[发明专利]聚脲纳米颗粒作为聚氨酯材料中的性能调节剂的用途

说明书

发明领域

本发明涉及颗粒材料和/或颗粒材料的分散液。

更特别地，本发明涉及细聚脲颗粒形式的颗粒材料，优选具有纳米尺寸大小(纳米颗粒)，和它们在制造包含聚氨酯的材料的生产过程中的用途。

所述聚脲颗粒在制造聚氨酯弹性泡沫(板材或模塑)和聚氨酯弹性体的生产过程中用作性能调节剂。更特别地，所述聚脲颗粒用于提高机械性能，例如抗撕强度、模量和压缩硬度。

发明背景

通过将多异氰酸酯、一种或多种聚醚多元醇和水反应制备弹性聚氨酯泡沫的方法已被广泛描述。

弹性聚氨酯泡沫通常不具有足够的负荷承受性能。为了提供具有提高的负荷承受性能的这些泡沫，通常使用多元醇，其包含分散在其中的颗粒材料。这些多元醇的实例是所谓的SAN基聚合物多元醇、PIPA-多元醇和PHD-多元醇。如果颗粒材料具有相当大平均粒径的颗粒(微米尺寸颗粒)，则仅获得每重量单位低的表面积和有限的界面相互作用。由于低表面积和有限的界面相互作用，仅可获得每重量单位低潜力的机械增强。

在现有技术中，公开了聚氨酯/聚脲颗粒，特别是聚氨酯/聚脲纳米颗粒。例如，US 2006/0128885A1公开了制造在粒径分布上具有两个离散最大值的聚氨酯-聚脲颗粒的方法，由至少两个不连续的阶段组成，以分批模式实施。在第一个步骤，水中携带的胺添加到预聚物中，即多异氰酸酯和多元醇的反应产物中，在丙酮中携带所述多异氰酸酯。在初始反应后，添加水以完成聚氨酯-聚脲颗粒的形成。在另一步骤中，大量的丙酮被蒸发。

EP 418039公开了用于制备PIPA-多元醇的方法和使用这些PIPA-多元醇制备弹性聚氨酯泡沫的方法。PIPA颗粒的尺寸落在两个离散范围内：一方面，100-700，优选100-400和更优选100-200nm；和另一方面200-大于1000，优选最多1000，更优选最多800nm。实施例2，样品7显示了800和大于1000nm的粒径。当重复实验时，平均粒径测定为1.7μm。

在弹性聚氨酯泡沫制备中相对小的(最多0.3μm)脲聚集物的形成本身为已知的；见Journal of Applied Polymer Science，卷35，601-629(1988)，J.P.Armistead等人和Journal of Cellular Plastics，卷30，144页，(1994年3月)，R.D.Priester等人。

直到最近人们相信通过增加脲的硬相含量，其它的重要性质如回弹性、滞变现象和压缩形变将受损；见Polyurethanes Expo’98，1998年9月17-20日，227页，D.R.Gier等人。

EP 1305352公开了原位形成的颗粒材料具有相对大的平均粒径且包含脲和氨基甲酸酯基团。

现金技术水平的颗粒材料为具有聚氨酯和聚脲基团的颗粒，具有相对大的粒径且相当不均匀的粒度分布，这对它们的应用性产生了限制，如在用于配制聚氨酯泡沫的制剂中的增强添加剂。由于显著较小的表面积而和因此与(泡沫)基体较小的界面相互作用使效果受限，且用于形成泡沫的方法可受到不利影响。

形成泡沫的方法很可能受小粒径的颗粒材料影响，因为其大的表面积。

发明概要

本发明的目的为通过使用本发明的聚脲纳米颗粒提高聚氨酯材料的机械性能。所述聚脲颗粒几乎无氨基甲酸酯基团且具有窄的当量直径粒径分布。

更特别地，本发明的目的为使用所述聚脲颗粒来提高聚氨酯弹性泡沫和聚氨酯弹性体的机械性能。所述泡沫可根据板材或模塑方法生产。

以上目标通过本发明的方法完成。

本发明公开了纳米尺寸聚脲颗粒或纳米尺寸聚脲颗粒的分散液，其适合于改进聚氨酯材料的机械性能。所述颗粒经表征如下：

-50nm-700nm的纳米尺寸范围内的当量直径大小，和

-窄的当量直径粒径分布，其中d₉₀-d₁₀/d₅₀<3，优选<2，最优选<1.5和其中d₉₀为对应累积体积分布的第90个百分点的粒径，d₁₀为对应于累积体积分布的第10个百分点的粒径，和d₅₀为对应于累积体积分布的中值的粒径，和

-在所述颗粒中脲键与氨基甲酸酯键的比率为最小90:10，更优选99:1，最优选基于所述颗粒中脲+氨基甲酸酯键的总量计算的氨基甲酸酯键的量为<1%，和