[发明专利]由异氰酸酯终止的预聚物的制备方法

说明书

本发明涉及由异氰酸酯终止的预聚物以及用其制造聚氨酯制品(特别是挠性聚氨酯泡沫)的方法。

聚氨酯泡沫一般是在反应条件下将含有异氰酸根基团的物质与含有带氢原子的基团(这种氢原子能和异氰酸根反应)的物质紧密混合而制得的。含有能与异氰酸根反应的氢原子的物质一般是多元醇(polyahl)，可以是由胺或亚胺所终止的聚醚多元醇，聚酯多元醇，特别是普通的聚醚多元醇。所说的异氰酸酯一般是有机的多异氰酸酯，特别是芳香族的多异氰酸酯(如甲苯二异氰酸)或(多)亚甲基桥连的多异氰酸酯(如亚甲基二苯基二异氰酸酯，即MDI)。

在制备挠性开孔型聚氨酯泡沫时，采用多异氰酸酯或含有大量二异氰酸酯的多异氰酸酯组合物比较有利，这样可以限制聚合物网架结构内的交联并提供所希望的物理性质(如延伸性能)。就所得到的泡沫(材料)的物理性质而言，在制造聚氨酯泡沫时使用4，4′-亚甲基二苯基二异氰酸酯是特别适宜的。

在使用亚甲基桥连的二异氰酸酯(如亚甲基二苯基二异氰酸酯MDI，特别是其4，4′-异构体)的情况下，制备泡沫时会遇到操作处理方面的问题。4，4′-异构体在室温下为固体，因此在以其较纯的状态使用时，要求泡沫的制备在升温下进行。为了克服这一问题，从已往的技术中已知可用含有4，4′-MDI的多异氰酸酯和/或二异氰酸酯的共混物进行操作(例如可参见美国专利第4,256,849号)。克服这种处理上的不便之处的另一种方法是用4，4′-MDI制备由异氰酸酯所终止的预聚物，从而降低它在室温或低温下固化的倾向。

由异氰酸酯所终止的预聚物一般是用摩尔数大大过量的适宜的异氰酸酯与含有活泼氢的化合物反应而制备的。这种含活泼氢的化合物通常是不同分子量的双官能团或三官能团的化合物，特别是聚醚多元醇。含活泼氢的化合物的选择要考虑所得到的泡沫希望具有何种物理性质。例如，在制备挠性聚氨酯泡沫(被称作“冷固化”泡沫)时，需要采用含有氧乙烯基的聚醚多元醇。这种泡沫被称作“冷固化”泡沫是因为将其从模子中取出时不再需要加热泡沫以加速聚合物的固化。这种“冷固化”泡沫一般可以在较短的时间内进行处理而不含有明显变形的危险。

专利公开EP22,617号中介绍了用含有预聚物的有机多异氰酸酯组合物的反应而制备“冷固化”挠性聚氨酯泡沫的方法，这种预聚物是由亚甲基二苯基二异氰酸酯与聚氧化烯二醇或三醇(含有至少50％(重量)的无规分布的氧乙烯基，羟基当量为1,000至2,000)反应而制得的。尽管这种预聚物基本上克服了与4，4′-MDI有关的操作处理方面的问题，并能提供具有可接受的物理性质的泡沫材料。但是仍然希望进一步改善泡沫的性能以满足更多的工业要求。特别是希望在保持总体可以接受的物理特性(如泡沫内部结构的开孔程度)的情况下，改善其延伸性能。

为此目的，研究了用其它聚氧化烯多元醇制备由异氰酸酯所终止的预聚物及用它制备聚氨酯泡沫。

出乎意料的是，现已发现为了改进泡沫材料的性能(特别是延伸性能)，在选择聚氧化烯多元醇时必须同时考虑其中的羟基当量和氧化烯基含量。

本发明的第一个方面涉及由异氰酸酯所终止的预聚物，这种预聚物用含有至少40％(重量)的4，4′-亚甲基二苯基二异氰酸酯的多异氰酸酯与聚氧化烯多元醇反应而制备，其中多元醇的平均官能度为2至4，羟基当量为2,200至3,500，所含氧乙烯基的量为40％至68％(重量)。

本发明的第二个方面涉及在反应条件下使下列组成的各组分充分混合而制备聚氨酯泡沫的方法：

(a)含有由异氰酸酯所终止的预聚物的聚异氰酸酯组合物，这种预聚物是由多异氰酸酯(含4，4′-亚甲基二苯基二异氰酸酯的量至少为40％(重量))与聚氧化烯多元醇反应而制备的，其中多元醇的平均官能度为2至4，羟基当量为2,200至3,500，所含氧乙烯基的量为40％至68％(重量)；

(b)含有活泼氢的组合物，其中包含(1)高当量的能与异氰酸根反应的物质，(2)发泡剂，和(3)促进氨酯基团(urethane group)生成的催化剂。其中组分(a)的量应为能为组分(b)中的每一个活泼氢原子提供0.6至1.3个异氰酸根基团。

本发明还有第三个方面涉及按上述方法制得的开孔型聚氨酯泡沫，其平均密度为10至250公斤/每立方米。

本发明中的由异氰酸酯所终止的预聚物的特征可在于：异氰酸酯含量为5％至31％(重量)，10％较好，15％更好一些，25％更好，最好是28％(重量)至31％(重量)。