[发明专利]用于提高聚氨酯泡沫性能的添加剂

说明书

与相关申请的交叉引用

本申请要求2010年7月9日提交的美国临时申请号61/362964的权益。申请号61/362964的公开内容在此通过引用并入。

发明背景

本发明的主题内容涉及聚氨酯泡沫制剂和用于制造聚氨酯泡沫的方法。

开发能够改进聚氨酯泡沫的物理性质的添加剂的是极为重要的，因为这些添加剂能够使用更加环境友好的制造聚氨酯泡沫所必需的组分，而不损害最终产品的机械性能。聚氨酯泡沫通过在催化剂、典型为叔胺存在下多异氰酸酯与多元醇的反应来生产。不幸的是，叔胺催化剂可能是恶臭的，并且由于其低分子量而可能具有高挥发性。为了克服这个问题，聚氨酯制造商通过使用非挥发叔胺催化剂，设法获得了无胺排放的产品。叔胺在聚氨酯泡沫中的保留可能由所述胺的低挥发性造成，或者更典型情况下，如果叔胺含有异氰酸酯反应性基团，所述叔胺将变成聚氨酯聚合物的一部分。无论低挥发性是由于胺的固有性质还是由于它掺入到聚氨酯聚合物中，这些叔胺在最终产品中的存在可能使聚氨酯聚合物在暴露于热和潮湿时经历降解。

美国专利号4258141公开了使用氰酸衍生物制造软质聚氨酯泡沫的方法。所述方法涉及通过将二苯基甲烷二异氰酸酯与官能度大于2的多亚苯基多亚甲基多异氰酸酯的混合物(其中以所述混合物的总重量计含有40至90wt.％的二苯基甲烷二异氰酸酯)、多元醇、作为消焰剂的氰酸衍生物例如氰胺、双氰胺、胍、双胍、三聚氰胺、三聚氰酸烷基酯酰肼和酰胺、发泡剂以及可能的扩链剂和其他添加剂进行反应，来制造阻燃软质聚氨酯泡沫的方法。氰酸衍生物以基于异氰酸酯混合物的重量的10至70wt.％、优选20至50wt.％的量，向可发泡聚氨酯混合物添加。这些高的氰酸衍生物水平作为悬浮液向反应混合物添加，并且对于确保阻燃性来说是必需的。因此，根据该发明，在基于TDI的泡沫中需要至少4.6pphp氰基胍，在MDI泡沫中需要至少5.9pphp氰基胍。氰基胍在反应混合物中的不良溶解性要求将这种材料作为悬浮液而不是在溶液中分配。

美国专利号3931064公开了一种基于异氰酸酯的聚合泡沫材料，其含有转变温度不超过300℃的分散的颗粒状的低软化点无机氧化物玻璃，以及任选的能够在高于150至400℃范围内的温度下加热后释放出不可燃气体的发泡剂。该发明涉及在基于异氰酸酯的泡沫、特别是基于异氰酸酯的硬质泡沫中掺入低软化点玻璃、特别是磷酸盐玻璃，其提供了一定程度的阻燃性，并且与含有常规阻燃添加剂的泡沫的燃烧相比，也可以在泡沫燃烧后产生较少的烟。

美国专利申请公开号2007/0197672 A1公开了可发泡的单组分聚氨酯组合物，其含有高官能度的半预聚物和水合盐。

前面指出的专利和专利申请在此通过引用并入。

发明简述

本发明通过提供含有胍衍生物的添加剂组合物和使用所述组合物生产软质聚氨酯泡沫的方法，解决了与常规泡沫制剂和方法相关的问题。这样的化合物的实例包括胍、氰基胍、胍盐酸盐、胍磷酸盐、胍硫酸盐、1-乙酰基胍、硝基胍、1-邻甲苯基-双胍及其混合物中的至少一种。含有这些添加剂的聚氨酯制剂可以生产泡沫制品，其在加速潮湿老化试验下具有更好的环境物理性质以及提高的稳定性。

在本发明的一个方面，这些添加剂能够提高最终聚氨酯产品的尺寸稳定性。例如，当在加热模具中生产软质泡沫时，在将泡沫部件从模具中拔出后，由于它们可能失去其尺寸稳定性并收缩，因此必需将所述泡沫部件压碎。收缩的产生是由于软质模塑泡沫含有相对高的封闭孔百分率，当被捕集的气体冷却时泡沫由于内部压力丧失而塌陷。本发明的方法利用可以起到开孔剂作用的胍衍生物，使尺寸稳定性的丧失(收缩)降至最低。本发明的组合物和方法提供的优点在于，在软质泡沫在加热模具中生产的情形中可能不需要泡沫压碎，并且在自由起发(free rise)泡沫的情形中将发生较少的泡沫收缩。这导致废料降至最低，并提供具有高质量(高尺寸稳定性)的产品。此外，这些添加剂的使用将产生在环境下和潮湿热老化后均具有优良物理性质的泡沫。

在本发明的一个方面，本发明的添加剂改善了环境条件下的物理性质，也提高了聚氨酯聚合物在热湿存在下老化时的稳定性。尤其当使用非排放性(non-emissive)催化剂/添加剂组合时，环境物理性质可以变得类似或非常类似于挥发性催化剂。此外，这些添加剂可以允许使用环境上更加友好的胺产品，所述胺产品在无胍衍生物添加剂情况下使用时一般不能与标准胺催化剂的性能相匹敌。