[发明专利]基于聚碳酸酯多元醇的聚氨酯和聚氨酯脲弹性体

说明书

相关专利申请的交叉引用

本专利申请基于35U.S.C.§119(a)-(d)要求享有于2007年7月11日提交的德国专利申请No.10 2007 032 343.5的优先权 

发明背景

本发明涉及高质量聚氨酯(PU)弹性体和聚氨酯脲弹性体，它们显示出特殊应用所需的加工性能、抗氧化性能、机械和机械/动力性能的独特结合。这些聚氨酯弹性体和聚氨酯脲弹性体都基于新型聚碳酸酯多元醇。 

聚氨酯弹性体于60多年前由Bayer MaterialScience AG以商品名Vulkollan首次销售，其基于1，5-萘二异氰酸酯(NDI，可从Bayer MaterialScienceAG商购)、长链聚酯多元醇和短链烷二醇。 

除聚酯多元醇外、还可将聚醚多元醇、聚碳酸酯多元醇和聚醚酯多元醇用作长链多元醇。长链多元醇的选择主要由特定应用的要求决定。“定制性能(customised properties)”的概念也可用于该领域。例如，若耐水解性和低温性能为优先考虑，则采用聚醚多元醇。而聚酯多元醇相对于聚醚多元醇在机械性能和紫外稳定性方面具有优势。然而，它们的低耐微生物性是一个缺陷。聚碳酸酯多元醇在某种程度上结合了聚醚多元醇和聚酯多元醇的优点，但相比之下它们比较昂贵。 

聚碳酸酯多元醇的优点尤其在于它们的紫外稳定性、耐水解性和它们的机械性能。 

与聚醚多元醇相比，聚酯多元醇和聚碳酸酯多元醇及其混合型聚酯碳酸酯多元醇的缺点在于它们的低温性能通常不足。这应归于结构因素，和基于羰基提高的极性，这通常是指聚酯多元醇和聚碳酸酯多元醇都是部分结晶的，而聚醚多元醇，特别是作为商业上最大一类的环氧丙烷类聚醚多元醇是无定形的。对于部分结晶体系，玻璃化转变温度(T_g)和熔融温度(T_m)的关系如Beaman和Bayer所建立的已知经验法则所述(M D.Lechner，K.Gehrke和E.H.Nordmeier，Makromolekulare Chemie， Verlag 1993，第327页) 

T_g＝2/3T_m  (I) 

例如，若聚碳酸酯多元醇的部分结晶组分具有70℃(343°K)左右的熔融温度，则无定形区的玻璃化转变温度大小约为-43℃(230°K)。若聚碳酸酯多元醇作为柔性链段多元醇存在于多嵌段共聚聚氨酯中例如以热塑性聚氨酯弹性体(TPU)的形式或在结合形式中的聚氨酯浇铸弹性体，这些值大部分也适用。由此很显然，具有熔融温度尽可能低的聚碳酸酯多元醇是合乎要求的。一方面，它简化了操作，另一方面，由于玻璃化转变温度同样降低，导致操作温度范围扩展至更低温度。 

操作温度的上限由刚性链段的热性能(例如氨基甲酸乙酯、脲、异氰脲酸酯基团等等)决定，即存在于多异氰酸酯嵌块(building blocks)中的结构成分。 

使用1，6-己二醇作为用于聚碳酸酯多元醇或聚己二酸酯多元醇例如用于聚氨酯化学品的缺点在于提高了粘度以及其它方面等同的特性值(分子量和官能度)。 

已经进行了大量的努力以改变己二醇聚碳酸酯多元醇的熔融温度，它在工业上是对于聚氨酯弹性体最为重要的聚碳酸酯多元醇，以这样的方式来满足尽可能多的应用的特定要求。例如，在DE-A 3717060中，将部分的己二醇用己二醇醚单元代替，导致与纯的己二醇聚碳酸酯多元醇相比，降低的结晶比例，并且熔融温度也相应降低。然而，这些方法的缺点在于结合的醚基团对于抗氧化和热老化性能具有负面影响，其结果是导致一些重要应用不可行。 

H.Tanaka和M.Kunimura(Polymer Engineering and Science，vol.42，no.6，第1333页(2002))提出了一种消除至少上述缺点的方法，其通过使用1，6-己二醇和1，12-十二烷基二醇来制得共聚碳酸酯多元醇，它具有明显低于它们的均聚碳酸酯多元醇的熔融温度。通过他们使用的测量技术，他们测得己二醇聚碳酸酯多元醇的熔点为47.4℃，1，12-十二烷聚碳酸酯多元醇的熔点为65.5℃，而组成为70重量份数的己二醇及30重量份数的1，12-十二烷基二醇的共聚碳酸酯多元醇在29.1℃熔融。这说明熔融温度与均聚物相比分别降低了18.3℃和36.3℃。熔化热值[J/g]表现出类似的行为，当聚碳酸酯多元醇由70份己二醇和30份1，12-十二烷基二醇组成时显示出最小值。