[发明专利]亚胺型季铵盐催化剂及其制备方法和由该催化剂制备的低粘度多异氰酸酯组合物

说明书

本发明涉及一种亚胺型季铵盐催化剂，本发明还提供了上述催化剂的制备方法以及利用其制备得到的多异氰酸酯组合物。本发明从分子结构与构效出发，通过对催化剂结构进行修饰，引入电负性较高的杂原子阴离子使其在催化过程中具备较强的诱导效应，从而选择性地增强生成脲二酮结构、亚氨代噁二嗪二酮结构和/或噁二嗪三酮等结构的中间体的稳定性，使其在不牺牲转化率的基础上达到固化剂降粘的目的；同时，其亚胺结构，在保证催化剂高催化活性的基础上，使其具备高温分解、失活的性质，并在应用至多异氰酸酯合成中，能有效防止反应失控而引发的暴聚风险。

技术领域

本发明涉及多异氰酸酯催化剂制备领域，具体的涉及一种亚胺型季铵盐催化剂及其制备方法和由该催化剂制备的低粘度多异氰酸酯组合物。

背景技术

脂肪族二异氰酸酯类化合物在合成抗黄变涂层和涂料方面有不可替代的优势，被广泛用于涂层工业。但单体脂肪族异氰酸酯的高蒸汽压使其在应用上有较大的限制，因此更常见的是将其改性为多异氰酸酯，有效降低加工、使用过程的职业危害，进一步获得性能优异的产品。

由于异氰脲酸酯具有较高的热稳定性，较强的耐辐射性，较低的粘度和高交联密度，异氰酸酯自聚反应在过去被广泛地研究。研究重点集中在如何寻求一种高效的催化剂结构形式，能够有效降低工业化过程中的助剂用量，从而获得高品质的多异氰酸酯产品。

近年来，随着人们环保意识的增强、环保法规日益健全以及处罚力度的加大，涂料行业面临变革，聚氨酯固化剂领域开始向水性化、高固含的趋势发展，这就要求固化剂也必须满足低粘化的要求。

一般地，降低固化剂粘度的主要为方式为提高固化剂中低聚体的含量，降低高分子量聚合物的含量，但这种方式往往以牺牲聚合反应的转化率为代价，同时还有大量的单体需要回收，因而不具备经济性。

专利DE 1670720、EP 456062、US 5013838报道了多异氰酸酯固化剂中的脲二酮结构、脲基甲酸酯结构、亚氨噁二嗪二酮结构和/或噁二嗪三酮结构可以有效降低固化剂的粘度。

一般用于异氰酸酯自聚的催化剂具有如下结构特点：

Mⁿ⁺R₅^n-

其中，阳离子形式可以有碱金属离子，碱土金属离子，以N、P为核心的具有下述特征的离子团结构：

Mⁿ⁺＝[R₁R₂R₃Z⁺R₄],n＝1

其中，R₁、R₂、R₃、R₄可以相同或不同，任选自具有1-20个碳原子的烷基或取代烷基，比如US673062、US6800714、US7001973均采用R₁含有苯系衍生物结构、R₂和R₃为烷基或取代烷基或环烷基、R₄为烷基或环烷基或烷氧基的季铵盐阳离子，能够高效的进行产品合成。但需要指出的是，其色号控制仍不能满足工业生产对低色号多异氰酸酯化合物的要求。而US5489663同样采用多样的阳离子设计获得理想的色度控制效果，但其催化剂设计导致反应活性较低，需要较高的反应温度控制，而当温度控制较低时，其反应时间成倍延长。

专利CN101927184中公开了使用季铵/膦盐与一种弱碱性含氮化合物的六元杂环类化合物复配时能够高效制备浅色的多异氰酸酯化合物。

然而，需要指出的是，上述专利所报道的制备过程，均在低聚阶段进行终止再经过单体脱出得到合格样品。从工艺安全角度出发，该反应存在潜在的、巨大的热累计效应，工艺过程控制中一旦发生失控，会造成巨大的经济损失和威胁人员安全。