常用以促進在異氰酸醋與多元醇之間 的反應。已热知的催化劑包括辛酸亞錫和二月桂酸二丁基 錫(DBTL)這些催化劑促進—些副反應,且經常與增加其 活性的胺類-起使用。金屬有機催化劑的作用像路易斯 义並〜為其經由與異氰酸酯基團和多元醇羥基形成中間 錯合物而發揮作用。 a DBTL在傳統上對於製造特製之聚胺醋發泡體,特別 =HR發泡體,是較佳的。主要的優點是其避免所謂的冷 H欲段鞦_l〇ck trapeze)作用。纟認為㉟是因為錫.碳 鍵結對水解或氧化比錫氧鍵結更不敏感,可能因錫原子的 位阻現象所致,藉此使催化劑在發泡體中維持活性更久而 促進更多交聯,並避免發泡體的沉降。 在製造PIPA聚合物改質之多元醇時,還有在基於上 述聚合物改質之多元醇調配物製造HR發泡體時,是 較佳的催化劑。然而,# DBTL引起因錫.碳鍵結而產生= 餘物,如二丁基或三丁基錫的問題’其因為殺生物特性而 為不想要或不可接受的。 如同在後文中進一步解釋(參見表2),已經發現使用 200906880 辛酸亞錫(其為製造以聚醚為基礎之聚胺酯發泡體的標準催 化劑),在傳統上用來代替DBTL時,並不順利。辛酸亞锡 在殘留量之水分及/或氧及/或溫度的存在下有迅速裂解的 傾向,且這使催化劑失活,並在PIPA HR發泡體調配的前 後嚴重影響發泡系統的穩定性。 上文k及的PIPA聚合物改質之多元醇,係藉著使醇 胺或胺醇與有機聚異氰酸酯(具有二或多個異氰酸酯基團) 在多元醇的存在下反應來製造,醇胺至少主要係多官能地 與異氰酸酯反應。醇胺具有一或多個經基(QH)基團,還有 一或多個胺基基團-無論是一級、二級或三級、=NH、 =N) ’並與聚異氰酸g旨形成聚合加成產物。可將聚合加成 產物與多元醇混合(例如成為溶液或穩定的分散體),及/或 以化學方式結合(如藉著共聚合)。 可使用金屬有機物,如常用來催化異氰酸酯/多元醇聚 胺醋發泡體反應的催化劑’來催化聚合加成反應,如同上 文提及的。 【發明内容】 本發明之目的是提供可成功取代DBTL的催化劑,特 別是在PIPA聚合物改質之多元醇製造,以及使用Hr聚合 物改質之多元醇調配物製造聚胺酯發泡體的前後,且其可 像DBTL —樣地有效,並可避免環境之錫_碳鍵結的問題, 如與二丁基和三丁基錫殘餘物有關者。 因此,根據本發明一方面,提供製造聚合物改質之多 元醇的方法’其中使醇胺與有機聚異氰酸酯在多元醇和至 11 200906880 少一種為有機酸金屬鹽之催化劑的存在下反應,該醇胺至 少主要係多官能地與異氰酸酯反應,其中該或至少—種該 催化劑係選自沒有金屬-碳鍵結之有機酸的金屬鹽,且其中 該聚合物改質之多元醇的黏度為至少2250 mPa.s。 應瞭解在本文中提及的黏度是在25°c下使用 Brookfield或Brookfield可相容之黏度計計算的黏度。典 型地在使用轉動同軸圓筒(Searle-型)黏度計,如Haake黏 度計VT 550,以10〇rpm轉動軸30分鐘後測量黏度。轉動 軸可以是旋轉子SV DIN 53019。 根據本發明,已經意外地發現使用沒有金屬·碳鍵結的 金屬羧酸鹽催化劑,可有效地催化醇胺_多元醇_異氰酸酯 反應,以產生有用的、穩定的聚合物改質之多元醇材料。 因此可避免與金屬-碳催化劑’如二月桂酸二丁基錫(dbtl) 有關的毒性問題。 此外’亦已經發現所得的聚合物改質之多元醇材料, 可用以製造具有想要結構特性的穩定的發泡體產物,其可 與使用以DBTL作為催化劑而獲得之傳統聚合物改質之多 元醇製造的發泡體產物相比擬,或甚至比其更好。不希望 受任何解釋或機制拘束,咸相信這些益處起因於在至少 2250 mPa.s之黏度的前後關係中使用無金屬_碳鍵結之催化 劑,結果產生新穎且有利的聚合物改質之多元酵,可能在 醇胺和多元醇羥基與異氰酸酯基團之間有不同程度或形式 的反應。黏度可以是至少2400 mpa.s或至少2500 mPa.s。 已經發現藉著選擇並控制黏度為至少225〇 mpa.s,且 12 200906880 較佳的是超過2500 mPa.s,甚至有可能利用辛酸亞錫獲得 有用的聚合物改質之多元醇。 催化劑可包含下列之一或多者: 辛酸亞錫(2_乙基己酸亞錫(C^HuCOOLSn)、二月桂酸 亞錫((CuH23COO)2Sn)、二棕摘酸亞錫((Ci5H32C〇〇)2Sn)、 一硬脂酸亞錫((C17H36COO)2Sn)、二油酸亞锡 ((C17H33CO〇)2Sn)、二麻油酸亞錫((ci7H34COO)2Sn)、辛 酸鋅((C7H15COO)2Zn)、二新癸酸鋅((c9Hi9C〇〇)2Zn)、二藥 麻油酸鋅((C17H34COO)2Zn)、三新癸酸鉍((C9Hi9C〇〇)3Bi)、 辛酸鉀((C^HuCOC^K)、辛酸錯(四-2·乙基已酸錐 (C7Hi5CO〇)4Zr)。 在一具體事實中,該催化劑具有下式: M(O.C〇.r.ch3)2 其中Μ為金屬 R為6到2 0個碳的碳鏈(直線或分支的,有或無側官 能基’即ΟΗ及/或雙鍵)。 因此,根據本發明第二方面,提供製造聚合物改質之 客 _ 山 凡醇的方法,其中使醇胺與有機聚異氰酸酯在多元醇和 夕一種為有機酸金屬鹽之催化劑的存在下反應,該醇胺 g— ,1、 ^、主要係多官能地與異氰酸酯反應,其中該或至少一種 5亥催化劑具有下式: M(O.CO.R.ch3)2 其中Μ為金屬 R為ό到20個碳的碳鏈(直線或分支的,有或無側官 13 200906880 能基,即OH及/或雙鍵)。 碳鏈(R)可具有6到16個碳。 在更進一步的具體事實中,該催化劑是單羥基脂肪酸 的金屬鹽。 因此,根據本發明第三方面,提供製造聚合物改質之 多元醇的方法’其中使醇胺與有機聚異氰酸酯在多元醇和 至少一種為有機酸金屬鹽之催化劑的存在下反應,該醇胺 至少主要係多官能地與異氰酸酯反應,其中該或至少一種 該催化劑是單羥基脂肪酸的金屬鹽。 該單羥基脂肪酸可以是12羥基-(順)-9-十八烷酸或菌 麻油酸。 根據本發明,已經發現ϋ麻油酸亞錫是特別有用的。 亦可使用其他的金屬鹽類,如蓖麻油酸鈉鋅或鈣。 已經發現在聚合物改質之多元醇和聚胺酯發泡體兩者 的生產中’使用1%基脂肪酸催化劑可導致極佳品質的hr ρυ 發泡體,雖然缺少金屬_碳鍵結。咸認為在催化劑中在錫或 其他金屬原子的側面併入大量的羥基脂肪酸基團,可避免 形成不穩定的物種,並藉著位阻現象,延遲催化劑的水解, 藉此幫助調配物的穩定性。 在聚胺酯生產中使用蓖麻油酸是已知的,例如像在美 國專利6194475,還有英國專利13327〇〇中描述的,但與 可與本發明有關者相比擬之可揉pu發泡體系統無關,特 別疋HR發泡體和聚合物改質之多元醇系統。 本發明亦提供製造可揉聚胺酯發泡體的方法,其中使 14 200906880 上述的聚合物改質之多元醇與異氰酸酯在金屬羧酸鹽催化 劑的存在下反應,形成發泡的聚胺酯材料。 形成發泡體的金屬羧酸鹽催化劑可以是選自上述關於 形成聚合物改質之多元酵的無碳-金屬鍵結催化劑。形成發 泡體之催化劑可與用來製造該聚合物改質之多元醇的催化 劑相同或不同。在一具體事實中,使用辛酸錫或二蓖麻油 酸錫作為形成發泡體之催化劑。在聚合物改質之多元醇和 形成發泡體的反應之一或兩者中,可使用無碳_金屬鍵結催 化劑作為主要或唯一的金屬羧酸鹽催化劑。當對二反應不 只使用單一金屬羧酸鹽催化劑時,可額外地使用任何其他 適當的金屬催化劑’或代替之。這類其他的催化劑可包括 DBTL、辛酸亞錫以及類似物。在該反應兩者中,不使用 具有碳-金屬鍵結之其他金屬催化劑或不使用DBTL的安排 是較佳的。 關於上文提及之PIPA聚合物改質之多元醇,如同在 後文中更詳細描述的,載體多元醇可以是任何適當的多元 醇’如聚醚多元醇,異氰酸酯可以是任何適當的多官能異 氰酸酯,如TDI或MDI,且醇胺可以是任何適當的醇胺, 如三乙醇胺,舉例來說,全如在美國專利4374209中描述 的。 關於形成聚胺酯發泡體的反應,較佳的是使用聚合物 改質之多元醇和HR調配物二者,雖然非_HR調配物也 可能的。 形成聚胺醋發泡體的反應可使用多官能異氰酸醋,如 15 200906880 TDI或MDI,和任何適當的多元醇,其可以是聚合物改質 之多元醇以外者,例如聚醚多元醇,任何適當的發泡劑, 如只有水,或帶有其他物質,金屬羧酸鹽催化劑以外的任 何適當的催化劑,如胺催化劑、聚矽氧催化劑或類似物, 舉例來說’全如在美國專利4374209中描述的。 如關於本發明之第一方面所提及的,聚合物改質之多 兀醇的黏度超過2500 mPa.s。可使用2500-4500 mPa.s的 範圍。 想要的黏度的獲得,係藉選擇金屬羧酸鹽催化劑的比 例得到及若需要’調整異氰酸酯的化學計量比例來達成。 即可藉由混合一定量異氰酸酯和一定量催化劑獲得想要的 黏度。已經發現可使用相對較低比例的催化劑容易地形成 具有在想要範圍内之黏度並可用以製造穩定之聚胺酯發泡 體的穩定聚合物改質之多元醇,且降低催化劑之比例確實 可有利地提高聚合物改質之多元醇的黏度和效用。因此, 用以製造聚合物改質之多元醇的金屬羧酸鹽催化劑的濃 度’較佳的是在0.001_〇·1毫莫耳/丨00克多元酵,特別是 〇‘〇〇5-〇.〇5,尤其是 0.006_0 012 的範圍内。 如同在後文中進一步討論的,相對於與所有可利用醇 胺經基基團反應所需之理論化學計量量(指數1〇〇),以雙 官能計算醇胺,可使用在9〇到12〇,特別是95到丨1()之 指數範圍内的異氰酸酯。 【實施方式】 原料和基礎的調配物: 16 200906880 =、用以製造聚合物改質之多元醇及/或pu #夕 、 疋任何適當的種類。典型地使用聚醚和聚 酉曰多元醇來生產ρττ 一广立 發泡體’而根據本發明較佳的是,多 士户全Ρ或至少主要是聚醚多元醇。當使用聚醚多元醇 日:’較佳的是全部或主要是反應性多元醇,即含有大量環 氧院(ΕΟ)封端或末端,雖然也可以使用全部或主要是非_ ^㈣多元醇或全部是環氧丙烧(ρ〇)多元醇。適當的多元 酵可具有2到6個0Η官能度,特別是2到4個,並可具 有1巳圍在4GG # 2G,GGG中之分子量(MW)。亦可使用純的 或混合形式的所有類型之其他多元醇,像衍生自可再生資 源的多元醇(所謂的天然油多元醇或N〇p,s),只要其等具 有正確的反應性特徵即可。 在技術領域中已熟知使用混合的多元醇,以改變系統 的反應性,或給與所得之PU發泡體想要的特性,且關於 本發明,雖然反應性聚醚多元醇通常是較佳的,但亦可按 照需要使用其他多元醇和多元醇的混合物。 在例如由Carl Hanser Verlag出版之塑料手冊(i>lastics
Manual),第 7 冊,聚胺醋(P〇lyUrethanes),Becker/Braun,第 2版的第44-54和75-78頁上,描述了可根據本發明使用之 聚醚多元醇的實例。 因此,例如,多元醇可如下: I .衍生自EO和PO和三經曱基丙烧,具有750至900 mPa.s之黏度(在25〇C下),〇H數目35±2。 使用Brookfield黏度計獲得所有的黏度測量(以mpa.s 17 200906880 計)。OH數目(羥基數目)為傳統參數’其提供按毫克K〇H/ 克計之每單位重量NCO-反應性OH基團的濃度。 經基數目(OH)=[(56· lx官能度)/多元醇之mw]x1,000 亦可能使用業已含有内藏催化劑的那些聚醚多元醇, 像例如在WO 03/016373A1中描述的。同樣也可能使用前 述之聚喊多元醇的混合物。 較佳的多元醇為三元醇’其為甘油的環氧丙烷加合 物,並具有5,000級的分子量。市售的實例為佛雷諾(v〇ran〇1) 4820 (The Dow Chemical Company)或德 士模範 (DESMOPHEN) 44 WB 23 (從前的德 士模範 3223)(Bayer)。 關於多官能異氰酸酯,較佳的是二異氰酸酯,特別是 TDI(曱笨二異氰酸酯)。然而,可單獨或以任何適當之組合, 使用其他多官能的異氰酸酯,較佳的是具有2至5之官能 度。可在生產PIPA和在後續生產發泡體兩者中使用相同 的異氰酸酯’或可使用不同的異氰酸酯。 因此,多官能異氰酸酯可以是下列的任_或多者: TDI(曱苯二異氰酸酯的所有異構體摻合物), MDI(亞甲基二苯基異氰酸醋), 其可以是純的或聚合版本(所謂的芳香族異氰酸酯)。 更特定而言,多官能的異氰酸酯是含有二或多個異氰 酸醋基團的聚異氰酸醋,且典型地使用標準市售的二及/或 三異氰酸S旨。it當者的實例為脂肪族、環脂肪族、芳基脂 矢兵MS日,如市售之甲苯二異氛酸酉旨(=苯 亞甲基一異亂酸酯TDI)的2,4_和2,6_異構體的混合物,其 18 200906880 以商標名卡雷德特(Caradate)® T80(Shell)或佛雷内特 (Voranate)® T80 和 T65(The Dow Chemical Company)上市 販售。亦可使用4,4’-二苯基亞曱基二異氰酸酯(=4,4’_亞曱 基雙(苯基異氰酸酯);MDI),以及TDI和MDI的混合物。 然而,亦可能使用基於TDI或MDI和多元醇的異氰酸酯預 聚物。亦可使用改質或混合的異氰酸酯(例如得自Bayer的 德士模佐(Desmodur)® MT58)。脂肪族異氰酸酯的實例為 1,6 -六亞曱基二異氰酸醋或三異氰酸醋,如得自Bayer的 德士模佐⑧N1 00或N3300。 可按照需要選擇反應以形成PIPA之醇胺和異氰酸酯 的相對比例,以及多元醇的MW(分子量)。 標準計算如下: 欲製造PIPA 97/10(指數97,10%聚合物含量)需要: TEOA(三乙醇胺)% = 149(TEOA之分子量)χ10(固體%) 除以 149 + (174(TDI 之 MW)x97(指數)/100) 這意指:TEOA=4.69%,TDI = 5.31%,且基底多元醇=90% 實際上可從以下關係決定PIPA的羥基數目 OH(PIPA) = OH(基底多元醇)x(100-多元醇含 量)/100 + 377xTEOA%/100 OH(多元醇)是起始多元醇的羥基數目,其典型地可以 是35。MW(NCO)是異氰酸酯的分子量,對TDI而言其為 174。 PIPA的黏度會隨著PIPA指數而改變。高預聚物黏度 亦可能在膨脹期間具有控制穩定性的有利特性,當有需要 19 200906880 時,但傳統的聚趟塊料機器通常不能處理超過5〇〇〇 μ" 的黏度。 · 藉著所使用之異氰酸醋指數的比例,相對於與醇胺之 所有可利用羥基反應所需的異氰酸酯理論量(按重量計), 並藉著用以形成PIPA之多元醇或多元醇混合物的原始黏 度,來決定黏度。該指數可能是90到12〇,較佳的9 到 111 〇 亦可在形成PIPA時倂入其他成分,作為辅助劑或添 加物。 ^些包括,特別是諸如鏈增長劑、交聯劑和鏈終止劑 之類的輔助劑。 例如,可使用低分子量之異氰酸酯反應性的雙官能化 D物’如二乙醇胺或水,或較高官能的化合物,如三乙醇 胺、甘油或糖醇類,如山梨糖醇,作為鏈增長劑及/或交聯 劑。 可使用異氰酸酯反應性的單官能化合物,如一元醇、 —級和二級胺作為鏈終止劑。 亦可添加在技術領域中已知的更多輔助劑,如阻培 劑、色素或填料。 可將PIPA倂入,或在發泡之前將其與其他物質混合。 例如’可加入未經反應,相同或不同種類的多元醇,例如 用以稀釋預聚物,得到較低之黏度,或修改系統的反應性 或所得之發泡體的特性。 典型地’為了產生發泡.體,會將PIPA與水及/或其他 20 200906880 發泡劑、異氰酸酯、一或多種催化劑和一或多種其他的成 分如發泡體穩定劑混合。 發泡可以分批或連續之基礎,並可利用氮氣對該混合 物加氣。 更詳細地說’發泡成分可包括下列之一或多者: a)異氰酸酯,如脂肪族、環脂肪族、芳基脂肪族及/或 芳香族異氰酸酯。實例為甲苯二異氰酸酯(=苯亞甲基二異 氰酸醋TDI)之2,4-和2,6_異構體的市售化合物。商標名為 得自SheU的卡雷德特®T8〇、得自 C0mpany的佛雷内特⑧T8〇和Τ65。亦有可能使用4,4,_二 笨基亞甲基二異氰酸酯(=4,4’_亞曱基雙(苯基異氰酸酯); MDI),以及MDI和TDI的混合物。 此外,亦可使用基於TDI或MDI和多元醇的異氛酸醋 預聚物。進-步可能性可為改質或經混合的異氣酸醋(例如 得自Bayer的德士模佐⑧MT58)。脂肪族異氰酸醋的實例 為六亞甲基二異氰酸@旨或三異氰酸醋。例如得自 的德士模佐® N100或N3300。 該異氰酸醋可以是盘匍;a pTD A & m ^ 疋/、表k ΡΙΡΑ所使用之異氰酸酯相 同或不同的。 ^ b)水,較佳的是〇_5到1〇重量份對ι〇〇重量份的多元 酉手或PIPA或多元醇/pIPa混合物。 0亦可使用液體C〇2作為額外的發泡劑。 d)亦可視茜要使用其他的添加物,特別是在發泡 技術中已熟知者’如催化劑’特別是胺,% dmea(二甲基 21 200906880 乙醇胺)、DABCO®33LV(得自AirProducU的三級胺),及 /或金屬-有機化合物,如錫催化劑,例如考斯摩斯 29(辛酸亞錫),或其他催化劑,如辛酸辞或上述其他的金 屬羧酸鹽;在技術領域中已知的發泡體穩定劑,例如特殊 的聚矽氧表面活性劑,如得自Goldschmidt的特高斯特 (^⑼仙…⑧系列,或得自BYK_Chemie的斯拜克^仙yk)⑧ 系列;鏈增長劑及/或交聯劑,如二乙醇胺、甘油、山梨糖 醇;以及阻焰劑;填料。可按任何組合使用那些添加物, 以及在技術領域中已知與傳統發泡製程有關的其他添加 物。 e) 用以加氣並控制孔結構(大小和大小分布)的氮氣。 為了發泡,亦可能在需要時,在降低或過量的壓力下 進行;在例如美國專利5,194,453中揭示了該加工條件。 f) 在調配物中亦可使用另外特殊的添加物,以降低/排 除冷抓。些包括,例如得自G〇ldschmidt之奥特果 2〇4,或得自Byk的實驗添加物Lpx 212〇5。 現在將參考下列的實施例進一步描述本發明。 樣品的形^矣1、 藉著使三乙醇胺與甲苯二異氰酸酯(TDI)在載體多元醇 還有金屬有機催化劑(即:在PIPA !的案例中為DBT[; 在PIPA 2的案例中為辛酸亞錫;且在ριρΑ 3的案例中為 蓖麻油馱亞錫)的存在下反應,製造三種ριρΑ聚合物改質 之夕兀醇的樣品,稱為PIPA i、2、3(分別為實施例丨、2、 3) 〇 22 200906880 在1.5公升開口燒瓶中的1000克多元醇中加入三乙醇 胺。攪拌該混合物15秒。加入TDI,同時再攪拌15秒。 利用注射筒加入以多元醇稀釋之催化劑,並攪拌該混合物 1 0秒。將燒瓶加蓋,並在24小時和72小時後測量黏度。 形成所得的聚合加成產物,為在載體多元醇中的穩定分散 體。 在表1中提供在允許靜置3天後得到的黏度。在此處 和在其他表格中的比例為相對於1 00份多元醇的每一百份 之重量份。 表 1 實施例1 實施例2 實施例3 參考 相對實施例 本發明之實施例 PIPA 1 PIPA2 PIPA3 德士模範3223 100 100 100 三乙醇胺 5.2 5.2 5.2 TDI佛雷内特T80 6.2 6.2 6.7 二月桂酸二丁基錫 0.03 辛酸亞錫 0.02 考斯摩斯EF 0.01 3天後的黏度(25°C)(mPa.s) 3320 2120 3360 實施例4-5利用PIPA l(DBTL)和PIPA 2(辛酸亞錫)製 造之發泡體的比較(表2) 23 200906880 如在表2中所示,將根據實施例卜2之PIPA 1和PIPA 2製造的PIPA聚合物改質之多元醇與水、曱苯二異氰酸酯 和更多多元醇混合,並容許在催化劑的存在下發泡。 在本文件中使用的發泡體測試方法如下: 密度(公斤/立方公尺)DIN EN ISO 845 壓縮荷重撓曲度(Compression Load Deflection, CLD) 按千帕計,以及遲滯性(%) DIN ΕΝ ISO 3386-1 氣流(cfm)和球回彈(%) ASTM 1564-72 拉伸強度(千帕)和延伸率(%) DIN ΕΝ ISO 1799 壓縮變定(%) DIN ΕΝ ISO 1856 在實施例4的案例-PIPA l(DBTL)中,所得之產物為 穩定的發泡體,但在實施例5的案例-PIPA 2(辛酸亞錫)中, 產物卻塌陷。PIPA 2的黏度太低。 表2 實施例4 實施例5 PIPA 1 100 PIPA 2 100 佛雷内特T-80 33.1 33.1 水(總計) 2.335 2.335 特高斯特Β 8681 0.5 0.5 DEOA 90% 0.72 0.72 奥特果204 1.2 1.2 辛酸亞錫33%DOP 0.2 0.2 發泡體 穩定的 塌陷 24 200906880 f施例6-16標準發泡體輿根據本發明之 (表 3-5) 表3、4、5顯示各種聚胺酯發泡體調配物。 表3顯示兩個根據本發明之實施例(7、8),與參考伊、 準物DBTL/辛酸亞錫調配物(實施例6)做比較。 表4顯示三個實施例(10、11、12)(兩個根據本發明), 與參考標準物DBTL/辛酸亞錫調配物(實施例9)和失敗的 實施例(實施例1 2 )做比較。 表5顯示兩個實施例(14、15 ),一個根據本發明,與 參考標準物DBTL/辛酸亞錫調配物(實施例13)和失敗的實 施例(實施例14)做比較。 在每個情況下,實施例顯示可在製造PIPA聚合物改 質之多元醇時,使用蓖麻油酸亞錫取代DBTL或辛酸亞錫, 且儘管使用沒有金屬-碳鍵結之催化劑,仍獲得具有優異特 性的HR發泡體。 實施例顯示對各種組合之形成PIP A的反應及/或形成 Ρϋ發泡體的反應’單獨或與其他傳統的金屬有機催化劑合 倂使用蓖麻油酸鹽。 25 200906880 表3 實施例6 實施例7 實施例8 標準物 本發明之實施例1 本發明之實施例2 PIPA 1 100 PIPA2 PIPA 3 100 100 佛雷内特T-80 33.6 33.6 33.6 水(總計) 2.33 2.333 2.333 特高斯特B 8681 0.5 0.5 0.5 DEOA 90% 0.72 0.72 0.72 奥特果204 1.7 1.7 1.7 辛酸亞錫33%DOP 0.15 0.15 考斯摩斯EF _ . 0.15 發泡體 穩定的 沉降的 穩定的 密度(公斤/立方公尺) 38.2 46.4 41.4 40%CLD(千帕)* 3.54 5.19 4.12 氣流(CFM:f 3.5 2.9 4.9 4壓縮荷重撓曲度 ”每分鐘立方英呎 26 200906880 表 4 實施例9 實施例10 實施例11 實施例12 標準物 本發明之 實施例1 本發明之 實施例2 失敗的 實施例 PIPA 1 100 PIPA2 100 PIPA 3 100 100 佛雷内特T-80 33.1 33.1 33.1 33.1 水(總計) 2.335 2.335 2.335 2.335 特高斯特B 8681 0.5 0.5 0.5 0.5 DEOA 90% 0.72 0.72 0.72 0.72 Dabco 33LV 0.2 0.2 0.2 0.2 Sorbex RS 0.71 0.71 0.71 0.71 辛酸亞錫33%DOP 0.2 0.2 . 0.2 考斯摩斯EF 参 0.25 發泡體 穩定的 穩定的 穩定的 不穩定的 密度(公斤/立方公尺) 40.8 45.3 40.5 40%CLD(千帕) 3.17 4.16 3.5 氣流(CFM) 5.5 4.8 6.0 27 200906880 表5 實施例13 實施例14 實施例15 標準物 失敗的實施例 本發明之實施例2 德士模範3223 85 85 85 PIPA 1 15 PIPA2 15 PIPA3 15 佛雷内特T-80 41.2 41.2 41.2 水(總計) 2.81 2.81 2.81 特高斯特B 8681 0.3 0.3 0.3 DEOA 90% 1.45 1.45 1.45 奥特果204 3.0 3.0 3.0 辛酸亞錫33%DOP 0.12 0.12 考斯摩斯EF 誦 0.3 發泡體 穩定的 塌陷 穩定的 密度(公斤/立方公尺) 42.9 39 40%CLD(千帕) 2.9 2.0 氣流(CFM) 6 5.9 成分和參數的說明 德士模範3223是反應性聚醚多元醇,具有環氧乙烷末 端,MW約為5000,由Bayer AG製造。 佛雷内特 T80是甲苯二異氰酸酯,由 The Dow 28 200906880
Chemical Company 製造。 考斯摩斯EF是蓖麻油酸亞錫,由Evonik Goldschmidt GmbH製造。 使用Haake黏度計VT550,按mPa.s測量黏度。 特高斯特 B8681 是得自 Evonik Goldschmidt GmbH 的 聚石夕氧穩定劑/孔調節劑。 奥特果204是得自Evonik Goldschmidt GmbH的專利 催化劑/加工助劑包裝。 DABCO 3 3LV是33%在丙二醇中的三亞乙基二胺,由 Air Products and Chemicals Inc.製造 如下從事更多的比較: 1.金屬催化劑 表6顯示用以製造PIPA之催化劑的列表。 表6 用以製造PIPA的催化劑 催化劑 供應商 碳數 鏈長 商標名 化學名 MetaTin催化劑 712 ES 二月桂酸二丁基錫 Acima Chemical Industries Ltd. Inc. 12 12 BTN-Cat 110 辛酸亞錫 BNT Chemicals GmbH, Bitterfield 8 6 二棕櫊酸亞錫 二棕櫚酸亞錫 CityChemical LLC 16 16 BICAT 3228 Μ 辛酸鋅 The Shepherd Chemical Company 8 6 BICAT ΖΜ 新癸酸鋅 The Shepherd Chemical Company 10 8 考斯摩斯54 蓖麻油酸鋅 Evonik Goldschmidt GmbH 18 18 BICAT8118M 新癸酸鉍 The Shepherd Chemical Company 10 8 DABCOK15 辛酸鉀 Air Products 8 6 辛酸锆 辛酸锆 Acima Chemical Industries Ltd. Inc. 8 6 29 200906880 為了進行公平的催化劑比較,使用與在表1中實施例 1相同的莫耳量來製備ριρΑ,即其相當於每1〇〇克多元醇 〇-〇3php DBTDL 或 0.046742 毫莫耳催化劑,與 6.2php TDI ’ 並在72小時後如實施例1測量黏度。 所得的PIPA獲得在圖丨中提供的黏度。 圖1 :由各種催化劑製造之PIPA的黏度 s.f/
PIPA催化#1 所有催化劑均提供可用的PIPA分散體。 所有的PIPA都用來製造發泡體,使用如在表7中描 述的兩種調配物’有SO、考斯摩斯EF,且在某些情況下, 使用就PIPA使用之相同催化劑作為發泡催化劑。 30 200906880 表7 發泡體調配物 高密度(HD) 低密度(LD) PIPA 100 83 德士模範3223 17 佛雷内特T-80 33.1 42.6 水(總計) 2.34 3.03 特高斯特B8681 0.5 0.5 DEOA 90% 0.72 0.8 奥特果204 1.2 1.82 辛酸亞錫33%DOP 0.15/ 0.2/ (考斯摩斯EF) (0.15) (0.15) 指數 97 104 在下圖中概述所得之發泡體特性。 31 00906880 圖2:由在表7中提供之調配物製造之盒狀發泡體的密度
PIPA催化劑 1^>辛‘錢0〇3#斯摩斯£?:苞日〇辛酸踢5^〇考斯摩期品1 在所有情況下,使用考斯摩斯EF作為發泡體硫化催 化劑製造的發泡體具有比使用辛酸亞錫製造之發泡體更低 的密度(意指其等是較穩定的)。 其他特性也有更佳的傾向。例如幾乎所有基於考斯摩 斯EF之發泡體的球回彈都比利用SO者高,意指該發泡體 更有彈性/彈力,如圖3中所示。 32 200906880 •由在表7中提供之調配物製造之盒狀發泡體的球回彈 60 -T-
這顯示使用具有至少2250且較佳的是超過250〇 mPas 之黏度的PIPA分散液的重要性,其可藉著使用某些金屬 催化劑與其他傳統調配物輕易地達到,這類催化劑在該前 後關係中是比辛酸亞錫更佳的。再者,亦可看見萬麻油酸 錫(考斯摩斯EF)在發泡方面是比s〇更佳的催化劑。 在表8中提供基於考斯摩斯£1?之ριρΑ及以考斯摩斯 EF作為發泡催化劑之優點的進一步實施例: 33 200906880 表 8 參考物 本發明 PIPA 1 85 PIPA3 70 德士模範3223 15 30 佛雷内特T-80 33.1 34.5 水(總計) 2.34 2.34 斯拜克9715 0.1 0.1 DEOA 90% 0.72 0.9 奥特果204 1.4 1.8 辛酸亞錫33% DOP/考斯摩斯EF 0.15 0.2 指數 99 103 密度(公斤/立方公尺) 38.8 38.6 40%CLD(千帕) 3.32 3.05 遲滯性(%) 24.9 20.3 延伸率(°/〇) 105 121 氣流(cfm) 4.5 5.3 球回彈(%) 59 65 75%壓縮撓曲度(%) 4.2 3.8 當然應瞭解本發明並無意限於上述僅為了舉例說明而 提供之上述實施例的細節。 34
Claims (1)
- 200906880 十、申請專利範園: 1. 一種製造聚合物改質之 與有機聚異氮酸醋在多元if和 催化劑的存在下異氰酸酯反應 地與該異氰酸酯反應,其中該 金屬-碳鍵結之有機酸金屬鹽, 醇的黏度為至少2250 mPa.s。 多元醇的方法,其巾使醇胺 至少—種為有機酸金屬鹽之 ’該醇胺至少主要係多官能 或至少一種該催化劑是沒有 且其中該聚合物改質之多元 2.如申請專利範圍第1項之方法 2400 mPa.s ° 其中該黏度為至少 3.如申請專利範圍第1項之方法 2500 mPa.s。 其中該黏度為至少 4.如申請專利範圍第 該催化劑具有下式: 至3項中任-項之方法,其中 m(o.co.r_ch3)2 其中Μ為金屬 R為ό到20個碳的碳鏈。 5.如申請專利範圍第4項之方法 碳的碳鍵。 其中R為6到16個 6 _如申請專利範圍第1至3項中任 該催化劑為單羥基脂肪酸金屬鹽。 7.如申請專利範圍第6 屬繁麻油㈣。 其中該催化劑為金 項之方法,其中 8·如申請專利範圍第7項之方法 自一 麻油酸锡和鋅。 其中該催化劑係選 35 200906880 9 ·如申請專利範圍第1至3項中权 王·^孭肀任—項之方法,其中 該金屬催化劑係選自: 辛酸亞錫 二月桂酸亞錫 二棕櫚酸亞錫 二硬脂酸亞錫 一油酸亞錫 辛酸鋅 -一新癸酸辞。 至3項中任一項之方法,其中 10·如申請專利範圍第 該催化劑係選自: 三新癸酸絲 辛酸鉀 辛酸錯。 項之方法,其中 莫耳/100克多元 11 ’如申§青專利範圍第i至3項中任— 該金屬羧酸鹽催化劑之比例為〇〇〇1_〇1 醇。 12.如申請專利範圍第n項之方 具中該催化劑 比例為0.005-0.05毫莫耳/1〇〇克多元醇 13·如申請專利範圍帛12項之方法,其中該催化劑之 比例為0.006-0.012亳莫耳/1〇〇克多元醇。 14.如申請專利範圍第1至3項中任一項之方法,i 該醇胺為三乙醇胺。 八中 36 1 5·如申請專利範圍第1至3項中任一項之方法,其中 200906880 該多元醇至少主要為聚醚多元醇。 16·如申請專利範圍第丨至3項中任一項之方法,其中 該異氰酸酯係選自TDI(曱苯二異氰酸酯)和Mm(亞甲基二 苯基異氰酸醋)。 17·如申請專利範圍帛16項之方法,其中該異氣㈣ 指數為90-120。 17項之方法,其中該異氰酸酯 1 8.如申請專利範圍第 指數為95至1 1 1。 I9· 一種製造聚合物改質之多亓 夕疋醇的方法,其中使醇胺 與有機聚異氰酸酯在多元醇和至小 τι## 夕一種為有機酸全屬蹿夕 催化劑的存在下異氰酸酯反應,診 、^ 醇胺至少主要将冬玄台t 地與該異氰酸酯反應’其中該或至 ’、 ^ 式: 夕一種該催化劑具有下 M(O.CO.R.CH3)2 其中μ為金屬 R為6到20個碳的碳鏈。 其中R為6到16 20_如申請專利範圍第19項之太 \及法 個碳的碳鍵。 21. 如申請專利範圍第19 單羥基脂肪酸金屬鹽。 22. 如申請專利範圍第19 金屬蓖麻油酸鹽。 23. 如申請專利範圍第22 選自二乾麻油酸錫和辞。 項之 万法,其中該催化劑為 法’其中該催化劑為 項之方法,其中該催化劑係 37 200906880 24.如申請專利範圍第 中該金屬催化劑係選自: 辛酸亞錫 19至23項中任一 項τ俅項之方法,其 二月桂酸亞錫 二棕櫚酸亞錫 二硬脂酸亞錫 二油酸亞錫 辛酸鋅 二新癸酸鋅。 •如^專利範圍第19至23項中任—項之中該金屬叛酸鹽催化劑之比例為〇__·〇」毫莫耳n 及*醇·。 ,其 克多 26.如申請專利範圍第25項之方法 比例為0.005-0.05毫莫耳/1〇〇克多元醇。 其中該催化劑之 27·如申請專利範圍第26項之方法, 比例為0.006-0.012毫莫耳u〇〇克多元醇。 其中該催化劑之 28. 如申請專利範圍第19至23項中任一項之方法 中該醇胺為三乙醇胺。 29. 如申請專利範圍第19至23項中任—項之方法 中該多元醇至少主要為聚醚多元醇。 ,其 ,其 30. 如申請專利範圍第19至23項中任+丄 τ货項之方法,其 中該異氰㈣係選自TDI(曱苯二異氰酸酿)和μ叫亞甲夭 二笨基異氰酸酯)。 & 31. 如申請專利範圍第30項之方法,1 r忒異虱酸酯 38 200906880 指數為90-120。 32.如申請專利範圍第31項之方法,其中該異氰酸酯 指數為95至111。 33_—種製造聚合物改質之多元醇的方法,其中使醇胺 與有機聚異氰酸酯在多元醇和至少一種為有機酸金屬鹽之 催化劑的存在下異氰酸酯反應,該醇胺至少主要係多官能 地與該異氰酸酯反應,其中該或至少一種該催化劑為單羥 基脂肪酸的金屬鹽。 34.如申請專利範圍第33項之方法,其中該催化劑為 金屬蓖麻油酸鹽。 3 5 ·如申請專利範圍第3 4項之方法,其中該催化劑係 選自二蓖麻油酸錫和辞。 36.如申請專利範圍第33項之方法,其中該金屬催化 劑係選自: 辛酸亞錫 二月桂酸亞錫 ; 二棕櫚酸亞錫 二硬脂酸亞錫 二油酸亞錫 辛酸鋅 二新癸酸辞。 37_如申請專利範圍第33至36項中任一項之方法,其 中該金屬羧酸鹽催化劑之比例為0.001-0.1毫莫耳/100克多 元醇。 39 200906880 38.如申請專利範㈣37項之方法,其中該催化劑之 比例為0.005-0.05毫莫耳/1〇〇克多元醇。 39·如申請專利範圍帛38項之方法,其中該催化劑之 比例為0.006-0.012毫莫耳/1〇〇克多元醇。 4〇.如申請專利範圍第33至36項中任一項之方法,其 中該醇胺為三乙醇胺。 ' 41.如申請專利範圍第33至%項中任一項之方法,其 中該多元醇至少主要為聚醚多元醇。 42_如申請專利範圍第33至%項中任一項之方法,其 中該異氰酸醋係選自™(甲苯二異氰酸醋)和MDI(亞甲基 二苯基異氰酸酯)。 土 42項之方法,其中該異氰酸酯 43·如申請專利範圍第 指數為90-120。 其中該異氰酸酯 44.如申請專利範圍第43項之方法 指數為95至1 1 1。 # 45.—種聚合物改質之多元醇’當其藉如申請專利範圍 第1至44項中任一項之方法製造時。 46·—種製造聚胺酯發泡體的方法,其中使如申 範圍第化項之聚合物改質之多元醇與異氰酸醋在 鹽催化劑的存在下異氣酸醋反應,形成發泡的聚胺酿材 其中該金屬羧酸 屬鹽。 其中該催化劑為 47.如申請專利範圍第46項之方法, ""'催化”丨為沒有金屬·碳鍵結之有機酸的金 8·如申請專利範圍第47項之方法, 200906880 單經基脂肪酸的金屬鹽。 49. 如申請專利範圍第47項之方法,其中該催化劑係 選自辛酸錫和二萬麻油酸錫。 50. 如申請專利範圍第46至49項中任一項之方法,其 中該催化劑為與用以形成該聚合物改質之多元醇的金屬羧 酸鹽催化劑相同的催化劑。 51 種可揉聚胺酯發泡體,當其藉如申請專利範圍第 46至50項中任一項之方法製造時。 52.如申請專利範圍第51項之聚胺酯發泡體,其為hr 發泡體。無 圖式: 41
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