[发明专利]包含多元酯多元醇的柔性或半柔性泡沫

说明书

本发明涉及柔性或半柔性泡沫或涉及能够获得柔性或半柔性泡沫的组合物，该柔性或半柔性泡沫或能够获得柔性或半柔性泡沫的组合物包含多元酯多元醇或含多元酯多元醇的聚合物。所述多元酯多元醇通过C3至C8的糖醇Z和C4至C36的相同或不同的两种二酸Y和Y'的第一缩聚(a)以及(a)中获得的产物与C2至C12的相同或不同的两种二醇X和X'的第二缩聚(b)来获得。

技术领域

本发明涉及一种包含多元酯多元醇的柔性或半柔性聚氨酯泡沫，该多元酯多元醇可以是生物来源。

背景技术

聚氨酯(PU)是通过多元醇和多异氰酸酯之间的反应获得的多价聚合物(方案1，a)。PU用于汽车、家具、建筑、鞋类、隔音和隔热。2016年全球产量为1800万吨，按全球聚合物年产量计算，PU排名第六。柔性泡沫是最大的PU市场，2011年在欧洲生产超过160万吨。典型地，PU泡沫由多元醇、多异氰酸酯、膨胀剂、表面活性剂和各种催化剂制成，以获得化学交联的多孔材料。在PU泡沫的合成中使用两种类型的膨胀剂：化学膨胀剂和物理膨胀剂。化学膨胀剂是在发泡过程中发生化学反应以释放气体的化合物。水与异氰酸酯官能团反应形成尿素，每摩尔水释放1摩尔CO₂(方案1，b)。物理膨胀剂是低沸点的化合物；物理膨胀剂可以提及在放热发泡过程中蒸发的异戊烷衍生物。

通常，柔性和半柔性PU泡沫由具有低羟基含量(OHV≤100mg KOH/g)和高平均分子量(Mn)值(3000克/摩尔≤Mn≤6000克/摩尔)的多元醇获得，以增加材料的柔性并减少交联。半柔性泡沫板是PU泡沫非常重要的部分。它们是我们现代社会问题例如噪音污染的令人关注的解决方案，此外，它们的开放孔结构可渗透水分。绝缘行业对可渗透性材料的要求高，以防止水分积聚和霉菌生长。这些材料通常具有低堆密度、低热导率，因此是廉价的材料。这意味着半柔性泡沫板是通用的隔音和隔热材料。

柔性和半柔性PU泡沫的性质来自刚性区域和柔性区域的相分离。柔性区域是主要由多元醇提供的可伸长的链，该柔性区域提供材料的弹性。通常，将硬链段描述为通过多元醇或通过使用过量多异氰酸酯而物理交联的刚性结构。过量的多异氰酸酯导致双脲键(方案1，d)、脲基甲酸酯键(方案1，c)或异氰脲酸酯键(方案1，e)的增加。硬链段也由扩链剂和异氰酸酯获得。提高硬链段的刚性的另一种方法是通过引入极性基团例如脲来增加刚性区域中的低链间力。脲的存在导致氢键数量和软化温度的增加。

PU工业高度依赖于基于石油的多元醇和多异氰酸酯，它们是衍生自光气或双光气化学的有毒化合物。从高附加值可再生合成单体中开发用于PU工业的新多元醇现在是强制性的，以减少温室气体的排放。生物质合成单体的高度多样性和功能性使得向PU材料引入新的性能成为可能。山梨糖醇是受关注的单体之一，其在2004年由美国能源部列为生物质最重要的12种增值化学品之一并且列于最近在Bozell JJ等人于2010年更新的清单(J.J.Bozell,G.R.Petersen,Technology Development for the Production of Bio-sourced Products from Biorefinery Carbohydrates-US Department of Energy'sTop10revisited,Green Chem.12(2010)539)中。

山梨糖醇具有很高的功能性。其为带有两个伯羟基和四个仲羟基的结晶糖醇，这便于化学改性及其在聚氨酯化学中的应用。控制山梨糖醇改性为多元醇是重要的。多元醇官能度、OH数量和多元醇的黏度对PU网络的形成、PU泡沫的密度和形态具有强烈影响。除了PU泡沫孔的开放或闭合性质之外，这些孔的尺寸、形状和空间分布也对泡沫的物理性质有影响。因此，PU泡沫的热性能和机械性能密切取决于泡沫的形态。

方案1：异氰酸酯与醇官能团(a)、异氰酸酯与水(b)、异氰酸酯与氨基甲酸酯官能团(c)、异氰酸酯与脲官能团和异氰酸酯的三聚化(e)的反应性。