[发明专利]以CO2为原料合成非异氰酸酯聚氨酯

说明书

【技术领域】

本发明涉及新型非异氰酸酯聚氨酯合成技术，尤其是一种采用二氧化碳和多环氧化合物合成多环状碳酸酯，然后这种多环状碳酸酯与有机胺反应制备新型非异氰酸酯聚氨酯的方法及用于该方法的催化剂。

【背景技术】

聚氨酯(PU)是指分子链中含有多个氨酯键(-NH-COO-)的聚合物的总称。氨酯键一般由异氰酸酯基和羟基反应获得。聚氨酯在20世纪30年代由德国化学家O.Bayer发明以来，半个多世纪以来迅速用于制造泡沫塑料、纤维、弹性体、合成革、涂料、胶黏剂、铺装材料和医用材料等，广泛应用于交通、建筑、轻工、纺织、机电、航空、医疗卫生等领域。随着聚氨酯化学研究、产品制造和应用工艺技术的进步以及应用领域的不断扩宽，逐渐形成了目前世界上居第6大合成材料地位(P E，P P，P V C，P S，P E T，P U)的工业体系。近20多年来，聚氨酯产品品种、应用领域、产业规模迅速扩大，已成为发展最快的高分子合成材料工业之一。尤其近年来中国成为世界上聚氨酯发展最快的市场中心，同时生产、应用、研究开发的技术进展也突飞猛进。

据英国IAL咨询公司专家Angelar Austin在2006年3月欧洲UTECH国际聚氨酯会议上的报告，2000年世界聚氨酯产品总产量约为1000万t，2005年约为1370万t，预测2010年达1700万t。2000～2005年年均增长率6.7％，预测2005～2010年年均增长率4.2％。按照IAL的资料，中国1982年聚氨酯产量仅7000t，而到2005年达到290万t，年均增长率为25％，预计2010年将达到430万t，年均增长率为8.1％。

但是，异氰酸酯是对环境与人体健康有害的高毒性物质，特别是TD I，而且制备异氰酸酯的原料光气毒性更大，具体表现在原材料生产过程和涂料加工、涂装过程中。近年来随着人们环保、职业健康和安全意识的增强，引起社会极大的关注，相应的法律法规日益严格。在涂料中使用异氰酸酯材料，有种种局限性。如国标要求其中游离单体TDI、HDI的限量含量＜0.5％；多异氰酸酯对环境中湿气敏感，与水反应生成二氧化碳气体，导致涂层气泡和封闭性降低，从而影响其耐化学介质性和装饰性；聚氨酯的主链上固有的氨基甲酸酯键耐水解性有限，从而限制了PU涂料在重防腐领域的应用等等。在上述背景下，从20世纪90年代开始，化学工程界重视非异氰酸酯聚氨酯材料的开发和应用，涉及基础研究——环碳酸酯与胺等化学试剂的反应动力学；基础原材料环碳酸酯单体、低聚物、多元胺的开发；NIPU在塑料泡沫、涂料、橡胶及胶粘剂等领域的应用。其中美国Biotech公司在NIPU的研发中处于领先地位，在以色列已建立工业化生产基地。我国非异氰酸酯聚氨酯的开发还处于起步阶段，研究报道较少。

二氧化碳气体是大气中最主要的温室气体之一，近年来二氧化碳排放量不断增大，给环境造成了巨大的压力。但从资源的角度看，二氧化碳又是一种安全、无毒、丰富的碳资源，在二氧化碳的转化反应中最典型的一个催化过程就是利用CO₂和环氧化合物通过环加成反应合成含有羰基的环状碳酸酯。如果在反应和后处理过程中不使用任何有机溶剂，该反应将是一个标准的“原子经济”和“绿色化学”反应，反应物中所有的原子都得到了100％的利用，没有任何副产物产生。

【发明内容】

本发明提供一种合成新型非异氰酸酯聚氨酯的催化剂和方法，二氧化碳和多环氧化合物通过环加成反应合成多环状碳酸酯的反应能够在较温和的条件下，高效、环保、经济、工艺简单地实现。合成出的非异氰酸酯聚氨酯具有更高的水解稳定性、优秀的耐化学品性、低的渗透性、出色的胶粘性能和无孔隙性。

本发明的新型非异氰酸酯聚氨酯采用如下方法制备

1、将催化剂和多环氧化合物加入反应釜，通入二氧化碳，在反应压力，反应温度下生产多环状碳酸酯；

2、将多环状碳酸酯与有机伯胺反应，制备非异氰酸酯聚氨酯。

如1所述的催化剂是金属盐、咪唑类离子液体、吡啶类离子液体及季铵盐中的一种或几种形成的共催化体系