CN103080178A - 制造具有低压缩形变的弹性低密度聚氨酯泡沫的方法 - Google Patents

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Abstract

由多元醇混合物制造的模塑软质聚氨酯泡沫，所述混合物包含聚合物粒子在特定类型的一种或多种聚醚多元醇中的分散体和一种或多种高官能度、高氧化乙烯多元醇，所述多元醇具有26-100重量％的平均氧乙烯含量、1400至2200的平均羟基当量和6至10的平均标称羟基官能度。所述多元醇混合物产生的泡沫具有出色的回弹性和低压缩形变。

Description

制造具有低压缩形变的弹性低密度聚氨酯泡沫的方法
本申请要求2010年8月24日提交的美国临时专利申请No.61/376,407的优先权。
本发明涉及弹性聚氨酯泡沫和制备那些泡沫的方法。
软质聚氨酯泡沫广泛用于减震、坐具和寝具应用。这些泡沫主要分成两种类型。一种类型是“粘弹性”或“记忆”泡沫，其特征为回弹性低和对外加应力的响应有延时性和速度依赖性。这些泡沫在被压缩之后缓慢回复，并主要用于某些类型的寝具应用。更常用的泡沫类型是弹性泡沫，其在被压缩时，迅速恢复用来压缩该泡沫的能量。弹性泡沫提供好得多的支撑，并且在被压缩之后迅速而有力地恢复它们原来的形状。本发明涉及后一类型的弹性泡沫。
对弹性泡沫关心的是压缩形变。用于坐具和寝具应用的许多减震泡沫在外加负荷下被压缩之后，倾向于不完全恢复。在除去负荷之后它们不能完全恢复它们原有尺寸的程度被称为压缩形变。压缩形变大表明泡沫明显不能恢复。压缩形变通常利用标准试验如ISO 1856来评价，在所述试验中泡沫样品在指定条件下在外加负荷下被压缩，然后松开。压缩形变试验例如ISO 1856可以在高湿度条件下实施；用这样的方式获得的压缩形变值通常被称为“湿”压缩形变。湿压缩形变是用来预测在例如热带或亚热带气候或在一些温带区域的夏季月份中可以见到的高温和高湿条件下使用时的泡沫性能。湿压缩形变倾向于比环境、或“干”压缩形变高。通常期望泡沫的压缩形变值尽可能低，与其他必要的泡沫性质如回弹性和载荷性相符。
对于提供密度越来越低的泡沫一直有需求。低密度泡沫倾向于较便宜(以每体积计)，因为生产该泡沫需要的原材料量较少。另一方面，存在泡沫密度可以减少的实际限度。如果泡沫密度变得过低，泡沫的物理和机械性质开始受损。随着泡沫密度下降到低于约36kg/m3，回弹性倾向于受到相当显著的影响。压缩形变值也随着泡沫密度降低而严重劣化。
因此，期望提供保持良好回弹性和低压缩形变的具有低密度的聚氨酯泡沫。
在USP 5,549,841中，利用高(≥6)官能度多元醇制造的聚氨酯泡沫据说改善了湿压缩形变性质。所述泡沫是以冷模塑法制造的模塑泡沫。USP 6,774,153描述了利用可以具有高官能度的多元醇以及200-600当量、具有2至6个羟基的高氧化乙烯多元醇制造的块状聚氨酯泡沫。高氧化乙烯多元醇的存在据说允许形成具有良好性质(包括低压缩形变)的低密度泡沫。
本发明是制造弹性聚氨酯泡沫的方法，所述方法包括形成泡沫制剂，所述泡沫制剂包含
(a)聚合物粒子在一种或多种聚醚多元醇中的分散体，其中每一种所述聚醚多元醇具有250或更高的羟基当量，所述一种或多种聚醚多元醇的平均当量为1400至2200，所述一种或多种聚醚多元醇的平均标称羟基官能度为3.5至5.0，所述一种或多种聚醚多元醇的平均氧乙烯含量为8-25重量％且平均伯羟基含量为至少50％，并且其中所述聚合物粒子占所述分散体重量的8-30％；
(b)每100重量份的组分(a)约2至10重量份的一种或多种高官能度、高氧化乙烯多元醇，所述一种或多种高官能度、高氧化乙烯多元醇的平均氧乙烯含量为26-100重量％、平均羟基当量为1400至2200且平均标称羟基官能度为6至10；
(c)每100重量份组分(a)约4至约7重量份水；
(d)至少一种有机多异氰酸酯；和
(e)至少一种表面活性剂和至少一种用于异氰酸酯基与羟基反应的催化剂；并且
将所述泡沫制剂引入模具并在所述模具中固化所述泡沫制剂，以形成芯密度为24-56kg/m3的聚氨酯泡沫。
所述方法产生具有出色的回弹性和低压缩形变(包括低湿压缩形变)的泡沫。在相等的泡沫密度下，与利用更低并且更常规水平的组分(b)材料制造的其它方面类似的泡沫相比，本发明的泡沫通常具有更高的回弹性和更低的压缩形变。本发明允许在保持回弹性和压缩形变值的同时降低泡沫密度。
本发明也是包括如下的反应物的反应产物的弹性聚氨酯泡沫：
(a)聚合物粒子在一种或多种聚醚多元醇中的分散体，其中每种所述聚醚多元醇具有250或更高的羟基当量，所述一种或多种聚醚多元醇的平均当量为1400至2200，所述一种或多种聚醚多元醇的平均标称羟基官能度为3.5至5.0，所述一种或多种聚醚多元醇的平均氧乙烯含量为8-25重量％且平均伯羟基含量为至少50％，并且其中所述聚合物粒子占所述分散体重量的8-30％；
(b)每100重量份的组分(a)约2至10重量份的一种或多种高官能度、高氧化乙烯多元醇，所述一种或多种高官能度、高氧化乙烯多元醇的平均氧乙烯含量为26-100重量％、平均羟基当量为1400至2200且平均标称羟基官能度为6至10；
(c)每100重量份组分(a)约4至约7重量份水；
(d)至少一种有机多异氰酸酯，
其中所述聚氨酯泡沫的芯密度为24-56kg/m3、按照ISO 8307测量的回弹性为至少60％、按ISO 1856用70℃烘箱测量的50％干压缩形变不大于8％、且按ISO 1856用50℃/95％相对湿度烘箱测量的50％湿压缩形变不大于20％。
本发明的泡沫可用于减震、坐具和寝具应用。特别有利的应用是汽车坐具。
组分(a)是聚合物粒子在一种或多种聚醚多元醇中的分散体。该聚合物粒子占组分(a)总重量的8-30％，优选8-15％。聚合物粒子可以是，例如，乙烯基芳族单体如苯乙烯的聚合物或共聚物；丙烯腈的聚合物或共聚物；聚氨酯；聚脲；聚氨酯-脲；或其他合适的聚合物。苯乙烯-丙烯腈共聚物粒子是特别优选的类型。分散的聚合物粒子可以在一种或多种聚醚多元醇内原位聚合。分散的聚合物粒子的粒度为100nm至50微米，并优选为500nm至约30微米。分散的聚合物粒子优选接枝到至少一部分聚醚多元醇分子上。
组分(a)中的一种或多种聚醚多元醇各具有至少250的羟基当量。组分(a)中该一种或多种聚醚多元醇的平均羟基当量在1400至2200的范围内。该一种或多种聚醚多元醇的平均羟基当量优选为1500至2000。组分(a)中该一种或多种聚醚多元醇的平均标称羟基官能度为每分子3.8至5.0个羟基。聚醚多元醇的平均标称羟基官能度优选为3.8至4.7。为了本发明的目的，聚醚多元醇的“标称”羟基官能度等于用来制备所述多元醇的引发剂化合物上可烷氧基化官能团的平均数量；由于烯化氧、尤其氧化丙烯聚合期间可能发生的副反应，实际的聚醚多元醇官能度通常比标称值略低。
组分(a)中该一种或多种聚醚多元醇的平均氧乙烯含量(即聚合氧化乙烯的含量)为8-25重量％。聚醚多元醇的平均氧化乙烯含量优选为10-20重量％。平均伯羟基含量(即作为伯羟基的羟基比例)为至少50％。聚醚多元醇的平均伯羟基含量优选至少65％并更优选至少70％。
组分(a)中的该一种或多种聚醚多元醇各自优选是氧化丙烯和氧化乙烯的共聚物。氧化乙烯可以与氧化丙烯无规聚合，和/或可以作为端聚(氧乙烯)基团存在。
组分(a)材料中的聚醚多元醇可以由具有上述属性的单一多元醇组成，或者可以由平均起来具有前述属性的两种或更多种聚醚多元醇的混合物组成。预期在大多数情况下将存在两种或更多种聚醚多元醇的混合物。生产组分(a)的典型方式是形成聚合物粒子在一种聚醚多元醇中的分散体，并将该分散体与一种或多种其他的聚醚多元醇混合。如果存在两种或更多种聚醚多元醇的混合物，则没有必要各多元醇的每一种都具有前述属性，只要聚醚多元醇的混合物整体上具有那些属性即可。因此，组分(a)内包含的各个聚醚多元醇可以具有低到250至高达4000或更高的羟基当量；低到约2至高达约12的平均羟基官能度；低到0或高达约25％的氧化乙烯含量，和低到0％和高达％的伯羟基含量。
优选的聚醚多元醇混合物是标称羟基官能度为2或3的一种或多种多元醇与标称官能度为至少4、优选6或8的一种或多种多元醇的混合物。标称羟基官能度为2的聚醚多元醇适合通过将氧化丙烯和氧化乙烯聚合到双官能引发剂化合物上来制备。双官能引发剂化合物的实例包括水、乙二醇、1，2-或1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、N-甲基二乙醇胺、N-甲基二丙醇胺或任何前述的烷氧基化衍生物。标称官能度为3的聚醚多元醇适合通过将氧化丙烯和氧化乙烯聚合到三官能引发剂化合物上来制备。三官能引发剂化合物的实例包括甘油、三羟甲基丙烷、三羟甲基乙烷或任何前述的烷氧基化衍生物，以及胺化合物例如N-(2-羟乙基)-N-甲基-1，3-丙二胺和N-(2-羟乙基)-N-甲基-1，2-乙二胺。标称官能度为4、6或8的聚醚多元醇适合通过将氧化丙烯和氧化乙烯聚合到具有4、6或8个羟基的引发剂上来制备，所述引发剂例如季戊四醇、3，3’-二氨基-N-甲基二丙胺、3，3’-二氨基-N-乙基二丙胺和2，2’-二氨基-N-甲基二乙胺、山梨糖醇、蔗糖等。聚醚多元醇的混合物可以通过将氧化丙烯和氧化乙烯聚合到具有不同官能度的两种或更多种引发剂化合物的混合物上而直接制备。在这样的情况下，聚醚多元醇的标称官能度通过各个引发剂化合物的官能度及其在混合物中存在的相对比例来确定。这种类型的聚醚多元醇混合物的实例是用三官能引发剂((如甘油或三羟甲基丙烷)和6-8官能引发剂(如山梨糖醇或蔗糖)的混合物共同引发的混合物，例如适合具有4至5.5标称官能度的引发剂混合物。
用胺化合物引发并因此包含叔氨基的多元醇倾向于是自动催化的。它们提供了需要添加的胺和/或有机锡催化剂水平降低的益处，并且只要所述多元醇(或包含这种多元醇的混合物，视情况而定)另外具有上面描述的特性，就可以在此使用。这种多元醇的实例包括在USP 6,762,274中描述的那些。
一种具体的组分(a)是(1)聚苯乙烯、聚丙烯腈或聚(苯乙烯-共-丙烯腈)粒子在标称三官能聚醚多元醇中的分散体与(2)用甘油或三羟甲基丙烷和蔗糖或山梨糖醇共同引发并且具有4至5.5的标称官能度的聚醚多元醇的掺合物。
组分(b)是含有至少30重量％、优选至少50重量％的聚合氧化乙烯的聚醚。聚合氧化乙烯的含量可以高达100％。优选的范围是50至80重量％，剩余部分是聚醚，例如一种或多种聚合的高级烯化氧(例如氧化丙烯、氧化丁烯或四氢呋喃)和残余的引发剂化合物。组分(b)具有1400至2200的平均羟基当量。它的标称羟基官能度为6至10。该类型的多元醇有时以低水平(基于多元醇，最多约1.5％)用于软质聚氨酯泡沫制剂中，以促进开孔；用作开孔剂出售的可商购的这种类型多元醇是Voranol
Figure BPA00001687636300061
4053多元醇，可得自The Dow Chemical Company。在本发明中，这种材料的量相对于常规用于开孔的物质是过量使用的。在所述泡沫制剂中，每100重量份组分(a)存在至少约2、优选至少2.5重量份的组分(b)。在所述泡沫制剂中，每100重量份组分(a)可以存在最多10重量份组分(b)。优选的量是每100重量份组分(a)为3至10、尤其4至10或5至8重量份。
组分(c)是水，众所周知，水通过与异氰酸酯基反应生成二氧化碳并形成脲键，而起着发泡功能和链延伸功能。优选在所述泡沫制剂中水是唯一的发泡剂，虽然在所述泡沫制剂内还有可能包括除水之外的辅助发泡剂。辅助发泡剂可以是化学类型例如氨基甲酸酯，或物理发泡剂例如二氧化碳或低沸点烃、氢氟烃或氢氯氟烃。在水是唯一发泡剂的优选情况下，水量对于所生成的泡沫的密度是重要贡献因素。每100份组分(a)存在至少4、优选至少4.5并更优选至少5重量份水。再次以重量计，每100重量份的组分(a)最多可以使用7份水，优选最多6份水。
组分(d)是每分子具有平均1.8个或更多异氰酸酯基的有机多异氰酸酯或其混合物。异氰酸酯官能度优选为约1.9至4，更优选为1.9至3.5并且尤其是为1.9至2.5。合适的多异氰酸酯包括芳族、脂族和环脂族的多异氰酸酯。根据成本、可得性和赋予产物聚氨酯的性质，一般优选芳族多异氰酸酯。示例性的多异氰酸酯包括，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(H12 MDI)、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或其与MDI(聚合MD)的混合物、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。优选的多异氰酸酯包括MDI和MDI的衍生物(如双缩脲改性的“液体”MDI产物和聚合MDI)，以及TDI的2，4-和2，6-异构体的混合物。尤其优选的多异氰酸酯是TDI异构体与MDI或聚合MDI的混合物，其中TDI异构体占所述混合物的60-90重量％，并且其中2，4-TDI异构体占TDI异构体的至少70重量％。这样的异氰酸酯产品可以Voranate
Figure BPA00001687636300071
TM-20从The Dow Chemical Company得到。
通常使用的多异氰酸酯量足以提供70至125的异氰酸酯指数。优选的范围是80至115，更优选的范围是90至105。异氰酸酯指数是制剂中异氰酸酯基与异氰酸酯反应性基团的比率的100倍。
组分(a)-(d)一起反应，形成本发明的聚氨酯泡沫。除了组分(a)-(d)之外，所述泡沫制剂还可以包含其他反应性成分，所述成分具有最多249当量/异氰酸酯反应性基团。这些任选的其他反应性物质包括每分子确切具有两个异氰酸酯反应性基团的链增长剂、和每分子具有三个或更多个异氰酸酯反应性基团的交联剂。链增长剂和交联剂优选具有30至150并更优选30至125的当量。异氰酸酯反应性基团可以是，例如，羟基、伯氨基或仲氨基。链增长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、三乙二醇、二丙二醇、三丙二醇等；环己烷二甲醇；甘油；三羟甲基丙烷；三乙醇胺；二乙醇胺等。
链增长剂和交联剂，如果存在的话，每一种一般以少量使用，每100份组分(a)通常不超过约5重量份。链增长剂和/或交联剂，如果存在的话，每一种优选存在量为每100份组分(a)0.1至2重量份，更优选0.1至1重量份。
本发明的弹性软质聚氨酯泡沫是所述泡沫制剂的前述反应性成分的反应产物。除了反应性成分之外，该泡沫制剂通常还包含至少一种催化剂和至少一种硅氧烷表面活性剂。
一种优选的催化剂类型是叔胺催化剂。叔胺催化剂可以是具有至少一个叔胺基并且对于多元醇和多异氰酸酯以及至少一个叔胺基之间的反应具有催化活性的任何化合物。代表性的叔胺催化剂包括三甲胺、三乙胺、N-甲基吗啉、N-乙基吗啉、N，N-二甲基苄胺、N，N-二甲基乙醇胺、N，N，N’，N’-四甲基-1，4-丁二胺、N，N-二甲基哌嗪、1，4-二氮杂双环-2，2，2-辛烷、双(二甲基氨基乙基)醚、双(2-二甲基氨基乙基)醚、4，4’-(氧二-2，1-乙烷二基)双吗啉、三乙二胺、五甲基二亚乙基三胺、二甲基环己胺、N-鲸蜡基N，N-二甲胺、N-椰油基吗啉、N，N-二甲基氨基甲基N-甲基乙醇胺、N，N，N’-三甲基-N’-羟基乙基双(氨基乙基)醚、N，N-双(3-二甲基氨基丙基)N-异丙醇胺、(N，N-二甲基)氨基-乙氧基乙醇、N，N，N’，N’-四甲基己烷二胺、1，8-二氮杂双环-5，4，0-十一烯-7、N，N-二吗啉代二乙醚、N-甲基咪唑、二甲基氨基丙基二丙醇胺、双(二甲基氨基丙基)氨基-2-丙醇、四甲基氨基双(丙胺)、(二甲基(氨基乙氧基乙基))((二甲胺)乙基)醚、三(二甲基氨基丙基)胺、二环己基甲胺、双(N，N-二甲基-3-氨基丙基)胺、1，2-亚乙基哌啶和甲基-羟乙基哌嗪。
所述泡沫制剂可以包含一种或多种其他催化剂，补充或代替之前提到的叔胺催化剂。合适的这类催化剂包括，例如：
1)叔膦，例如三烷基膦和二烷基苄基膦；
2)各种金属的螯合物，例如可以从乙酰丙酮、苯甲酰丙酮、三氟乙酰丙酮、乙酰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获得的那些螯合物；
3)强酸的酸性金属盐，例如氯化铁、氯化锡、氯化亚锡、三氯化锑、硝酸铋和氯化铋；
4)强碱，例如碱金属和碱土金属氢氧化物、醇盐和酚盐；
5)各种金属的醇化物和酚化物(如Ti(OR)4、Sn(OR)4和Al(OR)3，其中R是烷基或芳基)，以及所述醇化物与羧酸、β-二酮和2-(N，N-二烷基氨基)醇的反应产物；
6)碱土金属、Bi、Pb、Sn或Al羧酸盐；和
7)四价锡化合物，和三或五价铋、锑或砷化合物。
特别有利的是羧酸锡和四价锡化合物。这些的实例包括辛酸亚锡、二乙酸二丁基锡、二月桂酸二丁基锡、二硫醇二丁基锡、二烷基巯基酸二烷基锡、氧化二丁基锡、二硫醇二甲基锡、二异辛基巯基乙酸二甲基锡等。
催化剂通常以少量使用。例如，使用的催化剂总量可以是每100重量份组分(a)0.0015至5、优选0.01至1重量份。金属催化剂，特别是锡催化剂，通常的用量接近这些范围的下限。
泡沫制剂中优选包括一种或多种硅氧烷表面活性剂，以帮助调节孔大小和/或在所述泡沫膨胀和固化时使其稳定。硅氧烷表面活性剂的存在也可以有助于本发明所见的良好的压缩形变值。一种有用的硅氧烷表面活性剂类型是聚二甲基硅氧烷类型。另一种有用的硅氧烷表面活性剂类型具有用聚(氧化烯基)修饰的聚硅氧烷主链。可以使用包含每种类型至少一种表面活性剂的混合物。
后一类型的表面活性剂可以包含平均原子质量约1400至约6000的高原子质量聚氧化烯侧基。硅氧烷主链优选也包含平均原子质量约300至约750的低原子质量聚氧化烯侧基。更优选硅氧烷主链包含高和低原子质量聚氧化烯侧基二者，所述侧基合起来具有约1000-2000、尤其1100-1800的平均原子质量。硅氧烷表面活性剂优选包含约45-360、尤其约90-260个硅氧烷重复单元/分子。优选地，这种硅氧烷重复单元的约6-30％包含高或低原子质量聚氧化烯侧基。这些类型的表面活性剂描述在例如US 5,145,879和EP 0 712 884 B1中，二者均通过引用并入本文。
合适的硅氧烷表面活性剂包括由Evonik以商品名TegostabB8738LF2、Tegostab B8724LF2、Tegostab B8727LF2、TegostabB8715LF2、Tegostab B8734LF2和Tegostab B8737LF2销售和由DowCorning Corporation以SZ 1346表面活性剂销售的那些表面活性剂。每100重量份组分(a)适合使用约0.25-6、优选约0.5-3重量份的硅氧烷表面活性剂。在一些实施方式中，所述泡沫制剂包含，每100重量份组分(a)0.25至2.5重量份的聚二甲基硅氧烷表面活性剂和0.25至2重量份的具有用聚(氧化烯基)修饰的硅氧烷主链的硅氧烷表面活性剂。
所述泡沫制剂中可以包括各种其他组分。这些包括，例如，填充剂、增塑剂、着色剂、防腐剂、掩味剂、阻燃剂、杀生物剂、抗氧化剂、紫外稳定剂和抗静电剂。
如下从前述成分制备泡沫：将所述成分混合以形成泡沫制剂，将所述泡沫制剂引入模具，并在模具中固化所述泡沫制剂以形成聚氨酯泡沫。在接触到有机多异氰酸酯之前，一部分或所有的异氰酸酯反应性成分可以用各种子组合混合在一起。催化剂和表面活性剂通常掺合到组分(a)和/或(b)中。当有机异氰酸酯接触到异氰酸酯反应性物质时，所述组分适宜地在约10℃至约50℃的温度下。在很多情况下，无需向所述混合物施加热就能充分进行固化。然而，如果希望驱动聚合和发泡过程的话，可以加热固化混合物。
在模塑过程中，形成反应混合物，然后将其分配到发生固化的封闭式模具中。向模具装入足够的反应混合物，以便所述混合物膨胀并填充所述模具，产生具有前述密度的泡沫。模具可以预热，例如到约50至80℃的温度。填充的模具可以被进一步加热，例如通过把填充的模具放入烘箱中以固化所述泡沫。这种方法通常被称为“热模塑”法。在优选的方法中，让泡沫制剂在模具中不作进一步加热而固化(“冷模塑”法)。所述混合物在模具中固化，直到它可以没有损伤或永久变形地取出。脱模的泡沫可以被后固化。
根据本发明制造的泡沫有利地具有在24-56kg/m3范围内的芯密度。在所述泡沫具有略低的密度，例如26-40kg/m3或26-33kg/m3时，本发明的优点特别明显。密度为27-31kg/m3的泡沫特别有利。在去除发泡过程期间可能形成的任何外皮之后，按照ISO 845方便地测量密度。所述泡沫是弹性软质类型。利用球回弹试验，例如ISO 8307，它测量了落下的球在指定条件下下落时，从泡沫表面回弹的高度，从而方便地测定回弹性。在ISO 8307试验下，本发明的固化泡沫通常表现出至少50％、优选至少60％并更优选至少65％的回弹性，即使当所述泡沫的密度低到26-40kg/m3或甚至低到26-33kg/m3时。生产这样低泡沫密度的弹性泡沫的能力是本发明重要的和料想不到的优势。对于常规泡沫，回弹性倾向于随着泡沫密度降低而显著降低。
本发明的另一个优点是所述泡沫表现出低压缩形变，即使在26-33kg/m3范围内的低泡沫芯密度下。在“干”和“湿”压缩形变测试中，均看到低压缩形变。“干”和“湿”压缩形变测试均可按照ISO 1856方便地执行。在“干”试验中，样品被压缩到它们原始厚度的50％，在70℃/环境湿度的烘箱中保持22小时，然后使其重新膨胀。“湿”试验以同样的方式执行，只是烘箱保持在50℃和95％湿度。干压缩形变通常不大于8％，更优选不大于6％。湿压缩形变在26-33kg/m3的泡沫密度下通常不大于20％，并往往是15-20％。本发明的泡沫在26-33kg/m3的芯泡沫密度下，通常表现出20％或更低的湿压缩形变和60％或更高的回弹性。
根据本发明制造的泡沫可用于各种包装、坐具和其他减震应用，例如床垫、家具衬垫、汽车坐具、缓冲垫、运动和医疗设备、头盔衬里、飞行员座位、耳塞、以及各种其他隔音与减震应用。
提供以下实施例是为了说明本发明，但是不打算限制其范围。全部份数和百分数都以重量计，除非另外指出。
实施例1-5以及比较泡沫A和B
泡沫实施例1-5以及比较泡沫A和B由表1中的制剂制造：
表1
Figure BPA00001687636300111
Figure BPA00001687636300121
1多元醇A是羟基当量约1750的标称三官能的氧化乙烯封端聚(氧化丙烯)和羟基当量约1750的标称8官能的氧化乙烯封端聚(氧化丙烯)的混合物。多元醇A具有约4.7个羟基/分子的平均官能度和约15重量％的氧化乙烯含量。240重量％苯乙烯-丙烯腈共聚物粒子在标称三官能的氧化乙烯封端聚(氧化丙烯)中的接枝分散体，所述聚(氧化丙烯)的羟基当量约1580并且氧化乙烯含量约17重量％。3氧化丙烯和大于30重量％的分子量约12,500的氧化乙烯的标称7.5官能的共聚物。4由Dow Corning Corporation以SZ 1345销售的硅氧烷表面活性剂。5由Evonik以Tegostab B8727LF2销售的硅氧烷表面活性剂。
在实施例1-5中，多元醇A和聚合物多元醇一起构成组分(a)材料。多元醇A和聚合物多元醇一起具有约12重量％的固体含量。多元醇A和聚合物多元醇中的聚醚多元醇合起来具有约4-4.5的平均标称羟基官能度、约1650-1700的平均当量、约15-17重量％的氧乙烯含量和超过70％的伯羟基。
将除了多异氰酸酯以外的所有成分预掺合，然后将预掺合的组分与多异氰酸酯在高速混合器中混合5秒，来制备泡沫。组分温度是22℃。所述反应混合物倒入温度为65℃的400mm X 400mm X 10mm模具中，并使其在模具中固化6分钟。在泡沫冷却到室温之后，按照ISO 2439对泡沫测量泡沫硬度(25％ILD和65％ILD)。将泡沫切成试样。芯密度按照ISO 845测量，回弹性按照ISO 8307测量，压缩形变按照ISO 1856测量，拉伸强度和伸长率按照ISO 1798测量，撕裂强度按照ISO 8067测量。结果如表2中所示。
表2
Figure BPA00001687636300131
*不是本发明的实施例。
比较样品A和B代表常规的汽车坐具泡沫，因此是比较基准。实施例1-3代表将密度从33-36kg/m3范围降低到30-32kg/m3范围、或泡沫密度降低约10％的尝试。这通过增加水和异氰酸酯的量，其通过引入较高比例的脲键改变泡沫的结构来实现。通过增加高官能度、高氧化乙烯多元醇的量，回弹性和压缩形变保持基本不变。实施例4-5代表了与比较样品相比，密度降低大约15-20％，然而由于存在大量(6份)高官能度、高氧化乙烯多元醇，仍然保持了回弹性并且压缩形变实际上稍低。鉴于泡沫密度大大降低，这些结果非常出人意料。迄今为止尚不知道高官能度、高氧化乙烯多元醇，例如这些试验中所使用的，对回弹性或压缩形变具有有意义的作用。

Claims (13)

1.制造弹性聚氨酯泡沫的方法，所述方法包括形成泡沫制剂，所述泡沫制剂包含
(a)聚合物粒子在一种或多种聚醚多元醇中的分散体，其中每一种所述聚醚多元醇具有250或更高的羟基当量，所述一种或多种聚醚多元醇的平均当量为1400至2200，所述一种或多种聚醚多元醇的平均标称羟基官能度为3.5至5.0，所述一种或多种聚醚多元醇的平均氧乙烯含量为8-25重量％且平均伯羟基含量为至少50％，并且其中所述聚合物粒子占所述分散体重量的8-30％；
(b)每100重量份的组分(a)约2至10重量份的一种或多种高官能度、高氧化乙烯多元醇，所述一种或多种高官能度、高氧化乙烯多元醇的平均氧乙烯含量为26-100重量％、平均羟基当量为1400至2200且平均标称羟基官能度为6至10；
(c)每100重量份组分(a)约4至约7重量份水；
(d)至少一种有机多异氰酸酯；和
(e)至少一种表面活性剂和至少一种用于异氰酸酯基与羟基反应的催化剂；并且
将所述泡沫制剂引入模具并在所述模具中固化所述泡沫制剂，以形成芯密度为24-56kg/m3的聚氨酯泡沫。
2.权利要求1的方法，其中所述泡沫制剂包含每100重量份组分(a)4至10重量份的组分(b)。
3.权利要求1或2的方法，其中所述高官能度、高氧化乙烯多元醇具有至少50重量％的平均氧乙烯含量。
4.前述权利要求任一项的方法，其中所述泡沫制剂包含每100重量份组分(a)5至8重量份的组分(b)。
5.前述权利要求任一项的方法，其中所述聚氨酯泡沫具有26-40kg/m3的芯密度。
6.前述权利要求任一项的方法，其中所述聚氨酯泡沫具有26-33kg/m3的芯密度。
7.前述权利要求任一项的方法，其中组分(d)是甲苯二异氰酸酯异构体与二苯基甲烷二异氰酸酯或聚合MDI的混合物，其中甲苯二异氰酸酯异构体占所述混合物的60-90重量％，并且其中2，4-甲苯二异氰酸酯异构体占所述甲苯二异氰酸酯异构体的至少70重量％。
8.前述权利要求任一项的方法，所述方法是冷模塑法。
9.模塑聚氨酯泡沫，其根据权利要求1-8任一项的方法制造。
10.权利要求9的模塑聚氨酯泡沫，其具有26-33kg/m3的芯密度。
11.权利要求9的模塑聚氨酯泡沫，其具有26-33kg/m3的芯密度。
12.弹性聚氨酯泡沫，其是包括如下的反应物的反应产物：(a)聚合物粒子在一种或多种聚醚多元醇中的分散体，其中每一种所述聚醚多元醇具有250或更高的羟基当量，所述一种或多种聚醚多元醇的平均当量为1400至2200，所述一种或多种聚醚多元醇的平均标称羟基官能度为3.5至5.0、所述一种或多种聚醚多元醇的平均氧乙烯含量为8-25重量％且平均伯羟基含量至少50％，并且其中所述聚合物粒子占所述分散体重量的8-30％；
(b)每100重量份的组分(a)约2至10重量份的一种或多种高官能度、高氧化乙烯多元醇，所述一种或多种高官能度、高氧化乙烯多元醇的平均氧乙烯含量为26-100重量％、平均羟基当量为1400至2200且平均标称羟基官能度为6至10；
(c)每100重量份组分(a)约4至约7重量份水；
(d)至少一种有机多异氰酸酯，
其中所述聚氨酯泡沫的芯密度为24-56kg/m3、按照ISO 8307测量的回弹性为至少60％、按ISO 1856用70℃烘箱测量的50％干压缩形变不大于8％、和按ISO 1856用50℃/95％相对湿度烘箱测量的50％湿压缩形变不大于20％。
13.权利要求12的弹性聚氨酯泡沫，其具有26-33kg/m3的芯密度。
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