CN103282398A - 自冲压的聚氨酯体系 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施方式提供不需要生产后冲压步骤的聚氨酯挠性泡沫体。这些“自冲压”挠性泡沫体在脱模后既不坍塌、表皮剥离，也不形成空穴，并且仍保持优越的物理性质例如均匀的泡孔尺寸，高品质表面外观，压缩变定，耐疲劳性等。

Description

自冲压的聚氨酯体系
技术领域
本发明的实施方式涉及聚氨酯泡沫体，更特别地涉及挠性聚氨酯泡沫体。
背景技术
挠性聚氨酯泡沫体是良好公认的商业制品。挠性泡沫体的特征可以在于用于生产其的方法，即是模塑的还是自由起发的。自由起发泡沫体通常在连续块料法中制备。模塑泡沫体通常在闭合的腔室制造，该腔室具有所需最终制品的形状。挠性泡沫体广泛用于家具，床垫，汽车和多种其它应用。但是，在这些泡沫体类型中固有的是，大多数泡孔窗口在生产时保持完全完整或部分完整，由此必需冲压工艺以增强空气流动并达到最终用途应用的冲压和性质要求。对于反应性非常强的体系，例如在其中反应和模具保持在升高的温度的模塑座椅中所遇到的那些，泡沫体可能主要表现出闭合的泡孔结构，这要求中间的热冲压步骤以避免部件的收缩或翘曲。
泡沫体冲压要求单独的加工步骤，从而会增加生产的成本和时间。而且，过高的冲压力可能会得到在预定应用中不可用的泡沫体，如果不可充分打开泡沫体或如果冲压工艺使部件永久扭曲或撕裂泡沫体。
此外，一些聚氨酯泡沫体可能具有降低的阻燃性质。在挠性聚氨酯泡沫体的情况下，降低的阻燃性质可以通过泡沫体的开孔性质和每单位重量泡沫体的大表面积增强。因此，期望得到不需要冲压步骤而同时仍保持泡沫体的所需物理性质并且具有阻燃性质的聚氨酯泡沫体。
发明内容
本发明的实施方式包括聚氨酯泡沫体，其包括至少以下组分的反应产物：
a)至少一种异氰酸酯组分，其游离NCO含量为20至30%并且包含至少以下组分的反应产物：
a1)占异氰酸酯组分50至70重量%的一种或多种异氰酸酯，其包含占其组成总重量的10至35%的2,4′-亚甲基二苯基异氰酸酯和65至90%的4,4′-亚甲基二苯基异氰酸酯；
a2)占异氰酸酯组分10至30重量%的一种或多种聚亚甲基聚苯基异氰酸酯，其数均分子量为320-500且平均官能度为2.2至3；和
a3)占异氰酸酯组分10至25重量%的一种或多种聚醚多元醇，其数均分子量为6000至8000，其聚环氧乙烷含量为所述一种或多种聚醚多元醇的45至70重量%，以及伯OH含量为50至80%；和
b)至少一种多元醇组分，其包含：
b1)占多元醇组分30至45重量%的一种或多种聚醚多元醇，其数均分子量为5000至7000，其聚环氧乙烷含量为所述一种或多种聚醚多元醇的10至20重量%，以及伯OH含量为70至90%；
b2)占多元醇组分35至50重量%的一种或多种聚醚多元醇，其总数均当量为1500至1900，其聚环氧乙烷含量为所述一种或多种聚醚多元醇的10至25重量%，以及伯OH含量为70至85%；和
b3)占多元醇组分约5至20重量%的一种或多种聚醚共聚物多元醇。
本发明的实施方式还包括制备聚氨酯泡沫体的方法，其包括：将在混合头中的至少a)至少一种异氰酸酯组分和b)至少一种多元醇组分合并到保持在温度25-35°C的模具中，其中：
所述a)至少一种异氰酸酯组分的游离NCO含量为20至30%且包含至少以下组分的反应产物：
a1)占异氰酸酯组分50至70重量%的一种或多种异氰酸酯，其包含占其组成总重量的10至35%的2,4′-亚甲基二苯基异氰酸酯和65至90%的4,4′-亚甲基二苯基异氰酸酯；
a2)占异氰酸酯组分10至30重量%的一种或多种聚亚甲基聚苯基异氰酸酯，其数均分子量为320-500且平均官能度为2.2至3；和
a3)占异氰酸酯组分10至25重量%的一种或多种聚醚多元醇，其数均分子量为6000至8000，其聚环氧乙烷含量为所述一种或多种聚醚多元醇的45至70重量%，以及伯OH含量为50至60%；和
所述b)至少一种多元醇组分包含：
b1)占多元醇组分30至45重量%的一种或多种聚醚多元醇，其数均分子量为5000至7000，其聚环氧乙烷含量为所述一种或多种聚醚多元醇的10至20重量%，以及伯OH含量为70至90%；
b2)占多元醇组分35至50重量%的一种或多种聚醚多元醇，其总数均当量为1500至1900，其聚环氧乙烷含量为所述一种或多种聚醚多元醇的10至25重量%，以及伯OH含量为70至85%；和
b3)占多元醇组分约5至20重量%的一种或多种聚醚共聚物多元醇。
具体实施方式
本发明的实施方式提供不要求生产后冲压步骤的聚氨酯挠性泡沫体。这些“自冲压”挠性泡沫体在脱模后既不坍塌、表皮剥离，也不形成空穴，并且仍保持优越的物理性质例如均匀的泡孔尺寸，高品质表面外观，压缩变定，耐疲劳性等。而且，已经出乎意料地发现，聚氨酯挠性泡沫体的实施方式具有阻燃性质，例如它们满足加州，消费者事务部门，家具和热绝缘体局，技术公告117(State Of California，Department of Consumer Affairs，Bureau ofHome Furnishings and Thermal Insulation，Technical Bulletin117)的要求。
本发明的实施方式也提供可以制备泡沫体的较大加工范围。加工范围表示可以偏离发泡工艺并且仍保持商业可接受的加工和泡沫体性质要求内的公差极限。发泡工艺因素可以包括组分和/或模具温度，脱模时间，和泡沫体固化时间不稳定性。例如，根据本发明的实施方式，模具温度可以保持在环境温度或在25°C至35°C，同时保持脱模时间小于5分钟，而不会观察到泡沫体在脱模之后的任何表皮剥离。
实施方式包括聚氨酯泡沫体，其可以是至少以下组分的反应产物：a)至少一种异氰酸酯组分，其游离NCO含量为20至30%和b)至少一种多元醇组分。
a)至少一种异氰酸酯组分可以是至少以下组分的反应产物：
a1)占异氰酸酯组分50至70重量%的一种或多种异氰酸酯，其包含占其组成总重量的10至35%的2,4′-亚甲基二苯基异氰酸酯和65至90%的4,4′-亚甲基二苯基异氰酸酯，
a2)占异氰酸酯组分10至30重量%的一种或多种聚亚甲基聚苯基异氰酸酯，其数均分子量为320-500且平均官能度为2.2至3.5；和
a3)占异氰酸酯组分10至25重量%的一种或多种聚醚多元醇，其数均分子量为6000至8000，其聚环氧乙烷含量为所述一种或多种聚醚多元醇的45至70重量%，以及伯OH含量为50至60%。
b)至少一种多元醇组分包括：
b1)占多元醇组分30至45重量%的一种或多种聚醚多元醇，其数均分子量为5000至7000，其聚环氧乙烷含量为所述一种或多种聚醚多元醇的10至20重量%，以及伯OH含量为70至90%；
b2)占多元醇组分35至50重量%的一种或多种聚醚多元醇，其总数均当量为1500至1900，其聚环氧乙烷含量为所述一种或多种聚醚多元醇的10至25重量%，以及伯OH含量为70至85%；和
b3)占多元醇组分约5至20重量%的一种或多种聚醚共聚物多元醇。
组分a1)可以占a)的50至70重量%。本申请包括并公开了a)的50至70重量%的所有单个数值和子范围；例如，含量可以为下限值约50重量%，55重量%，60重量%，或65重量%至上限值约55重量%，60重量%，65重量%，或70重量%。
组分a1)可以包括异氰酸酯的一种或多种组合，使得a1)的10至35重量%是2,4′-亚甲基二苯基异氰酸酯。本申请包括并公开了a1)的10至35重量%的所有单个数值和子范围；例如，含量可以为下限值约10重量%，15重量%，20重量%，或25重量%至上限值约20重量%，25重量%，30重量%，或35重量%。
组分a1)可以包括异氰酸酯的一种或多种组合，使得a1)的65至90重量%是4,4′-亚甲基二苯基异氰酸酯。本申请包括并公开了a1)的65至90重量%的所有单个数值和子范围；例如，含量可以为下限值约65重量%，70重量%，75重量%，或80重量%至上限值约75重量%，80重量%，85重量%，或90重量%。
2,4′-亚甲基二苯基异氰酸酯、4,4′-亚甲基二苯基异氰酸酯、及其混合物通常称为MDI，并且可以使用全部这些物质。适宜的MDI产物以商业名称ISONATE购自The Dow Chemical Company，2,4-MDI/4,4’MDI的适当比率可以通过合并一种或多种不同的ISONATE产品获得。在一种实施方式中，使用ISONATE OP30和ISONATE M125的组合。
组分a2)可以占a)的10至30重量%。本申请包括并公开了a)的10至30重量%的所有单个数值和子范围；例如，含量可以为下限值约10重量%，15重量%，或20重量%至上限值约20重量%，25重量%，或30重量%。
组分a2)包括一种或多种聚亚甲基聚苯基异氰酸酯，其数均分子量为320-500且平均官能度为2.2至3.5。适宜的聚亚甲基聚苯基异氰酸酯是聚亚甲基聚苯基异氰酸酯在单体MDI中的混合物。特别适宜的聚合MDI产品的游离MDI含量为5至50重量%，更优选为10至40重量%。这样的聚合MDI产品以商业名称PAPI和VORANATE购自The Dow Chemical Company。特别优选的多异氰酸酯是平均异氰酸酯官能度为2.6至3.3个异氰酸酯基团/分子和异氰酸酯当量为130至170的聚合MDI产品。适宜的可商购的该类型产品包括PAPI27，VORANATE M229，VORANATE220，VORANATE290，VORANATE M595和VORANATE M600，它们全部购自The Dow ChemicalCompany。
组分a3)可以占a)的10至25重量%。本申请包括并公开了a)的10至25重量%的所有单个数值和子范围；例如，含量可以为下限值约10重量%，15重量%，或20重量%至上限值约15重量%，20重量%，或25重量%。
组分a3)可以是总数均分子量为6000至8000的一种或多种聚醚多元醇。本申请包括并公开了6000至8000的所有单个数值和子范围；例如，总数均分子量可以为下限值约6000，6500，7000，或7500至上限值约7000，7500，或8000。
组分a3)的聚环氧乙烷含量可以为a3)的45至70重量%。本申请包括并公开了a3)的45至70重量%的所有单个数值和子范围；例如，含量可以为下限值约45重量%，47重量%，49重量%，50重量%，52重量%，55重量%，57重量%，59重量%，60重量%，61重量%，62重量%，63重量%，64重量%，或65重量%至上限值约66重量%，67重量%，68重量%，69重量%，或70重量%。
组分a3)的OH含量可以为50至80%。本申请包括并公开了a3)的50至60%的所有单个数值和子范围；例如，含量可以为下限值约50%，52%，55%，57%，59%，60%，61%，62%，63%，64%，或65%至上限值约66%，67%，68%，69%，70%，75%，或80%。
组分a3)的标称官能度可以为约2至约6。本申请包括并公开了2至6的所有单个数值和子范围；例如，官能度可以为下限值约2，3，或4至上限值约3，4，5，或6。
a3)的实施方式可以包括甘油引发的聚环氧丙烷聚醚多元醇，其具有55-70%的聚环氧乙烷末端，和50-60%的伯OH。适宜的可商购的该类型产品包括购自The Dow Chemical Company的IP010。
组分a)可以任选地包括a4)至少一种催化剂以促进组分a1)和a2)与组分a3)的形成预聚物的反应。聚氨酯催化剂的实例包括苯甲酰氯；叔胺，例如三乙胺，1,4-二氮杂双环[2.2.2.]辛烷(DABCO)，N-甲基吗啉，N-乙基吗啉，N,N,N′,N′-四甲基六亚甲基二胺，1,2-二甲基咪唑；和锡化合物，例如乙酸锡(II)，辛酸锡(II)，月桂酸锡(II)，二月桂酸二丁基锡，二马来酸二丁基锡，二乙酸二辛基锡和二丁基锡二氯化物。任选地单独或作为混合物使用催化剂。
可以将组分a1)和a2)与组分a3)的反应加热至20°C至100°C的温度，并且可以进行1-6小时以完成。在一种实施方式中，将反应加热至70°C达约90分钟。
组分b1)可以占b)的30至45重量%。本申请包括并公开了a3)的30至45重量%的所有单个数值和子范围；例如，含量可以为下限值约30重量%，35重量%，或40重量%至上限值约35重量%，40重量%，或45重量%。
组分b1)可以是数均分子量为5000至7000的一种或多种聚醚多元醇。本申请包括并公开了5000至7000的所有单个数值和子范围；例如，总数均分子量可以为下限值约5000，5500，6000，或6500至上限值约5500，6000，6500，或7000。
组分b1)的聚环氧乙烷含量可以为b1)的10至20重量%。本申请包括并公开了b1)的10至20重量%的所有单个数值和子范围；例如，含量可以为下限值约10重量%，12重量%，14重量%，15重量%，16重量%，或18重量%至上限值约14重量%，15重量%，16重量%，18重量%，或20重量%。
组分b1)的伯OH含量可以为70至90%。本申请包括并公开了70至90%的所有单个数值和子范围；例如，伯OH含量可以为下限值约70%，75%，或80%至上限值约75%，80%，85%，或90%。
组分b1)的标称官能度可以为约2至约6。本申请包括并公开了2至6的所有单个数值和子范围；例如，官能度可以为下限值约2，3，或4至上限值约3，4，5，或6。
b1)的实施方式包括具有聚环氧乙烷末端的甘油引发的聚环氧丙烷。
组分b2)可以占b)的35至50重量%。本申请包括并公开了b1)的35至50重量%的所有单个数值和子范围；例如，含量可以为下限值约35重量%，40重量%，或45重量%至上限值约40重量%，45重量%，或50重量%。
组分b2)可以是总数均当量为1500至1900的一种或多种聚醚多元醇。本申请包括并公开了31500至1900的所有单个数值和子范围；例如，总数均当量可以为下限值约1500，1550，1600，1650，或1700至上限值约1550，1600，1650，1700，1750，1800，或1900。
组分b2)的聚环氧乙烷含量可以为b2)的10至25重量%。本申请包括并公开了10至25的所有单个数值和子范围；例如，聚环氧乙烷含量可以为下限值约10重量%，12重量%，14重量%，15重量%，16重量%，18重量%，或20重量%至上限值约14重量%，15重量%，16重量%，18重量%，20重量%，22重量%，或25重量%。
组分b2)的伯OH含量可以为70至85%。本申请包括并公开了70至85%的所有单个数值和子范围；例如，伯OH含量可以为下限值约70%，75%，或80%至上限值约75%，80%，或85%。
b2)的实施方式包括用甘油和/或山梨糖醇引发的聚环氧丙烷聚环氧乙烷多元醇，其平均官能度为4.5至5，且具有聚环氧乙烷末端。适宜的可商购的该类型产品包括SPECFLEX NC632，其购自The Dow Chemical Company。
组分b3)可以占b)的约5至20重量%。本申请包括并公开了b)的5至20重量%的所有单个数值和子范围；例如，含量可以为下限值约5重量%，7重量%，9重量%，10重量%，12重量%，14重量%，15重量%，或17重量%至上限值约10重量%，12重量%，14重量%，15重量%，17重量%，19重量%，或20重量%。
组分b3)可以是聚合物多元醇，其包含当量为500或更大的一元醇或多元醇和聚合物分散相。聚合物分散相可以是烯键式不饱和单体(其中苯乙烯，丙烯腈和苯乙烯-丙烯腈共聚物是特别有用的)的粒子，聚脲粒子，或聚氨酯粒子。分散相可以占聚合物多元醇的5至60重量%。实施方式包括接枝的聚醚多元醇，其包含30至50%共聚的苯乙烯和丙烯腈(SAN)。适宜的可商购的该类型产品包括SPECFLEX NC700，其购自The Dow ChemicalCompany。
b)至少一种多元醇组分可以任选地也包括b4)量为b)的0.5至7重量%的水。本申请包括并公开了b)的0.5至7重量%的所有单个数值和子范围；例如，含量可以为下限值约0.5重量%，1重量%，1.5重量%，2重量%，2.5重量%，3重量%，3.5重量%，4重量%，或4.5重量%至上限值约1重量%，1.5重量%，2重量%，2.5重量%，3重量%，3.5重量%，4重量%，4.5重量%，5重量%，6重量%或7重量%。
b)至少一种多元醇组分可以任选地也包括一种或多种b5)量为b)的0.1至7重量%的表面活性剂。本申请包括并公开了b)的0.5至7重量%的所有单个数值和子范围；例如，含量可以为下限值约0.1重量%，0.5重量%，1重量%，1.5重量%，2重量%，2.5重量%，3重量%，3.5重量%，4重量%，或4.5重量%至上限值约1重量%，1.5重量%，2重量%，2.5重量%，3重量%，3.5重量%，4重量%，4.5重量%，5重量%，6重量%或7重量%。
表面活性剂的实例包括非离子表面活性剂和润湿剂，例如通过向丙二醇中依次加入环氧丙烷和然后环氧乙烷所制备的那些、固态或液态的有机硅、和长链醇的聚乙二醇醚。也可以使用离子表面活性剂，如叔胺或长链烷基酸硫酸酯的链烷醇胺盐、长链烷基磺酸酯的链烷醇胺盐和长链烷基芳基磺酸的链烷醇胺盐。与固态或液态的有机硅一样，通过向丙二醇中依次加入环氧丙烷和然后环氧乙烷所制备的表面活性剂是优选的。有用的有机硅表面活性剂的实例包括可从商业上购买到的聚硅氧烷/聚醚共聚物，如TEGOSTAB(Evonik AG的商标)B-8462、B-8404和B-8871，和得自DowCorning的DC-198和DC-5043表面活性剂，和得自Momentive PerformanceMaterials的NIAX L-627和NIAX L-618表面活性剂。
b)至少一种多元醇组分可以任选地也包括一种或多种b6)量为b)的0.0015至4重量%的催化剂。本申请包括并公开了b)的0.0015至4重量%的所有单个数值和子范围；例如，含量可以为下限值约0.0015重量%，0.01重量%，0.1重量%，0.5重量%，1重量%，1.5重量%，2重量%，2.5重量%，或3重量%至上限值约0.5重量%，1重量%，1.5重量%，2重量%，2.5重量%，3重量%，3.5重量%，或4重量%。
已知多种物质可以催化聚氨酯形成反应，包括叔胺；叔膦，如三烷基膦和二烷基苄基膦；各种金属螯合剂，如可以由乙酰丙酮、苯甲酰丙酮、三氟乙酰丙酮、乙酰乙酸乙酯等与金属(如Be、Mg、Zn、Cd、Pd、Ti、Zr、Sn、As、Bi、Cr、Mo、Mn、Fe、Co和Ni)的螯合得到的那些；强酸的酸式金属盐，如氯化铁、氯化锡、氯化亚锡、三氯化锑、硝酸铋和氯化铋；强碱，如碱金属及碱土金属的氢氧化物、醇盐和酚盐，各种金属醇盐和酚盐，如Ti(OR)4、Sn(OR)4和Al(OR)3，其中R是烷基或芳基，以及醇化物与羧酸、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的羧酸盐；和四价锡化合物，以及三价或五价铋、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。可从商业上购买到的叔胺催化剂的实例包括：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-二甲基氨基乙基、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、三亚乙基二胺和二甲基烷基胺，其中烷基基团包含4至18个碳原子。通常使用这些叔胺催化剂的混合物。可从商业上购买到的胺催化剂的实例包括NIAX CatalystDMEE(叔胺催化剂，得自Momentive Performance Materials Inc.)，NIAXCatalyst C-174(胺发泡催化剂，得自Momentive Performance Materials Inc.)，NIAX A1和NIAX A99(二(二甲基氨基乙基)醚在丙二醇中，得自MomentivePerformance Materials)，NIAX B9(N,N-二甲基哌嗪和N-N-二甲基十六胺在聚环氧烷烃多元醇中，得自Momentive Performance Materials)，DABCO8264(二(二甲基氨基乙基)醚、三亚乙基二胺和二甲基羟基乙基胺的混合物在一缩二丙二醇中，得自Air Products and Chemicals)，和DABCO33LV(三亚乙基二胺在一缩二丙二醇中，得自Air Products and Chemicals)，NIAX A-400(在水和专利羟基化合物中的专利叔胺/羧酸盐和二(二甲基氨基乙基)醚，得自Momentive Performance Materials)；NIAX A-300(在水中的专利叔胺/羧酸盐和三亚乙基二胺，得自Momentive Performance Materials)；POLYCAT58(专利胺催化剂，得自Air Products and Chemicals)，POLYCAT5(五甲基二亚乙基三胺，得自Air Products and Chemicals)和POLYCAT8(N,N-二甲基环己胺，得自Air Products and Chemicals)。有机锡催化剂的实例是氯化锡、氯化亚锡、辛酸亚锡、油酸亚锡、二月桂酸二甲基锡、二月桂酸二丁基锡、式SnRn(OR)4-n的其它有机锡化合物，其中R是烷基或芳基，n为0-2等。若使用的话，有机锡催化剂通常与一种或多种叔胺催化剂联合使用。可商购的有用的有机锡催化剂包括KOSMOS29(辛酸亚锡，购自Evonik AG)，DABCO T-9和T-95催化剂(都为辛酸亚锡组分，购自Air Products and Chemicals)。
聚氨酯挠性泡沫体可以通过将a)至少一种异氰酸酯组分和b)至少一种多元醇组分与任何任选的添加剂组合来制备。异氰酸酯a)至少一种异氰酸酯组分和b)至少一种多元醇组分可以按异氰酸酯指数为60至110反应。本申请包括并公开了60至110的所有单个数值和子范围；例如，该指数可以为下限值60，65，70，75，80，85，90，或95至上限值约75，80，85，90，95，99，100，105，或110。
块料泡沫体便利地如下制备：将泡沫体各组分混合，将其倒入槽或其它区域中，在所述槽或其它区域中反应混合物反应、对抗大气(有时在膜或其它软质覆盖物下)自由起发、和固化。在普通工业规模的块料泡沫体生产中，将泡沫体成分(或其各种混合物)独立地泵送到混合头，在混合头将它们混合及分配到衬有纸或塑料的传送器上。发泡和固化在传送器上进行，形成泡沫块。所得泡沫体的密度低于100kg/m3。本申请包括并公开了低于100kg/m3的所有单个数值和子范围；例如，密度可以为下限值30kg/m3，35kg/m3，40kg/m3，45kg/m3，50kg/m3，55kg/m3，60kg/m3，65kg/m3，70kg/m3，75kg/m3，或80kg/m3至上限值40kg/m3，45kg/m3，50kg/m3，55kg/m3，60kg/m3，65kg/m3，70kg/m3，75kg/m3，80kg/m3，85kg/m3，90kg/m3，或95kg/m3。
模塑泡沫体可以根据本发明的实施方式如下制备：将反应物转移至闭合的模具中，在该模具中进行发泡反应以制备成型的泡沫体。可以任选地使用以下任一种：所谓的“冷模塑”法，其中不将模具预加热至显著高于环境温度；或“热模塑”法，其中加热模具以促使固化。模塑泡沫体的密度可以低于100kg/m3。本申请包括并公开了低于100kg/m3的所有单个数值和子范围；例如，密度可以为下限值30kg/m3，35kg/m3，40kg/m3，45kg/m3，50kg/m3，55kg/m3，60kg/m3，65kg/m3，70kg/m3，75kg/m3，或80kg/m3至上限值40kg/m3，45kg/m3，50kg/m3，55kg/m3，60kg/m3，65kg/m3，70kg/m3，75kg/m3，80kg/m3，85kg/m3，90kg/m3，或95kg/m3。
实施方式包括冷模塑法以及热模塑法两者。但是，出乎意料地，已经发现，可获得小于5分钟、4分钟、或3分钟的脱模时间，同时又不会观察到在脱模之后泡沫体的任何表皮剥离，甚至当模具温度保持在环境温度或在25°C至35°C也是如此。实施方式包括，在脱模温度为环境温度或25°C至35°C时，脱模时间为3至4分钟，同时又没有表皮剥离。
所得挠性泡沫体的冲压力(FTC)值小于25dN。低于25dN的FTC值涉及容易冲压的体系，或所谓的“自冲压”泡沫体—即该泡沫体不需要机械冲压以避免泡沫体的收缩或翘曲。在一些实施方式中，FTC值低于20dN。FTC是以牛顿(N)计的将样本以其初始厚度的某一%(通常为50%或40mm)压缩所需的力。在值＞2KN的情况下，可以将压缩降低至较低值。
所得泡沫体也具有优越的物理性质，例如均匀的泡孔尺寸，和高品质表面外观。
实施方式也包括生坯承载(GLB)为至少12dN的泡沫体。测试在泡沫体上进行，该泡沫体已经机械冲压过或用手冲压过；在达到最终厚度之后测得的30秒，再次以其初始厚度的某一%(通常为50%或40mm)压缩样本。
实施方式也包括根据ISO1856在指数为75测得的压缩变定为6.4%和/或在指数为95测得的压缩变定为5.9%的泡沫体。
实施方式也包括下述泡沫体，其根据ISO3385在80000次循环和75的指数进行24小时之后的疲劳测试高度耗损小于0.9%，和/或根据ISO3385在80000次循环和75的指数进行24小时之后的疲劳测试载荷耗损小于10%。
实施方式也包括下述泡沫体，其根据ISO3385在80000次循环和85的指数进行24小时之后的疲劳测试高度耗损小于0.8%，和/或根据ISO3385在80000次循环和85的指数进行24小时之后的疲劳测试载荷耗损小于13%。
实施方式也包括断裂伸长率为至少86%的泡沫体。
实施方式也包括下述泡沫体，其可以通过燃烧测试，该燃烧测试由以下机构开发：加州，消费者事务部门，家具和热绝缘体局，2000年3月的技术公告117(用于测试用于软垫类家具的弹性填充材料的阻燃性的要求、测试规程和设备)，第A节第1部分(Cal117)(State Of California，Department ofConsumer Affairs，Bureau of Home Furnishings and Thermal Insulation，Technical Bulletin117(Requirements，Test Procedure and Apparatus for Testingthe Flame Retardance of Resilient Filling Materials Used in UpholsteredFurniture)of March2000，section A part1(Cal117))。
根据本申请描述的实施方式制备的挠性泡沫体用于多种包装和缓冲应用，例如床垫，床垫上层物，枕头，包装，缓冲垫，运动和医疗器材，头盔衬垫，座位，家具制品，椅子，办公室座位缓冲物，办公室座位靠背，办公室座位扶手等。
实施例
提供以下实施例以说明本发明的实施方式，但不意图限制本发明的范围。除非另有说明，否则所有的份和百分比均基于重量。
使用以下物质：
ISONATE*30OP       32.5%的4,4′-亚甲基二苯基异氰酸酯、67.5%的2,4′-亚甲基二苯基异氰酸酯混合物，其官能度为2.0和当量为125g/当量，购自The Dow Chemical Company。
ISONATE*50OP       49.6%的4,4′-亚甲基二苯基异氰酸酯、50.4%的2,4′-亚甲基二苯基异氰酸酯混合物，其官能度为2.0和当量为125g/当量，购自The Dow Chemical Company。
ISONATE*M125       基于4,4′-亚甲基二苯基二异氰酸酯(纯MDI)的异氰酸酯，购自The Dow Chemical Company。
VORANATE*M220      具有高反应性的低粘度聚亚甲基亚苯基异氰酸酯，平均分子量为340-380，总异氰酸酯含量为约31%，平均官能度为2.7。
IP010              甘油引发的PO聚醚多元醇，其数均分子量为约7800，具有61-65%的PO/EO末端，和50-60%的伯OH。
SPECFLEX*NF844     有机硅表面活性剂共混物，购自Dow chemicalCompany。
POLYETHER POLYOL   甘油引发的PO聚醚多元醇，其数均分子量为约5700，具有的聚环氧乙烷末端为约14.5%，和具有约85%的伯OH。
SPECFLEX*NC632      用甘油和山梨糖醇的共混物引发的1,700当量聚环氧丙烷聚环氧乙烷多元醇，其平均官能度为约4.7，聚环氧乙烷封端的百分比为约15.2%，其最终伯OH为约77%。购自The Dow Chemical Company。
VORANOL*CP4610      甘油引发的环氧丙烷聚醚三醇，具有11%(基于总重量)环氧乙烷末端，平均分子量为4,800。购自TheDow Chemical Company。
VORALUX*HL400       包含3000分子量聚醚三醇作为基础多元醇和40wt.%苯乙烯/丙烯腈固体的聚合物多元醇。
SPECFLEX*NC700      包含40%共聚的苯乙烯和丙烯腈(SAN)的接枝的聚醚多元醇。购自The Dow Chemical Company。
NIAX Catalyst DMEE  叔胺催化剂，得自Momentive Performance MaterialsInc。
NIAX Catalyst C-174 胺发泡催化剂，得自Momentive PerformanceMaterials Inc。
DEOA                二乙醇胺99%，购自Aldrich。
POLYCAT15           N,N-二-(3-二甲基氨基丙基)-胺，购自Air Productsand Chemicals，Inc。
DABCO NE300         非腐蚀性延迟作用的凝胶催化剂。购自Air Products。
TEGOSTAB B-8715LF   低雾度基于有机硅的表面活性剂，购自EvonikIndustries。
*ISONATE，SPECFLEX，VORALUX，VORANATE和VORANOL是The DowChemical Company的商标。
异氰酸酯组分
制备两种异氰酸酯组分，一种是实验例，一种是对比例。使用的物质和各物质的相对量在表1中给出。异氰酸酯共混物如下制备：定量投料异氰酸酯和有机硅表面活性剂(针对对比例)(SPECFLEX*NF844)，然后通过滚筒式辊筒混合适当时间。然后通过在混合下添加多元醇(IP010)形成预聚物。通过在适当的反应器内在70°C加热90分钟完成反应。
表1
对比例 实施例
ISONATE*30OP 38 38
ISONATE*50OP 10.76
ISONATE*M125 16
VORANATE*M220 40 29
IP010 10 17
SPECFLEX*NF844 1.24
总量 100 100
NCO含量 28.8 26.7
o.p%(2,4′-MDI) 16.7-19.1 18.6-22.4
p.p%(4,4′-MDI) 43.2-47.2 76.6-80.4
多元醇组分
制备两种多元醇组分，一种是实验例，一种是对比例。使用的物质和各物质的相对量在表2中给出。配制的多元醇如下制备：按以下顺序定量投料基础多元醇，有机硅表面活性剂，催化剂，交联剂，添加剂，然后在通过叶片搅拌器混合制备检查水含量。所需的最终的水如下获得：在环境温度，添加剩余所需的水，然后混合15分钟。
表2
对比例 实施例
POLYETHER POLYOL 60.4 40
SPECFLEX*NC632 20 45
VORANOL*CP4610 10
VORALUX*HL400 5
SPECFLEX*NC700 10
NIAX Catalyst DMEE 0.1
NIAX Catalyst C-174 0.1 0.2
DEOA 0.3 0.3
POLYCAT15 0.5 0.9
DABCO NE300 0.2
TEGOSTAB B-8715LF 0.5 0.5
水 3 3
总量 100 100
OH值(作为KOH)mg KOH/g 41.5 37
水含量(wt%) 3 3
总碱度(以Ac.Acetic计) 0.117 0.126
泡沫体实施例E1-E3和对比例CE1-CE3
将实验异氰酸酯组分和实验多元醇组分以各种指数组合以形成泡沫体实施例E1-E3，而将对比异氰酸酯组分和对比多元醇组分以各种指数组合以形成对比例CE1-CE3。聚氨酯泡沫体通过一步法使用高压机器制备，所述高压机器用于使组分的称重和适当分配正确。将各组分保持在25°C并在160巴转移至混合头(FPL14"混合头)，并以250g/s装入模具。以三种不同的异氰酸酯指数(75，85，和95)制备泡沫体。使用方形模具和环氧树脂座位模具，通过设定在温度25-35°C的循环水加热，并用基于溶剂的脱模剂(ACMOSIL类型)处理以允许脱模。脱模时间固定在3-4分钟。对比例显示比最佳外观差的外观：观察到几处塌陷，表皮剥离，和一些空穴。但是，实施例既不显示塌陷，表皮剥离，也没有空穴，而是确实具有均匀的泡孔尺寸，高品质表面外观，和良好的柔软触感。
泡沫体的主要物理性质可以见以下表3，表4，和表5。在所有的样品已经达到稳定水平的固化之后：在环境条件(23°C，50%相对湿度)下进行最少三天，对堆积密度为约55kg/m3的方形部件(450mm X300mm x75mm)进行全部条目的物理机械测试。
表3
表4
Figure BDA00003456569600161
表5
Figure BDA00003456569600162
冲压力(FTC)和生坯承载(GLB)都使用压缩设备测量，该压缩设备具有矩形形状且内容量为5升(300mm x350mm x75mm)。以下发泡过程如下：
·将脱模剂均匀地施用在方形模具内。
·将空杯子放在天平上并重新调零。
·称重精确量的多元醇组分并放入杯中。
·将天平重新调零，然后迅速和精确地称重异氰酸酯的量。
·将杯子从天平上拿走，将其放在自动混合机的座椅中。
·在混合之后，将物质倒入具有矩形形状的模具中，该模具的内容量为5升。确保剩余的物质符合标准过程中所指示的范围。
·降低模具的盖子。
在循环结束时(3-4分钟)，将泡沫体从具有矩形形状且内容量为5升的模具中取出，注意不要冲压泡沫体。在脱模时间的30秒内，测力计板仪器(INSTRON4464)测量冲压力。由仪器给出的“峰值”读取为“冲压力”值。
然后，使用粉碎机轧辊将泡沫体完全压碎，立即通过使用测力计板在它们初始厚度的50%压缩泡沫体而检查生坯硬度，在达到目标厚度后测量的30秒的值为“生坯硬度”值。
在各指数重复测量三或四次以满足统计学要求。进行在低异氰酸酯指数(75:100，CE1和E1)和在高异氰酸酯指数(95:100，CE3和E3)的Anova分析(方差的分析)。
图1和2显示在低异氰酸酯指数(75:100)的FTC和GLB(分别)，图3和4显示在高异氰酸酯指数(95:100)的FTC和GLB(分别)。在低异氰酸酯指数可以看出，FTC在实施例(E1)和对比例(CE1)之间交叠。但是，对于GLB可以看出，实施例(E1)比对比例(CE1)性能好。类似地，在高异氰酸酯指数可以看出，FTC在实施例(E3)和对比例(CE3)之间交叠。但是，对于GLB可以看出，实施例(E3)比对比例(CE3)性能好。较高值的GLB表示在脱模时间泡沫体的较好固化。FTC的对比值表示，实施例样本至少与对比例一样地打开，并且两种体系都可以称为“容易冲压的体系”。
阻燃性，泡沫体实施例E4-E7和对比例CE4-CE7
泡沫体实施例E4-E7和对比例CE4-CE7分别以与泡沫体实施例E1-E3和对比例CE1-CE3相同的方式制备，但是异氰酸酯指数如表6和7给出。根据以下测试泡沫体的燃烧性：加州，消费者事务部门，家具和热绝缘体局，2000年3月的技术公告117(用于测试用于软垫类家具的弹性填充材料的阻燃性的要求、测试规程和设备)，第A节第1部分(Cal117)。使用电锯将挠性泡沫体切割成样本(304.8mm x76.2mm x12.7mm)。对于各制剂，测试10个样本(在老化之前5个，在老化之后5个)。使样本暴露于火焰12秒，然后记录余焰时间(After Flame Time)(AFT)和炭化长度。测试的要求是：
1.所有样本的平均炭化长度不超过6英寸。
2.任何单独样本的最大炭化长度不超过8英寸。
3.平均余焰，包括熔融物质或从样本滴落的其它碎片的余焰，不超过5秒。
4.任何单独样本的最大余焰，包括熔融物质或从样本滴落的其它碎片的余焰，不超过10秒。
5.平均余辉(afterglow)，包括熔融物质或从样本滴落的其它碎片的余辉，不超过15秒。
6.在老化之前和在喷气式循环烘箱在220°F(104°C)老化24小时之后，弹性泡孔材料都将满足以上要求。
表6
Figure BDA00003456569600181
Figure BDA00003456569600191
表7
Figure BDA00003456569600201
可以看出，与对比例相比，根据本发明的实施方式的泡沫体在宽范围的异氰酸酯指数给出通过的结果。
尽管前述涉及本发明的实施方式，但是在不背离本发明基本范围的情况下可以设计其它和进一步的本发明的实施方式，本发明的范围由所附权利要求所确定。

Claims (18)

1.聚氨酯泡沫体，其包含至少以下组分的反应产物：
a)至少一种异氰酸酯组分，其游离NCO含量为20至30%并且包含至少以下组分的反应产物：
a1)占异氰酸酯组分50至70重量%的一种或多种异氰酸酯，其包含占其组成总重量的10至35%的2,4′-亚甲基二苯基异氰酸酯和65至90%的4,4′-亚甲基二苯基异氰酸酯；
a2)占异氰酸酯组分10至30重量%的一种或多种聚亚甲基聚苯基异氰酸酯，其数均分子量为320-500且平均官能度为2.2至3；和
a3)占异氰酸酯组分10至25重量%的一种或多种聚醚多元醇，其数均分子量为6000至8000，其聚环氧乙烷含量为所述一种或多种聚醚多元醇的45至70重量%，以及伯OH含量为50至80%；和
b)至少一种多元醇组分，其包含：
b1)占多元醇组分30至45重量%的一种或多种聚醚多元醇，其数均分子量为5000至7000，其聚环氧乙烷含量为所述一种或多种聚醚多元醇的10至20重量%，以及伯OH含量为70至90%；
b2)占多元醇组分35至50重量%的一种或多种聚醚多元醇，其总数均当量为1500至1900，其聚环氧乙烷含量为所述一种或多种聚醚多元醇的10至25重量%，以及伯OH含量为70至85%；和
b3)占多元醇组分约5至20重量%的一种或多种聚醚共聚物多元醇。
2.权利要求1的聚氨酯泡沫体，其中所述泡沫体的冲压力小于25dN。
3.权利要求1的聚氨酯泡沫体，其中所述泡沫体的冲压力小于20dN。
4.权利要求1-3任一项的聚氨酯泡沫体，其中所述泡沫体的生坯承载为至少12dN。
5.权利要求1-4任一项的聚氨酯泡沫体，其中所述泡沫体在没有表皮剥离的情况下从模具中脱模，其中脱模时间小于5分钟。
6.权利要求5的聚氨酯泡沫体，其中在没有表皮剥离的情况下所述脱模时间为3至4分钟。
7.权利要求5-6任一项的聚氨酯泡沫体，其中所述模具保持在25°C至35°C的温度。
8.权利要求1-7任一项的聚氨酯泡沫体，其中所述泡沫体根据ISO1856在指数为75时的压缩变定为6.4%。
9.权利要求1-7任一项的聚氨酯泡沫体，其中所述泡沫体根据ISO1856在指数为95时的压缩变定为5.9%。
10.权利要求1-9任一项的聚氨酯泡沫体，其中所述泡沫体根据ISO3385在80000次循环和75的指数进行24小时之后的疲劳测试高度耗损小于0.9%。
11.权利要求1-9任一项的聚氨酯泡沫体，其中所述泡沫体根据ISO3385在80000次循环和85的指数进行24小时之后的疲劳测试高度耗损小于0.8%。
12.权利要求1-11任一项的聚氨酯泡沫体，其中所述泡沫体根据ISO3385在80000次循环和75的指数进行24小时之后的疲劳测试载荷耗损小于10%。
13.权利要求1-11任一项的聚氨酯泡沫体，其中所述泡沫体根据ISO3385在80000次循环和85的指数进行24小时之后的疲劳测试载荷耗损小于13%。
14.权利要求1-13任一项的聚氨酯泡沫体，其中所述泡沫体的断裂伸长率为至少86%。
15.制备聚氨酯泡沫体的方法，所述方法包括：
将在混合头中的至少a)至少一种异氰酸酯组分和b)至少一种多元醇组分合并到保持在温度25-35°C的模具中，其中：
所述a)至少一种异氰酸酯组分的游离NCO含量为20至30%且包含至少以下组分的反应产物：
a1)占异氰酸酯组分50至70重量%的一种或多种异氰酸酯，其包含占其组成总重量的10至35%的2,4′-亚甲基二苯基异氰酸酯和65至90%的4,4′-亚甲基二苯基异氰酸酯；
a2)占异氰酸酯组分10至30重量%的一种或多种聚亚甲基聚苯基异氰酸酯，其数均分子量为320-500且平均官能度为2.2至3；和
a3)占异氰酸酯组分10至25重量%的一种或多种聚醚多元醇，其数均分子量为6000至8000，其聚环氧乙烷含量为所述一种或多种聚醚多元醇的45至70重量%，以及伯OH含量为50至60%；和
所述b)至少一种多元醇组分包含：
b1)占多元醇组分30至45重量%的一种或多种聚醚多元醇，其数均分子量为5000至7000，其聚环氧乙烷含量为所述一种或多种聚醚多元醇的10至20重量%，以及伯OH含量为70至90%；
b2)占多元醇组分35至50重量%的一种或多种聚醚多元醇，其总数均当量为1500至1900，其聚环氧乙烷含量为所述一种或多种聚醚多元醇的10至25重量%，以及伯OH含量为70至85%；和
b3)占多元醇组分约5至20重量%的一种或多种聚醚共聚物多元醇。
16.权利要求1-14任一项的聚氨酯泡沫体，其通过权利要求15的方法制备。
17.权利要求1-16任一项的聚氨酯泡沫体，其中所述聚氨酯泡沫体的平均炭化长度小于6英寸，平均余焰小于5秒，和平均余辉小于15秒，根据加州，消费者事务部门，家具和热绝缘体局，2000年3月的技术公告117(用于测试用于软垫类家具的弹性填充材料的阻燃性的要求、测试规程和设备)，第A节第1部分(Cal117)测定。
18.包括权利要求1-17任一项的聚氨酯泡沫体的家具制品。
18.包括权利要求1-17任一项的聚氨酯泡沫体的椅子。
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