[发明专利]聚氨酯及其制造方法

说明书

聚氨酯是通过以下制成的，在一个或多个反应步骤中使a)至少一种有机聚异氰酸酯、b‑1)一种或多种羟基当量重量大于250g/mol且标称羟基官能度为2至4的多元醇和b‑2)至少一种烷氧基化曼尼希碱反应，以生产出密度为至少750kg/m³并且硬段含量为20至80重量％的聚氨酯聚合物。

本发明涉及聚氨酯及制造它们的方法。

弹性聚氨酯广泛用于许多涂料、粘合剂、密封剂和弹性体(“CASE”)应用。

聚氨酯在许多情况下是有机聚异氰酸酯、端羟基增链剂和羟基当量重量大于250的聚醚多元醇的反应产物。聚醚多元醇通常具有对异氰酸酯基团反应缓慢的仲羟基。为此，反应通常被催化。最普遍的氨基甲酸酯催化剂是金属催化剂(诸如锡、汞和锌催化剂)以及低分子量胺催化剂(诸如某些叔胺和二氮杂化合物)。一般而言，已发现这些催化剂对于提供经济上可行的固化速率是必要的。

在一些情况下，消除催化剂是有益的，有重要原因。如果不需要催化剂，成本会降低。许多金属催化剂与环境和/或健康和安全问题有关。

若干问题与胺催化剂有关。它们通常是吸湿的并且有时是对湿气敏感的。非反应性低分子量胺催化剂通常具有一定的挥发性，并且可导致气味以及产品中挥发性有机化合物(VOC)的存在。此外，胺催化剂的存在通常减少前体(特别是端异氰酸酯预聚物)的保存期限。

此外，聚氨酯中的催化剂残余物可以催化(特别是在较高温度下)解聚反应。在固化产品的正常使用期间有时遇到这些较高的温度。有时聚氨酯用于高温环境或暴露于短暂的温度偏移。在其他情况下，聚氨酯用于外部和内部摩擦可将聚合物加热至高温的动态应用。暴露于高温可导致解聚，从而降低性能或导致材料失效。

需要一种在基本上不存在金属和/或低分子量的胺氨基甲酸酯催化剂的情况下制造聚氨酯的方法。所述方法应在相当短的固化时间内生产出具有良好性质和良好高温稳定性的聚氨酯。在这个过程中生产的聚氨酯优选具有良好的高温性质。

本发明的一个方面是一种密度为至少750kg/m³的聚氨酯聚合物，其为包括以下的反应物的反应产物：

a)至少一种有机聚异氰酸酯和

b)多元醇，其包括

b-1)一种或多种羟基当量重量大于250g/mol且标称羟基官能度为2至4的多元醇和

b-2)一种或多种羟基当量重量为至多250的多元醇，其中至少50重量％的b-2)是至少一种平均羟基官能度为2至7的烷氧基化曼尼希碱；

其中聚氨酯聚合物的硬段含量为聚氨酯聚合物的20-80重量％。

本发明还是一种用于制造聚氨酯聚合物的方法，其包括在一个或多个步骤中使反应物反应，所述步骤包括异氰酸酯指数为90至150的最终固化步骤，所述反应物包括

a)至少一种有机聚异氰酸酯；和

b)多元醇，其包括b-1)至少一种羟基当量重量大于250g/mol的多元醇，和b-2)一种或多种羟基当量重量为至多250的多元醇，其中至少50重量％的b-2)是至少一种平均羟基官能度为2至7的烷氧基化曼尼希碱；

其中聚氨酯聚合物的硬段含量为聚氨酯聚合物的20-80重量％，并且聚氨酯聚合物的密度为至少750kg/m³。

本发明具有重要的优势。即使在不存在金属和/或胺氨基甲酸酯催化剂的情况下，烷氧基化曼尼希碱对异氰酸酯基团的反应也以商业上有用的速率进行；因此，此类催化剂可以被消除或仅以非常少的量使用。聚氨酯聚合物具有良好的机械和热性质，在一些情况下优于用其他不含胺基团的交联剂或固化剂制成的聚合物。可以生产出空隙体积非常低的聚氨酯。聚合物的热性质意外地好。