[发明专利]一种脂肪族异氰酸酯的叔胺改性物及其制备方法和光稳定聚氨酯泡沫

说明书

本发明涉及一种脂肪族异氰酸酯的叔胺改性物及其制备方法和光稳定聚氨酯泡沫，通过向脂肪族异氰酸酯单体衍生物结构中引入含叔胺的分子侧链获得，该脂肪族异氰酸酯至少为2官能度。本发明所述脂肪族异氰酸酯的叔胺改性物具备自催化作用，可改善脂肪族异氰酸酯单体衍生物的反应活性。使用本发明所述的脂肪族异氰酸酯的叔胺改性物制备聚氨酯泡沫时，可使泡沫体系具备良好的成型性和后熟化性能，泡沫具有良好的紫外线稳定性和优异的拉伸性能、承载能力、弹性和尺寸稳定性。

技术领域

本发明涉及一种脂肪族异氰酸酯的叔胺改性物及其制备方法及由该脂肪族异氰酸酯的叔胺改性物制备的光稳定聚氨酯泡沫。

背景技术

聚氨酯泡沫由于其性能较好、原料易得及制造方法简便等而被广泛用于社会各行业。通常人们使用甲苯二异氰酸酯(TDI)或二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)等芳香族系多异氰酸酯作为主要原料来制造聚氨酯泡沫。但芳香族多异氰酸酯制造的泡沫在光照、湿热等环境因素下易老化，具体表现为容易变黄，给下游用户带来制造和使用上的困扰。这主要是芳香族氨酯键在紫外线照射或湿热条件下易分解生成芳族胺并与苯环产生共振重排，生成共轭式结构的生色团所致。

脂肪族异氰酸酯分子结构中不含芳香环，故采用其作为主要原料来制备聚氨酯泡沫体，其制备的聚氨酯泡沫具有良好的光稳定性。常见的脂肪族异氰酸酯单体主要有异佛尔酮二异氰酸酯(以下简称IPDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(以下简称H12MDI)或六亚甲基二异氰酸酯(以下简称HDI)等。

与芳香族异氰酸酯相比，但使用脂肪族异氰酸酯作为主要原料来制备聚氨酯泡沫体存在很大的技术难点。因为脂肪族异氰酸酯的活性较低，采用常规的常温单体一步法发泡工艺生产泡沫时，泡沫易粉化、塌泡。因为端羟基的多元醇的活性不足以在发泡过程中提供足够的扩链速度，并且现有聚氨酯催化剂并不能高效的催化脂肪族异氰酸酯与多元醇之间的扩链反应，故泡沫体系的凝胶强度不足以支撑泡沫的泡孔结构。

脂肪族异氰酸酯单体一步法发泡的难点在于常温下脂肪族异氰酸酯单体活性较低，异氰酸酯基与羟基之间的凝胶反应进行较慢。而常规的泡沫体系一般在2～3min内即完成生长并定型，在此短时间内脂肪族异氰酸酯单体与羟基高聚物形成的聚氨酯分子“骨架”的强度不足以支撑泡沫的泡孔结构，从而导致塌泡。即便是通过模具发泡技术使泡沫定型，但其物理性能非常低，这也是脂肪族异氰酸酯基与羟基之间的反应不够完全导致的。

在中国专利CN101157747中，采用脂肪或脂环族异氰酸酯单体或其二聚体/三聚体的混合物与三种多元醇组分的混合物，在有机锡类、二氮杂双环烯类催化剂的作用下进行一步法发泡，但泡沫的拉伸性能较低，限制其应用。

在美国专利US6242555中，采用喷射模塑法(RIM)制备微孔或无孔的不发黄弹性、挠性或半挠性聚氨基甲酸乙酯，其密度至少为900Kg/m3。该发明使用IPDI三聚体/单体混合物，在选自有机铅、有机铋和有机锡催化剂的存在下与异氰酸酯反应性组合物反应，所述混合物含有24.5-34％的NCO。该发明提供一种制备不发黄聚氨基甲酸乙酯材料的方法。但该发明只能用于反应注射模塑法和用于制造致密的模塑组件。

聚氨酯泡沫的制备过程有几个重要的时间指标：起发时间，生长时间，定型时间和后熟化时间。为保证生产效率，起发时间到定型时间的跨度较小，一般不会超过5min。此时，虽然泡沫体已经具备相对稳定的外形尺寸，但整个体系的反应还没有进行完全，泡沫的物性也没有达到设计值。因此，从生产线上制备好的具有一定形状的泡沫需要放置在特定场所进行后熟化，使体系中残留的异氰酸酯基团和羟基或胺基持续反应，生成一定长度或交联度的聚氨酯分子链段，此时泡沫的物性达到最佳。故后熟化阶段是影响泡沫物性的最要阶段。

与芳香族异氰酸酯相比，脂肪族异氰酸酯活性较低，泡沫的整体后熟化反应程度较低，导致所形成的聚氨酯链段较短，降低泡沫的物性，引发力学性能不足，耐久性、耐老化较差等问题。

为了解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案。

发明内容