[发明专利]使用高含量的天然油基多元醇制备的反应注射模塑的聚氨酯

说明书

本申请要求2007年9月4日提交的美国临时申请60/967,417的优先权。

本发明涉及反应注射模塑的聚氨酯和/或聚脲聚合物。

反应注射模塑(RIM)是一种这样的方法，其中将液态树脂前体材料一起置于高剪切条件下，然后立即注射到模具腔中，在此它们快速固化而形成模塑的高分子量聚合物。RIM方法通常用于制备聚氨酯、聚脲和聚氨酯-脲模塑的制品如汽车外部部件如车身面板、覆层以及前部和后部仪表板。当需要短的循环时间时和在制备大的部件时，RIM加工通常是有利的。RIM加工方法可以用于制备泡沫制品，但是最常用于制备主要为非多孔或者至多为微孔的部件。这些部件的密度通常为至少0.6g/cc，并且更通常为至少0.95g/cc。

聚氨酯RIM制剂通常包含一种或多种高当量聚醚，至少一种增链剂材料和至少一种聚异氰酸酯。聚醚通常为羟基-或胺-封端的环氧丙烷聚合物或环氧丙烷和环氧乙烷的共聚物。

在开发越来越多地基于由每年可再生的原料制备的原材料的塑料材料方面的兴趣在日益增加。这些新原材料可以代替由化石燃料如油和天然气制备的现有材料。油气原料的成本和可获得性由于地缘政治因素，大的亚洲经济的发展和这些材料的全球储量的逐渐消耗而变得越来越不稳定。这种趋向被预计将在本世纪继续。

植物油和动物脂肪作为潜在的替代原料已经被检验。在聚氨酯工业中，已经基于从植物油得到的脂肪酸开发了替代性的多元醇。这些多元醇是作为在各种聚氨酯体系中的聚醚的替代品被描述的。蓖麻油已经在一些体系中用于制备聚氨酯。如在美国公布专利申请2002/0121328、2002/0119321和2002/0090488中所述的“吹制”植物油已经被提出用于制备各种聚氨酯。在美国专利4,423,162、4,496,487和4,543,369中，某些羟甲基化的多元醇被描述为可用于制备各种硬质聚氨酯。

最近，一类羟甲基化的聚酯已经被引入作为用于聚氨酯的原材料。在例如WO 04/096882、WO 04/096883、WO 06/047432、WO 06/047431、WO06/047434和WO 06/118995中描述了这些羟甲基化的聚酯。它们基于可由各种植物和动物来源得到的不饱和脂肪酸。主要的商业化集中在软质聚氨酯块状泡沫塑料，但是上述专利申请的一些描述了使用羟甲基化的聚酯来制备聚氨酯分散体和可用于RIM应用的聚氨酯预聚物。在RIM应用中，使用这些预聚物允许仅仅小比率的多元醇材料被替换，因为到目前为止，在RIM制剂中使用的多元醇的主体在制剂的“B”或多元醇一方。

羟甲基化的聚酯可以合理经济地制备并且已经被发现为具有有用的性能。但是，在大部分应用中，可以使用的羟甲基化的聚酯的量受到限制。在大部分应用中，在常规聚氨酯制剂中使用的聚醚的仅约10-50％可以被羟甲基化的聚酯代替。当代替更多的聚醚时，通常观察到聚氨酯的性能的显著损失。在其它情况下，当存在高含量的羟甲基化的聚酯时，经历加工方面的困难。由于这些原因，必需使用羟甲基化的聚酯和聚醚的共混物以制备商业上可接受的聚氨酯产品。因此，由每年可再生的资源得到的聚氨酯的比率增加了，但是并不像在更多的聚醚可以被羟甲化的多元醇代替的情况下能够达到的那么多。

在RIM应用中已经尝试了基于植物油的其它多元醇，但是同样仅有少部分的多元醇已经被成功地代替。这是部分由于对RIM体系的独特需求。RIM体系的特点主要在于该体系的极高反应性，严格的应用性能要求，并且在许多情况下需要制备在涂漆时具有与可以使用金属板获得的那些类似的高质量表面的部件。工艺的经济性要求这些体系必须充分固化以在从多元醇方和异氰酸酯方接触的时间起30秒内的区间内脱模。因此，RIM体系的反应性组分彼此必需是高反应性的。该体系通常被催化，以进一步增加反应速度。所需的快速反应性加上RIM部件趋向于是相当大的事实要求将多元醇方和聚异氰酸酯方在该体系开始凝胶化之前在约5秒以下的时间内混合并且完全注射到模具中。提前凝胶化可以导致部件中的美学缺陷，如合流线或未充满部分。

另外，RIM体系必须与在RIM体系中使用的辅助材料(如内部脱模剂)和各种填料(通常短或中等长度的纤维和/或粒状填料如云母)相容。内部脱模剂几乎始终用来使得将部分固化的RIM聚合物脱离模具变得更容易，而没有变形和撕裂。这些脱模剂的作用取决于将它们分散到多元醇中，然后遍布聚氨酯中的能力。固化的聚合物必须润湿并且附着到填料材料上以显示其物理性能。因为通常将填料预混到多元醇组分中，因此这些填料必须能够悬浮在多元醇组分中。

RIM体系中的多元醇一方还必须能够通过与少量的气体如氮气共混而“成核”。