[發明專利]聚異氰脲酸酯基聚合物和纖維增強復合材料

在審

• 申請號: 201980088882.2
• 申請日: 2019-12-11
• 公開（公告）號: CN113811574A
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發明（設計）人: H·A·金納多
• 申請（專利權）人: 三聚體科技有限責任公司
• 主分類號: C08L75/04
• 分類號: C08L75/04;C08L63/00;C08G59/06
• 代理公司: 中國貿促會專利商標事務所有限公司 11038
• 代理人: 孫愛

本發明涉及一種反應混合物，其包括一或多種多官能異氰酸酯，使得該混合物的平均異氰酸酯官能度大于2.1，和包括至少一種三聚催化劑和至少一種環氧基團的催化劑組合物；和將反應混合物固化以得到由異氰酸酯與其自身反應產物組成的固化聚合物組合物。

技術領域

本發明廣義涉及主要為異氰酸酯的反應混合物。更具體地說，本發明涉及一種主要為異氰酸酯的反應混合物，其包括聚合亞甲基二苯基二異氰酸酯(pMDI)，其在固化后產生具有高強度、高破壞應變、高斷裂韌性和高玻璃化轉變溫度的聚合物。

背景

異氰脲酸酯是通過三個異氰酸酯三聚形成的，幾十年來已廣泛用于提高聚氨酯、環氧樹脂和聚脲的熱穩定性。異氰脲酸酯由于其優異的阻燃性也被廣泛用于泡沫材料的生產，但還沒有發現基本僅基于多異氰酸酯而沒有形成額外的能增加聚合物韌性的鏈節的高密度聚合物的用途。為了克服眾所周知的聚異氰脲酸酯泡沫材料易碎或脆性的缺陷，聚異氰脲酸酯需要包含高百分比的會消耗異氰酸酯基團并限制聚合物中異氰脲酸酯比例的反應物。例如，美國專利4568701A描述了使用“泡沫材料配方重量4-20％的表面活性有機硅酮化合物，其特征在于具有活性氫官能團且羥值大于約50和當量小于約2000以及增塑量的非揮發性有機增塑劑”來降低泡沫材料的易碎性。美國專利3676380A描述了使用1-10％的脂族二醇來形成增加聚合物彈性的聚氨酯鏈節。美國專利3793236描述了通過三聚催化劑如叔胺將異氰酸酯封端的聚噁唑烷酮預聚物進行三聚。該發明人描述所得聚合物是由于并入噁唑烷酮鏈節而表現出低脆性和高阻燃性。中國專利申請公開號103012713A公開了具有高交聯密度純聚異氰脲酸酯的泡沫材料具有非常脆的特性并且“沒有實用價值”，該發明人使用10-50％的環氧樹脂來實現脆性降低。

當聚異氰脲酸酯用于生產具有低空隙率的致密塑料時，眾所周知，如果沒有引入用于增加韌性的線形鍵、擴鏈劑或柔性基團，即美國專利No.3793236、No.8501877、美國專利申請號2010/0151138A1中公開的噁唑烷酮，在(歐洲專利No.226176B 1、EP 0643086A1、美國專利No.9334379)中公開的氨基甲酸酯和在美國專利No.6617032B2和中國專利No.103568337B號)中公開的脲，該材料是脆的。例如，美國專利No.4564651教導了環氧樹脂與異氰酸酯之比小于1:5的固化異氰酸酯/環氧樹脂混合物非常脆，并且隨著二苯甲烷二異氰酸酯(MDI)的濃度增加而變得越來越糟，和美國專利No.5036135教導說當聚異氰脲酸酯聚合物所包括的環氧樹脂少于20％時，其呈現差的機械性能。這兩個專利教導說，異氰酸酯和環氧樹脂在高溫下反應的結果是環氧樹脂低于20％或噁唑烷酮低于20％則不可能獲得具有高強度和韌性的聚合物。歐洲專利申請No.3189088A1進一步教導說，“已知包含多異氰酸酯的材料非常難以增韌，并且一些可能太脆而無法有效增韌”和“過去增加斷裂韌性的嘗試通常以改變(一般是降低)模量和降低熱性能如玻璃化轉變溫度(T_g)為代價，從而對所得復合材料的適用性產生不可接受的限制。”

美國專利申請No.2018/0051119A1教導說至少一種環氧樹脂與至少一種異氰酸酯樹脂的摩爾比應至少為0.4:1且最優選為1:1，該比例導致“特別有利的性能與玻璃化轉變溫度、彈性模量和抗沖擊性。”這些優選比例遠遠超過環氧樹脂的催化量，以實現期望的拉伸強度、拉伸剛度和拉伸破壞應變的結果。此外，上述專利清楚地教導了主要由聚異氰脲酸酯組成的聚合物和泡沫材料表現出高度的脆性。