CN1675274A - 预聚合物、聚醇组合物以及制作软制发泡体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明有关具有以重量计5%至30%NCO值的异氰酸酯端基预聚合物,其为过量二苯基甲烷二异氰酸酯和聚氧乙烯-聚氧丙烯聚醇的反应产物;其中二苯基甲烷二异氰酸酯含有以重量计至少80%的4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯,且聚氧乙烯-聚氧丙烯聚醇具有2000至10000之平均分子量,2至6平均标称羟基官能度,以重量计21%至45%的氧乙烯含量且具有-PO-PO/EO-EO类型的结构,其中PO嵌段包含60%至90%的PO,且端型EO与无规型EO之比为3∶1至1∶3;以及有关一种制备软质发泡体的方法,是在模具中发泡体使上述预聚合物或包括此预聚合物的组合物与下列成分反应且指数为70至120指数:b1)一种聚氧乙烯-聚氧丙烯聚醇,其平均标称羟基官能度为2至6,及以重量计大于50%的氧乙烯(EO)含量;和视情况之;b2)一种聚氧乙烯-聚氧丙烯聚醇,其平均标称官能度为2至6,EO含量以重量计为20%至50%,一级羟基含量以一级、二级羟基总数计致少为50%;及c)水;和视情况之d)本身已知的添加剂和助剂。
Description
发明所属的技术领域
本发明是关于一种预聚合物,一种聚醇组合物以及一种制作软质聚胺基甲酸酯发泡体的方法。
先前技术
专利WO 01/32735中描述一种制备此类发泡体的方法,其采用一种以重量计低于20%的NCO值的预聚合物。此类方法有如下缺点:需要一额外的生产步骤以制备该预聚合物,且此预聚合物经常有较高的粘度,其可能导致不易制作该发泡体。此外,该发泡体对具有相对硬嵌段含量较低及相对密度较高的发泡体而言硬度不足。
专利WO 01/60884揭示一种制作软质聚胺基甲酸酯发泡体的方法,其采用大量的氧乙烯含量高及一级羟基含量高的聚醇,以及采用氧乙烯含量中等的聚醇,例如参见实例8。当于密闭模具中重复进行该实验时,无法获得令人满意的发泡体。
专利WO 01/32736揭示一种制备发泡体的方法,其采用类似的聚醇以及氧乙烯含量低的聚醇。该方法为单步制程或其中预聚合物具有高NCO值的预聚合物制程。所得发泡体具有粘弹性。
美国专利US 5594097和美国专利US 4559366揭示在软质发泡体制备中使用具有中等含量,如以重量计约20%至50%的氧乙烯基的聚醇。美国专利US 5459170揭示由此种聚醇制备的预聚合物。
令人惊讶的是,目前我们已发现通史制备硬度/密度/硬嵌段含量关系较好的聚胺基甲酸酯软质发泡体,其具有更多优异性能,诸如强度、压缩应变、蠕变性、弹性、振动传递率、伸长率及良好触感,是借由如下易于操作的方法实施:采用一种特定预聚合物和一种氧乙烯含量高的聚氧乙烯-聚氧丙烯聚醇及视情况之一种氧乙烯含量居中的聚醇以及视情况之一种特定聚氧乙烯聚醇。
发明内容
因此,本发明是关于一种新颖的预聚合物,一种含有其他聚异氰酸酯和该新颖预聚合物的组合物以及一种借由使该新颖预聚合物或组合物与聚醇和水制备软质发泡体的方法。
依据本发明的预聚合物是一种具有异氰酸酯端基的预聚合物,其NCO值以重量计为5%至30%,较佳为5%至19%,且其是过量二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)和聚氧乙烯-聚氧丙烯聚醇的反应产物,该MDI包括以重量计至少80%,较佳至少90%的4-4’二苯基甲烷二异氰酸酯;且该聚氧乙烯-聚氧丙烯聚醇具有2000至10000的平均分子量,2至6的标称羟基平均官能度,以重量计21%至45%的氧乙烯含量且具-PO-PO/EO-EO类型的结构,其中(第一)PO嵌段包含60%至90%的PO,端型EO与无规EO的比例为3∶1至1∶3。
此等预聚合物可采用传统方法制备,使聚异氰酸酯和聚醇于周围温度或升高温度(例如高达90℃)下反应,必要时采用催化剂。该MDI可能为纯4,4’-MDI或者为2,4’-MDI与视情况的少量2,2’-MDI(以重量计低于5%)的混合物。用于制备该预聚合物的聚醇为此项技术所熟知,参见欧洲专利609982。较佳地,平均分子量为3000至9000且平均标称羟基官能度为2至4。
依据本发明的聚异氰酸酯组合物是该预聚合物与另一种聚异氰酸酯的组合物,其中该聚异氰酸酯组合物以100重量份(pbw)计,该预聚合物1-99,较佳占5-95,最佳占10-90pbw;该另一种聚异氰酸酯占1-99,较佳占5-95,最佳占10-90pbw。该其他聚异氰酸酯可选自:脂族、环脂族及芳脂族聚异氰酸酯,尤其是二异氰酸酯,诸如六亚甲基二异氰酸酯,异佛尔酮二异氰酸酯,环己基-1,4-二异氰酸酯,4,4’-二环己基甲烷二异氰酸酯和间-及对-四甲基伸二甲苯二异氰酸酯,以及尤其是芳族聚异氰酸酯,诸如甲苯二异氰酸酯(TDI),伸苯基二异氰酸酯,且最佳为异氰酸酯官能度至少为2的二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)。二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)可选自纯4,4’-MDI;4,4’-MDI与2,4’-MDI与以重量计低于5%的2,2’-MDI的异构混合物;异氰酸酯基官能度大于2的粗制及聚合的MDI;以及含有胺基甲酸酯基(由该等MDIs与分子量最多为500的聚醇反应而得)及/或碳化二亚胺及/或脲亚胺基的聚醇反应而制得,此等变体的NCO值以重量计至少为20%;及具有异氰酸酯基官能度至少为2的此类二苯基甲烷二异氰酯的混合物。
MDI,脲亚胺/碳化二亚胺改性的MDI及聚合MDI的实例分别为Suprasec MPR,2020及2185(全部购自Huntsman聚胺基甲酸酯公司)(Suprasec是Huntsman国际LLC的商标)。该含有胺基甲酸酯基的变体已广为人所熟知并有市售。依据本发明的组合物可采用简单混合,高剪切混合或管道内混合或其他混合方式混合各成分而制备。
特别地,具有较低NCO值(例如以重量计为5%至19%)的预聚合物可与此类其他聚异氰酸酯混合,以制备一种NCO值较高的预聚合物,然后可用于制备发泡体。
依据本发明的预聚合物及组合物可用于制备软质聚胺基甲酸酯发泡体。因此,本发明又有关一种借由在模具中使下列反应且以指数为70-120且较好80-105而制备软质发泡体的方法:
a)本发明的预聚合物或组合物;
b1)30-100重量份的聚氧乙烯-聚氧丙烯聚醇,其具有2至6的平均标称羟基官能度及以重量计大于50%的氧乙烯(EO)含量;
b2)0-70重量份的聚氧乙烯-聚氧丙烯聚醇,其平均标称羟基官能度为2至6,EO含量以重量计为20至50%,且一级羟基含量至少为50%(是以聚醇b2)中的一级羟基和二级羟基总量计),b1)及b2)的量是以b1)和b2)为100重量份计;及
c)水;和视情况的
d)本身已熟知的添加剂及助剂。
本发明内容中的如下术语,如果使用,具有如下含义:
1)异氰酸酯指数或NCO指数或指数:
调配物中的NCO基与异氰酸酯活性氢原子的比值,以百分数表示为:
换言之,NCO指数表示调配物中实际所用的异氰酸酯占理论上和调配物中所用的异氰酸酯活性氢反应所需的异氰酸酯量的百分比。
应注意,本文所用的异氰酸酯指数是从有关异氰酸酯成分和活性异氰酸酯成分的实际发泡制程加以考虑。在初步步骤中用于制备改性聚异氰酸酯(包括此领域中称为预聚合物的异氰酸酯衍生物)所消耗的异氰酸酯基,或者任何与异氰酸酯反应以制备改性聚醇或聚胺的活性氢均不计入异氰酸酯指数计算。仅考虑实际发泡阶段存在的异氰酸酯自由基和活性异氰酸酯游离氢(包括水的游离氢)。
2)本文计算异氰酸酯指数采用的“异氰酸酯活性氢原子”表示为以聚醇、聚胺及/或水形式存在于反应组合物中的全部羟基和胺氢原子;此意指计算实际发泡过程中的异氰酸酯指数时,认为一个羟基含有一个活性氢,一个一级或二级胺基含有一个活性氢,以及一个水分子含有两个活性氢。
3)反应系统:一种各组分的化合物,其中聚异氰酸酯组分放置于与活性异氰酸酯组分不同的容器中。
4)本文所用“聚胺基甲酸酯发泡体”的表示通常指多孔产品,是借聚异氰酸酯与含有活性异氰酸酯氢的化合物反应,并采用发泡剂所获得,且其特别地包括以水作为活性发泡剂制得的多孔产品(包括水与异氰酸酯基反应,以生成脲键及二氧化碳,并生成聚脲-聚胺基甲酸酯发泡体)。
5)本文所用的术语“平均标称羟基官能度”是指聚醇的平均官能度(每分子中羟基数),其假设该平均官能度是在制备过程中使用的起始剂的平均官能度(每分子中活性氢原子的数目),尽管实际上,由于一些端基的不饱和性,该聚醇的官能度通常稍低。聚醇的平均当量重量是其平均分子量除以该平均官能度。
6)术语“平均”是指数的平均。
本申请案采用下述方法描述聚醇:PO-EO聚醇为一种PO嵌段首先联接到起始剂上,紧接其后为EO嵌段(PO代表氧丙烯及EO代表氧乙烯)的聚醇。PO-PO/EO聚醇为一种PO嵌段首先接到起始剂上接着为PO和EO无规分布的嵌段的聚醇。PO-PO/EO-EO聚醇为一种PO嵌段首先接到起始剂上之后为PO和EO无规分布的嵌段然后为EO嵌段的聚醇。PO-EO聚醇为一种首先为PO嵌段然后为EO嵌段的聚醇。如上所述,仅描述聚醇之一尾端(从起始剂看);该标称羟基官能度将决定存在多少此类尾端。
聚醇b1是一种富EO的聚醇,可由熟知的方法制备。其包括PO和EO,其中EO可为无规型、端型或两者兼有。较佳地,EO主要为无规型。以该聚醇的重量计,其EO含量大于50%,较佳地为60%至90%。较佳地,该平均标称羟基官能度为2至4。该平均分子量范围为2000至10000,较佳地为3000至8000。可用聚醇的实例为DaltocelF442、F444及F555,均出自Huntsman聚胺基甲酸酯公司。Daltocel是Huntsman国际LLC之商标。
使用时聚醇b2较好具有PO-PO/EO-EO,PO/EO-EO或PO-EO类型的结构。以该聚醇的重量计,其EO总含量为20%至50%,较佳为21至45%。聚醇b2的一级羟基含量至少为50%,较佳至少为70%。该PO-PO/EO-EO类型(为最佳的聚醇)中,该(第一)PO嵌段以重量计较好含有60%至90%的PO,且较好端型EO和无规型EO的重量比为1∶3至3∶1。根据Chaffanjon等人的美国专利US-A-5594097的方法,能够显著地制得结构为PO-PO/EO-EO类型的聚醇。根据Hostettler的美国专利US-A-4559366的方法,能够显著地制得结构为-PO/EO-EO类型的聚醇。该平均标称羟基官能度较佳为2-4。该平均分子量范围可为2000至10000,较佳为3000至9000。
较好不采用平均分子量为2000或以上且氧乙烯含量以重量计低于20%的聚醇。
水用作发泡剂。如需要可以添加二氧化碳。以所有聚醇组分(预先反应及非预先反应组分,即全部的聚醇化合物原料)重量计,水以重量计宜为1至10%,较佳为1%至5%。
在制备聚胺基甲酸酯中可采用其他已知成分(添加剂和/或助剂)。此等成分包括催化剂,例如三级胺和有机锡化合物;表面活性剂;交联剂或链延长剂,例如低分子量化合物诸如二醇、三醇和二胺;防焰剂,例如卤代磷酸烷基酯;填料及颜料。发泡体稳定剂,例如聚硅氧烷-聚伸烷氧化物嵌段共聚物,可用于稳定或调节发泡体微孔。除聚醇b1)和b2)以及水之外,以聚醇b1)和b2)的总重量计,其他活性异氰酸酯组分的量低于15%,更佳低于10%。
此等次要组合用量取决于产品所要求的性质,且可在聚胺基甲酸酯发泡体技术专家熟知的限定范围内变化。
可采用任何一种已知的方式将形成反应混合物的聚胺基甲酸酯组分混合在一起。其可先预混以减少进入最后混合步骤的成分流数目。采用双料流系统通常较为方便,其中一料流包括预聚合物或聚异氰酸酯组合物,第二料流包括该反应混合物的所有其余组分。所有其余组分亦可独立进入发泡机的混合端。
该发泡体可用于家具和汽车工业中的座面,方向盘,仪表板,缓冲器和床垫,以及隔音和绝缘。
所得发泡体的总密度为15至140公斤/立方米,较佳为30至110公斤/立方米(ISO 845)。
依据本发明的预聚合物或组合物制备的发泡体,与单步制程制备的发泡体相比,其显示出更优的稳定性;与由聚醇b1制备的发泡体相比,其显示出更高的硬度。
本方法可在此项技术中已知任何一类模具中实施。较佳地,该方法在密闭模具中实施。此模具实例为市售用于制作聚基甲酸酯家具部件,汽车座面和其他汽车部件,诸如扶手和座椅头垫的模型。该模制方法是所谓的低温硬化模制法,其中制作发泡体所用的成分在周围温度至高达80℃下进入模具,且较佳为高达55℃,制备过程中该模具的温度保持在周围温度至高达80℃,较佳高达55℃。脱模之后,该发泡体可视情况在周围温度至100℃的温度,较佳地高达70℃下处理一小时至2天。
依据本发明的方法可采用所谓发泡体成布(foam-in-fabric)(FIF)法(或称原位浇注法)实施。
依据本方法,制备发泡体的成分注入模具中,该模具含衬面材料或外层,诸如人造丝、维尼纶、经处理的天然纤维及其类似物。该方法的主要问题为反应的液态胺基甲酸酯混合物可透印或渗过衬面材料,而后者与模具形状一致,从而得到所需复合物制品的形体。
“透印”是一难题,由于将反应的聚胺基甲酸酯混合物注入该衬面内,在该处在压力下,发泡作用将该混合物移向模具壁。由于压力施加于该衬面上,因此该胺基甲酸酯混合物易于渗透过该衬面材料导致缺陷产品。经常在该发泡体和衬面之间就地使用薄发泡体障壁。但是,该发泡体障壁的渗透性亦不佳,因为即使未见到此种透印但在接触渗透点仍然有粗糙感。
该衬面材料和薄发泡体障壁之间经常亦采用一种防渗膜。在此种原位浇注法中,采用如本发明的成分则不需要此种膜,且观察不到透印或透印很少。因此,本发明的方法可方便地含有衬面材料的模具中实施。
主要采用主要包括氧丙烯基的聚醚聚醇的习知聚胺基甲酸酯系统通常在较高过度填充下必定需要一障壁膜;令人惊奇地,本系统不需要障壁膜。在织物制程中本发泡体的过度填充较好为5%至100%,更佳为10至50%时。特别地,当采用发泡体成布技术时,使用基于PO-PO/EO-EO类型的聚醇的预聚合物可允许较高的过度填充,而观察不到太严重的渗透。
由于本发明的发泡体在第一部分实施之后,无需外施脱模剂即可脱模,因此在密闭模具中制备软质聚胺基甲酸酯发泡体的方法可借由如下步骤实施:
1.将外加脱模剂涂布至将与用以制备该发泡体及/或完工发泡体的各组分接触的模具至少表面上;
2.将用以制备发泡体的成分注入模具中;
3.使各成分反应并形成聚胺基甲酸酯发泡体,该反应包括使上述成分反应;
4.所形成的聚胺基甲酸酯发泡体自模具移出;及
5.重复步骤2、3及4至少5次,步骤1不重复。
在步骤2、3及4实施1次,10次,25次,40次或甚至更多次之后,所得的发泡体均具有相当的物理性能。
该模具在步骤2之后可闭合,且可在步骤3之后开启,或者该模具在步骤1之后闭合,在步骤3之后开启;后一种情况中制备发泡体的成分经由适当的入口注入模具中。
该模具的材料可选自此项技术中已知材料,如金属,例如钢,铝及环氧树脂。
该方法的步骤1可采用此项技术中已知的任何方法实施。对将与制备该材料的成分及/或与该材料接触的模具表面上涂布外加脱模剂,其包括使用任何方式于该表面上涂布此类脱模剂,例如擦摩、刷涂、喷涂及其组合,且涂布一或多种该脱模剂是方便其后的脱模。可采用一或多种外加脱模剂,以及该等外加脱模剂的混合物。
外加脱模剂可就此或以溶液、乳液或分散液涂布。
步骤1中涂布的外加脱模剂可用于一或多个步骤。可采用此项技术中已知的任何外加脱模剂;外加脱模剂的适当实例是Kluberpur 41-0039和41-0061(两种均来自Kluber化学公司),Productos ConcentolSA公司的Desmotrol D-10RT,Fuller公司的Acmosil 180 STBH以及娇生公司的Johnson Cire 103。
实施方式
本发明借下列实例加以说明:
实例1
72重量份的聚醇1加热至约45℃,并将其加入28pbw的SuprasecMPR和约10ppm的亚硫酰氯的混合物中,该混合物保持在约50℃。然后反应继续进行,同时于85℃温度保持约3小时。
随后所得的预聚合物冷却至周围温度。该预聚合物(以下称“预聚合物1”)的NCO值以重量计为约7.8%。
聚醇1是结构为PO-PO/EO-EO的聚醇,其是甘油引发,并具有28毫克KOH/克的羟值,以及分别为约55-15/15-15的重量分布。
实例2
本发明的聚异氰酸酯组合物借由混合物下列聚异氰酸酯而制备(数量为pbw)。
| 聚异氰酸酯组合物 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 预聚合物1 | 36.3 | 20.9 | 50.6 | 27.2 | 48.4 |
| Suprasec 2020 | 12.1 | 11.1 | 4.8 | 30.8 | 20.8 |
| Suprasec MPR | 8.9 | 11.1 | 7.6 | 30.8 | 20.8 |
| Suprasec 2185 | 3.4 | 1.1 | 1.2 | 11.1 | 10.0 |
实例3
模制的软质发泡体可采用含实例2以及如下其他成分的组合物制得,该成分在与该聚异氰酸酯接触前预先混合。
该模具的温度为45℃至50℃,混合前该化学药品的温度为27℃。在将混合物加入模具之后,该模具闭合。该模具尺寸为45×45×10公分,且过度填充量为约50%。
成分以及制得的模制发泡体的物理性能如下表所示:
| 发泡体 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 聚异氰酸酯组合物 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 聚醇2 | - | - | 33.6 | 62.9 | 95 |
| 聚醇3 | 36.5 | 43.5 | - | - | - |
| 聚醇1 | - | 10 | - | 32.1 | - |
| ZF22 | 0.06 | 0.04 | 0.06 | - | - |
| Dabco 33 LV | 0.45 | 0.4 | 0.4 | - | - |
| B8715 LF | 0.25 | 0.15 | 0.15 | 0.45 | 0.5 |
| 水 | 2.04 | 1.64 | 1.54 | 3.60 | 3.43 |
| D8154 | - | - | - | 0.53 | 0.6 |
| DMEA | - | - | - | 0.27 | 0.3 |
| DMAPA | - | - | - | 0.16 | 0.2 |
| 核心密度,公斤/立方米ISO 845 | 57 | 69 | 68 | 59 | - |
| 共振传递率,JASO B407-82 | 3.1 | 3.0 | 3.2 | - | - |
| 压痕加载位移25%,N/314cm2,ISO 2439 | 265 | 246 | 236 | - | - |
| 蠕变(压缩加载位移40%),千克力 | 8.5 | - | 9.8 | 8.3 | - |
聚醇2:一种聚氧乙烯聚氧丙烯聚醇,其标称官能度为3,羟基值为38毫克KOH/克,EO含量以重量计约75%(全部为无规型)。
聚醇3:和聚醇2类似,但其羟值为28毫克KOH/克。
ZF22:JeffcatTMZF22,一种购自Huntsman公司的催化剂。
Dabco 33LV:购自Air Products的催化剂。
B8715LF:Tegostab 8715LF,购自Goldschmidt的表面活性剂。
D8154:三级胺催化剂和购自Air Products的有机酸催化剂的混合物。
DMEA:二甲基乙醇胺催化剂。
DMAPA:二甲基胺-丙胺催化剂。
Claims (10)
1.一种异氰酸酯端基预聚合物,其NCO值以重量计为5%至30%,其是过量的二苯甲烷二异氰酸酯和聚氧乙烯-聚氧丙烯聚醇的反应产物,其中该二苯甲烷二异氰酸酯含有以重量计至少为80%的4,4’-二苯甲烷二异氰酸酯,该聚氧乙烯-聚氧丙烯聚醇具有2000至10000的平均分子量,2至6的平均标称羟基官能度,以重量计21%至45%的氧乙烯含量且为-PO-PO/EO-EO类型的结构,其中PO嵌段包括60%至90%的PO,端型EO∶无规型EO之比值为3∶1至1∶3.
2.如申请专利范围第1项的预聚合物,其中该二异氰酸酯含有以重量计至少90%的4,4’-二苯甲烷二异氰酸酯,且该聚醇的平均分子量为3000至9000,平均标称羟基官能度为2-4。
3.如申请专利范围第1项的预聚合物,其中NCO值以重量计为5%至19%。
4.一种聚异氰酸酯组合物,其包括以该聚异氰酸酯组合物为100重量份计,为1至99重量份的如申请专利范围第1项的预聚合物,以及1至99重量份的另一聚异氰酸酯。
5.如申请专利范围第4项的组合物,其中该量为10至90重量份。
6.如申请专利范围第4项的组合物,其中该另一聚异氰酸酯是选自:1)二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI),2)粗制MDI,3)聚合MDI,4)包含胺基甲酸酯基(由该等MDIs和分子量最多为500的聚醇反应所得)及/或碳化二亚胺及/或脲亚胺基的该等MDIs的改性变体,此类变体的NCO值以重量计至少为20%,以及5)聚胺酯1-4的任意混合物。
7.一种制备软质发泡体的方法,是在模具中使下列成分反应且指数为70至120:
a)如申请专利范围第1或4项的预聚合物或组合物;
b1)30-100重量份的聚氧乙烯-聚氧丙烯聚醇,其具有2至6的平均标称羟基官能度,及以重量计大于50%的氧乙烯(EO)含量;
b2)0-70重量份的聚氧乙烯-聚氧丙烯聚醇,其具有2-6的平均标称羟基官能度,以重量计20%至50%的EO含量,以及以聚醇b2)中的一级羟基和二级羟基总数计,为至少50%的一级羟基含量,b1)和b2)的量以b1)和b2)总重量计为100份计;及
c)水;和视情况的
d)本身已知的添加剂和助剂。
8.如申请专利范围第7项的方法,其中聚醇b2)的结构为PO-EO/PO-EO,其中该PO嵌段包括以重量计60%至90%的PO,且端型EO与无规型EO的重量比为1∶3至3∶1。
9.如申请专利范围第7项的方法,其中不采用平均分子量为2000或以上且氧乙烯以重量计低于20%的聚醇。
10.如申请专利范围第7项的方法,其中该方法在密闭模具中实施。
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