[发明专利]软质聚氨酯泡沫及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有优异耐候性及耐水洗涤变形特性，特别适用于服装用途的脂肪族异氰酸酯和/或脂环族异氰酸酯和/或异氰酸酯基不直接连接到芳环上的芳族异氰酸酯基聚氨酯泡沫及其制备方法。还涉及可用于所述方法中的反应体系及具体异氰酸酯活性组分组合物。

背景技术

软质聚氨酯泡沫被用于非常广泛的工业应用。它们通常通过在发泡剂、催化剂、硅氧烷基表面活性剂和其它添加剂存在下使有机多异氰酸酯与包含至少两个活泼氢原子的化合物反应来制备，所述活泼氢原子对异氰酸酯基是活泼的。所述含活泼氢的化合物通常为多元醇、多元伯胺和仲胺及水。聚氨酯泡沫制备，凝胶化和发泡过程中反应物之间的两个主要反应通过催化剂促进。该过程中这些反应必须同时且以相当平衡的速率进行以得到具有所需物理性能的聚氨酯泡沫。

甲苯二异氰酸酯(TDI)或二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)等类的芳族异氰酸酯因其较高的反应性，被广泛的使用于制备软质及硬质聚氨酯泡沫。由于脂肪族和脂环族异氰酸酯活性相对比芳族异氰酸酯低，脂肪族异氰酸酯或脂环族异氰酸酯极少被用来制备聚氨酯泡沫。

软质聚氨酯泡沫被广泛使用于服装用途，如1981年2月10日颁布给Riedler的美国专利4,250,137公开了利用华氏350-400度(摄氏176-204度)的高温模具将软质聚氨酯泡沫加热至其玻璃化转变温度(Tg)之上并压制、冷却定型，以作为内衣衬垫的方法。

使用芳族聚氨酯泡沫内衣衬垫或肩垫的主要问题在于芳族聚氨酯泡沫在照光或接触空气的光氧化过程中产生了导致变黄的二醌亚胺化合物而很快产生黄化变色，造成制造及使用的困扰。

使用芳族聚氨酯泡沫内衣衬垫的另一个挑战是其芳族胺排放问题。芳族聚氨酯泡沫在热成型过程中因受热而分解产生相应的芳族胺，而在洗涤过程中，随着水洗和烘干的过程，芳族聚氨酯泡沫亦会进行湿或热老化分解，泡沫中的氨基甲酸酯键和脲键会水解断裂形成相应的甲苯二胺(TDA)和二氨基二苯甲烷(MDA)等芳族胺。

甲苯二胺和二氨基二苯甲烷为引起公众关注的高毒性化合物和可能致癌物，IARC(国际癌症研究局)，NTP(美国国家毒性物质管制程序)，OSHA(美国劳工部的职业病害和安全健康管理局)等单位已将此类芳族胺列为致癌物质分类标准第2B类，为“已确认导致动物致癌”及“疑似或可能导致人体致癌”物质。EUROPUR(欧洲软质聚氨酯泡沫生产商协会，该协会成立于1966)于2007年宣布了一项称为“CertiPUR”的志愿项目。CertiPUR为强调该工业承诺其产品安全、健康和环境(SHE)性能的项目。为了与CertiPUR标准一致，对许多有害物质进行了限制或禁止。根据CertiPUR标准，聚氨酯泡沫中的2，4-TDA和4，4’-MDA总量和2，4-TDA和4，4’-MDA各自量的上限为5ppm，以泡沫重量计。

由于软质聚氨酯泡沫在服装应用领域具有其它材料无法替代的独特性能，因此需要开发不使用芳族异氰酸酯来制备软质聚氨酯泡沫的方法，以解决聚氨酯泡沫衬垫耐候性、耐水洗涤变形性及芳族胺安全性的顾虑。基于脂肪族和/或脂环族异氰酸酯的软质聚氨酯泡沫提供了针对这种需求的解决方法。

由于脂肪族和脂环族异氰酸酯的活性低许多，它们极少用于制备聚氨酯泡沫。集中在较强催化剂、更具活性多异氰酸酯组合物、采用高活性多元醇的多元醇组合物或其它生产方法选择上开发了仅很少几种合成方法来制备具有实用物理性能的脂肪族或脂环族异氰酸酯基聚氨酯泡沫。

1992年9月15日颁布给Morimoto等的美国专利申请5,147,897公开了采用脂肪族多异氰酸酯预聚物制备不黄变聚氨酯泡沫的两步法制程。所述方法包括在C₂-C₁₀烷酸的钾或钠盐或二氮双环烯烃催化剂存在下使脂肪族多异氰酸酯预聚物与0.4-5倍于异氰酸酯当量的水反应。所述预聚物为通过平均分子量为100-5,000的多元醇与1.4-2.6倍于羟基当量的脂肪族多异氰酸酯的加成聚合获得的脂肪族异氰酸酯封端预聚物。由于所得预聚物活性减小和粘度高，Morimoto等的方法不能用于制备密度低于80kg/m³的聚氨酯泡沫，此外，不能用于制备模塑泡沫。