[发明专利]一种基于非挥发型多功能性POSS基叔胺类催化剂及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种基于非挥发型多功能性POSS基叔胺类催化剂及其制备和应用，结构如式I所示。制备：利用了霍夫曼烷基化反应，将带有不同烷基链长度的卤代烷与八氨基POSS采用一锅法合成了具有不同链长的多功能杂化催化材料，本发明方法操作简单、反应材料易得，反应迅速，反应条件温和，所述的不挥发性反应型多功能POSS基叔胺类催化剂在制备低气味聚氨酯材料方面具有较好的应用前景。

技术领域

本发明属于不挥发型催化剂及其制备领域，特别涉及一种基于非挥发型多功能性POSS基叔胺类催化剂及其制备和应用。

背景技术

聚氨酯材料是一类产品形态多样的多用途合成树脂。聚氨酯和其他合成树脂不同的地方，是原料品种丰富、配方组合多，产品形式和应用领域非常广泛。在合成聚氨酯的过程中，催化剂起着重要的作用。它是嫁接反应原料和反应产物的桥梁。聚氨酯催化剂能提高反应速率，提高生产效率，选择性促进正反应、抑制副反应。在许多聚氨酯制品生产中，催化剂是一种常用的助剂，用量虽少，但作用很大。

叔胺催化剂聚氨酯生产过程中常用的催化剂。在聚氨酯使用过程中，由于胺催化剂的高挥发性，叔胺小分子会不断地从成品中迁移出来，发出恶臭的气味，从而对人体健康造成危害。聚氨酯材料因其良好的性能被广泛应用在汽车内饰、座椅等，但是聚氨酯中的胺类小分子催化剂会造成车内有气味，并且还会含有挥发性有机物(VOCs)。2017年J.D.Power发布了中国新车质量研究。研究显示中国汽车消费者对新车投诉最多的问题是车内有令人不愉快的气味，车内异味已成为用户痛点，改善刻不容缓。由环保部和国家质检总局联合制定的强制性国家标准《乘用车内空气质量评价指南》在2019年1月1日起开始正式执行。新标准进一步收紧了汽车内部空气中有害物质的限值。所有新定型的销售车辆必须严格执行该标准。因此使用低挥发、低VOCs的聚氨酯催化剂成为必然趋势。

目前小分子叔胺催化剂的替代品大致分为两种。第一种是带有活泼氢基团的反应性叔胺。CN201680038225.3“用于聚氨酯应用的反应性胺催化剂”得到了一种能够耐受最多120℃的温度的热稳定共价键的具有异氰酸酯反应性基团的叔胺催化剂。这种催化剂保持共价结合到泡沫上而没有叔胺催化剂逸出。从而得到了无胺排放的聚氨酯泡沫制品，解决了小分子叔胺逸出散发出的恶臭气味，但其合成方式复杂，产品成本较高。第二种则是大分子叔胺。CN201580017373.2“用于聚氨酯材料的吡咯烷类催化剂”合成了一些列吡咯类催化剂化合物，这样的催化剂用于生产高品质聚氨酯泡沫，同时也降低聚氨酯泡沫生产与使用过程中小分子胺对环境及人体产生的危害，但是此种催化剂只能应用于聚氨酯泡沫塑料中，应用范围较窄。

POSS作为一种新型的有机-无机杂化粒子，不仅同时具有无机组份和有机组分的优点，还具有两者协同效应产生的新性能，成为分子结构设计最具潜力的选择。基于POSS纳米粒子的小尺寸效应、界面与表面效应、量子效应等特性，将其引入聚合物中，可以赋予复合材料良好的热稳定性、较高的机械强度、耐高温、抗氧化及抗老化性，同时具有力学、光、介电、阻燃性等众多的优异性能，将其通过共聚或物理共混等方式引入到聚合物体系，使得它在改性聚合物方面具有其它普通无机纳米材料无可比拟的优势。使用大分子的叔胺催化剂是一种较好的催化剂。对于POSS基的引入有利于限制在使用的过程中催化剂被迁移出来，而且POSS基叔胺催化剂会赋予聚氨酯基体良好的热性能及机械性能。使得聚氨酯有着更加广泛的应用。现有专利技术并没有不挥发型多功能性POSS基叔胺类催化剂的制备方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于非挥发型多功能性POSS基叔胺类催化剂及其制备和应用，克服现有技术传统的叔胺类催化剂易散发的小分子产品，有令人恶的胺臭气味的缺点、常用的聚氨酯材料催化剂在使用的过程中产生令人不愉快气味的技术问题，本发明首先通过γ―氨丙基三乙氧基硅烷水解合成末端基团为氨基的笼形聚倍半硅氧烷(八氨基POSS)，然后通过霍夫曼烷基化反应将八氨基POSS与一端带有卤素原子的烷基链通过冷凝回流条件下反应，制备了一系列的不挥发型多功能性POSS基叔胺类催化剂。

本发明的一种如通式I所示POSS功能杂化材料，