[发明专利]基于聚醚碳酸酯多元醇的新型热塑性聚氨酯弹性体的制造和用途

说明书

本发明涉及基于聚醚碳酸酯多元醇的热塑性聚氨酯-弹性体的制造方法。本发明另外的主题是根据本发明的方法制成的热塑性聚氨酯-弹性体、其用于制造挤出-或注塑制品的用途以及该通过挤出或注塑制成的制品。

由于它们具有优异的机械性质并可以以热塑性方法低成本加工，热塑性聚氨酯-弹性体（TPU）在工业上非常重要。通过使用不同的化学合成组分，可以在大的范围改变它们的机械性质。TPU和它们的性质与用途的概述可见于Kunststoffe 68 (1978), 第819-825页和Kautschuk, Gummi, Kunststoffe 35 (1982), 第568-584页。

TPU由线性多元醇（主要是聚酯多元醇、聚醚多元醇或聚碳酸酯多元醇）、有机二异氰酸酯和具有两个异氰酸酯反应性基团的短链化合物（扩链剂）构成。还可以添加催化剂以加速形成反应。可以在大的范围改变合成组分的摩尔比，由此可以调节产物的性质。根据多元醇与扩链剂的摩尔比，所得产物具有宽范围的肖氏硬度。可以逐步（预聚物法）或通过使所有组分在一个阶段中同时反应（一步法）来合成可热塑性加工的聚氨酯-弹性体。TPU可以连续或不连续地生产。最著名的工业生产法是带式法和挤出机法。

基于聚环氧乙烷多元醇和/或聚环氧丙烷多元醇（C2和C3聚醚多元醇）的TPU可通过已知方法通过环氧乙烷和/或环氧丙烷在KOH催化或多金属氰化物催化（DMC催化）下的聚合制备，并以好的整体性质状况为特征。特别值得一提的是在注塑后的快的固化速度以及由其制成的工作部件（Gebrauchsteile）极好的耐水解性和抗微生物性。这些TPU材料需要改进机械性质，例如拉伸强度、拉伸应变和抗磨性，以及热性质，例如耐热性。

迄今例如已可通过使用聚酯多元醇、聚碳酸酯多元醇或C4-聚醚多元醇（聚四亚甲基二醇）实现这些改进。但是，最后提到的两种聚合多元醇在其生产方法方面复杂并且由部分昂贵的原材料构成，因此其也明显比C2-或C3-聚醚多元醇昂贵。聚酯多元醇具有容易水解的缺点。

DE 10147711 A描述了在DMC催化剂和减速剂气体，例如二氧化碳、一氧化碳、氢气和一氧化二氮存在下制造由环氧乙烷化合物制备聚醚醇的方法。该合成期间所用的低压导致最多并入20摩尔%的CO₂，因此在该聚醚多元醇中几乎不存在碳酸酯单元。所得聚醚多元醇也可用于制造热塑性聚氨酯-弹性体，但不能通过该极小比例的碳酸酯单元带来性质的改进。

在J. Appl. Polym Sci. 2007, Vol. 104,第3818-3826页中，S. Xu和M. Zhang描述了基于聚碳酸亚乙酯多元醇的弹性体的两级制造，其通过环氧乙烷与CO₂在聚合物负载的双金属催化剂存在下的共聚制成。由环氧乙烷产生的单元在该弹性体中的高比例带来非常强的亲水性，这使得这些材料不适合许多应用领域。

WO2010/115567 A描述了通过由异氰酸酯和第一多元醇制成的NCO封端预聚物与数均分子量M_n为1000至10000 g/mol的第二多元醇和分子量低于800 g/mol的扩链剂的反应制造微孔弹性体。通过使用化学或物理发泡剂，例如水，产生微孔结构。作为多元醇可以使用通过CO₂和环氧烷的共聚制成的聚醚碳酸酯多元醇。当在注塑机中加工TPU时和当使用挤出法时，由于使用发泡剂而导致的微孔结构是不合意的，因为由此使得机械性质水平，特别是拉伸强度和致断伸长变差，和/或在箔的生产中出现缺陷。

由EP 1 707 586 A已知基于通过碳酸酯，例如碳酸二甲酯与具有低于500 g/mol的分子量的聚醚二醇的酯交换制成的聚醚碳酸酯二醇的聚氨酯树脂的多级生产。通过复杂的两级合成制造该产物。由于这种冗长的酯交换过程常常造成不希望的产物变色并由于副反应（消除水，形成双键）造成OH官能度< 2（大多为1.92至1.96），由此产生具有较低分子量的TPU产物。机械性质水平随后也因此低于具有高OH官能度（1.98至2.00）的二醇中的情况。

因此本发明的目的是提供制造具有好的整体性质状况和此外具有特别高的机械性质水平并因此适合多种多样的用途范围的成本有利的热塑性聚氨酯-弹性体的方法。特别地，与现有技术中已知的基于纯C2-或C3-聚醚多元醇的相应TPU相比，制成的TPU应除了提高的拉伸强度而外还具有特别低的磨损值和改进的耐热性。

本发明通过一种制造热塑性聚氨酯-弹性体的方法实现所述目的，所述方法包括至少