用于生产低密度自由起发的聚氨酯泡沫的方法
【专利说明】用于生产低密度自由起发的聚氨醒泡妹的方法 巧关申请的帘叉引巧
[0001] 本申请依据35U.S.C. § 119(e)要求2012年10月10日提交的临时专利申请 S.N. 61/795, 075的权益，其内容通过引用并入本文。 发明背景
技术领域
[0002] -方面，本发明涉及用于生产密度小于或等于大约0.75pcf的自由起发 (化ee-rise)的聚氨醋泡沫的方法。另一方面，本发明涉及由该方法生产的自由起发的软质 聚氨醋泡沫。再另一方面，本发明涉及具有如下特征的自由起发的软质聚氨醋泡沫；（i)密 度小于或等于大约0. 75pcf，（ii)制备过程中放热低，和（iii)基本上完全不含含金属催化 剂。
【背景技术】
[0003] 异氯酸醋基聚合物在本领域是已知的。通常，本领域的技术人员知道异氯酸醋基 聚合物是聚氨醋、聚脈、聚异氯脈酸醋和其混合物。
[0004] 生产泡沫状的异氯酸醋基聚合物在本领域也是已知的。事实上，相对于其他聚合 物体系，异氯酸醋基聚合物的优点之一是可W愿位发生聚合和发泡。该导致在聚合物形成 和膨胀的同时能够成型所述聚合物。
[0005] 生产聚氨醋泡沫的常规方法之一被称为"一步法（one-shot)"技术。在该技术中， 异氯酸醋、合适的多元醇、催化剂、水（其用作反应性"发泡"剂并可W任选地用一种或多种 物理发泡剂进行补充）和其它添加剂使用例如冲击混合（例如高压）一次性混合在一起。 通常，如果要制备聚脈，多元醇用合适的多胺代替。聚异氯脈酸醋可W来自异氯酸醋组分的 环H聚化反应。氨基甲酸醋改性的聚脈或聚异氯脈酸醋在本领域是已知的。在任一种情况 下，都要使用合适的混合技术非常迅速地将反应物紧密地混合。
[0006] 生产聚氨醋泡沫有两种主要的反应，它们需要保持适当平衡W获得期望的产物。 该些反应是；发泡反应和凝胶化反应。如果发泡反应发生的太快，所得到的增长的泡沫不 具有足够的强度而塌陷。如果凝胶化反应发生的太快，生成的泡沫在冷却的过程中会收缩。 因此聚氨醋泡沫需要非常平衡的配方。当期望生产密度相对低的泡沫的时候，需要更仔细 平衡同时发生的两个反应-发泡和凝胶化。
[0007] 另一种用于生产泡沫异氯酸醋基聚合物的技术称为"预聚物"技术。在该技术中， 预聚物通过将多元醇与异氯酸醋（其中该些组分中的一种是过量的）在惰性气氛中反应W 形成用反应活性基团（例如，如果异氯酸醋过量则为异氯酸醋部分，或如果多元醇过量则 为活性氨部分）封端的液体预聚物进行制备。为了制备泡沫聚合物，预聚物与其它组分充 分地混合。
[0008] 生产模塑泡沫（molded化am)和块状泡沫（si油stock化am)形式的聚氨醋泡沫 在本领域是已知的。
[0009] 模塑泡沫典型地用于车辆座椅应用并通过将泡沫组合物分配到敞模中进行制备。 然后合上模具W限定使膨胀的泡沫组合物在所有边/表面上成形的模腔。
[0010] 假定模塑聚氨醋泡沫的尺寸相对较小且模塑操作的周期相对短，那么常规的是利 用反应性相对高的多元醇。该允许反应W适当的速率进行。该些所谓的"模塑多元醇"（下 面相关于"第一多元醇"更详细地描述）典型地具有高伯羟基含量。当生产模塑聚氨醋泡 沫的时候，常规地在泡沫产生的过程中加热模具。
[0011] 常规用于生产汽车顶衬或其它非汽车应用的块状聚氨醋泡沫被认为是具有至少 一个非轮廓化表面（uncontouredSU计ace)的泡沫（例如弹性泡沫）（即泡沫是"自由起 发"泡沫）。
[0012] 在典型的板状聚氨醋泡沫生产设备中，生成的泡沫通常是通过将可发泡组合物分 配到具有开放顶部（也称为通道）和传送带底部的槽中从而在泡沫起发时将组合物移离混 合头而进行生产。典型地使用低压混合，并包括在通常小于50psi(通常2-15psi)的压力 下将用于生产泡沫的组分定量装入配备有揽拌器（或其它合适的揽拌工具）的混合头中。 组分在混合头内混合并且可发泡组合物膨胀W生成聚氨醋泡沫。如本领域已知的，低压混 合常规地用于生产块状泡沫。已知通过改变一种或多种定量组分的性质和/或用量来改变 生成的泡沫的性质。
[0013] 商业块状聚氨醋泡沫设备生产的泡沫"块"的大小为诸如至多4英尺或更大（高 度）X至多6英尺（宽度）或更大X至多100英尺（长度）或更大。然后将每个块切成 具有适用于预期泡沫用途的形状和大小的部分。例如，如果泡沫被用来生产汽车顶衬，依据 生产的具体汽车顶衬的规格切成多个长度更短（例如5英尺）的块。然后将长度更短的块 切成适当厚度（例如1/8至1/2英寸）的片。然后将每一个片用作夹也顶衬复合材料的组 件，其被修整并固定在汽车中。本领域还已知可将所述各片与其它组件一起进行进一步处 理步骤诸如热成型W使得平片具有与汽车的顶蓬的形状更为接近的稍微轮廓化的外观。如 果泡沫用作包装材料、海绵、床垫和垫子等，其可被切成适合该些应用的块。聚氨醋泡沫也 可W用称为箱注法化OXpour)的不连续的方式生产。
[0014] 假定在块状泡沫设备中生产大尺寸的产品，常规的是利用反应性相对低的多元 醇。该允许反应在适当的速率下进行。该些所谓的"块状多元醇"（下面相关于"第二多元 醇"更详细地描述）典型地具有高的仲羟基基团含量。假定是较低反应性块状多元醇（相 较于模塑多元醇），在制备块状泡沫的过程中常规地使用金属（例如锡）催化剂W及胺催化 剂。
[0015] 当生产块状泡沫的时候，并不奇怪泡沫的放热是一个重要的安全问题。如本领域 已知的，异氯酸醋和多元醇之间W及异氯酸醋和水之间的反应（即当生产聚氨醋泡沫的时 候）是放热的，会释放显著大量的热。然而模塑泡沫的放热是可控的，因为模塑泡沫产品的 尺寸相对小，所W反应热的耗散快（实际上，如上所述，在生产泡沫的过程中加热模具是常 规的），块状泡沫的放热必须明确地解决，因为产品很大。
[0016] 如整个说明书中所使用的，当用于聚氨醋泡沫的情况时，术语"放热"旨在表示生 产过程中泡沫经历的反应热。因而，术语"最大放热"旨在表示生产过程中泡沫经历的最大 反应热-实际上，该可W通过在生产后直接测量泡沫块（典型地在核也区域中）达到的最 大温度进行评估。实践中，在空气或氧气存在下，一旦到达阔值温度（对于大多数开孔软质 块状泡沫而言，典型地至多16(TC，而对于大多数硬质、半硬质和低气流块状泡沫而言，至多 20(TC)，可发生泡沫的自动氧化，导致变色（产品变质）并且有时会着火（破坏和/或毁坏 制造设施）。
[0017] 在生产块状泡沫时利用模塑多元醇并不是常规的，因为该种用法可能加剧上面描 述的放热问题。具体地，由于模塑多元醇相对高的反应性，存在增加反应放热和促使上面提 到的问题发生的更大风险。
[0018] 典型地，可W工业规模生产密度低至约1.化Cf的块状（或自由起发的）泡沫而不 会发生起火的危险。对于密度低于1.化Cf而言，常规使用气体（C〇2)或低沸点液体（例如 二氯甲焼等）形式的辅助发泡剂。该些辅助发泡剂不会产生额外的热，但通过膨胀（气体） 或从体系中蒸发（液体）进一步降低密度。低沸点液体具有甚至降低放热温度的能力。该 些辅助发泡剂（特别是低沸点液体）并不是环境友好的，并且它们的使用增加了泡沫生产 的成本。使用辅助发泡剂生产泡沫也更困难，并且在某些情况下需要更高的资本投资。
[0019] 一直需要能够生产低密度（即小于或等于大约0.75pcf)块状软质聚氨醋泡沫，其 在生产的过程中具有低的放热并且优选不存在金属催化剂和/或辅助发泡剂。
【发明内容】
[0020] 本发明的目的是避免或减轻至少一个现有技术的上述缺陷。
[0021] 本发明的另一个目的是提供一种生产密度小于或等于大约0.75pcf的自由起发 的聚氨醋泡沫的新方法。
[0022] 本发明的再另一个目的是提供密度小于或等于大约0. 75pcf的新的自由起发的 聚氨醋泡沫。
[0023] 因此，一方面，本发明提供一种用于生产密度小于或等于大约0. 75pcf的自由起 发的聚氨醋泡沫的方法，该方法包括如下步骤： (a)使（i)异氯酸醋，（ii)包含基本上由环氧丙焼单元和选自环氧己焼、环氧下焼和其 混合物的环氧焼单元组成的第一聚合物链的第一多元醇，（iii)水，（iv)表面活性剂和（V) 催化剂进行接触W形成可发泡的反应混合物，其中环氧丙焼单元和环氧焼单元的重量比在 从大约90:10至大约25:75的范围内，聚合物链的末端被环氧己焼单元封闭，第一多元醇的 伯羟基含量基于第一多元醇的总羟基含量为至少大约70% ;和 化）使可发泡的反应混合物膨胀W产生自由起发的聚氨醋泡沫。
[0024] 另一方面，本发明提供具有W下特征的自由起发的软质聚氨醋泡沫；（i)密度小 于或等于大约〇.75pcf，（ii)生产过程中放热低，和（iii)基本上完全不含金属（例如锡） 催化剂。
[00巧]因而，本发明人发现一种生产密度小于或等于约0. 75pcf的自由起发的软质聚氨 醋泡沫的新方法。具体地，本发明人发现了一种允许使用所谓的模塑多元醇来生产密度小 于或等于大约0. 75pcf的自由起发的软质聚氨醋泡沫而同时生产过程中保持相对低放热 的方法。有利地，该可W在避免使用辅助（例如姪）发泡剂和/或锡基催化剂化合物的同 时完成。虽然不希望被任何具体理论或作用方式限制，但据信通过在制备自由起发的聚氨 醋泡沫时使用模塑多元醇预期会增加泡沫的放热，该种放热的增加可W通过向泡沫配方中 添加比需要的化学计量更多的水来控制和/或抵消。据信添加更多的水的能力允许吸收使 用模塑多元醇所产生的放热而同时应化产生更多的二氧化碳（发泡剂），从而生成较低密 度泡沫而同时避免和/或减轻泡沫的收缩或塌陷。
【具体实施方式】
[0026] 本方法包括；（a)使（i)异氯酸醋，（ii)包含基本上由环氧丙焼单元和选自环氧己 焼、环氧下焼和其混合物的环氧焼单元组成的第一聚合物链的第一多元醇，（iii)水，（iv) 表面活性剂和（V)催化剂进行接触W形成可发泡的反应混合物，其中环氧丙焼单元和环氧 焼单元的重量比在从大约90:10至大约25:75的范围内，聚合物链的末端被环氧己