粘弹性聚氨酯泡沫的制作方法

专利名称：粘弹性聚氨酯泡沫的制作方法
背景技术：
1.发明领域本发明涉及具有1-30磅/立方英尺的密度的粘弹性聚氨酯泡沫。更具体地，本发明涉及由具有可改进所述泡沫物理性质和粘弹性的扩链剂的组合物形成的粘弹性聚氨酯泡沫。
2.相关技术的描述多种相关技术的粘弹性泡沫由作为异氰酸酯组分和与异氰酸酯反应的异氰酸酯反应性组分的反应产物的组合物形成。这些相关技术的泡沫在美国专利No.6,204,300；欧洲专利申请No.1,178,061；和PCT公开WO01/32736中得到了说明。
粘弹性聚氨酯泡沫目前在美国是一个具有前景的领域。其主要用于家庭和办公设备，尽管对于汽车应用已经进行了大量的工作。在美国应用于家庭设备的粘弹性泡沫的市场目前估计约为2500万磅/年。虽然现在市场规模相对小，但是其正以约为每年20％-30％的预计速率增长。
粘弹性泡沫在压缩循环过程中表现出缓慢的回复以及由此的高滞后性。其通常也具有低的落球回弹值。这些特性可能是由低气流引起的，因为回复会受到空气再进入所述泡沫的速率限制，或者由发泡聚合物的固有性质所致。聚合物粘弹性通常是温度敏感的，以及当聚合物经历玻璃化转变时最大化。对于目前研究的粘弹性泡沫，这种玻璃化转变由于所述聚醚软段相的玻璃化引起。通过控制软段相的结构和组成，以使得玻璃化转变温度近似地与材料的“使用温度”相符合，该材料的粘弹特性得以最大化。当这种材料被用于床垫中或用作坐垫时，来自使用者的体热可加热一部分的所述材料，由此使其软化。结果垫子成型为与其接触的身体部分的形状，从而产生更均匀的压力分布，这可提高舒适性。另外，材料的其余部分保持坚硬，提供支撑。因而，温度敏感性可提高所述材料的有效支撑系数，这使得不必使用金属弹簧而构造垫子。
选择和设计异氰酸酯组分的类型以及异氰酸酯反应性组分的官能度和羟基值以使得玻璃化转变在泡沫的使用温度下发生。尽管粘弹性泡沫的大多数物理性质类似于常规泡沫的性质，但是粘弹性泡沫的回弹性低得多，通常小于约15％。粘弹性泡沫的合适应用领域利用了其形状适应性、能量衰减性和消音性。获得这些特性的一种途径是改变异氰酸酯反应性组分、异氰酸酯组分、表面活性剂、催化剂、填料的用量和种类，如美国专利No.4,367,259中的那样，或者改变其他组分的用量和种类，以得到具有低回弹性、良好柔软度和适当加工特性的泡沫。然而，进行这些配方设计的手段往往是不合需要地有限的。这些方法在美国专利No.6,495,611和5,420,170中作了说明。其他相关技术泡沫在美国专利No.4,334,031；4,374,935；和4,568,702；PCT公开WO01/25305；欧洲专利No.0934962；以及欧洲专利申请No.1125958和0778301中作了说明。然而，这些相关技术专利中均未公开或提出本发明的独特而新颖的聚氨酯粘弹性泡沫。
其他制造粘弹性泡沫的方法关键在于寻找聚醚多元醇和其他组分的适当混合物。例如，美国专利No.4,987,156用羟基官能度分别至少为2的高分子量和低分子量多元醇的混合物和凝固点小于-20℃的增塑剂而得到了柔软的低回弹性泡沫。然而，该’156专利没有公开粘弹性泡沫并且要求所述多元醇和异氰酸酯在所述增塑剂的存在下反应。美国专利No.5,420,170教导了使用包括一种羟基官能度为2.3-2.8的多元醇和另一种官能度2-3的多元醇的混合物。美国专利No.5,919,395用包含官能度为2.5-6、重均分子量为2500-6500的多元醇与分子量为300-1000、官能度为2.5-6的刚性多元醇的多元醇混合物采取相似的方法。该’170专利和该’395专利均没有公开向组合物中添加扩链剂以改变泡沫的玻璃化转变温度。
另一种相关技术组合物在Lutter和Mente的题为“Novel MDI-BasedSlabstock Foam Technology”的论文中得到公开。所公开的组合物由异氰酸酯封端的预聚物、柔性多元醇和富含环氧乙烷的多元醇制得粘弹性泡沫。然而，该论文没有公开以显著量存在从而制备具有改进性质的粘弹性泡沫的扩链剂。
一元醇(monol)，例如单官能醇类，出于多种原因也已经被包括在柔性聚氨酯泡沫中，但其很少用于粘弹性泡沫(例如美国专利No.6,391,935)中。该’935专利公开了一种基于TDI的粘弹性泡沫，它没有公开基本上不含TDI的泡沫。该’935专利也没有公开使用扩链剂以改变泡沫的玻璃化转变温度。包括一元醇的大多数参考文献教导了形成具有高回弹性泡沫的组合物，例如美国专利No.4,981,880、3,875,086和3,405,077。然而，这些参考文献均未公开使用基本上不含阻燃剂的包含扩链剂以制备粘弹性泡沫的组合物。
其他参考文献教导了低分子量单官能材料的使用。例如，美国专利No.5,631,319教导了在非粘弹性泡沫中使用与羟基酮联合的C1-C25一元醇。美国专利No.4,209,593教导了使用萘酚或其他“大体积”单羟基化合物以制造能量吸收泡沫。该’319专利和该’593专利都没有公开根据本发明的粘弹性泡沫。不幸的是，在粘弹性泡沫中包含低分子量(＜1000)、高羟基值(＞60mg KOH/g)的一元醇会不利地影响重要的泡沫性质，特别是压缩形变。另外，任何一元醇会保持大量未反应状态，尤其是在低指数配方中，从而导致触觉上油性的并且具有不良“手感”的泡沫。
欧洲专利申请No.0913414公开了可包含聚醚一元醇的粘弹性聚氨酯泡沫。该一元醇具有小于1500的分子量，并与分子量大于1800的多元醇一起使用。所有实施例制备具有小于90的低异氰酸酯指数的泡沫。美国专利No.4,950,695教导了用于软化柔性聚氨酯泡沫的单官能醇或聚醚。该配方还包括分子量为2000-6500的三元醇。该’695专利没有公开不添加附加阻燃剂而呈阻燃性的粘弹性泡沫。
这些泡沫表现出一个或多个不足之处。因此，提供克服这些不足之处的粘弹性聚氨酯泡沫将是有利的。此外，提供由作为异氰酸酯组分和异氰酸酯反应性组分的反应产物并且包含扩链剂以改进泡沫的物理性质和粘弹性的组合物而形成的粘弹性泡沫将是有利的。
本发明及其优点的概述本发明提供了一种具有1-30磅/立方英尺的密度的粘弹性聚氨酯泡沫。所述泡沫是基本上不含甲苯二异氰酸酯的异氰酸酯组分、异氰酸酯反应性组分和主链具有2-8个碳原子的扩链剂的反应产物。另外选择所述扩链剂以具有小于1,000的分子量。基于100重量份所述组合物，所述扩链剂的用量为5-50重量份。所述组合物可制备具有5-65℃的玻璃化转变温度和0.40-1.75的tanδ峰值的泡沫。
因此，本发明提供了作为异氰酸酯组分、异氰酸酯反应性组分和扩链剂的反应产物的粘弹性聚氨酯泡沫。所述扩链剂在制备具有接近于泡沫使用温度的所需玻璃化转变温度的泡沫中提供更大的柔性。此外，用具有扩链剂的组合物制成的泡沫在保持泡沫粘弹性的同时还具有改进的物理性质。因此，本发明克服了相关技术具有的不足。
附图简要说明当结合附图考虑时通过参照下列详细描述，将容易认识到本发明的其他优点并且其同时能够得到更好的理解，其中

图1是说明扩链剂用量和异氰酸酯指数对根据本发明所形成的粘弹性聚氨酯泡沫的玻璃化转变温度的影响的图示；图2是说明增加扩链剂用量和增加异氰酸酯指数对调节根据本发明所形成的粘弹性聚氨酯泡沫的DMTA性质的影响的图示；图3是说明基于增加扩链剂用量和异氰酸酯指数的粘弹性聚氨酯泡沫硬度的图示；图4是说明增加一元醇用量对粘弹性聚氨酯泡沫的玻璃化转变的影响的图示；和图5是说明与商购粘弹性泡沫制品的DMTA曲线图比较的根据本发明制备的粘弹性聚氨酯泡沫的DMTA曲线图的图示。
发明详述本发明提供了一种具有1-30磅/立方英尺(pcf)的密度的粘弹性聚氨酯泡沫。优选地，所述粘弹性聚氨酯泡沫具有2.5-25pcf、更优选3-18pcf的密度。测量多种性质以确定该泡沫是否呈粘弹性。一种性质是泡沫的玻璃化转变温度。玻璃化转变温度通过动态力学热分析(DMTA)测量。其玻璃化转变温度通常为约5-50℃，优选10-40℃，更优选15-35℃。DMTA还产生峰值tanδ，其显示泡沫在压缩循环过程中消散能量的能力并且与泡沫的回复时间有关。所述峰值tanδ约为0.3-1.8，优选0.4-1.75，更优选0.9-1.5。玻璃化转变温度和峰值tanδ由泡沫的软段相的玻璃化引起。玻璃化作用利用的是所述软段相的结构和组成，以使所述玻璃化转变温度近似地与泡沫的使用温度相符合，由此使泡沫的粘弹特性最大化。
有利的、但与粘弹性质并非特别相关的其他物理性质包括密度、硬度和回复特性。回复特性差的泡沫会导致指纹，即触摸后指纹长时间地(例如大于1分钟)保留在泡沫中。另外，由本发明形成的泡沫应具有不发粘且不具有接触可发觉的任何油质残留物的表面。
本发明的泡沫是基本上不含甲苯二异氰酸酯的异氰酸酯组分与异氰酸酯反应性组分和扩链剂的反应产物。所属领域技术人员可认识到该泡沫是由包括所述异氰酸酯组分、异氰酸酯反应性组分和扩链剂的组合物形成的。下文中提及这些组分的含量可能是针对所述泡沫或者所述组合物，因为正如本领域技术人员所理解的那样在整个反应中必须平衡质量。
应当理解的是，基本上不含甲苯二异氰酸酯指的是以100重量份所述异氰酸酯组分计小于8重量份，优选以100重量份异氰酸酯组分计小于5重量份。更优选地，所述异氰酸酯组分完全不含甲苯二异氰酸酯，即以100重量份异氰酸酯组分计的0重量份。
然而，应当理解的是，在不影响聚氨酯泡沫的粘弹特性的情况下，该泡沫可以包含最小量的甲苯二异氰酸酯。如本领域中已知的，异氰酸酯指数是异氰酸酯组分中NCO基团与异氰酸酯反应性组分中OH基团的比值。优选地，异氰酸酯指数为75-110、更优选80-105。本领域技术人员可以认识到异氰酸酯组分的用量可通过结合异氰酸酯指数与存在的异氰酸酯反应性组分的量而确定。
优选地，所述异氰酸酯组分选自纯二苯甲烷二异氰酸酯和聚合的二苯甲烷二异氰酸酯中的至少一个。纯二苯甲烷二异氰酸酯被本领域技术人员理解为包括二苯甲烷-2，4’-二异氰酸酯和二苯甲烷-4，4’-二异氰酸酯。聚合的二苯甲烷二异氰酸酯被本领域技术人员理解为包括具有3-环化合物、4-环化合、5-环化合物和更高同系物的多环聚异氰酸酯。一种实施方式中，纯二苯甲烷二异氰酸酯基于100重量份异氰酸酯组分以50-99重量份的量存在以及聚合的二苯甲烷二异氰酸酯基于100重量份异氰酸酯组分以1-50重量份的量存在。所述纯二苯甲烷二异氰酸酯包括基于100重量份纯二苯甲烷二异氰酸酯以1-45重量份的量存在的二苯甲烷-2，4’-二异氰酸酯和基于100重量份纯二苯甲烷二异氰酸酯以55-99重量份的量存在的二苯甲烷-4，4’-二异氰酸酯。合适异氰酸酯的实例包括但不限于从BASF公司可购得的LUPRANATEMS、LUPRANATEM20S、LUPRANATEMI、和LUPRANATEM10、LUPRANATEM70和LUPRANATEM200异氰酸酯，以及No.236异氰酸酯、No.233异氰酸酯和No.278异氰酸酯。
另一实施方式中，所述异氰酸酯组分可作为异氰酸酯封端的预聚物加入。该预聚物是异氰酸酯和多元醇(polyol)的反应产物。所述多元醇具有大于1,000的重均分子量并且基于100重量份异氰酸酯组分以1-20重量份的量存在。所述多元醇可选自乙二醇、二甘醇、丙二醇、双丙甘醇、丁二醇、甘油、三羟甲基丙烷、三乙醇胺、季戊四醇和山梨糖醇中的至少一个。所述多元醇也可以是选自但不限于乙二胺、甲苯二胺、二氨基二苯基甲烷和聚亚甲基聚亚苯基多胺的多元胺，以及氨基醇。氨基醇的实例包括乙醇胺和二乙醇胺、三乙醇胺及其混合物。合适多元醇的实例包括但不限于从BASF公司可购得的PLURACOL2100、PLURACOL2115、PLURACOL2120、和PLURACOL2130、PLURACOL2145、PLURACOL593、PLURACOL945、PLURACOL1509、PLURACOL1051、PLURACOL1385、PLURACOL381、PLURACOL726、PLURACOL220、PLURACOL718、PLURACOL1718、PLURACOL1442和PLURACOL1117多元醇。
所述异氰酸酯反应性组分包括选自聚醚多元醇和聚酯多元醇中至少一个的多元醇。优选地，所述多元醇具有20-200mg KOH/g多元醇的羟基值。多元醇用引发剂形成，如本领域中已知那样，并且可选自乙二醇、二甘醇、丙二醇、双丙甘醇、丁二醇、甘油、三羟甲基丙烷、三乙醇胺、季戊四醇和山梨糖醇中的至少一个。所述多元醇也可以是选自但不限于乙二胺、甲苯二胺、二氨基二苯基甲烷和聚亚甲基聚亚苯基多胺的多元胺，以及氨基醇。氨基醇的实例包括乙醇胺和二乙醇胺、三乙醇胺及其混合物。
所述聚酯多元醇可通过适当比例的二元醇和更高官能度的多元醇与多元羧酸的缩合得到。更进一步适合的多元醇包括羟基封端的聚硫醚、聚酰胺、聚酯酰胺、聚碳酸酯、聚缩醛、聚烯烃和聚硅氧烷。优选的多元醇是包含环氧乙烷和/或环氧丙烷基团的聚醚多元醇。可用的其他多元醇包括加成或缩合聚合物在上述类型的多元醇中的分散体或溶液。这种改性多元醇，通常被称为“聚合物”多元醇，已经在现有技术中得以充分描述并且包括通过一种或多种乙烯基单体(例如苯乙烯和丙烯腈)在聚合的多元醇(例如聚醚多元醇)中的原位聚合或者通过多聚异氰酸酯与氨基-或羟基官能的化合物(例如三乙醇胺)之间在聚合的多元醇中的原位反应所得到的产物。
优选所述异氰酸酯反应性组分包括富含环氧乙烷(EO)的多元醇和柔性多元醇。如本领域技术人员所理解的，该富含EO的多元醇具有40-95％、优选50-90％、更优选65-85％的环氧乙烷基团含量。该柔性多元醇具有小于110的羟基值。适合的富含EO多元醇的实例包括但不限于从BASF公司可购得的PLURACOL593和PLURACOL1123多元醇。适合的柔性多元醇的实例包括但不限于从BASF0公司可购得的PLURACOL2100、PLURACOL380、PLURACOL2115、PLURACOL2120和PLURACOL2130、PLURACOL2145、PLURACOL945、PLURACOL1509、PLURACOL1051、PLURACOL1385、PLURACOL1538、PLURACOL381、PLURACOL726、PLURACOL220、PLURACOL718、PLURACOL1718、PLURACOL1442和PLURACOL1117和PLURACOL1135多元醇。
所述组合物进一步包括主链具有2-8个碳原子的扩链剂。优选地，所述主链具有2-6个碳原子。该扩链剂另外具有小于1,000的重均分子量。优选地，所述扩链剂具有25-250、更优选小于100的重均分子量。扩链剂可基于100重量份所述组合物以5-50重量份、优选5-30重量份、更优选5-15重量份的量存在。
所述扩链剂具有两个异氰酸酯反应性基团。优选地，所述扩链剂是具有羟基作为异氰酸酯反应性基团的二醇。更优选地，所述扩链剂选自1，4-丁二醇、1，3-丁二醇、2，3-丁二醇、1，2-丁二醇、1，3-丙二醇、1，5-戊二醇、乙二醇、二甘醇和重均分子量至多为200的聚乙二醇中的至少一个。可商购扩链剂的一个合适实例是来自Crompton OSI的NIAXDP-1022。
所述扩链剂可提高泡沫的玻璃化转变温度(Tg)。所述扩链剂与异氰酸酯组分反应以形成泡沫中的聚氨酯硬段，其被引入所述软段相中并提高软段的Tg。这使得可以不依赖于泡沫的密度而在宽温度范围内调整Tg，这在以前是不可能的。本发明通过调节扩链剂含量而提供柔性以制备具有宽范围Tg的泡沫。应当注意的是除了调节扩链剂含量之外，提高异氰酸酯指数也可提高Tg。通过同时调节异氰酸酯指数，所述Tg和硬度均可独立地改变。
所述组合物可进一步包括交联剂。如果包括的话，交联剂基于100重量份以2-18重量份、优选4-16重量份、更优选4-15重量份的量存在。优选地，所述交联剂是基于胺的交联剂，更优选地，该基于胺的交联剂选自三乙醇胺、二乙醇胺、乙二胺及羟基值大于250的其烷氧基化产物中的至少一个。然而，应当认识到，不同于基于胺的交联剂的其他类型交联剂可以用于本发明中。具有大于250的羟基值和大于2的官能度的多元醇可在本发明中用作交联剂。一种合适的交联剂是可从BASF公司购得的Pluracol355，但并不限于此。
一元醇也可包括在所述组合物中，并且如果包括的话，基于100重量份组合物其以1-15重量份的量存在以增加泡沫的tanδ峰值。优选地，该一元醇选自苄醇、2，2-二甲基-1，3-二氧戊环-4-甲醇和脂肪醇乙氧基化物中的至少一个。增加所述一元醇可提高所述泡沫的峰值tanδ，同时也软化泡沫和减缓回复作用。Tg也会随着一元醇含量的增加而提高，这样形成相对于其他树脂副组分而言更多的聚氨酯，这是由于其高羟基含量所致。所述一元醇也可包括其他典型的表面活性剂。合适一元醇的实例包括但不限于从Chemische Werke Hommel GmbH可购得的Solketal，从BASF公司可购得的ICONOLTMDA-4、ICONOLTMDA-6、MACOLLA4、PLURAFACRA-40、PLURAFACLF4030和INDUSTROLTFA-8。
所述组合物可包括具有链烷烃链、环状烃链和芳族烃链中至少一个的扩孔剂(cell opener)，并且如果包括的话，基于100重量份组合物其以1-15、优选1-12、更优选3-12重量份的量存在。优选地，该扩孔剂是矿物油。然而，其他扩孔剂也可使用，其包括但不限于硅油、玉米油、棕榈油、亚麻籽油、豆油和基于微粒如二氧化硅的消泡剂。用所述扩孔剂形成的泡沫与不用扩孔剂的那些相比发粘性显著更小，并且该泡沫不具有油质残留物。已经确定的是包含以100重量份组合物计小于2.5重量份扩孔剂的泡沫具有在触摸后保留指纹的较小倾向。然而，应当认识到改变组合物的其他组分也可以影响指纹作用。所述扩孔剂可增加通过泡沫的气流并减少泡沫的回复时间。它还降低压缩形变。合适扩孔剂的一个实例是从Mallinckrodt Chemicals可购得的白色、轻质矿物油。
如本领域技术人员已知的那样，所述组合物可进一步包括其他添加剂例如稳定剂或催化剂。合适稳定剂的实例为从Goldschmidt ChemicalCorporation均可购得的TEGOSTABB-8409和TEGOSTABB-8418，但不限于此。交联剂的实例包括但不限于从Air Products and ChemicalsInc.可购得的DABCO33LV或DABCOBL-11。
从本发明的组合物形成的泡沫具有5-65℃的玻璃化转变温度和0.40-1.75的tanδ峰值，如下文将更充分地描述的那样。如前所述，存在于组合物中的扩链剂的量可影响玻璃化转变发生的温度以及另外影响泡沫的tanδ峰值。当扩链剂以上述优选量存在时，所述泡沫具有15-35℃的玻璃化转变温度和0.9-1.5的tanδ峰值。优选选择、设计和改变扩链剂和一元醇的量以使得所述泡沫在其使用温度下具有玻璃化转变。当考虑到泡沫可能用于具有变化温度的领域中时这尤其重要，并且可能有利的是改变所述组合物以使得所述泡沫更好地适合于特定的温度。“使用温度”可基于体温、一年中的时节、地理位置或以上全部因素。
本发明进一步提供一种了形成粘弹性聚氨酯泡沫的方法，其包括提供基本上不含阻燃剂的异氰酸酯组分、提供异氰酸酯反应性组分以及提供上述扩链剂的步骤。该方法进一步包括将所述异氰酸酯组分、异氰酸酯反应性组分和扩链剂反应以形成具有5-65℃玻璃化转变温度和0.40-1.75的tanδ峰值的泡沫的步骤。
实施例根据本发明形成粘弹性聚氨酯泡沫。除非另作说明，形成所述组合物的各组分以重量份列出。如上所述，异氰酸酯指数是异氰酸酯组分中-NCO基团与异氰酸酯反应性组分中-OH基团的比值。
表1代表在下列实施例中进一步描述的一般配方。该基础配方如下列实施例中所示通过改变多元醇C、扩链剂、交联剂、一元醇、水的量以及通过改变异氰酸酯指数而改变。除非在下列表中另行注明，所用水的量为1.4pbw以及所用催化剂2的量为0.2pbw。
表1基础配方
多元醇A是官能度为2.96、重均分子量3606、羟基值460、75％EO-25％PO混杂的从BASF公司可购得的PLURACOL593多元醇，以及多元醇B是官能度为3、重均分子量6000、羟基值25、5％EO-95％PO混杂的从BASF公司可购得的PLURACOL220多元醇。交联剂是官能度3.96、重均分子量491、羟基值453、10％EO-77.9％PO的从BASF公司可购得的PLURACOL355多元醇。异氰酸酯组分是各自可从BASF公司购得的48.7重量份异氰酸酯No.233、31.6重量份LUPRANATEMI、和19.7重量份LUPRANATEM20S异氰酸酯的混合物。扩链剂是1，4-丁二醇。添加剂是稳定剂，从Goldschmidt Chemical Corporation可购得的TEGOSTABB-8418。催化剂1是从Crompton OSI可购得的NIAXA-1。催化剂2是从Air Products and Chemicals，Inc.可购得的DABCO33LV。一元醇是苄醇。
如下列实施例中论述的，泡沫在用标准手动搅拌技术的手动搅拌器中制备。在手动搅拌器中，将除了异氰酸酯的所有组分加入至64盎司的纸杯中，并用在2200rpm下旋转的直径3英寸的圆形混合桨叶进行预混48秒。然后加入异氰酸酯组分，混合8秒。将该混合物倒入5加仑的桶中并在室温下固化至少30分钟。然后将泡沫放于设定在250°F下的烘箱中16小时。如下表中所示，用M-30实验室规模的连续搅拌机制成一些泡沫。20分钟后从传送装置中取出这些机器制备的泡沫，在切割前使其固化过夜。不对这些实施例中所述的泡沫进行粉碎。根据以下所列ASTM参考资料进行物理性质试验。
对根据本发明制备的泡沫测量其多种物理性质。密度根据ASTMD1622测量。压痕力挠曲(IFD)根据ASTM D3574在25％、50％、65％和25％恢复下测定。块状撕裂(block tear)根据ASTM D1938测量。抗张强度根据ASTM D3574测量。落球回弹性根据ASTM D3574测量。Frazier气流根据ASTM D737测量。压缩形变根据ASTM D395测量以及热老化根据D3574测定。DMTA根据D4065用Rheometrics RSA II测定并且冲切2cm宽1/2英寸厚的圆盘形试样用于该测量。采用0.5％应变、1Hz频率和5℃/min的加热速率。
表2说明了扩链剂基于100重量份的组合物以0-7.5重量份的量存在、水以2.42或2.80的量存在的表1中所示基础配方，并且异氰酸酯指数为90或95。对各个实施例测量所得到的物理性质并在下面列出。
表2 扩链剂和异氰酸酯指数对Tg的影响
初始块状撕裂＝original block tear参照图1、2和3，图示地说明来自表2的结果。通常，当扩链剂的量增加时，泡沫的Tg提高。同样，当异氰酸酯指数增加时，泡沫的Tg提高。泡沫的峰值tanδ通常随着异氰酸酯指数的增加而降低，但是扩链剂的量没有实质上影响峰值tanδ。对于100或更小的异氰酸酯指数，泡沫的硬度基本上不受增加扩链剂用量的影响。当异氰酸酯指数为105时，通过增加扩链剂用量而提高硬度。改变水的用量以改进泡沫的密度。
表3说明扩链剂用量和异氰酸酯指数对泡沫收缩的影响。
表3扩链剂和异氰酸酯指数对泡沫收缩的影响
从表3可以确定的是，增加异氰酸酯指数使泡沫的收缩倾向增加。然而，似乎通过增加扩链剂用量，高异氰酸酯指数下的收缩可得以减少。
表4说明改变多元醇C的量对泡沫物理性质和粘弹性的影响。表4中，催化剂2以0.1pbw的量存在。
表4多元醇C用量对Tg和泡沫收缩的影响
增加多元醇C的量倾向于增加泡沫密度，同时也可改进张力和伸长率。然而，增加多元醇C的量降低了Frazier气流。泡沫的粘弹性似乎不受增加多元醇C用量的影响。
表5说明由具有基于100重量份组合物以12重量份的量存在的扩链剂和异氰酸酯指数为95的表1配方所制备的泡沫的物理性质。实施例19没有附加阻燃剂，而实施例20具有基于100重量份组合物以6重量份的量存在的阻燃剂。实施例19和20的泡沫通过上述的机器制备。
表5具有12pbw扩链剂的泡沫的性质
应当注意到的是，实施例19和20都没有通过垂直明火实验(verticalopen flame test)，但通过了烟草闷燃实验(cigarette smoldering test)，这两种实验是本领域技术人员已知的。尽管实施例20没有通过垂直明火实验，炭长(char length)和后燃烧(after flame)值与实施例19相比得以改进。
表6说明改变存在于组合物中的一元醇用量的影响。下列实施例按照具有基于100重量份组合物以7重量份的量存在的扩链剂和异氰酸酯指数为100的表1配方而形成。表6中，催化剂2以0.1pbw的量存在。
表6一元醇用量对泡沫的影响
参照图4，图示说明以上结果。通常，增加一元醇的量可同时改进泡沫的Tg和峰值tanδ，从而导致改进的粘弹性。增加的一元醇还降低了泡沫的硬度使其更柔软，然而，它也降低了泡沫的张力、伸长率和撕裂强度。
表7说明存在的交联剂的量的影响和由此对Tg产生的影响。泡沫按照表1的配方制备，除了不存在多元醇B。扩链剂基于100重量份组合物以7重量份的量存在。异氰酸酯指数为100。表7中，催化剂2以0.1pbw Dabco33LV存在。同样，交联剂是三乙醇胺(TEOA)而不是Pluracol 355。
表7交联剂对泡沫Tg的影响
从表7可以确定的是，通过增加交联剂用量增加了Tg，但降低了峰值tanδ。希望保持较高的峰值tanδ，因为其表示泡沫在压缩循环过程中消散能量的能力并且与回复时间有关。Frazier气流也随着交联剂量的增加而降低。同样由表7结合表6、实施例23得出，具有6重量份TEOA的实施例27得到与具有12重量份Pluracol 355的实施例23相似的性质。
表8说明扩孔剂对泡沫的影响。泡沫按照表1的配方制备。扩链剂基于100重量份组合物以7重量份的量存在，异氰酸酯指数为100。表8中，催化剂2以0.1重量份的量存在并且异氰酸酯以80.7重量份的量存在。
表8扩孔剂对泡沫的影响
增加扩孔剂的用量似乎不会影响基于Tg和峰值tanδ的泡沫粘弹性。然而，增加扩孔剂用量确实增加了通过泡沫的气流量，其表明泡沫具有改进的压缩回复性。因此，所得到的泡沫具有改进的回复性，但不牺牲任何物理性质或粘弹性。
表9说明商购的高密度、粘弹性泡沫的比较例。该对比泡沫具有约5.3磅/英尺3的密度。
表9对比高密度粘弹性泡沫的性质
表9中的比较例与表5中的实施例20相比，该比较例和实施例20都具有相似的密度。该比较例具有85g/l的密度而实施例20具有91g/l的密度。实施例20具有更好的张力、热老化张力和抗撕裂性质。实施例20具有0％的高度损失，然而所述比较例具有1.5％的损失。因此，实施例20具有与比较例相比更好的疲劳特性。所述比较例具有28℃的Tg而实施例20具有30.3℃的Tg，显示各自具有相似的粘弹性质。两者都通过了香烟闷燃实验，但实施例20没有通过垂直明火实验。图5说明另一Tg为23.9℃和峰值tanδ为1.56的对比粘弹性泡沫实例的DMTA曲线。根据本发明泡沫的另一实例的DMTA曲线也在示于图5中，其具有23.5℃的Tg和1.23的峰值tanδ。
显然，本发明的许多改进和变化根据上述的教导是可能的。除了如具体描述的那样以外，本发明可在所附权利要求的范围内实施。
权利要求
1.一种具有1-30磅/立方英尺(16-480g/l)的密度的粘弹性聚氨酯泡沫，所述泡沫包含下列物质的反应产物异氰酸酯组分；异氰酸酯反应性组分；主链具有2-8个碳原子并且重均分子量小于1,000的扩链剂，其中所述扩链剂基于100重量份所述泡沫以5-50重量份的量使用；以及所述泡沫具有5-65℃的玻璃化转变温度和0.40-1.75的峰值tanδ。
2.如权利要求1中所述的粘弹性聚氨酯泡沫，其中所述扩链剂基于100重量份所述泡沫以5-30重量份的量使用。
3.如权利要求2中所述的粘弹性聚氨酯泡沫，其中所述扩链剂具有25-250的重均分子量。
4.如权利要求1中所述的粘弹性聚氨酯泡沫，其中所述扩链剂基于100重量份所述泡沫以5-15重量份的量使用。
5.如权利要求4中所述的粘弹性聚氨酯泡沫，其中所述扩链剂具有小于100的重均分子量。
6.如权利要求1中所述的粘弹性聚氨酯泡沫，其中所述扩链剂具有两个异氰酸酯反应性基团。
7.如权利要求6中所述的粘弹性聚氨酯泡沫，其中所述扩链剂是具有羟基作为所述异氰酸酯反应性基团的二醇。
8.如权利要求1中所述的粘弹性聚氨酯泡沫，其中所述扩链剂进一步限定为具有2-6个碳原子。
9.如权利要求8中所述的粘弹性聚氨酯泡沫，其中所述扩链剂选自1，4-丁二醇、1，3-丁二醇、2，3-丁二醇、1，2-丁二醇、1，3-丙二醇和1，5-戊二醇中的至少一个。
10.如权利要求9中所述的粘弹性聚氨酯泡沫，其中所述扩链剂选自乙二醇、二甘醇、和具有至多200的重均分子量的聚乙二醇中的至少一个。
11.如权利要求9中所述的粘弹性聚氨酯泡沫，其中所述泡沫具有15-35℃的玻璃化转变温度和0.9-1.5的峰值tanδ。
12.如权利要求1中所述的粘弹性聚氨酯泡沫，其中所述异氰酸酯组分进一步限定为以100份所述异氰酸酯组分计50-99重量份的纯二苯甲烷二异氰酸酯；和以100份所述异氰酸酯组分计1-50重量份的聚合的二苯甲烷二异氰酸酯。
13.如权利要求12中所述的粘弹性聚氨酯泡沫，其中所述纯二苯甲烷二异氰酸酯进一步限定为以100份所述纯二苯甲烷二异氰酸酯计1-45重量份的二苯甲烷-2，4’-二异氰酸酯；和以100份所述纯二苯甲烷二异氰酸酯计55-99重量份的二苯甲烷-4，4’-二异氰酸酯。
14.如权利要求13中所述的粘弹性聚氨酯泡沫，其中所述异氰酸酯组分进一步限定为异氰酸酯封端的预聚物。
15.如权利要求14中所述的粘弹性聚氨酯泡沫，其中所述预聚物包含异氰酸酯和重均分子量大于1,000的多元醇的反应产物，所述多元醇基于100份所述异氰酸酯组分以1-20重量份的量使用。
16.如权利要求1中所述的粘弹性聚氨酯泡沫，其中所述反应产物进一步包含以100重量份所述泡沫计2-18重量份的交联剂。
17.如权利要求16中所述的粘弹性聚氨酯泡沫，其中所述交联剂进一步限定为基于胺的交联剂。
18.如权利要求17中所述的粘弹性聚氨酯泡沫，其中所述基于胺的交联剂选自三乙醇胺、二乙醇胺、乙二胺及羟基值大于250的其烷氧基化产物中的至少一个。
19.如权利要求1中所述的粘弹性聚氨酯泡沫，其中所述异氰酸酯反应性组分包含选自聚醚多元醇和聚酯多元醇中至少一个的多元醇。
20.如权利要求19中所述的粘弹性聚氨酯泡沫，其中所述多元醇具有20-200mg KOH/g所述多元醇的羟基值。
21.如权利要求1中所述的粘弹性聚氨酯泡沫，其中所述反应产物进一步包含以100重量份所述泡沫计1-15重量份的一元醇。
22.如权利要求21中所述的粘弹性聚氨酯泡沫，其中所述一元醇选自苄醇、2，2-二甲基-1，3-二氧戊环-4-甲醇和脂肪醇乙氧基化物中的至少一个。
23.如权利要求1中所述的粘弹性聚氨酯泡沫，其中所述反应产物进一步包含具有链烷烃链、环状烃链和芳族烃链中的至少一个并且基于100重量份所述泡沫以1-15重量份的量存在的扩孔剂。
24.如权利要求23中所述的粘弹性聚氨酯泡沫，其中所述扩孔剂是矿物油。
25.一种用于形成具有1-30磅/立方英尺的密度的粘弹性聚氨酯泡沫的组合物，所述组合物包含基本上不含甲苯二异氰酸酯的异氰酸酯组分；异氰酸酯反应性组分；和主链具有2-8个碳原子并且重均分子量小于1,000的扩链剂，其中所述扩链剂基于100重量份所述组合物以5-50重量份的量存在。
26.一种形成粘弹性聚氨酯泡沫的方法，其包括下列步骤提供基本上不含阻燃剂的异氰酸酯组分；提供异氰酸酯反应性组分；提供主链具有2-8个碳原子并且重均分子量小于1,000的扩链剂，其中所述扩链剂基于100重量份所述泡沫以5-50重量份的量使用；和使所述异氰酸酯组分、所述异氰酸酯反应性组分和所述扩链剂反应以形成具有5-65℃的玻璃化转变温度和0.40-1.75的tanδ峰值的泡沫。
全文摘要
本发明提供一种具有1－30磅/立方英尺的密度的粘弹性聚氨酯泡沫，其由包含基本上不含甲苯二异氰酸酯的异氰酸酯组分、异氰酸酯反应性组分、和具有含2－8个碳原子的主链的扩链剂的组合物形成。所述扩链剂还具有小于1,000的重均分子量，并基于100重量份所述组合物以5－50重量份的量存在。所述粘弹性聚氨酯泡沫具有15－35℃的玻璃化转变温度和0.9－1.5的tanδ峰值。
文档编号C08G18/66GK1813015SQ200480017881
公开日2006年8月2日 申请日期2004年5月21日 优先权日2003年6月26日
发明者H-D·卢特尔, R·A·内夫, R·古马拉居, T·M·施密辛斯基 申请人:巴斯福公司