[发明专利]羟基官能三胺催化剂组合物及其应用

说明书

本发明涉及采用含羟基的叔胺作为催化剂生产聚氨酯。

聚氨酯泡沫是众所周知的，可用于机动车、住房及其他工业领域。此类泡沫材料的生产系通过多异氰酸酯在各种添加剂存在下与多元醇反应实现的。这类添加剂之一是一种含氯氟烃(CFC)发泡剂，它靠反应放热而蒸发，使聚合物料形成泡沫体。CFC破坏同温层臭氧的发现导致强制要求减少CFC的使用。因而，利用水和多异氰酸酯反应所产生的CO₂来发泡生产水发泡泡沫体变得日益受到重视。人们典型地采用叔胺催化剂来加快发泡(水和异氰酸酯反应生成CO₂)和胶凝作用(多元醇与异氰酸酯反应)。

在选择用于生产特定聚氨酯泡沫的催化剂时，叔胺催化剂选择性促进发泡或胶凝的能力是一项重要考虑因素。假如一种催化剂过分地促进了发泡反应，则在异氰酸酯尚未与多元醇充分反应时就有大量CO₂放出，于是CO₂会冲出配料体系，造成泡沫的塌陷。这样便生成劣质泡沫。相反地，假如催化剂过分强烈地促进胶凝反应，则相当大一部分CO₂会在聚合已进行到很高程度后才放出。同样地，会生成劣质泡沫，此时其特征是高密度、破裂或边界不清晰的泡孔以及其他不良特性。

通常，叔胺催化剂具有恶臭而令人厌恶，且许多因分子量低而具有高挥发性。在泡沫加工过程中释放出叔胺可能造成很大的安全和中毒事故，而从生产的消费品中放出残留胺一般是不希望的。

与对应的不含伯和/或仲羟基官能结构相比，含有羟基官能的胺催化剂典型地具有较低的挥发性和较小的气味。此外，含有反应期间与尿烷化学键合的羟基的催化剂，不会从最终制品中释放出去。体现此种规律的催化剂结构典型地具有低到中等活性，且在不同程度上对发泡(水-异氰酸酯)和胶凝(多元醇-异氰酸酯)反应均有促进作用。此种结构的实例见诸于下列参考文献：美国专利4,957,944、5,071,809和5,091,583。

在此种结构中，仲醇较好，因为这些催化剂呈现出促进活泼氢-异氰酸酯反应和其本身与异氰酸酯反应之间的理想的平衡。相比之下，含伯醇的催化剂与异氰酸酯反应迅速，故而需要用量高。虽然含有叔羟基的催化剂同异氰酸酯反应速率慢，但是生成的叔羟基聚氨酯热稳定性差。这些聚氨酯可能在远低于泡沫本身的分解温度下降解并释放出催化剂。随后游离出来的胺又会加剧泡沫的分解。

强烈促进水-异氰酸酯(发泡)反应的催化剂，对于制造多种聚氨酯泡沫是有利的。此类催化剂包括β-(N，N-二甲基氨基)烷基醚，尤其是二(二甲基氨基)乙基醚。美国专利4,338,408和4,433,170描述了结构上与二(二甲基氨基)乙基醚相关的低气味、高活性催化剂。尤其值得提出，2-[N-(二甲基氨基乙氧基乙基)-N-甲基氨基]乙醇，Texacat^ZF-10催化剂，是一种有效的发泡催化剂，尽管比二(二甲基氨基)乙基醚效果稍差。

线型、高甲基化二、三及多胺类也已知同样能促进水-异氰酸酯反应。

美国专利3,836,488披露采用三[2-(二甲基氨基)乙基]-胺作为催化剂，通过多异氰酸酯与含活泼氢的化合物反应制取聚氨酯。

美国专利4,143,003披露一种聚氨酯泡沫树脂的生产方法，其中使用了含有至少4个叔氮原子的线型多胺为催化剂。这种催化剂包括六甲基三亚乙基四胺和七甲基四亚乙基五胺。

美国专利5,039,713披露一种基本上由25-80％(重量)五甲基二亚乙基三胺和20-75％(重量)二(二甲基氨基丙基)甲基胺组成的发泡催化剂。

美国专利4,026,840披露，异氰酸与多元醇反应生成聚氨酯以及其聚合成多异氰尿酸酯均被对应于下式的某些羟烷基叔胺催化剂所促进：其中Y是CH₃或Z

Z是-CH₂-CH₂OH，以及

n是1或2。

欧洲专利0,469,545 A2(U.S.5,229,430)披露了一种用于生产聚氨酯的胺催化剂，含有下列通式的化合物：其中R₁、R₂和R₃分别独立地代表具有1-3个碳原子的烷基，

并且

n是0-3的整数。该胺催化剂在分子中含有仲羟基，且据说在聚氨酯树脂内不流失。

多胺的烯化氧加合物也用作生产聚氨酯的多元醇。