[发明专利]用于生产聚氨酯的催化剂

说明书

本文示出和描述了一种叔胺化合物。所述叔胺是异氰酸酯和在其分子中带有活性氢和双环叔胺的化合物的反应产物。已发现该叔胺化合物适合作为用于生产聚氨酯的催化剂。还示出和描述了在叔胺化合物存在下在异氰酸酯和醇的反应中使用所述叔胺化合物的方法。此外，还示出和描述了制备所述叔胺的方法。

技术领域

本发明涉及叔胺化合物。特别地，所述叔胺化合物来自单-、二-或多异氰酸酯与在其分子中带有双环叔胺和活性氢的化合物的反应。所述叔胺化合物可用作生产多孔或非多孔聚氨酯材料的催化剂。在其最广泛的方面，本发明在于在聚氨酯生产中使用特定种类的胺催化剂。

背景技术

在聚氨酯化学中，主要关注的是异氰酸酯与含有活性氢基团的化合物(如羟基、水、胺、尿素、尿烷等)的反应(The polyurethanes book,编辑David Randall和Steve Lee,John Willey&Sons,LTD,2002)。通常在发泡剂、催化剂、有机硅基表面活性剂和其他助剂如阻燃剂、抗静电和抗微生物添加剂、填料、水解稳定剂、润滑剂、UV稳定剂，颜料等存在下，聚氨酯泡沫是通过二异氰酸酯或多异氰酸酯与含有两个或多个活性氢的化合物反应生产的。含活性氢的化合物通常是多元醇、伯多胺和仲多胺、扩链剂、交联剂和水。在制备聚氨酯软质泡沫、凝胶化和发泡过程中，反应物中的催化剂促进了两个主要反应。这些反应必须在该过程中同时且以竞争平衡的速率进行，以产生具有所需物理特征的聚氨酯泡沫。

异氰酸酯与多元醇或多胺之间的反应，通常被称为凝胶反应，导致聚合物链生长，从而导致形成具有高分子量的聚合物。该反应在仅用物理发泡剂，特别是低沸点有机化合物吹制的泡沫中占主导地位。凝胶反应的进展增加了混合物的粘度，并且当使用交联剂、多官能多元醇或异氰酸酯时，通常有助于提高交联密度。第二个主要反应发生在异氰酸酯和水之间。该反应对于产生促进发泡的二氧化碳气体是重要的。结果，该反应通常被称为发泡反应(blow reaction)。发泡反应对于避免或减少辅助发泡剂的使用是必要的。

凝胶和发泡反应均发生在部分或完全地水发泡聚氨酯体系中。事实上，通过发泡反应原位产生二氧化碳在水发泡聚氨酯泡沫的制备中起着重要作用。水发泡聚氨酯泡沫，特别是柔性泡沫，是通过模塑(molded)和平板(slab)发泡方法生产的。

如上所述，为了获得良好的聚氨酯泡沫结构，凝胶和发泡反应必须同时并以最佳平衡速率进行。例如，如果与凝胶反应相比二氧化碳释放过快，则泡沫倾向于坍塌。或者，如果凝胶延伸反应与产生二氧化碳的发泡反应相比太快，则泡沫上升将受到限制，这导致高密度泡沫。而且，不均衡的交联反应将不利地影响泡沫稳定性。在实践中，这两个反应的平衡受到在该方法中使用的促进剂和催化剂(通常是胺和/或有机金属化合物)的性质的控制。

聚氨酯泡沫制剂通常包括多元醇、多异氰酸酯、水、任选的发泡剂(低沸点有机化合物或惰性气体，例如CO₂)、有机硅型表面活性剂和催化剂。例如，柔性泡沫通常是开孔材料，而硬质泡沫通常具有高比例的闭孔。

历史上，用于生产聚氨酯的催化剂有三种一般类型；叔胺(单叔胺和多叔胺)，有机金属化合物(主要是有机锡化合物)和锡、铋等的羧酸盐。有机锡催化剂主要有利于胶凝反应，而胺催化剂表现出更多变化的发泡/凝胶平衡。在柔性泡沫配方中使用锡催化剂也增加了闭孔的数量，从而有助于泡沫紧密。叔胺也可有效地作为聚合物链增长的催化剂，并可与有机锡催化剂组合使用。例如，在柔性块状泡沫塑料的制备中，使用“一步(one-shot)”方法，其中三亚乙基二胺用于促进水-异氰酸酯反应和聚合反应，而有机锡化合物以协同组合用于促进聚合反应。