用于制造基于多酚的泡沫材料的聚合物組合物，及其工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明一般地涉及泡沫材料，也稱作泡沫狀或胞狀材料。
【背景技術(shù)】
[0002] 在以下描述中，泡沫材料表示具有至少部分孔結(jié)構(gòu)的材料，其包括各種開放和/ 或封閉單元的比例，因此也嚴(yán)格地稱作：泡沫材料（其結(jié)構(gòu)是基本固體的、可能部分彈性， 并且主要由膨脹單元構(gòu)成），或者材料（其結(jié)構(gòu)恰是部分膨脹的，即還具有小部分的僅經(jīng)受 中等膨脹的膨脹單元或單元，并且可能具有流體緊密性，例如旨在通過任意自身已知的方 法施涂到表面上的涂料或粘合劑。
[0003] 市場上已知各種類型的泡沫材料。
[0004] 例如，通過多元醇和異氰酸酯的反應(yīng)，通常各自的比例分別約為50%，獲得基于聚 氨酯的泡沫材料。
[0005] 用于聚合物化學(xué)的多元醇和異氰酸酯主要是合成來源，因?yàn)樗麄冎饕醋詿N類， 這意味著常用的基于聚氨酯的泡沫材料主要是非生態(tài)的。此外，所使用的部分物質(zhì)是潛在 毒性的。已知基于聚氨酯的泡沫材料具有高的隔熱特性，但是它們對(duì)于火焰非常敏感，因此 是易于可燃性的，并且在燃燒過程中，它們釋放有毒氣體。
[0006]多酚類的泡沫材料也是已知的，相比于常用聚氨酯材料，其具有更好的耐火性，但 是它們的劣勢在于通常更為易碎且通常更為昂貴。
[0007] 此外，已知基于蔬菜丹寧的泡沫材料或泡沫體主要是環(huán)境友好的，所述蔬菜丹寧 是例如類黃酮類型的，其由小分子多酚（主要是水溶性的、提取自各種植物，源自天然物 質(zhì)）構(gòu)成。
[0008] 事實(shí)上，這些已知材料所基于的蔬菜丹寧是無毒化合物，其具有高反應(yīng)性，出于環(huán) 境影響的角度而言被視作是可接受的，因?yàn)樗麄兙哂锌稍偕匦圆⑶疫€具有出于其工業(yè)應(yīng) 用而言可負(fù)擔(dān)得起的成本的優(yōu)勢。
[0009]由于它們的酚類特性，將蔬菜丹寧與糠醇結(jié)合使用以在酸環(huán)境中制備丹寧-呋喃 型泡沫材料，如專利申請(qǐng)W0-2013/010668以及各種科學(xué)文獻(xiàn)（"Industrial Crops and Products(工業(yè)作物和產(chǎn)物）"，G.Tondi, A. Pizzi,29, 2009, 356-363,以及 "Industrial Crops and Products(工業(yè)作物和產(chǎn)物）"，C.Lacoste，M.C. Basso, A. Pizzi，M. P. Laborie, A. Celzard, V. Fierro, 43, 2〇l3, 245_25〇)中所述。
[0010] W0-2013/010668揭示了用于制造基于類黃酮丹寧的泡沫材料的組合物，其中，異 氰酸酯可單獨(dú)使用，其功能是作為添加劑來增加泡沫材料的機(jī)械強(qiáng)度，加入量是組合物的 5-20%。用于該文獻(xiàn)的組合物中的丹寧占組合物的大于40重量％且小于45重量％。該組 合物必須要求使用低沸點(diǎn)溶劑。
[0011] 這些已知的泡沫材料適合類似于常用聚氨酯泡沫材料的那些應(yīng)用，因?yàn)樗鼈兙哂?類似的性能，并且通常具有更好的性質(zhì)和特性，例如更高的耐火性。
[0012] 用于制造這些已知泡沫材料的組合物主要適合于有限系列的生產(chǎn)，稱作所謂的間 歇型不連續(xù)系統(tǒng)的方式。此外，這些已知的組合物要求使用低沸點(diǎn)溶劑從而實(shí)現(xiàn)材料的膨 脹。但是，由于它們的特性，使用低沸點(diǎn)溶劑產(chǎn)生可燃性蒸汽，需要生產(chǎn)線裝備用于此類蒸 汽的抽氣和處理系統(tǒng)，因此較為復(fù)雜和昂貴。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 具體來說，本發(fā)明涉及所附權(quán)利要求1的前序部分中所限定類型的組合物。
[0014] 本發(fā)明的主要目的是提供一種聚合物組合物，其具有混合的丹寧-呋喃-聚氨酯 結(jié)構(gòu)，其大致類似于常用的聚氨酯材料，但是完全不含低沸點(diǎn)溶劑，其具有適用于各種工業(yè) 應(yīng)用（例如，良好的耐火性和即使在火焰影響下高的機(jī)械強(qiáng)度）的特性，并且因此不受到常 用聚氨酯材料的典型缺陷的影響。
[0015] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種適用于制造泡沫材料的組合物，所述泡沫材料可 以通過間歇制造工藝或者連續(xù)制造工藝的方式無差地制造，在后一種情況下，允許較大量 地生產(chǎn)相關(guān)材料。
[0016] 更具體地，本發(fā)明起因于如下想法：在具有類似于常用聚氨酯泡沫材料的結(jié)構(gòu)的 泡沫材料中，大部分或者全部的多元醇可被丹寧取代，這能夠?qū)崿F(xiàn)獲得新的泡沫材料，其相 對(duì)于常規(guī)聚氨酯材料具有更為環(huán)境友好的特性。
[0017] 雖然在理論上可猜測獲得此類泡沫材料的可能性，但是沒有已知的此類想法的應(yīng) 用實(shí)例，因?yàn)槭聦?shí)上其具有迄今為止尚未克服的實(shí)施上的實(shí)踐困難。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明，組合物具有混合的丹寧-呋喃-異氰酸酯結(jié)構(gòu)，其中丹寧是具有對(duì)于 所述組合物的反應(yīng)物功能性的樹脂的一部分，所述組合物完全不含低沸點(diǎn)溶劑，異氰酸酯 的量顯著大于所述組合物的1重量％，優(yōu)選不小于所述組合物的10重量％。
[0019] 根據(jù)另一個(gè)優(yōu)選特征，組合物包含實(shí)際量的酸催化劑，其不大于所述組合物的20 重量％，其適宜地是所述組合物的2-19重量％，優(yōu)選是所述組合物的4-10重量％。
[0020] 根據(jù)另一個(gè)優(yōu)選特征，組合物包含的丹寧量為所述組合物的15-50重量％，優(yōu)選 為所述組合物的20-45重量％。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 本發(fā)明基本由如下組合物構(gòu)成，所述組合物包含以下主要組分：
[0022] -基于異氰酸酯的組分I，
[0023] -基于酸的組分C，其適用于進(jìn)行催化劑的功能，
[0024] -組分R，其是基于丹寧的多酚樹脂的性質(zhì)，其包含：
[0025] -丹寧，
[0026] -至少一種物質(zhì)，其適于在存在由組分C構(gòu)成的酸催化劑的情況下，與丹寧反應(yīng)， 以及
[0027] -至少一種物質(zhì)，其適于在存在由組分C構(gòu)成的酸催化劑的情況下，與組分I的異 氰酸酯反應(yīng)。
[0028] 上述物質(zhì)的適于與丹寧和與異氰酸酯反應(yīng)的功能，可由數(shù)種物質(zhì)或單種物質(zhì)進(jìn) 行。
[0029] 本發(fā)明的其他目的和優(yōu)勢限定在所附權(quán)利要求書中。
[0030] 依靠本發(fā)明，可以獲得基于多酚的泡沫材料，其具有與聚氨酯泡沫材料大致類似 的結(jié)構(gòu)，但是完全不含低沸點(diǎn)溶劑，基本包含丹寧、異氰酸酯和催化劑，其構(gòu)成混合的丹寧/ 呋喃/異氰酸酯體系。
[0031] 本發(fā)明的組合物和泡沫材料相比于常用聚氨酯泡沫材料具有各種優(yōu)勢。例如，在 根據(jù)本發(fā)明的泡沫材料中，合成來源的多元醇以明顯降低的量存在，因?yàn)樗鼈儽坏幫耆?或大量地替代，這構(gòu)成了一個(gè)優(yōu)勢，特別是從環(huán)境相容性的角度而言。
[0032] 舉例來說，在根據(jù)本發(fā)明的組合物中，異氰酸酯的用量可在組合物的約為1-35重 量％的范圍內(nèi)變化。
[0033] 本發(fā)明的泡沫材料具有一系列的物理特性，這使得其對(duì)于用于各種工業(yè)應(yīng)用是具 有吸引力的，例如良好的耐火性和即使在火焰作用下高的機(jī)械強(qiáng)度。具體地，由于該材料 (以及實(shí)現(xiàn)其制造的組合物）完全不含揮發(fā)性有機(jī)溶劑，例如低沸點(diǎn)溶劑（其替代地用于制 造常規(guī)聚氨酯泡沫材料），其制造更為安全并且涉及較少的環(huán)境影響。
[0034] 根據(jù)本發(fā)明的泡沫材料可以較為容易且低成本的方式，通過間歇生產(chǎn)系統(tǒng)或者連 續(xù)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)。在后一種情況下，可以采用用于以工業(yè)規(guī)模制造聚氨酯泡沫材料的 相同機(jī)器，大量地工業(yè)制造泡沫材料，而不要求各工廠的具體改造?？梢栽诃h(huán)境溫度下進(jìn)行 本發(fā)明的泡沫材料的生產(chǎn)，而沒有任意具體問題，這有助于它們的在線生產(chǎn)。
[0035] 下面更詳細(xì)地描述上文所述的組合物的各種組分。
[0036]組分I
[0037] 基于異氰酸酯的組分I可包含任意異氰酸酯，例如，可用于制造常規(guī)聚氨酯泡沫 材料的類型。
[0038] 在組分I的異氰酸酯中，包括了芳族異氰酸酯，例如甲苯二異氰酸酯（TDI)，其異 構(gòu)體或者異構(gòu)體的混合物，甲基二（苯基異氰酸酯）（MDI)，其異構(gòu)體或者異構(gòu)體的混合物 及其不同的改性形式，聚（亞甲基）_聚（P〇li)(苯基）_聚（P〇li)(異氰酸酯）（PMDI)、MDI 的準(zhǔn)預(yù)聚物、對(duì)亞苯基二異氰酸酯（ΡΗ)Ι)、1，5-萘二異氰酸酯（NDI)，或其混合物。
[0039] 此外也可使用脂族和環(huán)脂族異氰酸酯，例如六亞甲基二異氰酸酯（HDI)及其衍生 物，縮二脲和異氰脲酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯（IPDA)、氫化MDI(H12MDI)，或其混合物。
[0040] 此外，也可使用二異氰酸酯與三羥甲基丙烷（TMP)的加合物，或者甚至是與甲苯 二異氰酸酯（TDI)的加合物。還可以使用可再生來源的二異氰酸酯，例如二甲基二異氰酸 酯（dimeryldiisocyanate) (DDI)，其是亞油酸衍生物。
[0041] 可能的話，組分I可包含一種或多種添加劑，其旨在例如降低組合物的