适于增加脱模次数的半永久性工具涂层的增强的制作方法

适于增加脱模次数的半永久性工具涂层的增强的制作方法
【专利摘要】提供了具有寿命延长的脱模剂以及用于制备和使用所述脱模剂的方法。寿命延长的脱模剂可包括第一材料（40），所述第一材料（40）配置成以与模腔（18）的表面（24）成直接物理接触的方式放置以便密封所述表面。寿命延长的脱模剂还可包括第二材料（24），所述第二材料（24）配置成涂覆第一材料以便在模腔内执行泡沫制备过程中保护所述第一材料。所述第二材料包括硅氧烷油。
【专利说明】适于增加脱模次数的半永久性工具涂层的增强
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2011年8月15日提交的系列号61/523，783的美国临时专利申请的优先权和益处，其题为“适于增加脱模次数的半永久性工具涂层的增强(SEMI PERMANENTTOOL COATING ENHANCEMENT FOR EXTENDED NUMBER OF RELEASES)”，该申请的其全部内容通过引用并入本文。
【背景技术】
[0003]本发明总体上涉及能够增加脱模次数的半永久性脱模剂，从而涉及在生产泡沫物件的过程中使用所述半永久性脱模剂的方法。
[0004]聚氨酯是一种通用类别的聚合物，其中有机重复单元由氨基甲酸酯键和脲键连接。聚氨酯通常由下述反应来生成，在所述反应中具有两个或更多个羟基的多元醇与具有两个或更多个异氰酸酯基团的多异氰酸酯进行反应。羟基和异氰酸酯基可以1:1的关系进行相互反应以便形成氨基甲酸酯键和脲键，并且在某些配置中，关系可如从低至约0.6比
1、至约I比1.3的范围那样宽。为了促进这些聚合反应，反应材料可被加热，并且备选地或另外地，可提供催化剂。
[0005]聚氨酯具有各种各样的模制用途，其包括模制泡沫座椅、泡沫填料、密封剂、密封垫等等。给定聚氨酯的最终用途取决于反应来生成聚氨酯(例如，多元醇和/或聚异氰酸酯的分子结构)的特定起始物料以及起始物料进行反应的条件。例如，聚氨酯泡沫制品(尤其是泡沫座椅、泡沫镶板、和其它形状的聚氨酯泡沫)往往在具有的形状对应于泡沫所需形状的模腔内制备。
[0006]为了在所述模腔内部制备聚氨酯泡沫，将包括多元醇与多异氰酸酯的未反应混合物的泡沫配制物材料放置于模具中。然后例如在将混合物加热之后使得混合物发生反应。在反应期间，混合物发泡并膨胀以填充所述模腔的内部，从而呈现模腔形状。可以提供附加的材料以便增强混合物的发泡。例如，水可用作多种不同起泡剂中的一种类型以便使得氨基甲酸酯混合物来填充模具。为最环保起泡剂的水与聚合物和聚合组分反应以便生成脲。允许泡沫在模腔内硬化。一旦在一定的固化时间之后泡沫变硬，可将泡沫物件(例如座垫)从模具中取出并使用(例如，在座椅内使用)。固化时间越短，可制备性和收益性越高。
[0007]模腔可涂有脱模剂，以便泡沫物件从模腔取出。典型的脱模剂包括蜡基脱模剂，在执行泡沫制备过程之前所述蜡基脱模剂被施加到模腔表面上。作为一个实例，蜡基脱模剂可包括用于初步密封表面的高熔点蜡和附加的液体蜡，所述液体蜡具有在每次泡沫制备过程之前(即在形成每个独立的泡沫物件之前)被施加到密封表面上的各种熔点的蜡的混合物。在制备泡沫物件的过程中，在模制过程中(即，在聚合过程中)所述蜡熔化，并且在某些情况下，可能会汽化。然后当氨基甲酸酯被最终模制时蜡可返回到固体形式。如可以意识到的那样，在泡沫物品的制备过程中这些相变消耗能量。此外，一些蜡被转移到氨基甲酸酯物品上，以及一些蜡保留在模具中。遗憾的是，甚至在单次使用、或在有限脱模次数(例如，小于1000)之后，这些蜡脱模剂可能无法提供合适的泡沫脱模性能。换言之，在模具涂覆、泡沫制备、以及泡沫脱模的有限数目的周期中，某些蜡基脱模剂可能无法在随后的泡沫制备周期中促进泡沫从模腔中脱模。遗憾的是，这可能会导致泡沫材料粘附到模腔表面上，当泡沫从模具中取出时这导致泡沫破裂或撕破。
[0008]由于在单次使用(或少于期望次数的使用)之后，这些蜡基脱模剂的脱模性能会显著降低，所以在每次制备泡沫物件时都往往补充这些蜡基脱模剂。此外，以这种方式补充蜡基脱模剂会增加模腔被清洁的频率，从而除去泡沫或蜡的碎片、或者会对泡沫制备产生不利影响的任何其它表面污染物。因此，在给定的模腔内提供蜡基脱模剂可代表在制备一系列泡沫物件(例如，一组座垫)的过程中的显著资本投资。因此，典型的脱模材料往往是不足够的或有待进一步改善。

【发明内容】

[0009]本公开包括致力于克服蜡基脱模剂的这些缺陷和其它缺陷的实施例。例如，本发明的第一实施方式涉及一种系统，其包括配置成涂覆模腔表面的寿命延长的脱模剂。寿命延长的脱模剂包括第一材料和第二材料，所述第一材料配置成以与所述模腔表面成直接物理接触的方式放置以便密封所述表面，而所述第二材料配置成包覆第一材料以便在模腔内执行泡沫制备的过程中来保护所述第一材料。所述第二材料包括硅氧烷油。
[0010]本发明的另一个实施方式涉及泡沫模制系统。该系统包括具有基体材料的模具和在该基体材料中形成的模腔。所述模腔具有的几何形状对应于泡沫物件的所需形状。涂层设置于所述模腔的表面上，并且包括适于提高该表面润滑性的硅氧烷油。
[0011]本发明的另一实施方式涉及一种方法，所述方法包括制备具有寿命延长的脱模剂的模腔表面，所述脱模剂具有硅油。该方法还包括执行泡沫制备周期，其包括将泡沫配制物设置于模腔内，在模腔中聚合泡沫配制物以形成具有对应于所述几何形状的形状的泡沫物件，以及从模具中取出所述泡沫物件。
【专利附图】

【附图说明】
[0012]图1是泡沫物件制备系统实施例的示意图，其中将泡沫配制物提供给模腔以便制备泡沫物件。
[0013]图2是沿着图1的线2-2所取的示出下述实施方式的放大横截面视图，在所述实施方式中半永久性的脱模剂层设置在所述模腔的表面上，以及附加层设置在半永久性脱模剂层上以便延长半永久性脱模剂层的寿命。
[0014]图3是图1的所涂覆模具的基体材料和设置于所涂覆模具的模腔内的泡沫配制物之间的温度梯度的示意性图示。
[0015]图4是示出用于使用图1所涂覆的模具来制备泡沫物件的方法实施方式的工艺流程图。
【具体实施方式】
[0016]图1是用于在模具14内制备泡沫物件12 (例如，聚氨酯座垫)的系统10的示意性概述视图。模具14包括基体材料16和在基体材料16中形成的模腔18。模腔18配置成在制备泡沫时成形泡沫物件12。基体材料16可包括金属(例如，铝，钢，镍，或其它合金金属)、环氧树脂、复合材料、或能够给在模腔18内制备的泡沫提供机械稳定性的类似材料。在一些实施方式中，基体材料16可选择成使得热量能够从外源施加到在模腔18内进行的聚合过程。也就是说，基体材料16可具有所需的传热系数。模腔18由第一部件20和第二部件22限定，第一部件20和第二部件22的每一个具有内表面24，所述模腔18具有一定的形状以形成发泡物件12。然而，应该指出的是，在其它实施方式中，模腔18可由单个部件或者两个以上的部件形成，每个部件具有用于接触泡沫物件12的内表面24。形成模腔18的部件数目可取决于要制备的泡沫物件的特定形状和/或大小以及用于制备泡沫物件的方法。如应该意识到的那样，当第一部件20和第二部件22在它们围绕模腔18的区域处被放置成彼此接触时，所述模腔18采取泡沫物件12所需形状的形式。
[0017]如在下面相对于图2和图4更详细论述的那样，寿命延长的脱模剂26涂敷在内表面24上以便增加内表面24的润滑性。增加内表面24的润滑性促进泡沫物件12从模具14脱模，并防止不希望的撕裂和对所制备泡沫物件的污染。寿命延长的脱模剂26在通常意义上包括设置于基体材料16上的永久性或半永久性涂层，以及设置于永久性或半永久性涂层上的增补剂(extender)涂层。在根据本公开的某些方面，寿命延长的脱模剂26可包括配置成对于约1000到150000个以上的泡沫物件制备周期而言、诸如对于约物料5000个以上或约6000个以上的周期(例如，约6000，7000，8000，9000，10000个以上)而言给内表面24提供有益的润滑性。事实上，在某些实施方式中，寿命延长的脱模剂26可对于约16000个周期而言赋予内表面24理想量的润滑性。因此，如本文所用，用语“寿命延长”是指对于多于传统脱模剂周期的周期而言寿命延长的脱模剂26赋予限定模腔18的内表面24期望润滑质量的能力。例如，蜡基脱模剂通常只能够对于不超过1000个的周期赋予内表面24这种润滑性。
[0018]在系统10的操作过程中，将不同的材料进行混合以便最终制得泡沫配制物28，所述泡沫配制物28是当经受合适的聚合条件时能够在模具14内形成泡沫物件12的反应性混合物。在当前情况下，泡沫物件12是聚氨酯泡沫物件。因此，泡沫配制物28由下述材料制得，所述材料能够由水和异氰酸酯形成重复的氨基甲酸酯键(即聚氨酯)和脲键接。在图示的实施例中，泡沫配制物28通过在混合头30内混合多元醇配制物32和异氰酸酯混合物34来制得。然而，应当意识到的是，在某些实施例中，可在模腔18中直接混合多元醇配制物32和异氰酸酯混合物34来制得泡沫配制物28。
[0019]多元醇配制物32除了包括其它反应物之外可包括多羟基化合物(例如，包括多元醇和共聚物多元醇的具有一个以上羟基单元的小分子或聚合物)，诸如聚醚多元醇、可购自拜尔材料科学有限责任公司(Bayer Materials Science LLC)的合成树脂。多元醇配制物32也可包括起泡剂(例如，水，挥发性有机溶剂)、交联剂、表面活性剂和其它添加剂(例如，开孔剂，稳定剂)。多元醇配制物32还可包括其它聚合物材料，诸如配置成赋予泡沫物件12某些物理性质的共聚物材料。这种共聚物的一个实例是苯乙烯-丙烯腈(SAN)共聚物。此夕卜，在某些实施方式中，可以使用配置成促进聚氨酯生成(即，多元醇配制物32的羟基与异氰酸酯混合物34的异氰酸酯基之间的反应)的催化剂，并且所述催化剂可以是多元醇配制物32的一部分。
[0020]应当指出的是，根据当前实施方式，寿命延长的脱模剂26使得能够使用在传统上被视为是不适于在模腔18内采用蜡基脱模剂的聚氨酯泡沫制备工艺中使用的催化剂。例如，某些胺(例如叔胺)，胺盐，有机金属化合物(例如，有机铋和/或有机锌化合物)，或可与蜡基脱模剂不相容的其它类似催化剂。实际上，蜡基脱模剂可导致催化剂有效性降低(例如，通过与催化剂反应或配位)，并且在某些情况下，允许催化剂进行反应。例如，催化剂可与蜡进行反应，从而导致产生热量。热量产生可迫使催化剂经过相变，这会导致泡沫制备过程的能量损失。实际上，输入到泡沫制备过程中的多达20%的能量可能会损失到诸如这些的相变上。
[0021]相反，诸如这些的催化剂可在本公开的寿命延长的脱模剂26设置于内表面24上时容易地掺入到多元醇配制物32内。根据本发明实施例的可被掺入到多元醇配制物32内的催化剂的商业实例包括可购自密苏里州圣路易斯的Sigma Aldrich C0.，LLC的
DABCO? 331v胺催化剂(1，4- 二氮杂双环[2.2.2]辛烷)和可购自俄亥俄州诺伍德的Shepherd Chemical Company的BiCAT?秘催化剂。实际上，在多元醇配制物32中包括
更多种类催化剂的能力可降低开始形成聚氨酯时的温度，并且还可实现仅仅通过使用特定催化剂才能得到的制备特性。也就是说，延长寿命的脱模剂26可以使得能够形成具有改进物理性质的聚氨酯泡沫，诸如改进的湿固化性、降低的滞后损失以及提高的耐久性、弹性和抗撕裂性。此外，使用改进的催化剂体系的能力会增加反应效率，这可通过使得适于制备给定量泡沫的反应性物质的减少而降低材料成本。例如，可实现泡沫配制物28反应性材料的10%至20%的减少。下面的表1提供了多元醇配制物28的示例组分及其相应的量。
[0022]
【权利要求】
1.一种系统，其包括: 配置成涂覆模腔表面的寿命延长的脱模剂，其中所述寿命延长的脱模剂包括: 第一材料，所述第一材料配置成以与所述模腔表面成直接物理接触的方式放置以便密封所述表面；以及 第二材料，所述第二材料配置成包覆第一材料以便在模腔内执行泡沫制备的过程中来保护所述第一材料； 其中所述第二材料包括硅氧烷油。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述硅氧烷油包括具有下式重复单元的聚合物:
3.根据权利要求2所述的系统，其中R1和R2是相同的。
4.根据权利要求2所述的系统，其中R1和R2是不同的。
5.根据权利要求2所述的系统，其中R1和R2独立地包括甲基、乙基、丙基、正丁基、叔丁基、仲丁基、异丁基、戊基、异戊基、己基、环己基、庚基或辛基取代基。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述硅氧烷油包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述硅氧烷油包括具有下式重复单元的聚合物:

8.根据权利要求7所述的系统，其中R1,R2, R3和R4独立地包括甲基、乙基、丙基、正丁基、叔丁基、仲丁基、异丁基、戊基、异戊基、己基、环己基、庚基或辛基取代基。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一材料选自陶瓷、塑料和金属。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一材料包括聚四氟乙烯(PTFE)。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一材料包括镍聚四氟乙烯。
12.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一材料包括二氧化硅(Si02)、二氧化钛(TiO2)、或它们的组合。
13.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一材料包括阳极化的层。
14.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二材料基本由硅氧烷油构成。
15.根据权利要求1所述的系统，其包括具有模腔的模具，其中所述延长寿命的脱模剂设置于所述模腔的表面上。
16.根据权利要求15所述的系统，其中形成所述模具的基体材料包括金属、环氧树脂、复合材料、或它们的任意组合。
17.根据权利要求15所述的系统，其中所述基体材料包括铝、钢、镍、或它们的任意组入口 ο
18.泡沫模制系统，其包括: 具有基体材料的模具和在该基体材料中形成的模腔，其中所述模腔包括对应于泡沫物件的所需形状的几何形状；以及 涂层，其设置于所述模腔的表面上并且包括适于提高该表面润滑性的硅氧烷油。
19.根据权利要求18所述的系统，其中所述涂层配置成使得所述泡沫物件能够从所述模腔中取出而不会使得泡沫物件破裂。
20.根据权利要求19所述的系统，其中所述涂层配置成给表面提供足够的润滑性，这样在所述模具经历至少约1000个周期之后使得所述泡沫物件能够从模具中取出而不会使得泡沫物件破裂，在所述周期中多个附加的泡沫物件已在模腔内制成并从模具中取出。
21.根据权利要求19所述的系统，其中所述涂层配置成给表面提供足够的润滑性，这样在所述模具经历至少约5000个周期之后使得所述泡沫物件能够从模具中取出而不会使得泡沫物件破裂，在所述周期中多个附加的泡沫物件已在模腔内制成并从模具中取出。
22.根据权利要求19所述的系统，其中所述涂层配置成给表面提供足够的润滑性，这样在所述模具经历至少约15000个周期之后使得所述泡沫物件能够从模具中取出而不会使得泡沫物件破裂，在所述周期中多个附加的泡沫物件已在模腔内制成并从模具中取出。
23.根据权利要求19所述的系统，其中所述涂层配置成给表面提供足够的润滑性，这样在所述模具经历至少约16000个周期之后使得所述泡沫物件能够从模具中取出而不会使得泡沫物件破裂，在所述周期中多个附加的泡沫物件已在模腔内制成并从模具中取出。
24.根据权利要求18所述的系统，其中所述涂层包括配置成以与所述模腔的表面直接接触的方式放置的 基层，所述基层包括陶瓷、塑料、金属、或它们的任意组合。
25.根据权利要求24所述的系统，其中所述基层包括聚四氟乙烯聚合物。
26.—种方法,所述方法包括: 制备具有寿命延长的脱模剂的模腔表面，所述脱模剂包括硅油；以及 执行泡沫制备周期，所述泡沫制备周期包括: 将泡沫配制物设置于模腔内； 在模腔中将泡沫配制物聚合以形成具有的形状对应于几何形状的泡沫物件；以及 从模具中取出所述泡沫物件。
27.根据权利要求26所述的方法，其包括执行至少约5000次的泡沫制备周期，同时保持模腔表面的足够润滑性，这样泡沫物件在从模具中取出时不会破裂，并且其中在执行约5000次的泡沫制备周期的过程中仅更换所述涂层的硅油。
28.根据权利要求26所述的方法，其中用寿命延长的脱模剂制备模腔表面包括将硅油喷涂在模腔表面上。
29.根据权利要求28所述的方法，其中将硅油喷涂到直接设置于模腔表面上的基层上，其中所述基层包括陶瓷、塑料、金属、或它们的任意组合。
30.根据权利要求26所述的方法，其中所述泡沫组合物包括多羟基源、多异氰酸酯源和催化剂，所述催化剂配置成催化多羟基源的羟基基团和多异氰酸酯源的异氰酸酯基团之间的反应。
31.根据权利要求31所述的方法，其中所述催化剂包括胺催化剂、铋催化剂、锡催化剂、或它们的任意组合。
【文档编号】B29C33/64GK103857509SQ201280049410
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2012年8月15日 优先权日:2011年8月15日
【发明者】J·麦克沃伊, W·W·李, P·麦克拉伦 申请人:约翰逊控制技术公司