[发明专利]减少聚氨酯泡沫的排放物

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年6月29日提交的美国申请No.61/502570的权益。申请No.61/502570的公开内容在此通过引用并入。

技术领域

本发明涉及制造开孔软质聚氨酯泡沫的方法，所述方法包括选择某些羧酸与特定类型的具有异氰酸酯反应性基团的叔胺胶凝催化剂组合，产生化学排放物相对低的泡沫。

背景技术

生产开孔软质聚氨酯泡沫需要使用各种添加剂，它们每一种都在决定产品的最终特性和物理性质中发挥关键作用。虽然这些添加剂在总制剂中占小百分比并且预期排放物是相对低的，但对成品中低挥发性有机物含量（VOC）的日益增长的环境要求对添加剂提出了较低排放物同时保持泡沫性能的额外要求。因此，关于聚氨酯泡沫制剂中存在的催化剂、表面活性剂和任何其它组分的排放物的日渐严格的检查已经变得更加普遍，并且这种趋势现在是全球性的。聚氨酯制造商需要没有排放物的添加剂，所述添加剂的性能与常规的环境友好性较低的标准产品一样好。众所周知，制造聚氨酯泡沫的常规制造程序需要使用排放性的添加剂。叔胺例如三亚乙基二胺和双(二甲基氨乙基)醚是工业中使用的生产聚氨酯泡沫的通用标准物。生产速度和最终物理性质是所述催化剂组合的反映。虽然这些催化剂被广泛使用，但由于这些产品的挥发性，存在若干环境和质量问题。

用于减少泡沫排放物的一种策略是基于在叔胺催化剂上引入能与异氰酸酯官能团反应的官能团。利用这种方式，叔胺催化剂将保持与聚氨酯聚合物共价结合，防止它释放到环境中。这种方式可能具有一些局限性，因为所述官能化叔胺可与异氰酸酯过早反应，造成不想要的副作用，例如聚合物链终止，这将导致物理性质差、开孔过多或泡沫塌陷、或者过度交联，后者可导致广泛的收缩和尺寸稳定性差。减少气味和排放物的另一种备选方式是基于利用具有增加的分子量和/或极性的材料。产品例如二甲基氨丙基脲、双(二甲基氨丙基)脲、双(二甲基氨丙基)胺和N,N-双(二甲基氨丙基)-N-(2-羟丙基)胺可提供与行业标准相比可接受的物理性质，然而大多数常规的反应性催化剂不能始终达到现今消费者和制造商的要求。利用这些催化剂可显著减少泡沫的总排放物。然而，产生的成品决不是没有排放物的，并且根据VDA278检测方法，VOC和（FOG）值可达到数百ppm。

当制造软质聚氨酯泡沫时，通常向聚氨酯制剂添加羧酸，以减慢所述叔胺的活性并防止粘度快速增加，这使得模具填充操作更加有效，特别是在需要复杂的形状和几何形状的模具的情况下。这种方式允许填充小的空洞和空隙，将有缺陷的制品数量降至最小。最常用于这种目的的酸是一元酸，例如乙酸、丙酸、丁酸、己酸、2-乙基己酸等等。然而，已知这些酸与所述聚合物的结合弱，因此即使在含有异氰酸酯反应性官能团的叔胺存在下也产生显著的排放物。用于最小化来自酸的排放物的典型策略与已经描述的对叔胺催化剂的相似。换句话说，使用含有能与异氰酸酯反应的官能团的羧酸可让所述羧酸固定在聚氨酯聚合物中。然而，这种方式的局限性与已经描述的非排放性叔胺的局限性类似。所述官能化羧酸可与异氰酸酯反应，引起不想要的效果，例如取决于官能化酸的选择，导致聚合物链终止，其将导致物理性质差、过度开孔或泡沫塌陷、以及可导致过度收缩和尺寸稳定性差的过度交联。

美国专利公布No.US2007/0197760A1公开了用于生产聚氨酯的催化剂，它是非腐蚀性的并且表现出有效的催化剂作用延迟。所述催化剂包含排放性叔胺与饱和羧酸的混合物，所述羧酸由通式HOOC-(CH₂)_n-COOH表示，其中n是2至14的整数。然而，US2007/0197760A1中使用的催化剂与酸的组合产生具有高排放物的泡沫。

美国专利No6,387,972公开了提高聚氨酯泡沫性能的改进方法。聚氨酯泡沫通过多异氰酸酯与多官能异氰酸酯反应性组分之间的反应而制备，其中所述反应在催化剂存在下进行，所述催化剂由以下组分构成：（a）特定的反应性叔胺催化剂，选自双(二甲基氨丙基)氨基-2-丙醇、双(二甲基氨丙基)胺、二甲基氨丙基二丙醇胺、双(二甲基氨基)-2-丙醇、N,N,N'-三甲基-N'-羟乙基-双(氨乙基)醚及其混合物；和（b）特定的反应性叔胺化合物的至少一种羧酸盐，所述羧酸盐选自羟基羧酸盐和卤代羧酸盐。所述羟基羧酸由于它与异氰酸酯的反应引起的固定化而产生排放物降低形式的泡沫。然而，这种方式的缺点在于需要过量异氰酸酯来使所述酸固定化，而这种反应不利地影响聚氨酯泡沫的物理性质。此外，固定化的酸不能自由迁移通过所述泡沫，使得它是无效的封闭剂。