CN101842405B - 使用铋盐催化粘弹性泡沫体 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施方式提供在存在含铋催化剂条件下制备的粘弹性聚氨酯泡沫体。粘弹性聚氨酯泡沫体可以是包含至少一种多元醇和至少一种异氰酸酯的反应混合物的反应产物，其中所述至少一种多元醇和至少一种异氰酸酯在存在至少一种含铋催化剂的条件下进行反应，和粘弹性聚氨酯泡沫体具有小于100kg/m3的密度和小于约25％的回弹性。

Description

使用铋盐催化粘弹性泡沫体
相关申请的相互引用
本申请要求2008年8月27日提交的，题目为“使用铋化合物催化基于天然油的软质聚氨酯泡沫体”，序列号为No.60/966,284的美国临时专利申请的利益，其在此引作参考。
背景技术
发明领域
本发明的实施方式一般而言涉及聚氨酯泡沫体；更具体地讲，涉及粘弹性聚氨酯泡沫体。
相关技术的说明
聚氨酯泡沫体用于各种各样的应用中，从缓冲材料(如床垫，枕垫和座垫)至包装材料再到绝热材料。一类聚氨酯泡沫体称作粘弹性(VE)或者“记忆(memory)”泡沫体。粘弹性泡沫体对于施加应力显示延时和与速度有关的响应。它们具有低回弹性和被压缩时恢复缓慢。这些性质通常与聚氨酯的玻璃化转变温度(Tg)相关。当聚合物的Tg等于或接近于使用温度时，通常显示粘弹性，对于许多应用而言使用温度是室温。
与大部分聚氨酯泡沫体相同，VE聚氨酯泡沫体通过多元醇组分与异氰酸酯在存在发泡剂，催化剂和其它添加剂的条件下反应制备而成。使用的催化剂包括促进多元醇-异氰酸酯(胶凝)反应的有机金属盐催化剂。通常，有机金属盐催化剂基于锡。然而，由于环境原因在许多情形优选避免使用锡催化剂。因此，需要一种制备粘弹性泡沫体的方法，所述方法使用基于较少锡的催化剂，同时保留或者甚至提升(exceeding)泡沫体性质如压缩变定。
概述
本发明的实施方式提供在存在含铋催化剂条件下制备的粘弹性聚氨酯泡沫体。在一种实施方式，提供包含粘弹性聚氨酯泡沫体的组合物，所述泡沫体是包括至少一种多元醇和至少一种异氰酸酯的反应混合物的反应产物，其中至少一种多元醇和至少一种异氰酸酯在存在至少一种含铋催化剂的条件下进行反应，和其中粘弹性聚氨酯泡沫体具有小于100kg/m3的密度和小于约25％的回弹性。
在另一种实施方式中，提供包含粘弹性聚氨酯泡沫体的制品，所述泡沫体是包括至少一种多元醇和至少一种异氰酸酯的反应混合物的反应产物，其中至少一种多元醇和至少一种异氰酸酯在存在至少一种含铋催化剂的条件下进行反应，和其中粘弹性聚氨酯泡沫体具有小于100kg/m3的密度和小于约25％的回弹性。
在另一种实施方式中，提供制备粘弹性聚氨酯泡沫体的方法，其包括将包含至少一种多元醇，至少一种异氰酸酯和至少一种含铋催化剂的混合物组合，从而形成具有小于100kg/m3的密度和小于约25％的回弹性的泡沫体。
在另一种实施方式中，粘弹性泡沫体包含的铋含量为大约1ppm至750ppm，粘弹性泡沫体具有小于100kg/m3的密度和小于约25％的回弹性。
在另一种实施方式中，按照任一前述实施方式，提供组合物，制备组合物的方法以及由其制备的制品，不同之处在于粘弹性聚氨酯泡沫体具有小于约20％的回弹性。
在另一种实施方式中，按照任一前述实施方式，提供组合物，制备组合物的方法以及由其制备的制品，不同之处在于粘弹性聚氨酯泡沫体具有小于约15％的回弹性。
在另一种实施方式中，按照任一前述实施方式，提供组合物，制备组合物的方法以及由其制备的制品，不同之处在于粘弹性聚氨酯泡沫体具有小于约10％的回弹性。
在另一种实施方式中，按照任一前述实施方式，提供组合物，制备组合物的方法以及由其制备的制品，不同之处在于粘弹性聚氨酯泡沫体具有小于约10ppm的芳族胺含量。
在另一种实施方式中，按照任一前述实施方式，提供组合物，制备组合物的方法以及由其制备的制品，不同之处在于粘弹性聚氨酯泡沫体具有小于约5ppm的芳族胺含量以外。
在另一种实施方式中，按照任一前述实施方式，提供组合物，制备组合物的方法以及由其制备的制品，不同之处在于粘弹性聚氨酯泡沫体具有小于约3ppm的芳族胺含量。
在另一种实施方式中，按照任一前述实施方式，提供组合物，制备组合物的方法以及由其制备的制品，不同之处在于至少一种多元醇和至少一种异氰酸酯以大约75至大约100的异氰酸酯指数反应，以及粘弹性聚氨酯泡沫体具有小于约5ppm的芳族胺含量。
在另一种实施方式中，按照任一前述实施方式，提供组合物，制备组合物的方法以及由其制备的制品，不同之处在于至少一种多元醇和至少一种异氰酸酯以大约75至大约100的异氰酸酯指数反应，以及粘弹性聚氨酯泡沫体具有小于约3ppm的芳族胺含量。
在另一种实施方式中，按照任一前述实施方式，提供组合物，制备组合物的方法以及由其制备的制品，不同之处在于至少一种多元醇和至少一种异氰酸酯以大约75至大约100的异氰酸酯指数反应，以及粘弹性聚氨酯泡沫体具有小于约2ppm的芳族胺含量。
在另一种实施方式中，按照任一前述实施方式，提供组合物，制备组合物的方法以及由其制备的制品，不同之处在于至少一种多元醇和至少一种异氰酸酯以大约80至大约95的异氰酸酯指数反应，以及粘弹性聚氨酯泡沫体具有小于约5ppm的芳族胺含量。
在另一种实施方式中，按照任一前述实施方式，提供组合物，制备组合物的方法以及由其制备的制品，不同之处在于至少一种多元醇和至少一种异氰酸酯以大约80至大约95的异氰酸酯指数反应，以及粘弹性聚氨酯泡沫体具有小于约3ppm的芳族胺含量。
在另一种实施方式中，按照任一前述实施方式，提供组合物，制备组合物的方法以及由其制备的制品，不同之处在于至少一种多元醇和至少一种异氰酸酯以大约80至大约95的异氰酸酯指数反应，以及粘弹性聚氨酯泡沫体具有小于约1ppm的芳族胺含量。
在另一种实施方式中，按照任一前述实施方式，提供组合物，制备组合物的方法以及由其制备的制品，不同之处在于粘弹性聚氨酯泡沫体包括小于10的50％压缩变定和小于10的75％压缩变定，和其中至少一种多元醇与至少一种异氰酸酯以小于85的异氰酸酯指数反应。
在另一种实施方式中，按照任一前述实施方式，提供组合物，制备组合物的方法以及由其制备的制品，不同之处在于粘弹性聚氨酯泡沫体包括小于7的50％压缩变定和小于7的75％压缩变定，和其中至少一种多元醇与至少一种异氰酸酯以小于85的异氰酸酯指数反应。
在另一种实施方式中，按照任一前述实施方式，提供组合物，制备组合物的方法以及由其制备的制品，不同之处在于粘弹性聚氨酯泡沫体包括小于5的50％压缩变定和小于5的75％压缩变定，和其中至少一种多元醇与至少一种异氰酸酯以小于85的异氰酸酯指数反应。
在另一种实施方式中，按照任一前述实施方式，提供组合物，制备组合物的方法以及由其制备的制品，不同之处在于粘弹性聚氨酯泡沫体具有小于1000μg/m3的总VOC释放量(total VOC emission)。
在另一种实施方式中，按照任一前述实施方式，提供组合物，制备组合物的方法以及由其制备的制品，不同之处在于粘弹性聚氨酯泡沫体具有小于500μg/m3的总VOC释放量。
在另一种实施方式中，按照任一前述实施方式，提供组合物，制备组合物的方法以及由其制备的制品，不同之处在于粘弹性聚氨酯泡沫体具有小于300μg/m3的总VOC释放量。
在另一种实施方式中，按照任一前述实施方式，提供组合物，制备组合物的方法以及由其制备的制品，不同之处在于至少一种异氰酸酯包含TDI异构体和MDI异构体中的至少一种。
在另一种实施方式中，按照任一前述实施方式，提供组合物，制备组合物的方法以及由其制备的制品，不同之处在于至少一种多元醇包含多元醇组合物，所述多元醇组合物中除了水之外的全部异氰酸酯反应性物类的总羟值在约100mg KOH/g和300mg KOH/g之间。
在另一种实施方式中，按照任一前述实施方式，提供组合物，制备组合物的方法以及由其制备的制品，不同之处在于反应混合物还包含至少一种锡催化剂。
在另一种实施方式中，按照任一前述实施方式，提供组合物，制备组合物的方法以及由其制备的制品，不同之处在于粘弹性泡沫体包括在约1ppm至750ppm之间的铋含量。
在另一种实施方式中，按照任一前述实施方式，提供组合物，制备组合物的方法以及由其制备的制品，不同之处在于粘弹性聚氨酯泡沫体包括在约6ppm至450ppm之间的铋含量。
在另一种实施方式中，按照任一前述实施方式，提供组合物，制备组合物的方法以及由其制备的制品，不同之处在于粘弹性聚氨酯泡沫体包括在约12ppm至400ppm之间的铋含量。
在另一种实施方式中，按照任一前述实施方式，提供组合物，制备组合物的方法以及由其制备的制品，不同之处在于制品是缓冲装置。
在另一种实施方式中，按照任一前述实施方式，提供组合物，制备组合物的方法以及由其制备的制品，不同之处在于制品是枕头和床垫之一。
详细说明
本发明的实施方式提供一种制备粘弹性聚氨酯泡沫体的方法，所述泡沫体具有优良的物理性能如压缩变定，同时泡沫中具有低含量的VOC和芳族胺。泡沫体通过至少一种多元醇组合物与至少一种异氰酸酯在存在至少一种含铋催化剂的条件下的反应制备而成。已经出乎意料地发现使用至少一种基于铋的催化剂制备的所述泡沫体与使用其它催化剂制备的与之相当泡沫体相比，显示降低量的VOC和具有较低数量级的芳族胺。多元醇组合物包括至少一种多元醇或者多元醇的混合物。多元醇组合物还可以包含其它异氰酸酯反应性物质，如扩链剂和交联剂。
由于多元醇组合物被认为是主要决定泡沫体的Tg，因此主要决定了泡沫体的粘弹性性质，因而在大多数情况中选择多元醇组合物以使泡沫体的Tg在约-20至约40℃之间，尤其是约-10至约25℃之间。可以选择多元醇组合物，使得多元醇组合物中所有异氰酸酯反应性物质(除了水以外)的总羟值在约100mg KOH/g和约300mgKOH/g之间。本申请包括并公开了在约100mgKOH/g和约300mgKOH/g之间的全部各个数值和子范围；例如，总羟值可以从下限100，105，110，115，120，125，130，140或150至上限200，225，250，275或300。例如，总羟值可以在100至300范围内，或者可选择地，总羟值可以在115至250范围内，或者可选择地，总羟值在125至225范围内。
至少一种多元醇可以包括官能度为每分子2.5-4个羟基和分子量在约300至约1500之间的那些多元醇。在一种实施方式中，至少一种多元醇可以具有约400至约1300之间的分子量，和在另一种实施方式中，具有约400至约1100之间的分子量。本申请中多元醇分子量均是数均分子量。
至少一种多元醇可以是聚醚型或聚酯型多元醇。羟基官能的丙烯酸酯聚合物和共聚物是适合的。至少一种多元醇可以是环氧丙烷或环氧乙烷的聚合物，或者环氧丙烷和环氧乙烷的共聚物(无规或嵌段)。多元醇可以具有伯羟基或仲羟基，但是优选主要具有仲羟基。
除了上述的至少一种多元醇以外，多元醇组合物还可以包括单醇或者羟基当量为至少150的多元醇。可以使用单醇(一种或多种)或者多元醇(一种或多种)完成不同的作用如开孔，给聚氨酯提供另外的较高或较低温度玻璃转变，改进体系的反应分布(reaction profile)和改进聚合物物理性能，或者完成其它的作用。通常，另外的单醇(一种或多种)或多元醇(一种或多种)可以具有200至13000或更高的分子量和每分子1至8或更多个羟基的官能度。单醇或多元醇可以具有例如，1500至9000，尤其是2400至7500的分子量，和每分子1至8个羟基，尤其是1至4个羟基的官能度。另一种合适的单醇或多元醇具有每分子1至2个羟基的官能度和600至1500的分子量。
单醇或多元醇可以是一种或多种氧化烯如环氧乙烷，环氧丙烷和1，2-环氧丁烷，或者这些氧化烯的混合物的聚合物。优选聚醚是聚环氧丙烷或者环氧丙烷和环氧乙烷的混合物的聚合物。单醇或多元醇也可以是聚酯。这些聚酯包括多元醇(优选二醇)与多元羧酸或其酸酐(优选二元羧酸或二羧酸酐)的反应产物。多元羧酸或酸酐可以是脂肪族的，环脂族的，芳族的和/或杂环的并且可以被取代，例如被氯原子取代。多元羧酸可以是不饱和的。这些多元羧酸的实例包括琥珀酸，己二酸，对苯二甲酸，间苯二甲酸，偏苯三酸酐，邻苯二甲酸酐，马来酸，马来酸酐和富马酸。用于制备聚酯多元醇的多元醇可以具有150或更低的当量和包括乙二醇，1，2-和1，3-丙二醇，1，4-和2，3-丁二醇，1.6-己二醇，1，8-辛二醇，新戊二醇，环己烷二甲醇，2-甲基1，3-丙二醇，甘油，三羟甲基丙烷，1，2，6-己三醇，1，2，4-丁三醇，三羟甲基乙烷，季戊四醇，对环己二醇，甘露糖醇，山梨醇，甲基苷(methylglycoside)，二甘醇，三甘醇，四甘醇，一缩二丙二醇，一缩二丁二醇等。
羟基官能的聚丁二烯聚合物也是有用的单醇和多元醇。
特别关注的其它单醇和多元醇包括：
1)聚环氧丙烷均聚物或者环氧丙烷与至多20重量％环氧乙烷的无规共聚物，具有2至4的官能度和800至2200的当量；
2)环氧乙烷的均聚物或者环氧乙烷与至多50重量％C3或更高级氧化烯的共聚物(无规或嵌段)，具有3至8，尤其是5至8的官能度和1000至3000的当量；
3)环氧乙烷或环氧丙烷的均聚物，或者环氧乙烷和环氧丙烷的无规共聚物，具有约1的官能度和200至3000，尤其是1000-3000的分子量，包括WO01/57104中记载的那些类型的单醇。
4)包含具有500或更大当量的单醇或多元醇和分散聚合物相的聚合物多元醇。分散的聚合物相可以是烯属不饱和单体(特别关注的是苯乙烯，丙烯腈和苯乙烯-丙烯腈共聚物)的颗粒，聚脲颗粒或者聚氨酯颗粒。分散相可以占聚合物多元醇的5重量％至60重量％；
5)具有自催化活性和可以代替部分或者全部聚氨酯泡沫体产品中通常使用的胺和/或有机金属催化剂的聚合物多元醇。自催化多元醇是由含叔胺的引发剂制备的那些多元醇，多元醇链中包含叔胺基团的多元醇或者用叔胺基团部分封端的多元醇。可以加入自催化多元醇代替约10wt.％至约50wt.％的胺催化剂同时保留相同的反应分布。或者，可以加入这些自催化多元醇以增加脱模时间。这些自催化多元醇公开在EP539,819，美国专利5,672,636；3,428,708；5,482,979；4,934,579和5,476,969和WO01/58,976中。这些自催化多元醇的实例包括商购于The Dow Chemical Company的VORANOL VORACTIV多元醇，如VORANOL VORACTIV VV7000。
6)两种或多种上述多元醇的混合物。
多元醇组合物还可以包含至少一种基于天然油的多元醇。基于天然油的多元醇是基于或衍生于可再生原料源如天然和/或基因改性的(GMO)植物的植物种子油和/或动物源脂肪的多元醇。所述油和/或脂肪通常包括甘油三酯，即脂肪酸与甘油连接在一起。所述植物油在甘油三酯中可以有至少约70％的不饱和脂肪酸。天然产品可以含有至少约85重量％不饱和脂肪酸。植物油的实例包括来自以下的那些：蓖麻，大豆，橄榄，花生，油菜籽，玉米，芝麻，棉花，低芥酸菜籽，红花，亚麻子，棕榈，葡萄籽，黑蒿子(blackcaraway)，南瓜籽，琉璃苣籽，木材胚芽(wood germ)，杏仁(apricot kernel)，乳香黄连木，杏仁(almond)，澳洲坚果，鳄梨，沙枣，大麻，榛子，月见草，野玫瑰，蓟(thistle)，胡桃，向日葵，麻风树种子油(jatropha seed oil)及其组合。此外，还可以使用来自生物体如藻类的油。动物产品的实例包括猪油，牛油，鱼油及其混合物。还可以使用基于植物和动物的油/脂肪的组合。
为了用于生产聚氨酯泡沫体，可以改性天然材料以向材料提供异氰酸酯反应性基团或者增加材料上异氰酸酯反应性基团的数量。优选所述反应性基团是羟基。可以使用几种化学方法来制备基于天然油的多元醇。可再生资源的改性包括，例如环氧化，羟基化，臭氧分解，酯化，加氢甲酰化或者烷氧基化。所述改性在本领域是公知的和记载在例如美国专利4,534,907，4,640,801，6,107,433，6,121,398，6,897,283，6,891,053，6,962,636，6,979,477和PCT公开WO2004/020497，WO2004/096744和WO2004/092882中。
通过使天然油改性生产所述多元醇后，改性的产物可被进一步烷氧基化。使用环氧乙烷(EO)或EO与其它氧化物的混合物，将亲水性部分引入多元醇中。在一种实施方式中，改性的产物与足够的EO进行烷氧基化，以生产含有约10％重量至约60％重量EO；优选约20％重量至约40％重量EO的基于天然油的多元醇。
在另一实施方式中，基于天然油的多元醇通过多步法制得，其中将动物或植物油/脂肪进行酯交换，回收成分脂肪酸。该步骤之后，使成分脂肪酸中的碳-碳双键加氢甲酰化，形成羟甲基，随后通过使羟甲基化的脂肪酸与适当的引发剂化合物反应，形成聚酯或聚醚/聚酯。该多步法为本领域公知，且例如描述于PCT公开WO 2004/096882和2004/096883中。该多步法导致生产同时具有疏水性部分和亲水性部分的多元醇，这使得与水和常规的基于石油的多元醇二者的混溶性提高。
用于多步法生产天然油来源的多元醇的引发剂可为用于生产常规的基于石油的多元醇的任何引发剂。所述引发剂可选自新戊二醇；1，2-丙二醇；三羟甲基丙烷；季戊四醇；山梨糖醇；蔗糖；甘油；二乙醇胺；链烷二醇，例如1，6-己二醇、1，4-丁二醇；1，4-环己二醇；2，5-己二醇；乙二醇；一缩二乙二醇、二缩三(乙二醇)；双-3-氨基丙基甲基胺；乙二胺；二亚乙基三胺；9(1)-羟甲基十八醇、1，4-双羟甲基环己烷；8，8-双(羟甲基)三环[5，2，1，02，6]癸烯；Dimerol alcohol(36碳二醇，得自Henkel Corporation)；氢化双酚；9，9(10，10)-双羟甲基十八醇；1，2，6-己三醇及其组合。更优选地，所述引发剂选自甘油；乙二醇；1，2-丙二醇；三羟甲基丙烷；乙二胺；季戊四醇；二亚乙基三胺；山梨糖醇；蔗糖；或任何上述物质，其中存在的醇或胺基中的至少一种与环氧乙烷、环氧丙烷或其混合物反应；及其组合。更优选的是，所述引发剂为甘油、三羟甲基丙烷、季戊四醇、蔗糖、山梨糖醇，和/或其混合物。
在一种实施方式中，引发剂被环氧乙烷或者乙烯与至少一种其它氧化烯的混合物烷氧基化，以提供分子量在约200至约6000之间，优选约500至约3000之间的烷氧基化的引发剂。
至少一种基于天然油的多元醇的官能度是高于约1.5和通常不高于约6。在一种实施方式中，官能度低于约4。至少一种基于天然油的多元醇的羟值低于约300mgKOH/g，优选在约20至约300之间，更优选在约40至约200之间。在一种实施方式中，羟值低于约100。在一种实施方式中，羟值在约20至40之间。
还可使用两种或更多种类型的基于天然油的多元醇的组合，用于使泡沫配制物中的种子油含量最大化，或者使泡沫体加工和/或特定的泡沫体特性例如耐潮湿老化性最优化。
多元醇组合物与至少一种异氰酸酯反应形成聚氨酯泡沫体。异氰酸酯可以是每分子具有平均1.8个或更多个异氰酸酯基团的有机异氰酸酯。异氰酸酯官能度优选约1.9至4，和更优选1.9至3.5和特别优选1.9至2.5。合适的异氰酸酯包括芳族，脂肪族和脂环族异氰酸酯。基于成本，有效性和赋予产物聚氨酯的性能通常优选芳族异氰酸酯。示例性的异氰酸酯包括，例如间-亚苯基二异氰酸酯，2，4-和/或2，6-甲苯二异氰酸酯(TDI)，二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)的各种异构体，六亚甲基-1，6-二异氰酸酯，四亚甲基-1，4-二异氰酸酯，环己烷-1，4-二异氰酸酯，六氢甲苯二异氰酸酯，氢化MDI(H12MDI)，亚萘基-1，5-二异氰酸酯，甲氧基苯基-2，4-二异氰酸酯，4，4’-亚联苯基二异氰酸酯，3，3’-二甲氧基-4，4’-联苯基二异氰酸酯，3，3’-二甲基二苯基甲烷-4，4’-二异氰酸酯，4，4’，4”-三苯基甲烷三异氰酸酯，多亚甲基多苯基异氰酸酯，氢化多亚甲基多苯基异氰酸酯，甲苯-2，4，6-三异氰酸酯和4，4’-二甲基二苯基甲烷2，2’，5，5’-四异氰酸酯。优选的异氰酸酯包括MDI和MDI衍生物如缩二脲改性的“液体”MDI产品和聚合MDI，以及2，4-和2，6-TDI异构体的混合物。在一种实施方式中，异氰酸酯是包含至少80重量％2，4-异构体的2，4-和2，6-甲苯二异氰酸酯的混合物。
至少一种异氰酸酯以在约70至约110之间，优选约75至约100之间，更优选约80至95之间的异氰酸酯指数反应。异氰酸酯指数为存在于配制物中的异氰酸酯基团与异氰酸酯反应性氢原子的比率，以百分数给出。因此，异氰酸酯指数表示实际上用于配制物的异氰酸酯相对于与一定量用于配制物的异氰酸酯反应性氢反应理论上所需的异氰酸酯量的百分数。
除了上述多元醇，泡沫配制物中任选存在一种或多种交联剂。如果使用，交联剂的用量优选至少约0.1，更优选至少约0.25和优选最多约1，更优选最多约0.5重量份，基于100重量份多元醇总量。
“交联剂”可以是每分子具有三个或更多个异氰酸酯反应性基团和具有优选小于约400的每异氰酸酯反应性基团当量的材料。交联剂优选每分子具有至少约3个和优选最多约8个，更优选约4个羟基、伯胺基团或仲胺基团和具有优选至少约30，更优选至少约50和独立地优选最多约200，更优选最多约125的当量。适合的交联剂的实例包括二乙醇胺，单乙醇胺，三乙醇胺，单(异丙醇)胺-二(异丙醇)胺-或三-(异丙醇)胺，甘油，三羟甲基丙烷，季戊四醇，山梨糖醇等。
在泡沫体配制物中也可以使用一种或多种扩链剂。扩链剂可以是这样的材料，其每分子具有两个异氰酸酯反应性基团和具有优选小于约400、优选至少约31和更优选最多约125的每异氰酸酯反应性基团当量。异氰酸酯反应性基团优选羟基，脂肪族伯胺基团或芳族伯胺基团或者脂肪族仲胺基团或芳族仲胺基团。代表性扩链剂包括胺乙二醇，二甘醇，1，2-丙二醇，一缩二丙二醇，二缩三丙二醇，乙二胺，亚苯基二胺，双(3-氯-4-氨基苯基)甲烷和2，4-二氨基-3，5-二乙基甲苯。如果使用，扩链剂通常存在的量优选为至少约1，更优选至少约3和独立地优选最多约50，更优选最多约25重量份，基于100重量份高当量多元醇。
使用所述交联剂和扩链剂是本领域已知的，如美国专利4,863,979和EP公开0549120中公开的。
为了制备聚氨酯泡沫体，可以使用发泡剂。在软质聚氨酯泡沫体的生产中，优选水作为发泡剂。基于100重量份多元醇总量，水的量优选至少约0.5，更优选至少约0.8，和独立地优选最多约6，更优选最多约4重量份。其它发泡剂和它们的应用是本领域技术人员已知的。例如，羧酸或其盐任选用作反应性发泡剂。其它发泡剂包括液体或气体二氧化碳，二氯甲烷，丙酮，戊烷，异戊烷，甲缩醛或二甲氧基甲烷，碳酸二甲酯或者它们的组合。如US 5,194,453中所述的使用人工减少或增加的大气压在本发明的实施中也是预期的。泡沫体任选用所述试剂或方式中的任何一种或任何组合进行发泡。
除了上述组分，在制备聚氨酯聚合物中使用某些其它成分也是期望的。所述其它成分是乳化剂，有机硅表面活性剂，防腐剂，阻燃剂，着色剂，抗氧化剂，抗菌剂，增强剂，填料包括粉末形式的回收聚氨酯泡沫，或者上述物质的组合，所述组合中含有其它添加剂或者不合有其它添加剂。
使用一种或多种催化剂用于使多元醇组合物和任选的水与异氰酸酯进行反应。在本发明的各种实施方式中，至少一种催化剂是基于铋的催化剂。基于铋的催化剂包括，例如，铋羧酸盐如醋酸盐，油酸盐，辛酸盐或者新癸酸盐，硝酸铋，铋卤化物如溴化物，氯化物或碘化物，铋硫化物，碱性铋羧酸盐如新癸酸铋，碱式棓酸铋或碱式水杨酸铋，以及上述物质的组合。每一基于铋的催化剂优选是有机铋催化剂。所述有机铋催化剂包括例如羧酸盐和磺酸盐，其在有机铋催化剂中是优选的。磺酸盐的实例包括芳族磺酸盐如对-甲苯磺酸盐和脂肪族磺酸盐如甲磺酸盐和三氟甲磺酸盐。基于铋的催化剂更优选包括至少一种铋羧酸盐，如2-乙基己酸盐，硬脂酸盐，三(2-乙基-六辛酸盐)(tris(2-ethyl-hexaoctoate))或辛酸盐，癸酸盐，优选羧酸的羧酸盐，其中所述羧酸具有优选至少2个，更优选至少5个，最优选至少8个碳原子，和有利地最多约20个，优选最多约17个，更优选最多约15个，最优选最多约12个碳原子，在所述的羧酸中优选脂肪酸。在本发明的实施方式中，基于铋的催化剂是新癸酸铋。在一种实施方式中，基于铋的催化剂是弱酸(小于34％游离酸)有机金属催化剂，特别是新癸酸铋，如US6,825,238中所述，将其以法律允许的程度引入本申请作为参考。
用于形成聚氨酯的基于铋的催化剂或其组合物的量在每一百重量份多元醇约0.005份(PPHP)至2PPHP之间。本申请包括和公开了约0.005PPHP至约2PPHP之间的全部各个数值和子范围；例如，基于铋的催化剂的量从下限0.005，0.01，0.015，0.02，0.025，0.03或0.03PPHP，上限0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.9，1.0，1.1，1.2，1.3，1.4，1.5或2.0PPHP。例如，基于铋的催化剂的量可以在0.005至2PPHP范围内；或者可选择地，基于铋的催化剂的量可以在0.01至1.5PPHP范围内；或者可选择地，基于铋的催化剂的量可以在0.02至1.0PPHP范围内。也即，当使用基于铋的催化剂催化例如形成预聚物时，作为决定催化剂的用量基准的多元醇的总重量是将形成预聚物的全部多元醇的重量。类似地，当所研究的反应包括例如羟基官能的预聚物和与异氰酸酯反应的其它多元醇时，全部预聚物重量包括羟基官能的预聚物和参与形成聚氨酯的反应的其它多元醇的总重量。在本发明的实施中在聚氨酯形成的任一步骤中即至少一种预聚物的形成中，最终聚氨酯的形成中或者上述步骤的组合中使用基于铋的催化剂。在一种实施方式中，至少在最终聚氨酯的形成中使用基于铋的催化剂，无论在初期的或者中间步骤中是否包括一种或多种预聚物以及无论在初期或任选进行的中间步骤中是否包括至少一种基于铋的催化剂。
除了基于铋的催化剂，任选使用适于形成氨基甲酸酯催化剂的任何催化剂。所述催化剂包括叔胺化合物，带有异氰酸酯反应性基团的胺和有机金属催化剂。示例性的叔胺化合物包括三亚乙基二胺，N-甲基吗啉，N，N-二甲基环己胺，五甲基二亚乙基三胺，四甲基乙二胺，双(二甲基氨基乙基)醚，1-甲基-4-二甲基氨基乙基-哌嗪，3-甲氧基-N-二甲基丙基胺，N-乙基吗啉，二甲基乙醇胺，N-椰油基吗啉(cocomorpholine)，N，N-二甲基-N’N’-二甲基异丙基亚丙基二胺，N，N-二乙基-3-二乙基氨基-丙胺，二甲基苄胺以及上述物质的组合。示例性的有机金属催化剂包括有机汞，有机铅，有机铁，有机锡，有机锂以及上述物质的组合。在各种其它催化剂中，优选使用上面列举的含氮化合物。如果基于铋的催化剂不是羧酸盐，某些其它的催化剂，优选含氮，通常是特别有用的。
如果与至少一种基于铋的催化剂一起使用至少一种含氮催化剂，优选胺催化剂，基于被催化的反应中多元醇的总重量，含氮催化剂或者其组合的量优选是至少约0.05，更优选至少约0.08，最优选至少约0.1；并且任选优选最多约5，更优选最多约4，最优选最多约2PPHP。
制备聚氨酯产品的方法是本领域公知的。通常，以任何常规方式将形成聚氨酯的反应混合物的各组分混合在一起，例如使用为此目的的现有技术中如G.Oertel，Hanser publisher的“聚氨酯手册(Polyurethane Handbook)”中记载的任何混合设备和方法。
通常，如下制备聚氨酯泡沫体：在存在至少一种发泡剂、至少一种催化剂和所需的其它任选成分的情况下，在使异氰酸酯和多元醇组合物反应形成聚氨酯和/或聚脲聚合物的条件下，混合异氰酸酯和多元醇组合物，同时发泡剂产生使反应混合物膨胀的气体。泡沫任选由如U.S.专利.4,390,645中所述的所谓的预聚物法形成，例如，其中化学计量过量的异氰酸酯首先与高当量多元醇(一种或多种)形成预聚物，预聚物在第二步中与扩链剂和/或水反应，从而形成期望的泡沫。起泡法，例如，如U.S.专利3,755,212；3,849,156和3,821,130中所述的，也是适用的。优选使用所谓的一步法，如U.S.专利2,866,744中所述的。在所述一步法中，异氰酸酯和全部异氰酸酯反应性组分同时合并和进行反应。在适用于本发明的方法中，三个广泛使用的一步法包括常规块料泡沫法(slabstock foam process)，高回弹性块料泡沫法，粘弹性泡沫块料法和模制泡沫法。
块料泡沫通常如下制备：混合泡沫体成分并将其分配到槽或其他区域内，在所述槽或其他区域内，反应混合物反应，对抗大气压自由发起(有时在膜或其他柔性覆盖物下)并固化。在常见的工业规模块料泡沫生产中，将各种泡沫成分(或其各种混合物)独立地泵送至混合头，在这里进行混合，并分配到衬有纸或塑料的传输带上。在传输带上进行发泡和固化形成泡沫胶块。形成的泡沫具有低于100kg/m3的密度。本申请包括和公开了低于100kg/m3的全部各个数值和子范围；例如密度可以从下限30，35，40，45，50，55，60，65，70，75或80至上限40，45，50，55，60，65，70，75，80，85，90或95。
根据本发明的实施方式，模制泡沫可如下制备：将反应物(多元醇组合物，异氰酸酯，发泡剂和表面活性剂)转移至封闭的模具中，在该模具中发生发泡反应，以生产成型的泡沫。可使用所谓的“冷模”工艺(其中不将模具预热到明显超过环境温度)或“热模”工艺(其中将模具加热以驱使固化)。模塑泡沫具有低于100kg/m3的密度。本申请包括和公开了低于100kg/m3的全部各个数值和子范围；例如密度可以从下限30，35，40，45，50，55，60，65，70，75或80至上限40，45，50，55，60，65，70，75，80，85，90或95。
本发明的实施方式制备的泡沫体的应用是本领域已知的那些或者本领域技术人员已知的那些。例如，粘弹性泡沫体用于诸如床上用品(bedding)，家具，鞋垫，耳塞，汽车座位，防晒板，包装应用，扶手，门板，隔音部件，头盔衬里，其它缓冲垫和能量控制应用，或仪表板的应用。
本发明的实施方式包括具有最多25％回弹性的泡沫体，回弹性根据ASTM D3574-03测量。例如回弹性可从下限1，1.5，2，2.5，3，4.5，5，5.5，6，6.5，7，8.5，9，9.5，10或10.5至上限5，6.5，7，7.5，8，9，10，11，12，13，14，15，16，17，18，19，20，21，22，23，24或25。
根据本发明的实施方式，粘弹性泡沫体具有小于1000μg/m3的总VOC释放量，VOC根据EUROPUR测试方法测量。如2008年8月6日出版的题目为“CertiPUR Label for Flexible Polyurethane Foams”的EUROPUR技术文献以标题“1.4Emission ofvolatle organic compounds”所描述的，来实施EUROPUR测试方法。本申请包含和公开了低于1000μg/m3的全部数值和子范围；例如，总VOC释放量可以从下限1，2，3，4，5，10，50，75，100，150，200，250，300，400，500或600μg/m3至上限200，250，300，500，750或1000μg/m3。例如，粘弹性泡沫体可以具有100μg/m3至600μg/m3范围内的VOC释放量；或者可选择地，粘弹性泡沫体具有50μg/m3至500μg/m3范围内的VOC释放量；或者可选择地，粘弹性泡沫体具有10μg/m3至500μg/m3范围内的VOC释放量；或者可选择地，粘弹性泡沫体具有100μg/m3至500μg/m3范围内的VOC释放量；或者可选择地，粘弹性泡沫体具有200μg/m3至500μg/m3范围内的VOC释放量；或者可选择地，粘弹性泡沫体具有300μg/m3至500μg/m3范围内的VOC释放量；或者可选择地，粘弹性泡沫体具有500μg/m3至400μg/m3范围内的VOC释放量；或者可选择地，粘弹性泡沫体具有100μg/m3至400μg/m3范围内的VOC释放量；或者可选择地，粘弹性泡沫体具有200μg/m3至400μg/m3范围内的VOC释放量；
根据本发明的实施方式，粘弹性泡沫体具有低于10ppm(ppm)的总芳族胺含量，胺含量根据用于2，4-甲苯二胺(2，4TDA)和4，4’二氨基二苯基甲烷(4，4’MDA)的EUROPUR测试方法进行测量。如2008年8月6日出版的题目为“CertiPUR Label for Flexible Polyurethane Foams”的EuroPUR技术文献以标题“1.3TDA and/or MDA(resp.for TDI and/or MDI based foam)”所描述的，来实施EUROPUR测试方法。本申请包含和公开了小于10ppm的全部各个数值和子范围；例如芳族胺含量可以从下限0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.9，1.0，1.2，1.3，1.4，1.5，2.0，2.5，3.0，3.5，4.0，4.5，5.0，6.0或7.0ppm至上限0.5，0.6，0.7，0.8，0.9，1.0，1.2，1.3，1.4，1.5，2.0，2.5，3.0，3.5，4.0，4.5，5.0，6.0，7.0，8.0，9.0或9.5ppm。例如，粘弹性泡沫体可以具有0.2至5ppm的芳族胺含量；或者可选择地，粘弹性泡沫体具有0.5至5.0ppm的芳族胺含量；或者可选择地，粘弹性泡沫体具有0.8至5.0ppm的芳族胺含量；或者可选择地，粘弹性泡沫体具有1至5ppm的芳族胺含量；或者可选择地，粘弹性泡沫体具有0.2至3.5ppm的芳族胺含量；或者可选择地，粘弹性泡沫体具有0.5至3.5ppm的芳族胺含量；或者可选择地，粘弹性泡沫体具有0.8至3.5ppm的芳族胺含量；或者可选择地，粘弹性泡沫体具有1.0至3.5ppm的芳族胺含量。
根据本发明的实施方式，粘弹性泡沫体可以具有约1ppm至约750ppm之间的铋含量。铋可以以基于铋的催化剂的形式存在，作为基于铋的催化剂的衍生物产物或者作为反应的基于铋的催化剂。本申请包含和公开了约1ppm至750ppm之间的全部各个数值和子范围；例如铋含量可以从下限1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15，20或25ppm至上限100，150，200，250，300，325，350，375，400，425，450，475，500，525，550，600，625，650，675，700，725或750pmm。例如，粘弹性泡沫体具有3至725pmm之间的铋含量；或者可选择地，粘弹性泡沫体具有6至450pmm之间的铋含量；或者可选择地，粘弹性泡沫体具有12至400ppm之间的铋含量。
实施例
下述实施例用于举例说明发明的实施方式，但是不用来限定发明的范围。除非另作说明，全部的份和百分数以重量计。
使用下述材料：
VORANOL*CP3322    87％环氧丙烷和13％环氧乙烷的三醇，其当量为
                  48，购自The Dow Chemical Company。
VORANOL*CP1421    25％环氧丙烷和75％环氧乙烷的三醇，当量为
                  1700，购自The Dow Chemical Company。
VORALUX*HT760     当量为240的环氧丙烷三醇，购自The Dow
                  Chemical Company。
NIAX A-1          叔胺催化剂，购自Momentive Performance Material。
NIAX L 620        有机硅表面活性剂，购自Momentive Performance
                  Material。
NIAX L 627        有机硅表面活性剂，购自Momentive Performance
                  Material。
DABCO 33LV：   三亚乙基二胺在丙二醇中的33％溶液，购自Air
               Product&Chemicals Inc。
DABCO MB 20    新癸酸铋，购自Air Product&Chemicals Inc。
KOSMOS 29      新酸亚锡催化剂，购自Evonik Industries。
VORANATE*T-80  甲苯二异氰酸酯组合物(80重量％2，4-甲苯二异
               氰酸酯和20％重量2，6-甲苯二异氰酸酯)，购自
               The Dow Chemical Company。
*VORALUX，VORANOL和VORANATE是The Dow Chemical Company的商标。
使用设定在22℃的配有单独多元醇，水，催化剂，表面活性剂，添加剂和异氰酸酯物料流的Polymech连续块料机制备连续块料泡沫。在以3.4至3.5m/min传送速度的传输带上以20kg/min的总输出量(combined output)注入多元醇。用于实施例和对比例的全部配制物包括列于表1中的材料：
表1
  材料   份数
  VORALUX*HT760   73
  VORANOL*CP3322   21
  VORANOL*CP1421   6
  NIAXA-1   0.15
  DABCO33LV   0.3
  Niax L620   0.3
  Niax L627   1.0
  水   1.5
此外，配制物包括表2所示的基于锡的催化剂(KOSMOS 29，对比例C1-C4)或者基于铋的催化剂(DABCO MB 20，实施例E1-E6)和异氰酸酯(VORANATE*T-80)。
表2
Figure GPA00001115341100171
泡沫性能
  密度   Kg/m3   ISO3386：1986   57.7   55.9   60.4   70.4   58.5   59.5   59.3   63   64.6   66.7
  CFD25％   kPa   ISO3386：1986   1.78   1.25   0.45   0.47   2.88   1.82   1.75   0.83   0.078   1.10
  CFD40％   kPa   ISO3386：1986   2.23   1.55   0.69   0.70   2.33   2.23   2.17   1.09   1.02   1.38
  CFD50％   kPa   ISO3386：1986   2.72   1.9   0.92   0.98   2.86   2.73   2.63   1.38   1.30   1.71
  CFD65％   kPa   ISO3386：1986   4.45   3.15   1.76   2.09   4.74   4.53   4.38   2.49   2.37   2.95
  SAG   kPa   ISO3386：1986   1.52   1.52   2.20   2.09   1.52   1.51   1.50   1.67   1.67   1.56
  滞后(hysteresis)   scfm   ISO3386：1986   67.1   68   29.6   28.5   66   68.2   69.4   53.7   55.9   67.8
  剪切   N/m   ISO8067：1989   207   190   93   111   226   219   215   128   120   137
  回弹性   ％   ASTMD3574-05   3   3   1.2   2.5   2.6   3   3.0   3.9   3.8   4.9
  未粉碎的气流量(Airflowuncruched)   scfm   ASTMD3574-05   0.81   1.18   034   0.68   0.95   1.08   1.3   0.48   0.86   1.37
  CS50％   ％   ASTM3574-05   0.9   1.0   11.4   13.2   0.9   1.1   1.0   4.0   4.1   1.7
  CS75％   ％   ASTM3574-05   0.6   1.1   42.5   19   1.0   0.9   0.4   3.5   2.8   1.3
  2，4-甲苯二胺   mg/kg   EUROPUR**   7.8   27.0   0.6   2.0
  4，4’-二氨基苯基甲烷   mg/kg   EUROPUR**   ＜0.2   ＜0.2   ＜0.2   ＜0.2
**按照2008年8月6日出版的题目为“CertiPUR Label for FlexiblePolyurethane Foams”的技术文献以标题“1.3TDA and/or MDA(resp.for TDIand/or MDI based foam)”所述的，实施EUROPUR测试方法。通过萃取(使用1％乙酸水溶液)和紧接着用HPLC(高效液相色谱)分析进行样品测试。
表2还提供了不同泡沫性能测量值的结果。可以看出在基于铋基催化剂的泡沫体中2，4-甲苯二胺含量在90指数时低得多，在80指数时也出乎意料地低。基于铋基催化剂的泡沫体中2，4-甲苯二胺的量比基于锡催化剂的泡沫低不止一个数量级并且完全低于5ppm的CertiPUR标准限制。还可以看出基于铋基催化剂和锡基催化剂的泡沫体的50％和70％压缩变定(CS50％和CS75％)结果在异氰酸酯指数为90时是相当的。然而，在异氰酸酯指数为80时，基于铋基催化剂的泡沫体出乎意料地在50％压缩变定和75％压缩变定两者上都具有低得多的压缩变定。
虽然前述涉及本发明的各种实施方式，但是，在不偏离本发明的基本范围的情况下，可设计本发明的其它和另外的实施方式，本发明的范围由以下权利要求确定。

Claims (28)

1.一种粘弹性聚氨酯泡沫体，包含：
包括至少一种多元醇和至少一种异氰酸酯的反应混合物的反应产物，其中所述至少一种多元醇和至少一种异氰酸酯在至少一种含铋催化剂存在下反应，以及其中所述粘弹性聚氨酯泡沫体具有小于100kg/m3的密度，0.2ppm至小于7ppm的芳族胺含量和小于25％的回弹性；所述含铋催化剂的量为每一百重量份多元醇0.005份至每一百重量份多元醇2份。
2.权利要求1所述的粘弹性聚氨酯泡沫体，其中回弹性小于20％。
3.权利要求1所述的粘弹性聚氨酯泡沫体，其中回弹性小于15％。
4.权利要求1所述的粘弹性聚氨酯泡沫体，其中回弹性小于10％。
5.权利要求1所述的粘弹性聚氨酯泡沫体，其中芳族胺含量小于5ppm。
6.权利要求1所述的粘弹性聚氨酯泡沫体，其中所述至少一种多元醇和至少一种异氰酸酯以70至110的异氰酸酯指数进行反应，并且所述粘弹性聚氨酯泡沫体的芳族胺含量小于5ppm。
7.权利要求6所述的粘弹性聚氨酯泡沫体，其中芳族胺含量小于3ppm。
8.权利要求1所述的粘弹性聚氨酯泡沫体，其中至少一种多元醇和至少一种异氰酸酯以75至100的异氰酸酯指数进行反应，并且所述粘弹性聚氨酯泡沫体的芳族胺含量小于5ppm。
9.权利要求8所述的粘弹性聚氨酯泡沫体，其中芳族胺含量小于3ppm。
10.权利要求8所述的粘弹性聚氨酯泡沫体，其中芳族胺含量小于2ppm。
11.权利要求1所述的粘弹性聚氨酯泡沫体，其中所述至少一种多元醇和至少一种异氰酸酯以80至95的异氰酸酯指数进行反应，并且粘弹性聚氨酯泡沫体的芳族胺含量小于5ppm。
12.权利要求11所述的粘弹性聚氨酯泡沫体，其中芳族胺含量小于3ppm。
13.权利要求11所述的粘弹性聚氨酯泡沫体，其中芳族胺含量小于1ppm。
14.权利要求1所述的粘弹性聚氨酯泡沫体，还具有小于10的50％压缩变定和小于10的75％压缩变定，以及其中所述至少一种多元醇和至少一种异氰酸酯以小于85的异氰酸酯指数进行反应。
15.权利要求14所述的粘弹性聚氨酯泡沫体，其中50％压缩变定小于7和75％压缩变定小于7。
16.权利要求14所述的粘弹性聚氨酯泡沫体，其中50％压缩变定小于5和75％压缩变定小于5。
17.权利要求1所述的粘弹性聚氨酯泡沫体，其中所述粘弹性聚氨酯泡沫体具有小于1000μg/m3的总VOC释放量。
18.权利要求1所述的粘弹性聚氨酯泡沫体，其中粘弹性聚氨酯泡沫体具有小于500μg/m3的总VOC释放量。
19.权利要求1所述的粘弹性聚氨酯泡沫体，其中粘弹性聚氨酯泡沫体具有小于300μg/m3的总VOC释放量。
20.权利要求1所述的粘弹性聚氨酯泡沫体，其中所述至少一种异氰酸酯包含TDI异构体和MDI异构体中的至少一种。
21.权利要求1所述的粘弹性聚氨酯泡沫体，其中所述至少一种多元醇包含多元醇组合物，所述多元醇组合物中除了水之外的全部异氰酸酯反应性物类的总羟值为100mg KOH/g至300mg KOH/g。
22.权利要求1所述的粘弹性聚氨酯泡沫体，其中所述反应混合物还包含至少一种锡催化剂。
23.一种制备权利要求1至22中任一项的粘弹性聚氨酯泡沫体的方法，包括：将包含至少一种多元醇，至少一种异氰酸酯和至少一种含铋催化剂的反应混合物合并，从而形成具有小于100kg/m3的密度、小于25％的回弹性和0.2ppm至小于7ppm的芳族胺含量的泡沫体；所述含铋催化剂的量为每一百重量份多元醇0.005份至每一百重量份多元醇2份。
24.一种包含权利要求1-22中任一项所述粘弹性聚氨酯泡沫体的制品。
25.权利要求24所述的制品，其中所述制品是缓冲装置。
26.一种粘弹性聚氨酯泡沫体，包含1ppm至750ppm的铋含量和0.2ppm至小于7ppm的芳族胺含量，其中所述粘弹性聚氨酯泡沫体具有小于100kg/m3的密度和小于25％的回弹性。
27.权利要求26所述的粘弹性聚氨酯泡沫体，其中铋含量为6ppm至450ppm。
28.权利要求26所述的粘弹性聚氨酯泡沫体，其中铋含量为12ppm至400ppm。
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