CN103068874A - 高空气流量聚氨酯粘弹性泡沫体 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施方案涉及聚氨酯泡沫体。更特别地，本发明的实施方案涉及具有粘弹性的聚氨酯泡沫体。在另一实施方案中，提供了制备粘弹性泡沫体的方法。该方法包括：形成包括甲苯二异氰酸酯（TDI）组分、包括一种或多种富含氧化丙烯（富PO）的多元醇、占异氰酸酯反应性组分总重量的10%-28%的具有100-500的总数均当量的一种或多种富含氧化乙烯（富EO）的多元醇、水的异氰酸酯反应性组分和包括至少一种催化剂的催化剂组分的反应混合物；和将反应混合物经受足以使反应混合物膨胀和固化的条件以形成具有小于25%的依照ASTM D3574Test H测定的回弹性的粘弹性聚氨酯泡沫体。

Description

高空气流量聚氨酯粘弹性泡沫体
发明背景
发明领域
本发明的实施方案涉及聚氨酯泡沫体。更特别地，本发明的实施方案涉及具有粘弹性的聚氨酯泡沫体。
相关现有技术的描述
聚氨酯泡沫体用于广泛多种应用中，应用范围从缓冲垫（例如气垫、枕垫和内座垫）到包装物到热绝缘以及医疗应用。聚氨酯能够通过选择用于形成聚合物的原料而调节以适应特定的用途。刚性类型的聚氨酯泡沫体用作设备绝缘泡沫体和其他热绝缘应用。半刚性聚氨酯用于汽车应用（例如仪表板和方向盘）中。更柔性的聚氨酯泡沫体用于缓冲垫应用中，特别是家具、床上用品和汽车座椅。
一类聚氨酯泡沫体称作粘弹性（VE）或“记忆”泡沫体。粘弹性泡沫体对施加的应力具有时间延迟且依赖速率的响应。在压缩时其具有较低的回弹性且恢复缓慢。这些性质通常与聚氨酯的玻璃态转变温度（Tg）有关。在聚合物具有等于或接近使用温度（对于很多应用而言其为室温）的Tg时通常表现出粘弹性。
与很多聚氨酯泡沫体类似，VE聚氨酯泡沫体是通过多元醇组分与多异氰酸酯在发泡剂的存在下反应制备的。发泡剂通常是水，且较不优选地为水和另一材料的混合物。VE配方通常特征为配方中多元醇组分和水含量的选择。这些配方中所用的主要的多元醇具有约3羟基/分子的官能度和在400-1500范围内的分子量。这种多元醇主要是聚氨酯泡沫体的Tg的主要决定因素，尽管其他因素（例如水含量和异氰酸酯指数）也具有显著的作用。
通常粘弹性聚氨酯泡沫体具有较低的空气流动性质，在室温（22℃）和大气压（1atm）条件下通常小于1.0标准立方英尺/分钟（scfm）（0.47升/秒），因此在用作舒适泡沫体（例如床上用品、座垫和其他缓冲垫）时会引起出汗。低空气流量还导致从泡沫体中较低的热量和水分传送速率，这导致（1）泡沫体（床）温度和（2）水分含量的升高。较高温度的结果是较高的回弹性和较低的粘弹性特征。热和水分的结合导致泡沫体疲劳的加速。此外，如果泡沫体空气流量足够低，泡沫体能够在制备过程中就发生收缩。进一步地，除非损害粘弹性性质，对粘弹性泡沫体的支撑因子的提高是有限的。这些缺点有时能通过添加共聚物多元醇（例如包含苯乙烯/丙烯腈（SAN）的那些）而解决。
在保持泡沫体的粘弹性的同时实现比目前通常达到的更高的空气流量值将会是适宜的。进一步地，具有在提高支撑因子的同时具有良好的空气流量的泡沫体将会是适宜的。在一些应用中，具有触感柔软的泡沫体也是适宜的。
发明内容
本发明的实施方案涉及聚氨酯泡沫体。更特别地，本发明的实施方案涉及在保持粘弹性的同时具有较高的空气流量的聚氨酯泡沫体。
在一种实施方案中，提供了用于制备粘弹性聚氨酯泡沫体的反应系统。该反应系统包括（a）甲苯二异氰酸酯（TDI）组分；（b）异氰酸酯反应性组分；和（c）催化剂组分。异氰酸酯反应性组分（b）包括：（i）占异氰酸酯反应性组分重量的70%-90%的具有300-500的总数均当量的一种或多种基于富含氧化丙烯（富PO）的多元醇；和（ii）占异氰酸酯反应性组分重量的10%-28%的具有150-500的总数均当量的一种或多种基于富含氧化乙烯（富EO）的多元醇；和（iii）占异氰酸酯反应性组分重量的1%-5%的水。
在另一实施方案中，提供了粘弹性泡沫体的制备方法。该方法包括：形成反应混合物，反应混合物包括：甲苯二异氰酸酯（TDI）组分；异氰酸酯反应性组分，包括：一种或多种富含氧化丙烯（富PO）的多元醇、占异氰酸酯反应性组分总重量的10%-28%的具有175-400的总数均当量的一种或多种富含氧化乙烯（富EO）的多元醇；和水；和包括至少一种催化剂的催化剂组分；和将反应混合物经受足以使反应混合物膨胀和固化的条件以形成具有小于25%的依照ASTM D3574Test H测定的回弹性的粘弹性聚氨酯泡沫体。
具体实施方式
本发明的实施方案涉及聚氨酯泡沫体，更特别地，本发明的实施方案涉及在保持粘弹性的同时具有高空气流量的聚氨酯泡沫体。
此处所用的术语“粘弹性泡沫体”意于指代具有小于25%的依照ASTMD3574Test H测定的回弹性的那些泡沫体。优选地，泡沫体具有小于20%的回弹性。在某些实施方案中，泡沫体具有小于15%或甚至小于10%的回弹性。
术语“回弹性”用于表示作为弹性理解的泡沫体的量。其是依照ASTMD3574Test H的程序测定的。这种球回弹试验测定已知重量的下落钢球在特定条件下下落时从泡沫体表面回弹的高度，结果表示为原下落高度的百分比。依照ASTM试验测定，固化的VE泡沫体有利地具有至多约20%（优选至多约10%）的回弹性。
此处所用的术语“支撑因子”表示65%压缩（压痕）力形变（FED）除以25%压缩力形变的比例。术语“压缩力形变”表示作为将不小于24平方英寸（155cm2）的四英寸（10cm）厚的样品压缩到样品初始高度的25或65%所需的力（以磅计）（0.4536kgf）测量的柔性材料（例如弹性体）的载荷容量的量度（分别表示为25%CFD和65%CFD）。
术语“密度”此处用于表示泡沫体每单位体积的重量。在粘弹性聚氨酯泡沫体的情况中，密度是依照ASTM D357401,Test A的程序测定的。有利地，粘弹性泡沫体具有至少约3（优选至少约3.5，更优选至少约4）且优选不超过8（更优选不超过约6，更优选不超过约5.5）磅/ft3（分别为48、56、64、128、96、88kg/m3）的密度。
对泡沫体所用的术语“抗张强度”此处用于表示狗骨头状泡沫体样品在以线性（单轴）拉伸力作用下延展的同时能够承受的最大力。应力增大直至材料达到断裂点，在此时的负荷和断裂延展量用于计算抗张强度和伸长量，所有都依照ASTM D-3574,Test E的程序测定且以磅/平方英寸（psi）或千帕斯卡（kPa）测定。
对泡沫体所用的术语“%伸长量”表示泡沫体样品在断裂之前能够达到的线性延展量。用测定抗张强度所用相同的方法测试泡沫体，结果表示为依照ASTM D-3574,Test E的程序泡沫体样品初始长度的百分比。
术语“撕裂强度”此处用于表示撕裂用裂缝切刀预先在长度方向上切入泡沫体样品中的泡沫体样品所需的最大平均力。试验结果是依照程序ASTMD3574-F测定的，以磅/线性英寸（lbf/in）或牛顿/米（N/m）计。
术语“CFD25%”此处用于表示将尺寸为4in x4in x2in厚度（10.16x10.16x5.08cm）的泡沫体样品位移为其初始厚度的75%所需的力，依照ASTM D3574C的程序测定，且以磅力（lbf）或牛顿（N）测定。类似地，CFD65%和CFD75%表示将尺寸为4in x4in x2in厚度（10.16x10.16x5.08cm）的泡沫体分别压缩为其初始泡沫体高度的35%或25%所需的力。
术语“恢复时间”此处用于表示泡沫体在是施加1磅力（4.45N）压缩之后恢复的时间，其是依照ASTM D-3574M的程序测定的，且以秒测定。对于粘弹性泡沫体，此时间适宜地为至少约3秒，优选至少约5秒，更优选至少约7秒，最优选至少约10秒，但有利地少于约30秒，且优选少于约20秒。
术语“压缩变定75%”表示以75%压缩变形比例且平行于泡沫体的上升方向上试验测定的压缩变定。该试验此处用于关联缓冲垫厚度的使用丧失和泡沫体的厚度变化。压缩变定是依照ASTM D3574-95,Test I的程序测定的，且作为样品初始厚度的百分比测定。类似地，“压缩变定90%”表示与上述相同的测量（压缩变定），但这次是以90%样品压缩变形比例且平行于泡沫体的上升方向上测定的。
术语“空气流量”表示以125Pa（0.018psi）的压力通过泡沫体的1.0英寸（2.54cm）厚度的2英寸x2英寸（5.08cm）正方形部分的空气体积。单位表示为立方分米/秒（即升/秒）并转化为标准立方英尺/分钟。用于测量空气流量的代表性商业装置是由TexTest AG,Zurich,Switzerland制造的，标示为TexTest Fx3300。这一测量遵循ASTM D3574Test G。
术语“硬度”表示依照ASTM D3574,Test C的程序测定的性质，其对应于CFD。
术语“NCO指数”表示异氰酸酯指数，此术语是聚氨酯领域中常用的。此处所用的术语“NCO指数”是异氰酸酯的当量除以包含可与异氰酸酯反应的氢的材料的总当量乘以100。
此处所用的“多元醇”表示每个分子具有大于1.0个羟基的有机分子。多元醇还可以包括其他官能团，即其他类型的官能团。
此处所用的术语“聚醚多元醇”是由至少一种氧化亚烷基（优选氧化乙烯、氧化丙烯或其组合）形成的多元醇，其是制备聚氨酯泡沫体中常用的多元醇类型，特别用于本发明的实施方案（粘弹性聚氨酯泡沫体）的实践。
术语“羟值”表示在聚合物的组合物中羟基部分（特别是多元醇）的浓度。羟值表示为ASTM method D4274测定的mg KOH/g多元醇。
术语“官能度”（特别是“多元醇官能度”）此处用于表示在用于制备多元醇的引发剂上能够与环氧化物分子（例如氧化乙烯或氧化丙烯）反应的活性氢的数量。这也称作标称官能度。
聚氨酯制备中所用的聚氨酯反应组分通常是具有至少两个羟基的那些化合物。这些化合物此处称作多元醇。多元醇包括通过用氧化亚烷基对适合的初始分子（引发剂）进行烷氧化得到的那些。具有2-4个反应位置的引发剂分子的实例包括水、氨或具有62-399的分子量的多元醇（例如二元醇），特别是烷烃多元醇，例如乙二醇、丙二醇、六亚甲基二醇、丙三醇、三甲氧基丙烷或三甲氧基乙烷，或包含醚基的低分子量醇，例如二乙二醇、三乙二醇、二丙二醇、三丙二醇或丁二醇。这些多元醇是通过常规方法制备的常规材料。这种聚合的催化能够是阴离子的或阳离子的，催化剂例如为KOH、CsOH、三氟化硼或双金属氰化物络合物（DMC）催化剂（例如六氰基钴酸锌）或季鏻化合物。在碱催化剂的情况中，在制备结束时优选通过适当的修整步骤（例如聚结、硅酸镁分离或酸中和）将这些碱催化剂从多元醇中除去。
在此处描述的一种实施方案中，粘弹性泡沫体是反应系统的反应产物，其中反应系统包括：（a）甲苯二异氰酸酯组分；（b）异氰酸酯反应性组分，包括：（i）占异氰酸酯反应性组分重量的70%-90%的具有300-500的总数均当量的一种或多种富PO的多元醇；和（ii）占异氰酸酯反应性组分重量的10%-28%的具有150-500的总数均当量的一种或多种富EO的多元醇。在某些实施方案中，异氰酸酯反应性组分包括（iii）1-5wt%的水。在某些实施方案中，反应系统进一步包括（c）包括一种或多种催化剂的催化剂组分。在某些实施方案中，反应系统进一步包括（d）有机硅氧烷表面活性剂。在某些实施方案中，反应系统进一步包括（e）其他添加剂。
组分（a）包括每个分子具有平均1.8或更多个异氰酸酯基团的一种或多种甲苯异氰酸酯。异氰酸酯官能度优选为约1.9-4，更优选为1.9-3.5，尤其为1.9-2.5。多异氰酸酯的实例包括例如2,4-和/或2,6-甲苯二异氰酸酯（TDI）。优选的多异氰酸酯包括TDI的2,4-和2,6-异构体的混合物。特别关注的多异氰酸酯是包含约60wt%的2,4-异构体的2,4-和2,6-甲苯二异氰酸酯的混合物。在另一实施方式中，所述多异氰酸酯是包含约80wt%的2,4-异构体的2,4-和2,6-甲苯二异氰酸酯的混合物。这些多异氰酸酯混合物可广泛得到且较为廉价，然而迄今为止由于难以加工泡沫体配方从而难以用于商业规模的VE泡沫体工艺中。
多异氰酸酯的用量通常足以提供70-130的异氰酸酯指数。在另一实施方案中，该指数为80-115，在另一实施方案中为85-105。
组分（b）是异氰酸酯反应性组分，其包括（i）一种或多种富PO多元醇，该一种或多种富PO多元醇具有300-500的总数均当量；（ii）具有150-500的总数均当量的一种或多种富EO多元醇；和（iii）水。该一种或多种富PO多元醇占异氰酸酯反应性组分的70-90wt%，一种或多种富EO多元醇占异氰酸酯反应性组分的10-28wt%。
在某些实施方案中，一种或多种富PO多元醇将占总异氰酸酯反应性组分（b）的至少70wt%、75wt%或80wt%。在某些实施方案中，一种或多种富PO多元醇将占总异氰酸酯反应性组分（b）的高达至少75wt%、80wt%、85wt%或高达90wt%。在某些实施方案中，一种或多种富PO多元醇占总异氰酸酯反应性组分（b）的70-90wt%或约75-85wt%。
在某些实施方案中，一种或多种富EO多元醇可以占总异氰酸酯反应性组分（b）的至少10wt%、14wt%、20wt%或25wt%。在某些实施方案中，一种或多种富EO多元醇可以占总异氰酸酯反应性组分（b）的高达至少20wt%、25wt%或28wt%。一种或多种富EO多元醇可以占总异氰酸酯反应性组分（b）的10-28wt%或15-25wt%。
在此处所述的一种实施方案中，异氰酸酯反应性组分（b）包括：一种或多种富PO多元醇，各富PO多元醇具有200-2,000的数均当量和2-4的数均标称羟基官能度；和一种或多种富EO多元醇，各富EO多元醇具有100-1,000的数均当量和2-4的数均标称羟基官能度。在某些实施方案中，异氰酸酯反应性组分（b）包括具有300-500的总数均当量的一种或多种富PO多元醇。在某些实施方案中，异氰酸酯反应性组分（b）包括具有325-450的总数均当量的一种或多种富PO多元醇。在某些实施方案中，异氰酸酯反应性组分（b）包括具有150-500的总数均当量的一种或多种富EO多元醇。在某些实施方案中，异氰酸酯反应性组分（b）包括具有175-400的总数均当量的一种或多种富EO多元醇。
在此处所述的一种实施方案中，反应系统的多元醇上所有聚氧化亚烷基单元中少于28%是氧亚乙基单元。在另一实施方案中，反应系统的多元醇上所有聚氧化亚烷基单元中少于25%是氧亚乙基单元。
在某些实施方案中，一种或多种富PO多元醇通常将包含大于70wt%的氧化丙烯，且优选至少75wt%的氧化丙烯。在其他实施方案中，该多元醇将包含80wt%的氧化丙烯，在另一实施方案中，一种或多种富PO多元醇中85wt%或更多将源自氧化丙烯。在一些实施方案中，氧化丙烯将是该多元醇制备中所用的唯一氧化亚烷基。在制备基于氧化丙烯的多元醇中使用氧化乙烯（EO）时，优选EO作为PO的共同进料供给或作为内部嵌段(internal block)供给。
应当进一步认识到尽管主要富含氧化丙烯单元，但一种或多种富PO多元醇可以包含氧化丙烯和氧化乙烯的混合。在某些实施方案中，富PO多元醇包含至少70wt%的氧化丙烯单元，更优选至少75%氧化丙烯，更优选至少80wt%氧化丙烯，在另一实施方案中至少90wt%，甚至至少93wt%氧化丙烯。
在某些实施方案中，异氰酸酯反应性组分包括具有2-4的官能度和100-300的总数均当量的一种或多种富EO多元醇；具有2-4的官能度和200-400的总数均当量的一种或多种富PO多元醇；和具有2-4的官能度和800-1100的总数均当量的一种或多种以甘油作为起始的聚氧乙烯-聚氧丙烯多元醇。
在某些实施方案中，一种或多种富PO多元醇包括具有3的官能度和300-350的总数均当量的一种或多种富PO多元醇和具有3的官能度和200-250的总数均当量的一种或多种富PO多元醇。
在某些实施方案中，异氰酸酯反应性组分（b）包括多个富PO多元醇组分（i），例如至少一种具有小于700的数均当量的富PO多元醇（iA）和至少一种具有700或更大的数均当量的富PO多元醇（iB）。多元醇组分可以独立地包含源自如上所述的PO的重量百分比。
在某些实施方案中，在使用两种不同的富PO多元醇（iA）和（iB）时，第一富PO多元醇组分（iA）通常将占总异氰酸酯反应性组分（b）的至少35wt%、40wt%或至少45wt%。第一富PO多元醇组分（iA）可以占总异氰酸酯反应性组分（b）的至少50wt%、55wt%、60wt%且甚至高达84wt%。多元醇（iA）的当量通常将为100-小于700，且优选为150-650。在某些实施方案中，当量为300-650。
当存在富PO多元醇（iA）和（iB）时，多元醇（iB）通常将占总多元醇的至少1wt%、至少3wt%或至少5wt%。多元醇（iB）通常将占总异氰酸酯反应性组分的少于30wt%，优选少于20wt%或甚至少于10wt%。多元醇（iB）的当量为700-2,000。优选多元醇（iB）的当量为750-1,750。在某些实施方案中，多元醇（iB）的当量为800-1,450。在某些实施方案中，多元醇（iB）的当量小于1,250。
在某些实施方案中，一种或多种富PO多元醇（i）包括例如三种不同组分：至少一种具有300-700的数均当量的多元醇（iA）、至少一种具有700或更大的当量的第二多元醇（iB）和至少一种具有小于300的当量的第三多元醇（iC）。多元醇组分（iA）、（iB）和（iC）可以独立地包含源自如上所述的PO的重量百分比。
在使用三种多元醇（iA）、（iB）和（iC）时，多元醇组分（iA）通常将占总异氰酸酯反应性组分（b）的至少35wt%、40wt%或至少45wt%。多元醇组分（iA）可以占总异氰酸酯反应性组分（b）的至少50wt%、55wt%、60wt%且甚至高达83wt%。
当存在三种多元醇（iA）、（iB）和（iC）时，多元醇（iB）通常将占总异氰酸酯反应性组分（b）的至少1wt%、至少3wt%或至少5wt%。多元醇（iB）通常将占总异氰酸酯反应性组分（b）的少于30wt%，优选少于20wt%或甚至少于10wt%。
当存在三种多元醇（iA）、（iB）和（iC）时，多元醇（iC）通常将占总异氰酸酯反应性组分（b）的至少1wt%、至少3wt%或至少5wt%。多元醇（iB）通常将占存在的总多元醇含量的少于60wt%，优选少于20wt%或甚至少于10wt%。多元醇（iC）的当量将通常为100-小于700，且优选为150-650。在其他实施方案中，当量为200-小于300。
多元醇（ii）是富含氧化乙烯的多元醇，其包含超过70wt%的氧化乙烯，优选至少75wt%氧化乙烯，更优选至少80%氧化乙烯，在另一实施方案中至少90wt%，甚至至少93wt%的氧化乙烯。在一些实施方案中，（bii）基本上不含除氧化乙烯之外的其他氧化亚烷基。多元醇（bii）通常具有2-4的结合羟基标称官能度，优选2-3，在一些实施方案中，标称官能度为3。
（bii）相对于多元醇中总羟基的数均当量为100-1,000，在一些实施方案中为150-500，甚至为175-小于400。
在某些实施方案中，异氰酸酯反应性组分（b）进一步包括水（ii），其含量为约0.5-约5份/100份总多元醇（pphp）。在某些实施方案中，水含量为约0.8-约2重量份（特别为1.0-2.05份，在另一实施方案中为0.8-1.8份）/100重量份总多元醇。在某些实施方案中，水含量为异氰酸酯反应性组分的1-5wt%。在某些实施方案中，水含量为总异氰酸酯反应性组分（b）的1-2wt%。
反应系统可以非必要地包含不超过总反应系统的10wt%的少量的（但通常为0或不超过小于5wt%）（形成聚合物的）反应组分，不包括此处所述的任何增链剂、交联剂或反应填料，除上面指出的那些。这些可以包括例如包含伯胺和/或仲胺的种类、聚酯多元醇或除上述那些之外的多元醇。
已知广泛多种材料可催化聚氨酯制备反应，包括叔胺、叔膦（例如三烷基膦和二烷基苯甲基膦）；各种金属螯合物（例如能够由乙酰丙酮、苯甲酰丙酮、三氟乙酰丙酮、乙酰基乙酸乙酯等与金属（例如Be、Mg、Zn、Cd、Pd、Ti、Zr、Sn、As、Bi、Cr、Mo、Mn、Fe、Co和Ni）得到的那些）；强酸的酸性金属盐（例如氯化亚铁、四氯化锡、二氯化锡、三氯化锑、硝酸铋和氯化铋）；强碱（例如碱金属和碱土金属氢氧化物）；醇盐和酚盐；各种金属醇盐和酚盐，例如Ti(OR)4、Sn(OR)4和Al(OR)3，其中R是烷基或芳基；醇盐与羧酸、β-二酮和2-(N,N-二烷基氨基)醇的反应产物；碱土金属、Bi、Pb、Sn或Al羧酸盐；和四价锡化合物和三价或五价铋、锑或砷化合物。优选的催化剂包括叔胺催化剂和有机锡催化剂。商业上可得到的叔胺催化剂的实例包括：三甲基胺、三乙基胺、N-甲基吗啉、N-乙基吗啉、N,N-二甲基苯甲基胺、N,N-二甲基乙氧基胺、N,N,N',N'-四甲基-1,4-丁二胺、N,N-二甲基哌嗪、1,4-重氮双环-2,2,2-辛烷、二(二甲基氨基乙基)醚、三乙二胺和二甲基烷基胺，其中烷基包含4-18个碳原子。通常使用这些叔胺催化剂的混合物。
商业上可得到的胺催化剂的实例包括：NiaxTM A1和NiaxTMA99（二(二甲基氨基乙基)醚在丙二醇中，可获自Momentive Performance Materials）、NiaxTMB9（N,N-二甲基哌嗪和N-N-二甲基十六烷基胺在聚氧化亚烷基多元醇中，可获自Momentive Performance Materials）、DabcoTM8264（二(二甲基氨基乙基)醚、三乙二胺和二甲基羟乙基胺的混合物在二丙二醇中，可获自Air Products and Chemicals）和DabcoTM33LV（三乙二胺在二丙二醇中，可获自Air Products and Chemicals）、NiaxTMA-400（专有的仲胺/羧酸盐和双(2-二甲基氨基乙基)醚在水和专有的羟基化合物中，可获自MomentivePerformance Materials）、NiaxTMA-300（专有的仲胺/羧酸盐和三乙二胺在水中，可获自Momentive Performance Materials）、PolycatTM58（专有的胺催化剂，可获自Air Products and Chemicals）、PolycatTM5（专有的二乙三胺，可获自Air Products and Chemicals）和PolycatTM8（N,N-二甲基环己胺，可获自Air Products and Chemicals）。在某些实施方案中，胺催化剂可以以0.01-1.0pphp的量存在，优选0.15-0.5pphp。
有机锡催化剂的实例是四氯化锡、二氯化锡、草酸亚锡、油酸亚锡、二月桂酸二甲基锡、二月桂酸二丁基锡、式为SnRn(OR)4-n的其他有机锡化合物，其中R是烷基或芳基，n为0-2，等。如果确实使用，有机锡催化剂通常与一种或多种叔胺催化剂结合使用。商业上可得到的相关有机锡催化剂包括：KOSMOSTM29（草酸亚锡，获自Evonik AG）、DabcoTMT-9和T-95催化剂（两种草酸亚锡组合物，可获自Air Products and Chemicals）。在某些实施方案中，基于锡的催化剂可以以0-0.5pphp的量存在，优选0-0.05pphp。
催化剂通常少量使用，例如各种催化剂的用量为总反应系统的约0.0015-约5wt%。该用量取决于催化剂或催化剂混合物、对于特定设备胶凝和发泡反应的适当平衡、多元醇和异氰酸酯的反应性以及本领域技术人员熟知的其他因素。
在另一实施方案中，为了改善加工并使得可以使用更高的异氰酸酯指数，可以将添加剂（例如公开文件WO20008/021034中公开的那些，其公开内容通过参考引入此处）添加到反应混合物中。这种添加剂包括：1）羧酸的碱金属或过渡金属盐；2）1,3,5-三烷基-或1,3,5-三(N,N-二烷基氨基烷基)-六氢-s-三嗪化合物；和3）季铵化合物的羧酸盐。在使用时，这种添加剂的用量通常为约0.01-1份/100份总多元醇。组分e）添加剂通常溶解在反应混合物的至少一种其他组分中。通常不优选将其溶解在多异氰酸酯中。
在粘弹性泡沫体配方中可以包括各种其他组分。这些包括例如：增链剂、交联剂、表面活性剂、增塑剂、填料、增塑剂、烟雾抑制剂、芳香剂、增强剂、染料、着色剂、颜料、防腐剂、除臭剂、物理发泡剂、化学发泡剂、阻燃剂、内脱模剂、生物杀灭剂、抗氧化剂、紫外稳定剂、抗静电剂、触变剂、增粘剂、泡孔扩张剂(cell opener)及其组合
可发泡组合物可以包含泡孔扩张剂、增链剂或交联剂。在使用这些材料时，其通常以少量使用，例如不超过10重量份（特别不超过2份）/100重量份总反应系统。增链剂是每个分子具有两个异氰酸酯-反应基团的材料，其中交联剂每个分子平均包含超过2个异氰酸酯-反应基团。在任一种情况中，每个异氰酸酯反应基团的当量能够为约30-小于100，通常为30-75。异氰酸酯-反应基团优选为脂肪醇、伯胺或仲胺基团，特别优选脂肪醇基团。增链剂和交联剂的实例包括亚烷基二醇，例如乙二醇、1,2-或1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇等；二醇醚，例如二乙二醇。
泡孔扩张剂的实例例如包括富含氧化丁烯的多元醇和天然油多元醇。在某些实施方案中，泡孔扩张剂可以以0-1pphp的量存在。
在粘弹性泡沫体配方中可以包括表面活性剂以在泡沫体膨胀和固化时帮助稳定泡沫体。表面活性剂的实例包括非离子表面活性剂和润湿剂，例如通过将氧化丙烯然后将氧化乙烯顺序加成到丙二醇上制备的那些、固态或液态有机硅氧烷和长链醇的聚乙二醇醚。也可以使用离子表面活性剂，例如长链烷基酸硫酸酯、烷基磺酸酯和烷基芳基磺酸酯的叔胺或醇胺盐。优选通过将氧化丙烯然后将氧化乙烯顺序加成到丙二醇上制备的表面活性剂以及固态或液态有机硅氧烷。可用的有机硅氧烷表面活性剂的实例包括在市场上可得到的聚硅氧烷/聚醚共聚物，例如Tegostab（商标Evonik AG）的B-8462和B-8404；和可获自Dow Corning的DC-198和DC-5043表面活性剂和获自Momentive Performance Materials的NiaxTML-627、L-618和L-620表面活性剂。在某些实施方案中，表面活性剂可以以0.1-5pphp的量存在，优选0.6-1.5pphp。
在粘弹性泡沫体配方中也可以存在一种或多种填料。填料可以以有力的方式帮助改进组合物的流变性质，降低成本并为泡沫体引入有益的物理性质。适合的填料包括颗粒状无机和有机材料，其在聚氨酯制备反应过程中遇到的温度下是稳定的且不熔化。适合的填料的实例包括高岭土、蒙脱石、碳酸钙、云母、硅灰石、滑石、高熔点热塑性塑料、玻璃、飞灰、炭黑、二氧化钛、氧化铁、氧化铬、偶氮/重氮燃料、酞菁燃料、二恶嗪等。填料可以为可发泡的聚氨酯组合物引入触变性。锻制二氧化硅是这种填料的实例。
在反应系统中还可以包括活性颗粒以改变粘弹性泡沫体的性质。这种活性系统包括共聚物聚合物，例如包含苯乙烯/丙烯腈（SAN）的那些；polyharnstoff分散体（PHD）多元醇和多异氰酸酯加聚产物（PIPA），例如如Chemistry and Technology of Polyols for Polyurethanes,Rapra TechnologyLimited(2005)pp185-227中所教导。
在使用时，填料有利地占组合物的约0.5-约30wt%，特别地约0.5-约10wt%。
尽管通常在可发泡的聚氨酯组合物中不使用其他发泡剂（除水之外），但包括另外的物理或化学发泡剂也在本发明的范围内。在物理发泡剂中有液态CO2、超临界CO2和各种烃、碳氟化合物、碳氢氟化合物、碳氯化合物（例如二氯甲烷）、氯氟碳化合物和氢氯氟碳化合物。化学发泡剂是在升高温度时分解或反应（不与异氰酸酯基反应）以生成二氧化碳和/或氮气的材料。
VE泡沫体能够在所谓的块状泡沫体塑料工艺中制备或者通过各种模塑工艺制备。在块状泡沫体塑料工艺中，将组分混合并注入槽或其他区域中，在其中配方反应，在至少一个方向上自由膨胀并固化。块状泡沫体塑料工艺通常以商业规模连续操作。
在块状泡沫体塑料工艺中，将各种组分单独或以各种次级组合方式引入混合头中，在其中将其混合并分散。组分温度在混合之前通常在15-35℃范围内。经分散的混合物通常在不加热的条件下膨胀和固化。在块状泡沫体塑料工艺中，反应混合物自由地或在最小的约束力下（例如由于盖板或盖膜的重量可能施加的）膨胀。
也可以在模塑工艺中通过将反应混合物引入封闭模具中膨胀和固化而制备粘弹性泡沫体。时常将模具本身预加热到高于环境温度的温度。模具的这种预加热能够导致更快的循环时间。
依照本发明制备的粘弹性泡沫体可用于广泛多种包装和缓冲应用中，例如床垫（包括床垫衬面）、枕垫、填充料、缓冲垫、体育和医疗设备、头盔衬垫、驾驶座椅、耳塞和各种消音和减震应用。消音和减震应用对于运输工业（例如在汽车应用中）是特别重要的。
提供以下实施例以示例本发明，但并不意于限制其反应。除非另外指出，所有份数和百分比都以重量计。
实施例中所用原料的描述如下：
多元醇A是3官能的以甘油作为起始的336当量全氧化丙烯聚醚多元醇，商业上可以商品名称VORANOLTM3150获自The Dow ChemicalCompany。
多元醇B是3官能的以甘油作为起始的236当量全氧化丙烯聚醚多元醇，商业上可以商品名称VORANOLTMl2070多元醇获自the Dow ChemicalCompany。
多元醇C是3官能的以甘油作为起始的聚氧化乙烯-聚氧化丙烯混合进料多元醇（8wt%EO），具有约994的当量，可以商品名称VORANOLTM3010多元醇获自The Dow Chemical Company。
多元醇D是3官能的以甘油作为起始的全氧化乙烯进料多元醇，EW约为208，可以商品名称VORANOLTMIP625多元醇获自The Dow ChemicalCompany。
多元醇E是6.9官能的约1800当量的氧化乙烯和氧化丙烯的无规共聚物，可以商品名称VORANOLTM4053多元醇获自The Dow ChemicalCompany。
表面活性剂A是有机硅氧烷表面活性剂，商业上由OSi Specialties作为NiaxTML-627表面活性剂销售。
胺催化剂A是在二丙二醇中的70%二-二甲基氨基乙基醚溶液，商业上作为DABCOTMBL-11提供，可获自Air Products and Chemicals,Inc。
胺催化剂B是在二丙二醇中的33%三乙二胺溶液，商业上可作为DABCOTM33LV获自Air Products and Chemicals。
锡催化剂A是辛酸亚锡催化剂，商业上可作为KOSMOSTM29获自Evonik AG。
TDI-80是甲苯二异氰酸酯的2,4-和2,6-异构体的80/20共混物，可以商品名称VORANATETMT-80获自The Dow Chemical Company。
试验方法
除非另外指出，泡沫体性质是由ASTM3574-05测定的。
实施例1-7和对比例（C1）。
在尺寸为15”x15”x9.5”（正方形侧向尺寸）的具有透明塑料袋的衬里的开口盒中的通风橱下制备泡沫体。将总配方重量固定在2,500克。使用三个混合阶段。泡沫体是通过以下制备的：首先将多元醇、水、胺催化剂和表面活性剂共混在高剪切速率的混合头中。然后将该混合物以相同的方式与锡催化剂共混，将得到的混合物再次以相同的方式与多异氰酸酯共混。将最终的共混物立即倒入开口箱中，在不加热的条件下使其反应。总配方重量为2,500克。用于制备聚氨酯泡沫体的配方在表1中给出。实施例C1是基于用于制备粘弹性泡沫体的配方的对比泡沫体。
泡沫体样品依照ASTM D3574表征。在4”x4”x2”泡沫体样品片上进行压缩力形变“CFD”试验。所制备的泡沫体的性质在表2中给出。
数据显示基于此处描述的实施方案的泡沫体具有良好的（高）空气流量、良好的（低）回弹性和良好的（低）压缩变定值。
表1.配方
组分 C1 Ex.#1 Ex.#2 Ex.#3 Ex.#4 Ex.#5 Ex.#6 Ex.#7
共聚物A 95 55 40 61.1 55 55 45
共聚物B 12.5 10 60
共聚物C 20 25 11.1 20 20 30 20.9
共聚物D 12.5 25 27.8 25 25 25
共聚物E 5 20
H2O 1.25 1.25 1.25 1.25 1.25 1.25 1.25 1.25
表面活性剂A 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9
胺催化剂A 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15
胺催化剂B 0.3 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
锡催化剂A 0.03 0 0 0 0 0 0 0.01
总计 102.63 102.5 102.5 102.5 102.5 102.5 102.5 103.41
标称指数 90 95 95 90 90 95 100 90
TDI-80 33.3 36.0 36.9 36.5 24.7 36.6 36.8 33.3
表2.  泡沫体性质
性质 C1 Ex.#1 Ex.#2 Ex.#3 Ex.#4 Ex.#5 Ex.#6 Ex.#7
抗张强度(psi) 5.65 6.29 2.26 4.91 1.58 1.83 5.58
%伸长率 120 93 73 102 68 52 112
撕裂强度(lbf/in) 0.82 1.08 0.37 0.78 0.28 0.33 0.83
空气流速(ft3/min) 0.16 1.65 1.90 1.92 2.79 1.36 1.56 0.57
密度(lb/ft3) 3.95 3.79 3.60 3.82 3.96 3.87 4.13
CFD 25% (lb) 3.33 4.56 1.61 2.23 1.01 1.56 3.58
CFD 65% (lb) 7.07 10.04 4.93 5.88 3.76 6.39 7.63
CFD 75% (lb) 13.12 18.67 9.85 11.3 7.96 13.62 14.07
支撑因子 2.12 2.2 3.06 2.63 3.72 4.1 2.13
恢复时间(sec) 4 2 12 4 43 52 2
回弹性(%) 3.6 8 12 8.8 9.2 18 7
压缩变定75%(%) 2.5 0.4 4.4 1.4 3.7 6.0 1.2
压缩变定90%(%) 2.7 0.4 5.1 1.7 5.0 6.4 1.3
尽管前面针对本发明的实施方案，但在不脱离其基本范围的情况下可以设计本发明的其他和进一步的实施方案。

Claims (15)

1.用于制备粘弹性聚氨酯泡沫体的反应系统，包括：
（a）甲苯二异氰酸酯（TDI）组分；
（b）异氰酸酯反应性组分，包括：
（i）占异氰酸酯反应性组分重量的70%-90%的具有300-500的总数均当量的一种或多种富含氧化丙烯（富PO）的多元醇；
（ii）占异氰酸酯反应性组分重量的10%-28%的具有100-500的总数均当量的一种或多种富含氧化乙烯（富EO）的多元醇；和
（iii）占异氰酸酯反应性组分重量的1%-5%的水；和
（c）催化剂组分。
2.权利要求1的反应系统，进一步包括：
（d）有机硅氧烷表面活性剂。
3.权利要求1或2的反应系统，进一步包括：
（e）选自由以下构成的组的添加剂：增链剂、交联剂、表面活性剂、增塑剂、填料、增塑剂、烟雾抑制剂、芳香剂、增强剂、染料、着色剂、颜料、防腐剂、除臭剂、物理发泡剂、化学发泡剂、阻燃剂、内脱模剂、生物杀灭剂、抗氧化剂、紫外稳定剂、抗静电剂、触变剂、增粘剂、泡孔扩张剂及其组合。
4.权利要求1-3中任一项的反应系统，其中甲苯二异氰酸酯组分是约80wt%的2,4TDI和20wt%的2,6TDI的混合物。
5.权利要求1-4中任一项的反应系统，其中多元醇上所有聚氧化亚烷基单元中少于28%是氧亚乙基单元。
6.权利要求1-5中任一项的反应系统，其中所述异氰酸酯反应性组分包括：
具有2-4的官能度和100-300的总数均当量的一种或多种富EO多元醇；
具有2-4的官能度和200-400的总数均当量的一种或多种富PO多元醇；和
具有2-4的官能度和800-1100的总数均当量的一种或多种以甘油作为起始的聚氧乙烯-聚氧丙烯多元醇。
7.权利要求6的反应系统，其中一种或多种富PO多元醇包括：
具有3的官能度和300-350的总数均当量的一种或多种富PO多元醇；和
具有3的官能度和200-250的总数均当量的一种或多种富PO多元醇。
8.权利要求6或7的反应系统，其中多元醇上所有聚氧化亚烷基单元中少于25%是氧亚乙基单元。
9.权利要求1的反应系统，其中一种或多种催化剂选自胺催化剂和锡催化剂。
10.粘弹性泡沫体的制备方法，包括：
形成反应混合物，包括：
甲苯二异氰酸酯（TDI）组分；
异氰酸酯反应性组分，包括：
占异氰酸酯反应性组分重量的70%-90%的具有300-500的总数均当量的一种或多种富含氧化丙烯（富PO）的多元醇；
占异氰酸酯反应性组分总重量的10%-28%的具有175-400的总数均当量的一种或多种富含氧化乙烯（富EO）的多元醇；和
水；
包括至少一种催化剂的催化剂组分；和
将反应混合物经受足以使反应混合物膨胀和固化的条件以形成具有小于25%的依照ASTM D3574Test H测定的回弹性的粘弹性聚氨酯泡沫体。
11.权利要求11的方法，其中所述甲苯二异氰酸酯组分是约80wt%的2,4TDI和20wt%的2,6TDI的混合物。
12.权利要求10或11的方法，其中异氰酸酯反应性组分包括：
具有2-4的官能度和100-300的总数均当量的一种或多种富EO多元醇；
具有2-4的官能度和200-400的总数均当量的一种或多种富PO多元醇；和
具有2-4的官能度和800-1100的总数均当量的一种或多种以甘油作为起始的聚氧乙烯-聚氧丙烯多元醇。
13.权利要求10-12中任一项的方法，其中一种或多种富PO多元醇包括：
具有3的官能度和300-350的总数均当量的一种或多种基于聚氧丙烯的多元醇；和
具有3的官能度和200-250的总数均当量的一种或多种基于聚氧丙烯的多元醇。
14.权利要求10-13中任一项的方法，其中粘弹性泡沫体具有至少约任意0.6、0.7、0.8、0.9或1.3升/秒的空气流量和小于5%的压缩变定75%。
15.权利要求10-14中任一项的方法，其中多元醇上所有聚氧化亚烷基单元中少于25%是氧亚乙基单元。
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