喷雾聚氨酯弹性体的制备方法和由该方法制备的弹性体的制作方法
【专利说明】喷雾聚氨酯弹性体的制备方法和由该方法制备的弹性体
【背景技术】
[0001] 本发明涉及喷雾弹性体和制备这些喷雾弹性体的方法。在本发明方法中，将固体 填料分别纳入至异氰酸酯组分和异氰酸酯反应性组分中。该喷雾方法使得制备具有比以前 可能的固体含量更高的固体含量的弹性体成为可能。由本发明方法制备的弹性体可特别地 用作汽车应用的声学部件，如仪表盘绝缘体和地毯背衬。
[0002] 聚氨酯弹性体中包含固体使得降低这种弹性体的成本同时不牺牲弹性体的物理 性能成为可能。因此，将聚氨酯弹性体的固体含量提高至最大可能的水平是商业上期望的。
[0003] 然而，固体的量不能增加至太高的水平，以致聚氨酯形成组分的加工变得很难使 得在商业上难以实现。
[0004] 美国专利6, 432, 543公开了用于制备特别适合汽车行业的部件的特定的可喷雾 的弹性体组合物。这些部件具有模制弹性外层和聚氨酯泡沫内层。所述弹性体为芳族多异 氰酸酯、含固体的多元醇、第二多元醇和其他添加剂的反应产物。除多异氰酸酯外的所有组 分的总固体含量最高达40重量％。含有这种数量的固体的弹性体的硬度通常限制在70至 85肖氏A范围内。然而，美国专利6, 432, 543没有教导所公开的弹性体可具有大于40%的 固体含量。
[0005] 在现有的聚氨酯喷雾弹性体体系中，固体仅被纳入至异氰酸酯反应性组分中，如 在美国专利6, 432, 543中所教导。然而，具有高固体含量（即，固体含量大于40% )的弹性 体的制备受该方法限制，这是因为可纳入至异氰酸酯反应性组分中的固体材料的量不能太 大，以致异氰酸酯反应性组分的粘度对喷雾来说太高。因此，为了获得更高的固体含量，需 要调节与含固体的异氰酸酯反应性组分相结合的异氰酸酯组分的体积比。目前已知的喷雾 聚氨酯弹性体体系中使用的体积比（即，异氰酸酯反应性组分的体积：异氰酸酯组分的体 积）通常为11:1至14:1。这种体积比需要使用专用的设备。
[0006] 因此，有利的是开发一种用于制备固体含量大于40%的聚氨酯弹性体的喷雾方 法，该方法可使用常规的喷雾设备来进行。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是提供固体含量大于40重量％、优选大于50重量％的喷雾聚氨酯 弹性体。
[0008] 本发明的另一目的是提供一种用于制备固体含量大于40%的喷雾聚氨酯弹性体 的喷雾方法，该方法可使用常规的喷雾设备来进行。
[0009] 这些目的和对本领域技术人员来说显而易见的其他目的通过将填料纳入至待喷 雾的聚氨酯形成体系（polyurethane-forming system)的异氰酸酯组分和异氰酸酯反应性 组分二者中来实现。
【具体实施方式】
[0010] 本发明涉及通过喷雾制备聚氨酯弹性体的聚氨酯形成体系，其总固体含量为40 至80重量％，基于聚氨酯形成体系的总重量计。为了确保聚氨酯形成体系为可喷雾的，异 氰酸酯组分和异氰酸酯反应性组分在25°C下的粘度通常均小于4, OOOmPa ? s，优选小于 2, OOOmPa ? s，最优选小于1，OOOmPa ? s。聚氨酯形成体系的异氰酸酯组分可具有40至80 重量％的固体含量，并包括：（i)至少一种芳族多异氰酸酯，其NC0含量为24%至33%且官 能度为2至3,以及（ii)至少一种固体填料，其以足够获得固体含量为40至80重量％的异 氰酸酯组分的量存在。本发明的聚氨酯形成体系的异氰酸酯反应性组分可具有40至80重 量％的固体含量，并包括：（i)至少一种聚醚多元醇，所述聚醚多元醇的羟值为25至40且 官能度为2至4,以及（ii)至少一种固体填料，所述固体填料以足够获得固体含量为40至 80重量％的异氰酸酯反应性组分的量存在。然而，异氰酸酯组分和异氰酸酯反应性组分的 总的结合固体含量必须在40重量％和80重量％之间，基于聚氨酯形成体系的总重量计。
[0011] 用于本发明的异氰酸酯组分的合适的多异氰酸酯和/或其预聚物的NC0基团含量 必须为约24 %至约33%，优选为约28 %至约33%，最优选为约30 %至约32%。
[0012] 优选的多异氰酸酯及其预聚物的实例包括基于二苯基甲烷二异氰酸酯和多苯基 甲烷多异氰酸酯、NC0基团含量在24%至33%的要求范围内的那些。
[0013] 合适的多异氰酸酯在25 °C下的粘度通常为至少约15mPa ? s，更优选至少约 20mPa ? s且最优选至少约23mPa ? s。这些多异氰酸酯的粘度通常为小于或等于50mPa ? s， 优选小于或等于40mPa ? s且最优选小于或等于35mPa ? s。所述多异氰酸酯的粘度可在这 些上限值和下限值的任意组合之间，包括端值。
[0014] 当异氰酸酯组分包含异氰酸酯预聚物时，所述异氰酸酯预聚物通常通过将合适的 多异氰酸酯与异氰酸酯反应性材料反应来制备，使得所得的预聚物的NC0基团含量在24和 33%之间。这些预聚物在25°C下的粘度通常为至少约30mPa ? s，更优选至少约35mPa ? s 且最优选至少约40mPa ? s。这些预聚物的粘度通常小于或等于70mPa ? s，优选小于或等于 60mPa ? s且最优选小于或等于50mPa ? s。所述预聚物的粘度可在这些上限值和下限值的 任意组合之间，包括端值。
[0015] 以前描述的可用作异氰酸酯组分的任何多异氰酸酯可用于制备满足在本发明的 实施中有用的％ NC0含量和粘度要求的预聚物。
[0016] 适于制备用作本发明体系的异氰酸酯组分的异氰酸酯预聚物的异氰酸酯反应性 材料包括含有2至4、优选2至3、最优选约3个官能团的有机化合物，所述官能团能够与异 氰酸酯基团反应。合适的异氰酸酯反应性基团包括0H基团、NH基团和SH基团，其中0H基 团是特别优选的。
[0017] 用于制备预聚物的这些异氰酸酯反应性化合物的合适的分子量范围为至少约 200,优选至少约500,且最优选至少约1，000。这些化合物的分子量还通常小于或等于约 7000,优选小于或等于约6500且最优选小于或等于约6000。异氰酸酯反应性组分的分子量 可在这些上限值和下限值的任何组合之间。
[0018] 用作用于制备预聚物的异氰酸酯反应性材料的合适的化合物的实例包括：聚醚多 元醇、聚酯多元醇、聚碳酸酯二醇、多羟基聚硫醚、聚缩醛和脂族硫醇。优选聚醚多元醇。
[0019] 在本发明的喷雾体系中用作异氰酸酯组分的特别优选的异氰酸酯为低官能度的 聚合的二苯基甲烷二异氰酸酯（PMDI)。
[0020] 本发明的喷雾体系的异氰酸酯反应性组分必须包括至少一种聚醚多元醇，其羟值 为约25至约40,优选约28至约36且官能度为约2至约4,优选约3且在25°C下的粘度小 于 4, OOOmPa ? s，优选小于 2, OOOmPa ? s，最优选小于 1，OOOmPa ? s。
[0021] 除了聚醚多元醇之外的羟值为约25至约40且官能度为2至4的异氰酸酯反应性 材料也可任选地包括在本发明体系的异氰酸酯反应性组分中。这些任选的异氰酸酯反应性 化合物可包含能够与NC0基团反应的几乎任意类型的反应基团，条件是它们不会使异氰酸 酯反应性组分在25°C下的粘度增加至4000mPa ? s以上。
[0022] 适于用作本发明中的异氰酸酯反应性组分的聚醚多元醇可通过本领域技术人 员已知的任何技术来制备。合适的聚醚多元醇以下列商品名购得：Hyperlite E-824、 Multranol 9111、Multranol 4012、Multranol4050 和 Arcol Polyol LHT-240。
[0023] 本发明的聚氨酯形成体系的异氰酸酯反应性组分可任选地包括含羟基的聚酯。合 适的含羟基的聚酯包括多羟基醇（优选二元醇）一一任选地加入三元醇一一和多元（优选 二元）羧酸的反应产物。合适的聚缩醛包括通过二醇（如二乙二醇、三乙二醇、4, 4'-二羟 基二苯基甲烷和己二醇）与甲醛的缩合或通过环状缩醛（如三氧杂环己烷（trioxane))的 聚合而获得的化合物。
[0024] 可包括在本发明的异氰酸酯反应性组分中的其他任选的异氰酸酯反应性材料包 括：聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚碳酸酯二醇、多羟基聚硫醚、聚缩醛和脂族硫醇。
[0025] 可任选包括在本发明体系的异氰酸酯反应性组分中的代表性含羟基化合物 的一般性讨论可见于例如由Saunders和Frisch著的Polyurethanes Chemistry and Technology, Interscience Publishers,纽约，伦敦，第 I 卷，1962,第 32-42 页和第 44-54 页，以及第 II 卷，1964,第 5-6 页和第 198-199 页；以及 Kunststoff-Handbuch，第 VII 卷， Vieweg-Hochtlen，Carl-Hanser-Verlag，慕尼黑，1966,第 45 至 71 页。
[0026] 包括在本发明的异氰酸酯反应性组分中的其他合适的添加剂和助剂包括例如催 化剂、表面活性剂、扩链剂、交联剂和发泡剂。
[0027] 固体填料必须以40重量％至80重量％、优选45重量％至75重量％、最优选50 重量％至70重量％的量包括在本发明的聚氨酯形成体系的异氰酸酯组分和异氰酸酯反应 性组分中，基于纳入了填料的组分计，且总固体含量（由于填料的纳入）必须为40至80重 量％，优选45至75重量％，最优选50至70重量％，基于聚氨酯形成体系的总重量计。
[0028] 合适的固体填料包括：硫酸钡、碳酸钙、实心微球、中空微球和水合氧化铝。特别优 选硫酸钡。填料的粒径必须是使得其中分散有填料的反应性组分可用常规的喷雾设备来喷 雾。合适的粒径的确定是本领域技术人员所熟知的。
[0029] 尽管通常将相同的填料纳入至本发明的聚氨酯形成体系的异氰酸酯组分和异氰