用于使聚氨酯或聚异氰脲酸酯发泡的低压方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种使用低压设备使聚氨酯（PUR)或聚异氰脲酸酯（PIR)发泡的方 法。在一个方面，本发明为一种使用非烃低全球暖化可能（GWP)起泡泡剂使聚氨酯或聚异 氰脲酸酯发泡的低压方法，而在另一方面，本发明涉及使用气态二氧化碳作为发泡剂的方 法。
【背景技术】
[0002] 聚氨酯（PUR)和聚异氰脲酸酯（PIR)发泡体通常由双组分系统构成，其中一种组 分包含异氰酸酯并且另一组分包含多元醇和/或其它可与异氰酸酯反应的材料。两种组分 在催化剂和起泡剂存在下，使用或不使用多种添加剂，在高压或低压下混合。高压方法中使 用的代表性混合器为径向流动转子-定子混合器，例如奥克斯混合器（OAKESmixer)。低压 方法中使用的代表性混合器为撞击混合器，例如消除混合器（EUMINATORmixer)。
[0003] "多泡发泡体"为以多泡状态离开混合器的施料枪组分的掺合物。这与"灌注"发 泡体形成对比，其以液体并且接着乳霜的形式离开，并且有时在离开枪之后会膨胀。以泡沫 形式离开施料枪向最终用户提供两个重要益处。一方面，多泡发泡体将对从模具泄漏具有 抵抗性，所述模具具有宽松容许量或其它'渗漏'特征。第二方面，如果材料在枪中撞击的期 间存在足够发泡能量，那么气体膨胀引起的混合可能足以在施料枪末端在不使用静态混合 器的情况下产生优良多元醇/异氰酸酯混合。去除静态混合器对于最终用户为一种优势， 因为使最终用户不用必须清洁或冲洗静态混合器。
[0004] 美国使用的典型多泡起泡剂为HFC-134a，其在室温下为气体并且具有零臭氧耗 尽。然而，其具有高全球暖化可能（GWP)。市场方向和未来法规朝向低全球暖化可能起泡剂 并且离开高全球暖化可能起泡剂。低成本低全球暖化可能气态起泡剂为'多泡'发泡体最 终用户非常需要的。
【发明内容】
[0005] 在一个实施例中，本发明为气态二氧化碳（CO2)在低压发泡方法中用作起泡剂的 用途。在一个实施例中，气态二氧化碳添加到多元醇掺合物或异氰酸酯掺合物中或其两者 中。在一个实施例中，二氧化碳作为第三物料流添加，例如在低压撞击混合器中，多元醇、异 氰酸酯和〇) 2物料流以独立物料流形式馈入到混合器头中。使用足够二氧化碳形成泡沫来 消除'渗漏'模具中的渗漏并且允许在不使用静态混合器的情况下混合，但未多到导致不可 接受的K因子或皱缩。较低含量的二氧化碳可能通过提供消除最终用户的模具中的渗漏而 仍然对最终用户具有优势。
[0006] 在一个实施例中，本发明为一种制备聚氨酯或聚异氰脲酸酯发泡体的方法，所述 方法包含在低压下混合以下各物的步骤：
[0007] (A)异氰酸酯；
[0008] (B)可与所述异氰酸酯反应的化合物，例如多元醇；
[0009] (C)在23 °C下的起泡剂液体；以及
[0010] (D)二氧化碳。
[0011] 在一个实施例中，起泡剂为物理起泡剂，优选地具有低GWP的起泡剂。在一个实施 例中，起泡剂为烃，尤其戊烷。在一个实施例中，二氧化碳在与所述方法的一或多种其它组 分混合时为气态的。在一个实施例中，二氧化碳在与所述方法的一或多种其它组分混合时 为液体。在一个实施例中，混合使用低压撞击混合器进行。
【具体实施方式】
[0012] 定义
[0013] 除非规定为相反，由上下文或本领域惯用所暗示，否则所有份数以及百分比均按 重量计。出于美国专利实践的目的，任何所参考专利、专利申请案或公开案的内容都以全文 引用的方式并入（或其等效美国版本如此以引用的方式并入），尤其在所属领域中的定义 (在并未与本发明特定提供的任何定义不一致的程度上）和常识的披露方面。
[0014] 除非另外指明，否则本发明中的数值范围为近似值，并且因此可以包括在所述范 围之外的值。数值范围包括从下限值到上限值中以一个单位递增的所有值，并且包括下限 值和上限值，其限制条件是任何较低值和任何较高值之间存在至少两个单位的间隔。举例 来说，如果组成特性、物理特性或其它特性（例如分子量等）是从100到1，〇〇〇,那么明确列 举全部个别值（例如100、101、102等）和子范围（例如100到144、155到170、197到200 等）。对于含有小于一的值或含有大于一的分数（例如1. 1、1. 5等）的范围，一个单位按需 要认为是0. 〇〇〇1、〇. 〇〇1、〇. 01或0. 1。对于含有小于十的个位数的范围（例如1到5)，一 个单位通常认为是0.1。这些仅是具体预期的实例，并且所列举的最低值与最高值之间的数 值的所有可能组合将被认为是在本发明中明确陈述。本发明内提供的数值范围尤其针对分 子量。
[0015] "低压"和类似术语意思是小于或等于2.IMPa的压力，通常在0. 7到2.IMPa范围 内的压力，更通常1到I. 9MPa以及甚至更通常L4到I. 7MPa的压力。
[0016] 在制备PUR或PIR发泡体的情形中，"高压"和类似术语意思是大于2.IMPa的压 力，通常在2. 1到40MPa范围内的压力，更通常在7到35MPa范围内的压力以及甚至更通常 在14到28MPa范围内的压力。
[0017] 全球暖化可能"和类似术语为温室气体将多少热量截留在大气中的相对量度。其 将所讨论的特定质量的气体所截留的热量与类似质量的二氧化碳所截留的热量进行比较。 经特定时间间隔（通常20、100或500年）计算GWP。GWP表示为二氧化碳（其GWP标准化 成1)的因数。举例来说，甲烷的20年GWP为72,这意思是如果向大气中引入相同质量的甲 烷和二氧化碳，那么经随后20年甲烷截留的热量将比二氧化碳多72倍。"低GWP"意思是 20年GWP小于72,优选地小于50,更优选地小于25并且甚至更优选地小于10。"高GWP" 意思是72或更大的20年GWP。
[0018] "K因子"和类似术语意思是一小时内穿过1英寸厚的1平方英尺材料的热量的量 度。一般来说，绝缘材料的K因子小于1。K值越低，绝缘越好。
[0019] 形成聚合泡沫的方法
[0020] 在一个实施例中，将具有反应性氢官能团的第一预聚物相（例如多元醇）引入到 低压混合器的混合室中，同时具有异氰酸酯官能团的第二预聚物相也同时引入到低压混合 器的同一混合室中。二氧化碳和液体起泡剂可通过独立入口单独引入或与第一和第二预聚 物相中的一者或两者组合。任选地，表面活性剂、催化剂和/或其它组分可单独引入或首先 与预聚物相中的一者或两者混合。
[0021] 使与惰性气体组合的两种预聚物相反应形成第四液体混合物，其夹带有大致均匀 尺寸的细小二氧化碳气泡。材料在混合器内从入口到出口的滞留时间可随材料性质、混合 器的操作条件而变化，但滞留时间通常为一秒到小于一分钟的分数。
[0022] 术语异氰酸酯预聚物相指的是实质上不含有机溶剂并且每个分子还具有至少两 个异氰酸酯基的液体。此类异氰酸酯预聚物另外指的是异氰酸酯预聚物，其中有机溶剂于 预聚物中的含量按预聚物相的总重量计为10重量％或更低。为了消除去除有机溶剂的步 骤，有机溶剂的含量按预聚物相的总重量计可例如为5重量％或更低；或在替代方案中，有 机溶剂的含量按预聚物相的总重量计可为1重量％或更低；或在另一替代方案中，有机溶 剂的含量按预聚物相的总重量计可为1重量％或更低。在一优选实施例中，异氰酸酯预聚 物相不含任何溶剂。
[0023] 用于本发明的异氰酸酯预聚物的数目平均分子量按无溶剂计可例如在具有1，000 到200, 000,通常1，000到50, 000数目平均分子量（Mn)的单体材料到预聚物范围内。
[0024] 用于本发明的异氰酸酯预聚物可以通过任何常规已知方法制造，例如溶液法、热 熔融法或预聚物混合法。此外，异氰酸酯预聚物可例如通过使聚异氰酸酯化合物与含活性 氢的化合物反应的方法制造，并且实例包括（但不限于）（i)在不使用有机溶剂的情况下使 聚异氰酸酯化合物与多元醇化合物反应的方法，和（ii)使聚异氰酸酯化合物与多元醇化 合物在有机溶剂中反应，随后去除溶剂的方法。
[0025] 聚异氰酸酯化合物的实例包括2,4_甲苯二异氰酸酯、2,6_甲苯二异氰酸酯、间苯 二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4'-二苯基甲烷二异氰 酸酯、2,2'-二苯基甲烷二异氰酸酯、3,3'-二甲基_4,4'-亚联苯基二异氰酸酯、3， 3'-二甲氧基_4,4'-亚联苯基二异氰酸酯、3,3'-二氯_4,4'-亚联苯基二异氰酸酯、 1，5_萘二异氰酸酯、1，5_四氢萘二异氰酸酯、亚丁基二异氰酸酯、1，6_六亚甲基二异氰酸 酯、亚十二烷基二异氰酸酯、三甲基六亚甲基二异氰酸酯、1，3_环己基二异氰酸酯、1，4_环 己基二异氰酸酯、二甲苯二异氰酸酯、四甲基二甲苯二异氰酸酯、氢化二甲苯二异氰酸酯、 赖氨酸二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯、3,3'-二甲 基_4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯、其异构体和/或这些中两种或更多种的组合。
[0026] 本发明中所用的含活性氢的预聚物包括（但不限于）具