燃烧改进聚氨酯泡沫体的制作方法

专利名称：燃烧改进聚氨酯泡沫体的制作方法
相关申请的交叉引用本申请要求了2002年3月14日提交的、标题为“CombustionModified Polyurethane Foam”的US临时申请序列号No.60/364,654和2002年3月14日提交的标题为“Method and System for MakingCombustion Modified Polyurethane Foam”的US临时申请序列号No.60/364,660的优先权的权利，两者以全部内容引入这里供参考。
本发明的领域本发明涉及作为阻燃化合物的蜜胺在柔性聚氨酯泡沫体中的引入，更具体地说，涉及蜜胺在由多元醇、异氰酸酯和水的反应，有或没有使用助-发泡剂，所形成的柔性聚氨酯泡沫体中的引入。
背景技术：
聚氨酯泡沫体目前由许多工业如家具，建筑，运输，绝热，医用，和包装所使用。柔性聚氨酯泡沫体首先在二十世纪五十年代后期被家具制造商采用并然后快速替代了更高成本制造的胶乳泡沫橡胶的使用。它能够产生出容易成形为所需形状的牢固而舒适和耐久的产品。柔性聚氨酯泡沫体现在在装饰家具，床垫，和航空和汽车座位中成为最通常使用的缓冲材料。
与全部其它的有机材料一样，聚氨酯泡沫体产品在暴露于足够的热源时会起火，因此已经制订了对于聚氨酯泡沫体产品的阻燃性的严厉的法律标准。阻燃性添加剂通常被掺入到聚氨酯泡沫体聚合物中以满足这些要求。由于蜜胺的物理性能，它有时在聚氨酯泡沫体中用作阻燃添加剂。
典型地，柔性聚氨酯泡沫体是在常常称为“一步法”工艺的方法中以块料形式制造。该工艺包括将混合的液体如多元醇和异氰酸酯连续倾注在传送带上，在传送带上它们反应成泡沫，产生了泡沫体的连续块。水或其它的化学添加剂能用作为发泡剂，它通过反应转变成气泡，快速膨胀该泡沫形成部分地聚合的聚氨酯泡沫体的大“泡沫块”或“块料”。一旦该泡沫体完全膨胀，该聚合反应在数秒中进行而达到完全交联的固态。然后裁切该连续块料，冷却或“固化”，并储存。制造阻燃性聚氨酯泡沫体的方法是本领域中技术人员所熟知的，然而，所形成的泡沫体产品质量与化学组成和制造程序有关，并且连续地考察两者以实现对最终产品的改进。
本发明概述本申请公开了一种聚氨酯泡沫体，它包括低于约10wt％蜜胺和低于约10wt％的一种或多种附加阻燃化合物，两者均基于泡沫体的总重量。在一个实施方案中，蜜胺与附加阻燃化合物的重量比是在约0.5至约2.0范围内。该泡沫体是一种或多种多元醇，一种或多种异氰酸酯，一种或多种发泡剂，和一种或多种催化剂的反应产物和通过了加利福尼亚T.B.117燃烧试验。在一个实施方案中，该反应产物包括约100份/百份的多元醇。在一个实施方案中，该泡沫体具有在约0.9-约4.25lb/ft3范围内的密度，在约7至约150lb/50in2范围内的25％IFD，和在约2.0至约5.5ft3/分钟范围内的空气流量。在一个实施方案中，该蜜胺是磨细的蜜胺，例如具有约0.83微米的最低粒径，约74微米的最大粒径，约12.28微米的平均粒径，约99.8wt％纯的纯度，约0.05wt％的水分含量，和约8.1的pH，和100％≤约74微米，75％≤约19.25微米，50％≤约12.28微米，25％≤约6.84微米，0％≤约0.83微米的体积平均粒径分布。
还公开了制造聚氨酯泡沫体的块料工艺，它包括添加低于约10wt％的蜜胺，基于泡沫体的总重量，和低于约10wt％的一种或多种附加阻燃化合物，基于泡沫体的总重量。在一个实施方案中，磨细的蜜胺与多元醇按照有助于均匀混合的重量比，典型地为1∶1多元醇与蜜胺，利用管线剪切泵在高剪切下进行预掺混。在一个实施方案中，预掺混物在大约300磅/小时流速和约21℃的温度下循环通过剪切泵达最低约2小时。
另外，还公开了用于制造聚氨酯泡沫组合物的二氧化碳发泡工艺，它包括添加低于约10wt％的蜜胺，基于泡沫体的总重量，和低于约10wt％的一种或多种附加阻燃化合物，基于泡沫体的总重量。在一个实施方案中，磨细的蜜胺与多元醇按照有助于均匀混合的重量比，典型地为1∶1多元醇与蜜胺，利用管线剪切泵在高剪切下进行预掺混。在一个实施方案中，预掺混物在大约300磅/小时流速和约21℃的温度下循环通过剪切泵达最低约2小时。在一个实施方案中，预掺混物在进入到混合头之前以及在离开混合头之后被过滤。在一个实施方案中，混合头的上游过滤器具有约300微米的孔大小和混合头的下游过滤器具有约小于或等于用于铺设泡沫组合物的门闩(gate bar)上排料槽缝的宽度的孔大小。
附图的简述

图1是磨细蜜胺的粒度分布曲线。
图2是高剪切共混装置的工艺流程图。
图3A和3B是剪切泵的图解。
图4是块状聚氨酯泡沫体生产线的工艺流程图。
图5是各种金属贮槽的图解。
图6是聚氨酯泡沫体生产线的二氧化碳发泡工艺流程图。
优选实施方案的详细说明本公开内容包括柔性、阻燃聚氨酯泡沫体，它包括低量的蜜胺和第二种阻燃化合物。这里使用的，阻燃意指该泡沫体至少能够通过California 117燃烧试验(California TB-117)。典型地，该泡沫体是多元醇，异氰酸酯，发泡剂，蜜胺，第二种阻燃化合物，催化剂，和任选其它的添加剂的反应产物。在一个实施方案中，该蜜胺占泡沫组合物的总重的低于约10wt％，理想地低于约8.5wt％，和更理想地在约5-约6wt％的范围内。第二阻燃化合物占泡沫组合物总重的低于约10wt％，理想地低于约8wt％，和更理想地低于约6wt％。蜜胺与第二阻燃化合物的重量比(蜜胺/第二种阻燃剂)是在约0.5-约2.0范围内，理想地在约0.6-约1.5范围内，和更理想地在约0.75到约1.25范围内。在一个实施方案中，蜜胺与第二种阻燃化合物的重量比是大约1.0。典型地，总泡沫体组合物包括约100份/百份(即pph)的一种或多种多元醇。
本公开物的柔性燃烧改进聚氨酯泡沫体配制料适合于各种硬度级别(由泡沫体的压陷力挠度(IFD)定义)的最通常使用的普通泡沫体或适合于在高性能产品中使用的更加昂贵的高回弹(HR)泡沫体。普通的泡沫体典型地具有在约1.0lb/ft3至约4.5lb/ft3范围内的密度，具有在约8至约150lb/50in2范围内的25％IFD。HR泡沫体典型地具有在约1.75lb/ft3至约4.0lb/ft3范围内的密度，具有在约9至约70lb/50in2范围内的25％IFD。另外，HR泡沫体典型地具有大于约50％的落球回弹率和大于约2.4的支持(support)因数，两技术参数依据ASTM D3574。在一个实施方案中，本公开物的泡沫体具有在约0.9-约4.25lb/ft3范围内的密度，在约7至约150lb/50in2范围内的25％IFD，和在约2.0至约5.5ft3/分钟范围内的空气流量。在另一个实施方案中，该泡沫体具有在约0.9-约1.5lb/ft3范围内的密度，在约7至约54lb/50in2范围内的25％IFD，和在约4.0至约5.5ft3/分钟范围内的空气流量。在另一个实施方案中，该泡沫体具有在约1.6-约4.25lb/ft3范围内的密度，在约11至约150lb/50in2范围内的25％IFD，和在约2.0至约4.0ft3/分钟范围内的空气流量。
蜜胺衍生自脲，而后者从二氧化碳和氨形成。本公开物的蜜胺优选是通常称为磨细蜜胺的类型，其中蜜胺经历研磨过程(典型地在蜜胺供应商设备之外进行)以在共混之前减少粒度。在一个实施方案中，引入到泡沫体中的磨细蜜胺一般具有约28微米或更低的平均粒度。在另一个实施方案中，该蜜胺具有约0.83微米的最低粒径，约74微米的最大粒径，约12.28微米的平均粒径，约99.8wt％纯的纯度，约0.05wt％的水分含量，和约8.1的pH，和100％≤约74微米，75％≤约19.25微米，50％≤约12.28微米，25％≤约6.84微米，0％≤约0.83微米的体积平均粒径分布。合适的蜜胺的例子是从U.S.Chemicals，Inc.商购的Flame-Amine 200，它的技术参数包括在下面的表1A中。图1描绘了Flame-Amine 200的粒度分布的曲线并显示了约14.51微米的体积平均粒度。在另一个实施方案中，合适的蜜胺的例子是从BTLSR Toledo，Inc.商购的BTL蜜胺，它的技术参数包括在下面的表1B和1C中，这些表列出了wt％分布以及计数分布的颗粒分布。
表1A

表1BBTL蜜胺-wt％分布

表1CBTL蜜胺-计数分布

第二种阻燃化合物可以是提供与研磨蜜胺的协调作用的任何合适的阻燃化合物，并且理想地在加工条件下是液体。合适的第二种阻燃化合物的例子包括DE-60F Special和Firemaster 550，两者从GreatLakes Chemical Corporation商购，它们的规格页被归入下面的表2和3中。Firemaster 550是低粘度液体阻燃剂。它作为阻燃剂的高效率是磷-溴协同作用的结果。它不含有溴化了的二苯醚。典型地用于HR泡沫体中的合适的第二种阻燃剂化合物的例子是从Rhodia Chemicals商购的Antiblaze 195(AB 195)，它的规格页被归入下面的表3A中。Antiblaze 195是具有优异的热和水解稳定性的中性氯烷基磷酸酯。这一水不溶性的附加阻燃剂与宽范围的聚合物体系相容并提供耐久的阻燃性。它被推荐用于聚醚和聚酯型聚氨酯泡沫体以及其它树脂体系中。在一个实施方案中，与蜜胺相结合的第二种阻燃剂不含有双氰胺，草酰胺，或缩二脲。任选地，在另一个实施方案中，第二种阻燃剂能够由第二种阻燃剂和附加(第三种)阻燃剂组成。
表2DE-60F Special-卤代阻燃剂典型性质

粘度

热重分析(10mg@10℃/分钟，在N2气氛中)

溶解度(g/100g溶剂)

表3Firemaster 550-磷溴阻燃剂典型性质

热重分析(10mg@10℃/分钟，在N2气氛中)

溶解度(g/100g溶剂)

表3AANTIBLAZE 195-磷酸三(二氯丙基)酯典型性质

该多元醇可以是用于形成聚氨酯泡沫体的反应中的任何合适的多元醇并可以是普通的多元醇，接枝多无醇，或它们的结合物。在一个实施方案中，该多元醇是聚醚多醇或它们的结合物。合适多元醇的例子包括Pluracol 2100和Pluracol 2130，两者从BASF Corporation获得，和Voranol 3136和Voranol 3943A，从Dow Chemical Company获得，它们的规格信息包括在下面的表4-6中。Pluracol多元醇2100是伯羟基终止的普通三醇和含有LVI抑制剂包装物(package)。Pluracol多元醇2130是采用LVI抑制剂包装的，含有大约31％的共聚合苯乙烯和丙烯腈的固体的，伯羟基终止的接枝聚醚三醇。Voranol 3136聚醚多醇是一般用途的，标称3100分子量，杂聚物三醇。Voranol 3943A共聚物多元醇是含有高水平的共聚合苯乙烯和丙烯腈的接枝多元醇。它形成稳定的分散体，在正常情况下不分离。
其它合适的多元醇的例子包括BASF Corporation的Pluracol 994和Pluracol 1385，和Dow Chemical Company的Voranol CP3322和Voranol 3010，Bayer Chemicals的Arcol 1131，Arcol 3020和Arcol3010，以及Shell Chemicals的Caradol SC46-02和Caradol SC56-02，和任何其它类似多元醇。在一个实施方案中，已知为Voranol 3943A，Voranol HL-400和Voranol HL-430的多元醇，全部由Dow ChemicalCompany销售，(或任何其它多元醇介质，含有分散在其中的丙烯腈/苯乙烯接枝聚合物)不用作在泡沫体配方中的唯一多元醇组分。换句话说，对于当使用含有被分散在其中的丙烯腈/苯乙烯接枝聚合物的多元醇的这一实施方案，不含有丙烯腈/苯乙烯接枝聚合物的第二种多元醇与它相结合而形成多元醇混合物。
表4

表5Voranol 3136

表6Voranol 394 3A

该异氰酸酯可以用于形成聚氨酯泡沫体的反应中的任何合适的异氰酸酯，在一个实施方案中该异氰酸酯是甲苯二异氰酸酯(TDI)。优选，TDI包括2，4异构体/2，6异构体的80/20重量比或65/35重量比的异构体共混物。合适的80/20 TDI共混物的例子是从BASF Corporation获得的Lupranate T80和从Dow Chemical获得的Voranate T-80，它们的规格页被归入下面的表7-10中。LupranateT80甲苯二异氰酸酯(TDI)是甲苯二异氰酸酯的2，4和2，6异构体的80/20混合物。其它合适的异氰酸酯的例子包括亚甲基二苯基异氰酸酯(MDI)和MDI/TDI共混物。
表7LupranateT80(甲苯二异氰酸酯)

表8 LupranateT80(甲苯二异氰酸酯)-典型性质

表9VoranateT80(甲苯二异氰酸酯)

表10VoranateT80(甲苯二异氰酸酯)-典型物理性能

该发泡剂可以是任何合适的发泡剂，例如水。物理发泡剂如二氧化碳，丙酮，戊烷，成核气体如空气或氮气，或它们的结合物也可以使用。
该催化剂可以是用于形成聚氨酯泡沫体的反应中的任何合适的催化剂，和在一个实施方案中该催化剂是有机锡催化剂。有机锡催化剂是在柔性聚氨酯泡沫体生产中用作催化剂的，有助于控制凝胶化反应速率(例如当该共混物变成凝胶时)的有机锡化合物的家族。该催化剂反应进入该泡沫体产品中并用作泡壁增强剂，以使最终的泡沫材料能够立起和不扁瘪。有机锡催化剂的例子包括辛酸亚锡，二月桂酸二丁锡，二乙酸二丁基锡，和二丁基锡二乙基己酸盐(hexoate)。在一个实施方案中，当生产普通的泡沫体时，辛酸亚锡一般被用作有机锡催化剂。在另一个实施方案中当生产HR泡沫体时二月桂酸二丁锡用作有机锡催化剂。在另一个实施方案中，该催化剂是胺催化剂。这些催化剂包括胺，后者用于平衡该凝胶化和发泡反应，它的实例包括NIAX A-130，NIAX A-1，NIAX A-300，NIAX A-130，由Compton Corporation的分公司OSISpecialties销售。
适合引入到聚氨酯泡沫体中的附加组分可以添加，如活化剂，稳定剂，胺，着色剂，染料，颜料，链增长剂，表面活性剂，填料，等等。对于本领域中的技术人员显而易见的是，引入了多种类型的组分如多元醇和异氰酸酯的多种类型的聚氨酯泡沫体配制料可根据本发明来生产。
多种工艺可用于制造本发明的泡沫体。在一个实施方案中，制造本公开物的泡沫体的方法是块料工艺。在另一个实施方案中使用二氧化碳发泡工艺。这些工艺两者将在化学品的共混过程的下列讨论之后详细地讨论，后者是在任一泡沫体生产工艺中的第一步骤。
蜜胺与多元醇利用高剪切进行掺混而形成共混物。在图2中所示的实施方案中，多元醇和蜜胺在高剪切共混单元5中进行共混，该装置在构型设计上用于接收和共混多元醇和蜜胺并将共混物排出到输送管路中。在一个实施方案中，该蜜胺和多元醇以两步骤工艺中添加，其中在第一步骤中形成蜜胺和多元醇的预掺混物和在第二步骤中预掺混物进行高剪切而形成最终的共混物。在另一个实施方案中，同时进行预掺混和剪切。
参见图2，在料流10中的多元醇与来自贮存袋15进入预混合器20中的蜜胺进行混合。任何合适的设施可用于运输和输送该蜜胺，和在图2的实施方案中，蜜胺从贮存袋15(如2000lb“super-sack”)中重力进料到螺旋进料器25和再进入预混合器20中。预混合器可以进一步包括位于桨式混合保留管30之上的装载槽或斜槽22。蜜胺和多元醇进入该装载斜槽并由重力降落到保留管中，在其中它们被预混合器混合而形成了其中蜜胺悬浮于多元醇中的蜜胺-多元醇预掺混物。该蜜胺-多元醇预掺混物经由料流35流入到泵40中，其中它经由料流45被泵抽到搅拌定料箱50中，在后者中预掺混物被搅拌，以确保蜜胺保持悬浮在多元醇中。在一个实施方案中，在大约7rpm下旋转的桨轮混合器提供搅动作用。该蜜胺-多元醇预掺混物经由料流55流入到泵60中，在其中它们经由料流65泵抽回到预混合器20中，在后者中另外的多元醇和/或蜜胺被添加到预掺混物中直至该预掺混物是可接受的为止。物料进出该预混合器20的流速需要加以平衡，使得该预混合器没有溢流。优选的预掺混物是在75° F下具有约3600cps的粘度和通过目测检查没有可见团块或聚结物的1∶1比率的蜜胺与多元醇。如果需要，该预掺混物可以经由料流65再循环以进一步混入预混合器20中，除去可见的团块和/或聚结物。一旦该预掺混物是可接受的，泵40和60被停止，预掺混物保持在搅拌定料(batch)箱50中。
在另一个实施方案中，为了与预定量的蜜胺(例如，2000lb.super-sack)混合所需要的那一用量的多元醇直接经由料流12加入到定料箱50中(而不是经由料流10加入到预混合器20中)并如前面所述被再循环到预混合器20中，其中蜜胺在再循环过程中以约50lbs/min的速率被添加以形成预掺混物。再循环继续进行，直到如前面所述在super-sack中的全部蜜胺已经添加为止并且预掺混物是可接受的。在另一个实施方案中，多元醇可以同时或按先后顺序经由料流12被添加到定料箱中和经由料流10添加到预混合器20中。
预掺混物利用泵60经由料流70泵抽到高剪切混合器75中，其中蜜胺和多元醇经历高剪切共混而形成最终的共混物(这里简称“共混物”)。高剪切共混(有时称为高剪切混合)是在混合业中的现有领域的术语，并以此使用。根据机理，剪切共混有时被称为由流体粘度所引起的在局部运动的正切方向上平行推向另一材料表面的切向应力。在一个实施方案中，该高剪切混合器75是可从Waukesha Cherry-Burrell商购的管线剪切泵型号No.SP4，如图3A和3B中所示。在Waukesha混合器中，需要混合的组分穿过静止罩定子入口进入该混合器，并进入到逆时针旋转的内转子，在这里它们被强迫穿过内转子开口而遇到静止罩定子开口。这些组分被强迫向外穿过这些狭隙开口而进入逆时针旋转的外转子开口中，之后经由主体出料口离开。提供等同的、高剪切混合作用的其它混合器可用于该工艺中。由高剪切混合器，该共混物经由料流80回到搅拌定料箱50中。在定料箱50中的共混物再循环通过剪切混合器75，直到该共混物不具有颗粒在溶液中的聚结、凝聚或团块的可见迹象为止，这些可通过将几滴的共混物溶液滴加在平板玻璃上并将该样品刮成薄层进行观察而能够看得见。在一个实施方案中，共混物在大300lbs/小时流速和约21℃的共混物温度下再循环达最少约2小时。优选的共混物是包括1∶1比率的蜜胺与多元醇的均匀共混物，它经过混合形成了不沉降颗粒在介质(多元醇)中的悬浮液。蜜胺-多元醇悬浮液理想地进行恒定的搅拌，以使蜜胺的聚集分子在溶液中有均匀分布和确保蜜胺颗粒不随时间推移而沉降。
该共混物保持在搅拌的定料箱50中一直到聚氨酯泡沫体生产操作所需要为止，在此时，该共混物经由泵60和输送管路85传输以进行这里所述的进一步加工。在一个实施方案中，该共混物在搅拌的共混罐50中保持于21℃的温度下。异氰酸酯，水，催化剂，和任选的其它添加剂被添加到该共混物，铺设该共混物被泄出而形成聚氨酯泡沫体。在另一个实施方案中，该混合物在铺设之前进行过滤以除去任何蜜胺聚结物。
图4说明了制造聚氨酯泡沫体的块料工艺。参见图4，如上所述的共混物从高剪切掺混单元5中经由输送管路85传输到聚氨酯泡沫体生产线。水可以经由料流122被添加到该共混物。在一个实施方案中，一种或多种附加阻燃性化合物(除蜜胺以外)能够经由料流155添加到该共混物中，如图4中的实施方案所示。该共混物然后进入到换向阀160。在阀门160处，如果工艺所需该共混物能够经由料流87转移到二氧化碳发泡工艺165(如下面所详细描述)。另外，该共混物经由料流86被送至泡沫体块料工艺200。
生产过程选择可以取决于所需的泡沫体产品，例如，该泡沫体的所需密度和硬度(IFD)。表13是根据该生产过程的燃烧改进泡沫体的物理性能的列举并在后面详细地讨论。如果所需的泡沫密度和IFD是在块料生产工艺200(如表13所示)的生产技术规范的范围界限内，则阀门可以设定为让共混物流入到块料生产工艺200中。如果需要属于该二氧化碳发泡工艺165(如图6所示)的生产技术规范的范围界限内的更软、较低密度的产品，则该阀门可以设定让共混物流入到二氧化碳发泡工艺165中。技术规范范围能够函盖根据该生产工艺的燃烧改进泡沫体。因此，其它的因数可以用于确定该生产工艺。
如图4中对于块料生产工艺200所示，该共混物被输送到低压混合头112中，后者连接于料流86。该混合头112经过构型设计可接收该共混物，接收和混合经由料流115的异氰酸酯和经由料流124的催化剂而进入该共混物中，和排出该共混物。合适混合头的例子是装有定子销和可变速的、销住的搅拌器的1.75升容积低压混合头，可从Cannon-Viking Ltd获得。在混合头内的压力范围是约7-约25psig。引入到混合头中的管线压力是大约7-约25psig和混合头的下游管线压力是约1-约5psig。通过将异氰酸酯和锡添加到包括蜜胺、多元醇和水的共混物中，混合物变得“活性”的引发了形成聚氨酯泡沫体的众所周知的化学反应。
该共混物经由料流126被传输到铺设设备136中，后者经过构型设计可接收排出的共混物和铺设该活性共混物或“发泡”形成聚氨酯泡沫体。在一个实施方案中，该铺设设备是金属贮槽，其中原料进入该贮槽的底部附近和初期反应开始发生。约18-21秒的在贮槽中的停留时间允许该共混物进行反应和从完全液体状态转变成乳状的、起泡的状态。该贮槽继续填充反应性共混物，一直到它溢出到底部支持层(未显示)如塑料膜衬层上为止，后者滑移到倾斜的下降板141上。该下降板141能够在长度和构型上作调整，以使得该泡沫体作为完全膨胀的泡沫体块料到达水平传送带145。该传送带以约11-22英尺/分钟的速率携带反应用共混物离开该贮槽。在距离该贮槽的约20-25英尺处，该泡沫体完全膨胀以及在反应过程中产生的气体穿过泡沫体块料的表面逃逸。约60-150秒的消逝时间通常是达到该泡沫完全膨胀形成聚氨酯泡沫体142的实心板的程度所需要的，它由传送带145传输以便于进一步加工。它继续沿着该传送带前进，直到它到达切断锯(未显示)为止，在此处约60英尺块料或泡沫块从该连续块料上裁切下来。用于聚氨酯泡沫体的生产中的反应是放热的，因此让热的泡沫块冷却并固化，之后堆叠和贮存。在一个实施方案中，该泡沫块能够通过快速固化体系(未显示)在约10-15分钟内固化，将内部泡沫块温度从约360°F冷却到约140°F。在该实施方案中，在聚氨酯泡沫体被裁切之后，该泡沫块然后由高架起重机输送和定位在真空平台上，然后抽吸约10,000CFU的环境空气穿过该泡沫块，其中散发物被送至碳洗涤器中。一旦冷却，该泡沫块再次由高架起重机输送和安全地堆叠在存储区中。
取决于所需的产品，在块料生产工艺200中化学品的通过量能够是约230-350升/分钟。因此，各种尺寸的贮槽能够用于供应该工艺，在生产启动之前切换该贮槽。图5是描绘各种金属贮槽的图解，通过显示了各贮槽的后视图和侧视图对于贮槽500，600和700说明了贮槽尺寸。在图5中，贮槽500具有约82英寸的沿着侧边512的宽度和约24.5英寸的沿着侧边514的高度，该宽度和高度构成了该贮槽(该共混物通过它被接收)的垂直矩形侧边510，和在该贮槽的倾斜的溢流侧边518上约18.5垂直英寸高度，该侧边是共混物溢出到倾斜的下降板141(如图4中所示)上的那一侧边。在两侧边之间该贮槽的横穿厚度是在底部516处的约3英寸和在发生溢流的顶部522处的约5.5英寸。沿着该贮槽的有角度的溢流侧边518的顶部边缘有朝向该下降板的约1.5英寸延长部分520。在另一个实施方案中，贮槽600具有在顶部的约75英寸的沿着侧边612的宽度和在底部的沿着侧边618的约35英寸的宽度。在距离顶部的约13英寸的地方，沿着从底部618到侧边614和615的底部之间的侧边640和642，在贮槽600的后视图的较低部分中形成了V-形。该宽度在侧边614和615之间的全部地方是相同的，在贮槽600的后视图的较高部分中形成了矩形。该贮槽600具有在接收共混物的侧边610上约18.5英寸的总垂直高度616和在贮槽的溢流侧边(即有角度的侧边622和624)上约14垂直英寸高度。该贮槽的横穿厚度是在底部的约2英寸，在约6英寸高度的位置628处倾斜到约7英寸厚度和在发生溢流的顶部倾斜到约9.25英寸厚度630。沿着该贮槽的溢流侧边的顶部有朝向该下降板的约2.5英寸延长部分626。在另一个替代实施方案中，贮槽700具有约65英寸的沿着侧边712的宽度和约19英寸的沿着侧边714的高度，该宽度和高度构成了贮槽(共混物通过它被接收)的垂直矩形侧边710。贮槽700具有在贮槽的倾斜的溢流侧边718和720上的约13垂直英寸高度。该贮槽的横穿厚度是在底部716的约1英寸，在约6英寸高度的位置724处倾斜到约7英寸厚度和在发生溢流的顶部725倾斜到约9英寸厚度。沿着该贮槽的溢流侧边的顶部有朝向该下降板的约3英寸延长部分722。
适合于引入聚氨酯泡沫体中的附加组分可以在其它实施方案的工艺中的不同位置上添加。聚氨酯泡沫体用的其它通常已知的添加剂如活化剂，催化剂，稳定剂，着色剂，染料，颜料，链增长剂，表面活性剂，填料，发泡剂和类似物可以在该工艺的合适位置添加，它们是本领域中技术人员已知的。对于本领域中的技术人员显而易见的是，引入了多种类型的组分如多元醇和异氰酸酯的多种类型的聚氨酯泡沫体配制料可根据本发明来生产。
图6说明了制造聚氨酯泡沫体的二氧化碳发泡工艺。参见图6，共混物从高剪切掺混单元5中经由输送管路85传输到聚氨酯泡沫体生产线。一种或多种附加阻燃性化合物(除蜜胺以外)也能够经由料流155添加到该共混物中，如图6中的实施方案所示。再次，正如对于块料生产工艺所提及的，适合引入到聚氨酯泡沫体中的附加组分可以在其它实施方案中在该工艺的合适位置添加。例如，成核的气体如氮气或空气可以经由料流150添加到该共混物中，它在图6的实施方案中所示的混合头110的上游添加。
该共混物进入到换向阀160，后者已经设置为转向经由料流87流入到二氧化碳发泡工艺165中。该共混物进入到增压泵88，其中共混物的压力从约50psig提高到约900psig。该共混物然后经由料流89进入第一过滤器90，其中共混物经过过滤以除去可能存在的任何蜜胺聚结物。在一个实施方案中，该过滤器包括具有约300微米的孔大小的过滤网，意指尺寸大于约300微米的聚结物会捕获在过滤网上并从共混物中除去。合适过滤器的例子是可从Mahle Industrial Filter商购的P1-7362-1551-50100型。在一个实施方案中，该过滤器被刮擦除去在其上面所积累的聚结物，该刮擦可以手工进行或利用连接于过滤器的马达驱动的刮擦设备来进行。
二氧化碳注入单元100经由料流95将液化二氧化碳添加到在料流91中的共混物中。液体二氧化碳在高压下混合或“溶解”到共混物中并保留在溶液中直至该共混物被铺设形成泡沫体为止，在此时压力降低和二氧化碳以气泡形式从溶液中释放，用作物理发泡剂来膨胀聚氨酯泡沫的反应泡孔。在一个实施方案中，二氧化碳是在大约900psig和约-14℃下被注入。二氧化碳注入单元可从市场上买到，例如从Cannon VikingLtd.，Manches ter，U.K获得的CarDioTM工艺。其它的合适的二氧化碳注入系统可从Beamech Group Ltd.和Hennecke GmbH获得。二氧化碳注入发泡系统的例子见于US专利No5,639,483；5,665,287；5,629,027；5,620,710；5,578,655；RE37,115；RE37,012；RE37,075；欧洲出版物EP0770466A2；EP0786286A1；EP0645226A2；和EP0786321Al；和WIPO/PCT出版物WO98/23429，它们以其全部内容被引入这里供参考。在图6中所示的实施方案中，在共混物于过滤器90中过滤之后二氧化碳被注入(即，过滤器90的下游注入)。
在二氧化碳被注入到共混物中后，该共混物进一步混合以保证该共混物彻底地混合，例如通过将一个或多个静态混合器105布置在二氧化碳注入点的下游的输送管路91中。该共混物被输送到已连接于输送管路92的混合头中。该混合头100经过构型设计可接收该共混物，接收和混合经由料流115的异氰酸酯，经由料流120的水和经由料流124的催化剂而进入该共混物中，和排出该共混物。在另一个实施方案中，水能够经由料流122在混合头的上游添加，如在图4的块料生产工艺中所示。合适的混合头的例子是Cannon-Viking Ltd的产品No.MK-IV，2.8升容积，装有定子销和可变速的，销住的搅拌器的高压混合头。在混合头内的压力范围是约147-约300psig。引入到混合头中的管线压力是大约550-约900psig和混合头的下游管线压力是约110-约300psig。在异氰酸酯和水的添加之后，该共混物变成“活性”的开始形成聚氨酯泡沫体的众所周知的化学反应。
该共混物从混合头中经由料流125排出到第二过滤器130中，其中共混物经过过滤以除去所存在的任何蜜胺聚结物。在一个实施方案中，该过滤器包括具有大约等于或少于在门闩(gate bar)中的槽缝宽度(如下所述)的孔大小的过滤网，这意味着尺寸约大于该门闩槽缝的聚结物被捕获在过滤网上并从共混物中除去，使得门闩槽缝不堵塞。在一个实施方案中，该过滤器具有约380微米的筛网尺寸，它也对应于约该门闩槽缝宽度。在另一个实施方案中，该过滤器具有约436微米的筛网尺寸，它也对应于约该门闩槽缝宽度。合适的第二过滤器的例子是可从Cannon-Viking Ltd获得的No.105776型。
该共混物经由料流127被传输到铺设设备135中，后者经过构型设计可接收排出的共混物和铺设该活性共混物或“发泡”形成聚氨酯泡沫体。在一个实施方案中，该铺设设备是门闩(gate bar)，它是矩形闩，后者具有沿着闩的宽度方向的用于分配共混物的内部分配通道和沿着闩的宽度方向走向的窄排出槽缝。排出槽缝的宽度能够使用填隙片来调节。在一个实施方案中，该门闩具有约1.8米或约2.0米的宽度，其中排出槽缝是约380微米或约432微米宽度，基本上沿着该门闩的整个宽度方向走向。该泡沫料沿着闩的宽度方向上的槽缝排出，其中泡沫料滑落到倾斜的下降板141上，如前面对于块料生产工艺200所述。该泡沫料膨胀形成聚氨酯泡沫体的片材140，它由传送带145输送以作进一步加工。剩余的加工步骤可以与前面对于块料生产工艺所述的那些相同。
实施例表11泡沫配方A

表12泡沫配方B

以上表11和12列出了规定为泡沫体A和泡沫体B的两种泡沫体的配方表，其中单位PHD是份/百份的缩写。以上的表也列出了泡沫体A和B的物理性能和阻燃性能试验结果。在表11中指定为泡沫体A的该泡沫体样品代表了本公开物的燃烧改进聚氨酯泡沫体的典型的泡沫体配方并根据在本文件前面所述的块料生产工艺来生产。根据ASTMD3574-95测定密度和压陷力挠度(IFD)的物理性能。IFD是柔性聚氨酯泡沫体的负荷承受能力的量度并有时被称为泡沫体的“硬度”。百分空气流量是通过测量跨越该泡沫体样品的压降并将该压降与每分钟空气立方英尺相关联来测定。压降可以使用例如Magnahelic压力表测量。阻燃性能是根据California 117 Burn Test，部分I，它是使用明焰的垂直式阻燃试验，和部分II，它是闷烧香烟试验，来测定。泡沫体A的试验结果表明它具有1.55pcf(磅/立方英尺)的密度和31.3lb×50in2的IFD，两者都在如前面在详细叙述中所给出的所需产品范围界限内。泡沫体A通过了California 117燃烧试验的两个部分，在明焰试验中获得了2.95英寸的烧焦长度的非常良好的结果，其通过要求是平均6英寸，不大于8英寸，和在闷烧试验中99.3wt％，其通过要求是最少80％。
在以上表12中指定为泡沫体B的该泡沫体样品代表了本公开物的燃烧改进聚氨酯泡沫体的典型的泡沫体配方并根据在本文件前面所述的二氧化碳发泡工艺165来生产。再次，密度和压陷力挠度的物理性能是根据ASTM D3574-95测定的，百分空气流量是按以上所述测定，和阻燃性能是根据California 117燃烧试验测定的。泡沫体B的试验结果表明它具有1.13pcf的密度和20lb/×50in2的IFD，两者都在如前面在详细叙述中所给出的所需产品范围界限内。同样，泡沫体B通过了California 117燃烧试验的两个部分，其中在明焰试验中获得了2.45英寸的烧焦长度的非常良好的结果，和在闷烧试验中99.3wt％。
表13燃烧改进聚氨酯泡沫体产品的物理性质范围

以上表13是根据在本公开物的组成和方法制备的燃烧改进聚氨酯泡沫体产品的物理性质范围的列表。列出了产品密度和压陷力挠度，代表了在两个不同的制造位置A和B处由二氧化碳发泡工艺，块料生产工艺，或任一种工艺所制造的各种泡沫配制料的总体范围。一般，该密度和IFD值对于二氧化碳发泡工艺产品与块料工艺产品相比倾向于是较低的。同样，密度和IFD的范围对于二氧化碳发泡工艺产品与块料工艺产品相比倾向于是更窄的。在表13中所列的各情况下，密度和IFD的范围属于前面在详细说明中所列举的所需产品范围界限内。在一个实施方案中，根据块料工艺200一般生产出更致密的泡沫体产品，达到了所需的高密度范围。
根据在本公开物中所述的化学组成和工艺，蜜胺作为阻燃剂在柔性聚氨酯泡沫体中的引入能够通过使用少量的第二种阻燃剂化合物来制备，生产出了符合所希望的物理性质参数以及通过California T.B.117燃烧试验的产品。在燃烧改进泡沫体中较少的附加阻燃剂化合物一般在与蜜胺相结合使用时所需要的，因此配制料成本会降低。前面所述的化学组成受益于该协同效应，当蜜胺和第二种阻燃剂化合物相结合时。如在详细说明中所讨论，该燃烧改进聚氨酯泡沫体组合物能够通过使用诸如块料生产工艺和二氧化碳发泡工艺之类的程序来制造。
尽管已经显示和描述了本发明的优选实施方案，但是在不脱离本发明的精神和教导的情况下本领域中的技术人员能够对它们改进。以这里的公开内容为基础，本领域中的技术人员能够容易地确定对于本发明的任何给定的实施方案而言的泡沫体配方和工艺设备设计标准和操作条件(其中没有具体地定义)。这里所述的实施方案是仅仅合适的实施例，没有限制意义。这里公开的本发明的许多变化和改进是可能的并在本发明的范围之内。
权利要求
1.聚氨酯泡沫体，它包括低于约10wt％蜜胺，基于泡沫体的总重量，和低于约10wt％的一种或多种附加阻燃化合物，基于泡沫体的总重量。
2.权利要求1的泡沫体，其中泡沫体通过加利福尼亚117燃烧试验。
3.权利要求1的泡沫体，其中该泡沫体是一种或多种多元醇，一种或多种异氰酸酯，一种或多种发泡剂，和一种或多种催化剂的反应产物。
4.权利要求1的泡沫体，其中蜜胺占泡沫体总重量的低于约8.5wt％。
5.权利要求1的泡沫体，其中蜜胺占泡沫体总重量的约5wt％-约6wt％。
6.权利要求1的泡沫体，其中附加的阻燃剂化合物占泡沫体总重量的低于约8wt％。
7.权利要求4的泡沫体，其中附加的阻燃剂化合物占泡沫体总重量的低于约8wt％。
8.权利要求1的泡沫体，其中附加的阻燃剂化合物占泡沫体总重量的低于约6wt％。
9.权利要求5的泡沫体，其中附加的阻燃剂化合物占泡沫体总重量的低于约6wt％。
10.权利要求1的泡沫体，其中蜜胺与附加阻燃化合物的重量比是在约0.5至约2.0范围内。
11.权利要求1的泡沫体，其中蜜胺与附加阻燃化合物的重量比是在约0.6至约1.5范围内。
12.权利要求1的泡沫体，其中蜜胺与附加阻燃化合物的重量比是在约0.75至约1.25范围内。
13.权利要求1的泡沫体，其中蜜胺与附加阻燃剂化合物的重量比是大约1。
14.权利要求3的泡沫体，其中该反应产物包括约100份/百份的多元醇。
15.权利要求1的泡沫体，它具有在约0.9-约4.25lb/ft3范围内的密度，在约7至约150lb/50in2范围内的25％IFD，和在约2.0至约5.5ft3/分钟范围内的空气流量。
16.权利要求1的泡沫体，它具有在约0.9-约1.5lb/ft3范围内的密度，在约7至约54lb/50in2范围内的25％IFD，和在约4.0至约5.5ft3/分钟范围内的空气流量。
17.权利要求1的泡沫体，它具有在约1.6-约4.25lb/ft3范围内的密度，在约11至约150lb/50in2范围内的25％IFD，和在约2.0至约4.0ft3/分钟范围内的空气流量。
18.权利要求1的泡沫体，其中该蜜胺是磨细的蜜胺。
19.权利要求18的泡沫体，其中磨细蜜胺具有100％≤约74微米，75％≤约19.25微米，50％≤约12.28微米，25％≤约6.84微米，0％≤约0.83微米的体积平均粒径分布。
20.权利要求1的泡沫体，其中附加阻燃剂化合物是五溴二苯基醚共混物卤代阻燃剂。
21.权利要求1的泡沫体，其中附加阻燃剂化合物是磷-溴。
22.制造聚氨酯泡沫体的块料方法，它包括添加低于约10wt％的蜜胺，基于泡沫体的总重量，和低于约10wt％的一种或多种附加阻燃化合物，基于泡沫体的总重量。
23.权利要求22的方法，其中该蜜胺是磨细的蜜胺。
24.权利要求23的方法，进一步包括在发泡之前将磨细的蜜胺与多元醇在高剪切下预掺混。
25.权利要求24的方法，其中预掺混物是约1∶1重量比的蜜胺与多元醇，在75°F下具有约3600cps的粘度和没有可见的聚结物。
26.权利要求24的方法，其中高剪切是由管线剪切泵所施加。
27.权利要求26的方法，其中预掺混物在大约300磅/小时流速和约21℃的温度下循环通过剪切泵达最低约2小时。
28.权利要求24的方法，进一步包括在发泡之前搅拌该预掺混物以维持蜜胺悬浮在其中。
29.制造聚氨酯泡沫体组合物的二氧化碳发泡方法，它包括添加低于约10wt％的蜜胺，基于泡沫体的总重量，和低于约10wt％的一种或多种附加阻燃化合物，基于泡沫体的总重量。
30.权利要求29的方法，其中该蜜胺是磨细的蜜胺。
31.权利要求30的方法，进一步包括在发泡之前将磨细的蜜胺与多元醇在高剪切下预掺混。
32.权利要求31的方法，其中预掺混物是约1∶1重量比的蜜胺与多元醇，在75°F下具有约3600cps的粘度和没有可见的聚结物。
33.权利要求31的方法，其中高剪切是由管线剪切泵所施加。
34.权利要求33的方法，其中预掺混物在大约300磅/小时流速和约21℃的温度下循环通过剪切泵达最低约2小时。
35.权利要求31的方法，进一步包括在发泡之前搅拌该预掺混物以维持蜜胺悬浮在其中。
36.权利要求31的方法，进一步包括在进入混合头之前过滤该预掺混物。
37.权利要求36的方法，其中过滤器具有约300微米的孔大小。
38.权利要求31的方法，进一步包括在离开该混合头之后过滤该泡沫组合物。
39.权利要求36的方法，进一步包括在离开该混合头之后过滤该泡沫组合物。
40.权利要求39的方法，其中过滤器具有约小于或等于在用于铺设泡沫组合物的门闩上的排出槽缝的宽度的孔大小。
全文摘要
公开了一种聚氨酯泡沫体，它包含低于约10wt％蜜胺和低于约10wt％的一种或多种附加阻燃化合物，两者基于泡沫体的总重量。在一个实施方案中，蜜胺与附加阻燃化合物的重量比是在约0.5至约2.0范围内。该泡沫体是一种或多种多元醇，一种或多种异氰酸酯，一种或多种发泡剂，和一种或多种催化剂的反应产物。在一个实施方案中，泡沫体具有在约0.9－约4.25lb/ft
文档编号C08K5/06GK1643019SQ03806055
公开日2005年7月20日 申请日期2003年3月12日 优先权日2002年3月14日
发明者S·D·吉尔德, W·格里格斯, J·普罗加, T·菲什, E·费勒 申请人:L&P财产管理公司