[发明专利]由含有羟基的脂肪酸酰胺制备的聚氨酯

说明书

本申请要求在2005年8月3日提出的美国临时申请No.60/705,086的权益。

技术领域

本发明涉及聚氨酯聚合物以及制备该聚合物的方法。

背景技术

通过多异氰酸酯与多元醇的反应制备聚氨酯。一种聚氨酯，硬质聚氨酯泡沫，被广泛用于隔热和结构应用(structural applications)。制备该硬质聚氨酯泡沫所使用的起始材料趋向于为低当量、高官能度的多元醇和高官能度的多异氰酸酯，因为这些材料提供高度交联的(densely crosslinked)聚合结构。多元醇最通常为衍生自石油原料的聚醚和聚酯。已采用蓖麻油或蓖麻油副产物制备了硬质聚氨酯泡沫。

用于硬质泡沫的多元醇必须符合几个要求。它们为聚合物结构和形成具有必需的力学属性(mechanical attribute)的泡沫提供所需的交联。所述多元醇必须与配方中的其他组分反应以形成具有细致均匀的胞状结构(cell structure)的泡沫。当将泡沫用于隔热应用的时候尤其如此。为完成这一点，所述多元醇必须与配方中的其他组分，特别是水和多异氰酸酯适度相容。尤其需要的是多元醇可与现有的表面活性剂和催化剂包(catalyst packages)一起使用。所述多元醇应为足够反应性的以使泡沫快速产生和固化，无需太高的催化剂水平，而仍然提供良好的加工性(processing)并得到高质量的泡沫。

由于不可预知的原油定价和持续增长的寻找替代原料以制备化工产品(commodity chemicals)的需要，用更新的材料(其使用可再生原料如植物油或动物脂制备)替代传统的多元醇引起了人们的关注。

在EP0 106 491 A2中描述了一种制造基于植物油的多元醇的方法。羟甲基化某些脂肪酸混合物，通过使羟甲基化的材料与多羟基引发剂反应形成酯。最近，已开发出这些材料的更高官能度的变型(higherfunctionality versions)，如WO 04/096882A和WO 04/096883A中所述。将这些多元醇描述为可用于软质泡沫(flexible foam)和其他弹性聚氨酯应用。

将羟甲基化的脂肪酸与链烷醇胺的酰胺用于制备硬质聚氨酯泡沫已有描述。见Khoe等人，“Polyurethane Foams form HydroxymethylatedFatty Diethanolamides”，J.Amer.Oil Chemists’Society 50：331-333(1973)。使用Freon 11做发泡剂制备此处所述的泡沫。Khoe等人报道了在该配方中，当将酰胺化合物用作唯一的多元醇时，产生尺寸稳定性不足的泡沫。

在如GB1248919中描述了其他基于植物油的多元醇。在植物油与链烷醇胺(如三乙醇胺)的反应中制备这些多元醇，以形成甘油单酯、甘油二酯、链烷醇胺与来自植物油的脂肪酸基团的反应产物的混合物。这些材料在分子的甘油和链烷醇胺部分具有自由羟基基团(freehydroxyl groups)。将所述自由羟基基团乙氧基化，以增大反应性和提供某种程度上更亲水的特性。这使得产物与含有水作为发泡剂的泡沫配方更相容。该产物倾向于具有185至200的羟基数，其对应于约280至305的羟基当量，和约2.3的官能度。为制备质量好的硬质聚氨酯泡沫，所述当量倾向于高于优选量，且所述官能度低于所需量。

提供基于年度可再生的原料(如植物油，其可用于制备质量好的硬质聚氨酯泡沫)的多元醇是所需的。提供使用大部分衍生自年度可再生原料的原材料制备的聚氨酯泡沫是所需的。

发明内容

一方面，本发明涉及制备聚氨酯的方法，其包括：

(a)通过将多元醇或其混合物与多异氰酸酯化合物混合，形成反应混合物，其中所述多元醇或多元醇混合物包括一种或多种化合物，所述化合物具有(1)具有至少一个键合到酰胺基团的氮原子上的含有羟基的有机基团的酰胺基团，和(2)直接键合到酰胺基团或酯基团的羰基碳上的支链或直链C_7-23烃基团，其中该C_7-23烃基团被至少一个(i)(N-羟烷基)氨基烷基基团或(ii)含有羟基的酯基团取代；和(b)使反应混合物经受使其固化以形成聚氨酯的条件。

第二方面，本发明涉及制备聚氨酯的方法，其包括：