[发明专利]用于低密度聚氨酯泡沫塑料的异氰酸酯组合物

说明书

本发明涉及用于制备聚氨酯泡沫塑料的多异氰酸酯组合物。更具体地说，本发明涉及制备特别适合现场灌铸(pour-in-place)包装用途的低密度聚氨酯泡沫塑料用的异氰酸酯封端预聚物。

聚氨酯泡沫塑料是采用喷射发泡机通过2股化学物流之间的混合及反应制备的。一股包含异氰酸酯组分，而另一股则包含异氰酸酯活性化合物、发泡剂、催化剂、表面活性剂、加工助剂以及其他添加剂。有关聚氨酯泡沫塑料所使用的原料、生产技术、性能及最终用途的综述发表在《ICI聚氨酯全书》，George Woods编，John Wiley & Sons出版公司(1987)，以及《聚氨酯手册》，Gunter Oertel编，Hanser公司出版(1985)。聚氨酯泡沫塑料广泛应用于各种领域，包括包装、汽车、家具、建筑及设备。在这些领域中，许多，如果不是全部的话，对聚氨酯泡沫塑料的环境兼容性给予越来越多的关注。

各种用途普遍遇到的两个共同环境课题是：为保护资源要求采用低密度，以及使用不消耗臭氧的发泡剂以保护地球臭氧层。这就是说，在许多聚氨酯泡沫体配方中更多地使用水。这是因为，水与异氰酸酯在泡沫体制造条件下反应放出二氧化碳。在泡沫体配方中更多地使用水，可减少为降低泡沫体密度通常使用的其他消耗臭氧的发泡剂的用量。这种水用量的增加会导致异氰酸酯活性化合物、催化剂、表面活性剂以及其他添加剂相应的许多改变。这些改变常常会降低各自与异氰酸酯物流的相容性。聚氨酯泡沫体配方中2股物流之间的不相容或者相容性的降低，会给制成的泡沫体质量带来许多问题。局部或整个泡沫体的塌瘪、泡沫体不均匀(即，条纹)、泡沫体粗糙以及大空洞，就是与缺乏相容性有关的一些问题。此类问题将影响到泡沫体在最终使用中的性能。

用于运输或贮存期间保护易碎或精细物品的现场灌铸包装就是这类用途之一，此时，要求制造出密度极低，最经常小于1pcf(磅/立方英尺)的泡沫体并用水作为唯一或主要的发泡剂。此种泡沫体具有多项优点，包括抗震性极佳且重量较轻。在现场灌铸包装用配方中采用较高用量的水已日益普遍。

以水为发泡剂制备聚氨酯泡沫体所使用的配方是众所周知的。美国专利5,534,185及5,374,667涉及无氯氟烃、低密度聚氨酯泡沫体的制备。这些专利公开液态多异氰酸酯混合物，它包含如下成分的混合物的反应产物：(a)二苯基甲烷二异氰酸酯及聚苯基聚亚甲基多异氰酸酯与(b)至少1种聚氧丙烯-聚氧乙烯多元醇。该液态多异氰酸酯混合物与异氰酸酯活性材料起反应，生成泡沫体。这些专利中所使用的液态多异氰酸酯组分具有的NCO值为约22～30％。

类似地，美国专利5,114,989公开了用于制备软聚氨酯泡沫塑料的异氰酸酯封端预聚物，它是通过包含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起反应制备的。制成的预聚物具有5～31wt％的NCO含量。该预聚物与水反应生成泡沫体。

美国专利5,175,195公开了一种软聚氨酯泡沫体的制备方法，包括多异氰酸酯的反应，该多异氰酸酯是一种由二苯基甲烷二异氰酸酯和亚烷基多元醇起反应制备的异氰酸酯封端预聚物与聚苯基甲烷-多异氰酸酯的混合物。该预聚物与水及含氢化合物起反应生成泡沫体。预聚物具有26.5％的NCO含量。

虽然上述专利中每一项均公开用水作为发泡剂制备泡沫体，但是，它们在实际使用中都暴露出一些缺点。采用高用量水和/或采用低压喷射发泡机(以提供较低密度的泡沫体)来加工此种体系的尝试，所获得的结果都具有因异氰酸酯与水的相容性所带来的各种缺陷。与相容性有关的泡沫体质量问题，如泡沫体塌瘪或收缩、泡沫体粗糙以及显著大的空洞，会对泡沫体在包装领域的应用产生负面影响。

由此可见，需要一种用于生产聚氨酯泡沫塑料的多异氰酸酯组合物，它生产出的泡沫体密度低，而且不含消耗臭氧的发泡剂。

还可以看出，需要这样一种组合物，它在传统泡沫体成形设备上能生产出品质极佳而且没有上面提到的种种结构缺陷的聚氨酯泡沫塑料。

因此，本发明的目的是提供一种多异氰酸酯预聚物，它可在不使用消耗臭氧的发泡剂的条件下用来获得高品质、低密度泡沫塑料。

本发明涉及一种NCO含量大于约31～约33.5wt％的异氰酸酯封端预聚物，它包含：

(a)聚亚苯基聚亚甲基多异氰酸酯，包含

(i)约30～约100wt％二苯基甲烷二异氰酸酯，以及

(ii)其余数量选自下列的组分：基本为聚亚苯基聚亚甲基多异氰酸酯的更高级同系物、含异氰酸酯的酯基团、脲基、缩二脲基团、脂族基团、碳化二亚胺基团、异氰脲酸酯基团、缩脲二酮(uretdione)基团及氨基甲酸酯基团；以及