[发明专利]生产聚氨酯用的酰氨基官能胺催化剂

说明书

聚氨酯具有各种各样的用途。例如，聚氨酯弹性体用于汽车零部件、鞋底以及用于要求具备韧性、柔软性、强度、耐磨性和抗震性等的其它制品。聚氨酯也用于涂料及软泡沫塑料和硬泡沫塑料。

通常，聚氨酯是在催化剂存在下由多异氰酸酯与多元醇反应而制得的。催化剂一般是低分子量的叔胺，例如三亚乙基二胺。

聚氨酯泡沫塑料是在各种添加剂存在下由多异氰酸酯与多元醇反应而生产的。作为发泡剂特别有效的一类添加剂是氟氯烃(CFCs)。由于聚合过程中反应放热的结果，CFCs发生蒸发并使聚合体生成泡沫塑料。但是，由于发现CFCs消耗大气同温层的臭氧，所以导致强制性地限制使用CFCs。因此，人们极力开发CFCs的替代品以制造聚氨酯泡沫塑料，而水发泡法则已成为一种重要的替代方法。在这种方法中，发泡作用是由水与多异氰酸酯反应而产生的二氧化碳所引起的。泡沫塑料的制造可采用一步发泡法，也可以先制成预聚物，然后在催化剂存在下使该预聚物与水反应形成泡沫塑料。不管采用什么方法，都需要在异氰酸酯与多元醇的反应(凝胶化)和异氰酸酯与水的反应(发泡作用)这两者之间进行调节，以便制造泡孔相对均匀的聚氨酯泡沫塑料，而泡沫塑料的特殊性能要求则取决于预期的应用目的，例如可以制成硬泡沫塑料、半硬泡沫塑料以及软泡沫塑料。

催化剂选择性地促进发泡或凝胶化的能力是选择制造具有特殊性能聚氨酯泡沫塑料催化剂所要着重考虑的问题。如果催化剂促进发泡反应的程度太高，则二氧化碳就会在异氰酸酯与多元醇发生充分反应之前释放出来。二氧化碳将会从配料中鼓泡逸出，从而导致泡体的破裂并制成质量低劣的泡沫塑料。在相反的极端情况下，如果催化剂促进凝胶化反应太强烈，则大部分二氧化碳将会在聚合反应程度显著发生之后才释放出来。再则，所制成的劣质泡沫塑料的特征在于，其密度高、泡孔破裂或大小不匀，以及还有其它不希望的特性。往往将凝胶化催化剂和发泡催化剂合并使用以便达到在泡沫塑料中凝胶化和发泡作用之间所要求的平衡结果。

叔胺催化剂已用于生产聚氨酯。叔胺催化剂既能促进发泡作用(水与异氰酸酯反应产生二氧化碳)又能促进凝胶化(多元醇与异氰酸酯反应)，而且事实表明叔胺催化剂对于保持发泡与凝胶化反应之间的平衡以便制得所需产品是有效的。但是，在生产聚氨酯中用作催化剂的典型的叔胺通常具有刺激性气味，而且许多叔胺因分子量低而挥发性太高。在聚氨酯生产过程中叔胺的释放会出现明显的安全性和毒性问题，而且消费性产品中释放出的残余胺通常也是不符合要求的。

含有酰胺官能基团的胺催化剂与没有酰胺官能基团的相关化合物相比，其分了量和氢键增加，挥发性和气味减少。制备聚氨酯时使用含有酰胺官能基团的一个优点在于在聚合反应过程中酰胺以化学方式与氨基甲酸酯键合，因此不会从成品中释放出来。但是既含有胺又含有酰胺官能的催化剂结构通常只具有较低到中等的活性，因而以不同程度促进发泡和凝胶化反应。

涉及既含有叔胺又含有酰胺官能的化合物的专利文献的例子列举如下：

美国专利3,073,787(Krakler，1963)公开了一种制备异氰酸酯泡沫塑料的改进方法，其中使用了从3-二烷基氨基丙酰胺和2-二烷基氨基乙酰胺制得的催化剂。

美国专利4,049,591(McEntire等人，1977)公开了一组β-取代的双-(N，N-二甲基氨基丙基)胺类，作为多异氰酸酯与多元醇反应的催化剂。取代基可以是氰基、酰胺、酯或酮。

美国专利4,248,930(Haas等人，1981)公开了几种用于生产聚氨酯树脂的叔胺催化剂。在实施例中，用双(二甲基氨基正丙基)胺和N-甲基-N′-(3-甲酰氨基丙基)哌嗪的混合物来形成PVC/聚氨酯-泡沫层压品。

美国专利4,548,902(Hasler等人，1985)公开了在纤维素染色应用中组合使用多碱性氨基化合物，如3，3′-{[3-(二甲基氨基)丙基]亚氨基}双-丙酰胺与一种直接或活性染料的技术。

WO 94/01406(Beller等人，1994)公开一组螯合剂，如3-[3-(N′，N′-二甲基氨基丙基)-N-甲基]丙酰胺和3-[3-(二甲基氨基)丙基]丙酰胺，适用于制造顺磁性配合物，这类配合物在磁共振诊断应用中可用作造影剂。

欧洲专利(Gerkin等人，1997)公开了-类胺/酰胺催化剂，例如下列2种化合物：用于形成聚氨酯的用途。据报导，这些催化剂由于其与异氰酸酯的反应活性而具有低的挥发性。