TW202327880A - 阻燃多層材料、製備方法、包含其之電子裝置、及其用途 - Google Patents

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Abstract

一種多層材料，包含一第一聚合物發泡層，其具有：小於481 kg/m 3之密度，依據ASTM D3574-17在25%撓曲下測定，5至1,035 kPa之壓縮撓曲應力，及小於3.5毫米之厚度；以及一第二聚合物發泡層，其具有：大於240 kg/m 3之密度，其中，該第二聚合物發泡層之密度為該第一聚合物發泡層之密度的至少兩倍，及小於0.3毫米之厚度，其中，該第一聚合物發泡層之厚度為該第二聚合物發泡層之厚度的至少兩倍；其中，該第一聚合物發泡層及該第二聚合物發泡層包含一阻燃組成物，並且其中該多層材料具有3.5毫米(130密耳)或更小之厚度，及UL-94等級為V1、HF1、或其組合。

Description

阻燃多層材料、製備方法、包含其之電子裝置、及其用途
本發明係關於一種阻燃多層材料，特別係一種包含多層聚合物發泡層之阻燃多層材料、一種製備該阻燃多層材料之方法、及其用途。
聚合物發泡體在本領域具有廣泛的用途。可壓縮(與硬質相反)發泡體特別適用於緩衝及衝擊保護，特別係在電子裝置。隨著對更小、更薄、及更緻密的裝置的需求增加，對更薄、更低密度的聚合物發泡體的需求亦是如此，例如發泡體具有200 公斤/立方公尺(kg/m 3)之密度，且小於3.5 毫米(mm)、小於3 mm、或甚至小於2 mm之厚度。然而，難以生產此厚度的發泡體並仍符合對良好緩衝性質的嚴格要求，例如良好的壓縮永久變形(compression set)及良好的阻燃性。此等性質在手持電子裝置以及諸如電視、收音機、電腦、醫療儀器、商業機器、通訊裝置等電子裝置中很重要。由於在越來越小的空間內產生更多的熱量，此等裝置的功率增加使獲得阻燃性更具挑戰。
因此，本領域仍需要薄的輕量材料，其提供良好的緩衝以最小化衝擊或震動，並能夠提供良好的阻燃性，例如在3.0 mm或更小的厚度下UL-94等級為V0、HF1、或其組合。
本發明揭露一種多層材料，包含一第一聚合物發泡層，其具有：小於481 kg/m 3(30 lb/ft 3)之密度、依據ASTM D3574-17在25%撓曲下測定，5至1,035 kPa之壓縮撓曲應力(compression force deflection)、及小於3.5毫米(130密耳)之厚度；以及一第二聚合物發泡層，其設置於該第一聚合物發泡層之第一側上，其中，該第二聚合物發泡層具有：大於240 kg/m 3(15 lb/ft 3)之密度，其中，該第二聚合物發泡層之密度為該第一聚合物發泡層之密度的至少兩倍、及小於0.3毫米(11.8密耳)之厚度，其中，該第一聚合物發泡層之厚度為該第二聚合物發泡層之厚度的至少兩倍；其中，各個該第一聚合物發泡層及該第二聚合物發泡層包含一阻燃組成物，並且其中該多層材料具有：3.5毫米(130密耳)或更小之厚度、及UL-94等級為V1、HF1、或其組合。
本發明亦揭露製備多層材料之方法，以及包含多層材料之電子裝置。
以上所述及其他特徵透過以下圖式、實施方式、及申請專利範圍例示說明。
本發明之發明人發現非常薄、阻燃的多層材料，其具有良好緩衝性質及阻燃性，可使用較低密度、可壓縮的發泡層及較薄、較高密度的第二聚合物發泡層來製備。該組成物所達成之阻燃性允許生產非常薄的可壓縮材料，且其具有總密度低、良好壓縮性質、及優異阻燃性。
儘管期望具有減少厚度的阻燃材料，可壓縮發泡層的阻燃性仍隨著厚度減少而降低。例如，可壓縮發泡層具有12磅/立方英呎(lb/ft 3或PCF) (192公斤/立方公尺(kg/m 3))之密度及3毫米(mm)或更小之厚度，可能無法提供理想程度的阻燃性。本發明之發明人驚奇地發現，藉由將可壓縮但不具提供理想程度之阻燃性厚度的發泡層，與較薄、較高密度的第二聚合物發泡層結合，可實現改善的阻燃性，並同時維持可壓縮發泡層的其他理想性質，例如壓縮撓曲應力、壓縮永久變形、或其組合。在一態樣中，較低密度的可壓縮發泡層(為方便起見，在本發明中可稱為第一聚合物發泡層)的厚度為較薄、較高密度的第二聚合物發泡層(為方便起見，在本發明中可稱為第二聚合物發泡層)的至少兩倍，例如至少三倍、至少五倍、或至少五十倍、或更多。
第二、較薄、較高密度聚合的聚合物發泡層接觸第一聚合物發泡層，以增加阻燃性。除了改善的阻燃性外，多層材料具有理想的結構特徵，例如恆定的壓縮力及衝擊及震動保護。在一態樣中，多層材料可達成UL-94等級為V1、或甚至V0、HF1、或其組合。阻燃多層材料可用於多種應用，並且特別適用於作為電子裝置中低密度、阻燃的可壓縮層。
一例示性的阻燃多層材料(為方便起見，在本發明中可稱為「多層材料」)如圖1所示，其中多層材料10包含一第一聚合物發泡層12，其具有一第一表面14。本發明所述之「聚合物發泡(體)」，係指具有多孔或細胞狀結構(cellular structure)之任何聚合材料。孔洞可為開放、封閉、或其組合。至少一部分之孔洞可為開放並且延伸穿透第一聚合物發泡層。在一態樣中，下部第一聚合物發泡層包含開孔及閉孔之組合。
第二聚合物發泡層16設置於第一聚合物發泡層12之第一表面14上。在一較佳態樣中，第二聚合物發泡層16直接設置於第一聚合物發泡層之表面上。各層12、16可獨立地連續或不連續。例如，可存在導孔，其貫通一層或兩層。在一態樣中，第一聚合物發泡層12及第二聚合物發泡層16皆為連續。各個層14、16的邊緣可為共末端的，或者第一聚合物發泡層或第二聚合物發泡層的邊緣可延伸超過另一層。
為了實現緩衝及阻燃性質之理想組合，第一聚合物發泡層可具有小於481 kg/m 3(30 lb/ft 3)之密度，例如小於400 kg/m 3(25 lb/ft 3)或小於320 kg/m 3(20 lb/ft 3)，以下進一步詳述。本發明所述之用語「較高密度」，係指與第一聚合物發泡層12之密度相比，第二聚合物發泡層16之相對密度，以及用語「較低密度」，係指與第二聚合物發泡層16之密度相比，第一聚合物發泡層12之相對密度。亦即，第二聚合物發泡層之密度高於第一聚合物發泡層之密度。在一態樣中，第二聚合物發泡層之密度顯著高於第一聚合物發泡層，例如為第一聚合物發泡層之密度的至少兩倍、至少三倍、或至少五倍，如以下進一步詳述。
調整各個第一聚合物發泡層及第二聚合物發泡層之厚度以提供理想的性質，並使多層材料的總厚度最小化，其中在圖1中將厚度描述為Z方向。如上所述，多層材料理想為薄的，例如在200 kg/m 3下，3.5 mm或更小、或3.0 mm或更小。在一態樣中，多層材料可具有0.1至3.5 mm、或0.1至3 mm、或0.5至3.0 mm、或0.5至2.5 mm之厚度。不受理論束縛，據信相較於第一聚合物發泡層，較厚的第一聚合物發泡層及較薄的第二聚合物發泡層的組合使得多層材料具有理想的緩衝及阻燃性的組合。因此，第一聚合物發泡層可具有1至小於3.5 mm、 較佳0.1至3 mm、0.45至2.95 mm、或0.45至2.45 mm之厚度。第二聚合物發泡層可具有10至300微米(μm) (0.01至0.3 mm)、或25至250 μm (0.025至0.25 mm)之厚度。
接下來描述各個第一聚合物發泡層及第二聚合物發泡層之具體性質及組合。
第一聚合物發泡層提供多層材料之緩衝性質。第一聚合物發泡層可具有10至500、或50至250 μm之平均泡孔尺寸，例如可依據ASTM D 3574-95測定。較佳地，泡孔尺寸及分佈在整個層中實質均勻，以提供理想的壓縮性質。第一聚合物發泡層可具有小於481 kg/m 3(30 lb/ft 3)之密度，例如小於400 kg/m 3(25 lb/ft 3)或小於320 kg/m 3(20 lb/ft 3)。例如，第一聚合物發泡層可具有80至481 kg/m 3(5至30 lb/ft 3)、或128至400 kg/m 3(8至25 lb/ft 3)、或160至288 kg/m 3(10至18 lb/ft 3)、或192至288 kg/m 3(12至18 lb/ft 3)之密度。依據ASTM D3574-17在25%撓曲下測定，第一聚合物發泡層可具有5至1035千帕(kPa)、或5至500 kPa，例如10至500 kPa之壓縮撓曲應力。依據ASTM D3574-17在75%撓曲下測定，第一聚合物發泡層可進一步具有100至500 kPa之壓縮撓曲應力。第一聚合物發泡層可具有小於15%之壓縮永久變形。第一聚合物發泡層可具有小於或等於3之SAG係數(SAG係數係定義在65%下的壓縮撓曲應力除以在25 %下的壓縮撓曲應力)。在一態樣中，第一聚合物發泡層具有至少兩種、較佳所有前述性質之組合。
第一聚合物發泡層包含可發泡以形成可壓縮材料之聚合物材料，並且可為熱塑性、熱固性、或其組合。例如，第一聚合物發泡層可包含一聚縮醛、一聚(C 1-6烷基)丙烯酸酯、一聚丙烯酸、一聚醯胺、一聚醯胺醯亞胺、一聚酸酐(polyanhydride)、一聚芳酯、一聚伸芳基醚(polyarylene ether)、一聚芳硫醚(polyarylene sulfide)、一聚苯并噁唑(polybenzoxazole)、一聚碳酸酯、一聚酯(例如醇酸樹脂)、一聚醚醚酮、一聚醚醯亞胺、一聚醚酮酮、一聚醚酮、一聚醚碸、一聚異氰脲酸酯(polyisocyanurate)、一聚醯亞胺、一聚(C 1-6烷基)甲基丙烯酸酯、一聚((甲基)丙烯酸)、一聚酞內酯(polyphthalide)、一聚烯烴(例如一氟化聚烯烴)、一聚矽氮烷、一聚苯乙烯、一多硫化物、一聚磺醯胺、一聚磺酸酯、一聚硫酯、一聚三嗪(polytriazine)、一聚脲、一聚乙烯醇、一聚乙烯醚、一聚鹵乙烯、一聚乙烯酮、一聚偏二氟乙烯、一聚乙烯酯、一交聯聚(酯)、一環氧樹脂(epoxy)、一三聚氰胺、一酚醛聚合物、一聚胺酯、一脲-甲醛(urea-formaldehyde)、一聚矽氧、一天然橡膠、一聚氯丁二烯(polychloroprene)、一乙烯-丙烯-二烯單體(EPDM)橡膠、或其組合。聚合物可為均聚物，例如聚乙烯，或為共聚物，例如聚乙烯-聚丙烯。較佳的聚合物為熱固性，特別係環氧樹脂、聚胺酯、或其組合。
可使用之聚胺酯包含脂肪族、環脂族、芳香族、及多環聚胺酯。聚胺酯發泡體由反應性組成物形成，其包含有機聚異氰酸酯成分、與聚異氰酸酯成分反應的含活性氫成分、界面活性劑、及催化劑。形成發泡體之方法可使用化學或物理發泡劑，或發泡體可為機械發泡。例如，一種形成發泡體之方法，包含藉由機械攪拌混合物將惰性氣體實質且均勻地分散於整個反應性組成物之混合物中，以形成可熱固化的泡沫，其實質上結構及化學穩定，但在環境條件下可行；及固化該泡沫以形成固化的發泡體。在一態樣中，將物理發泡劑引入泡沫中，以在交聯過程中進一步降低發泡體密度。在另一態樣中，聚胺酯發泡體由反應性組成物形成，其僅使用物理或化學發泡劑，而不使用任何機械發泡。較佳地，發泡體透過機械發泡形成，這允許更好地控制發泡體厚度並改善泡孔結構。
例示性的有機聚異氰酸酯包含具有通式Q(NCO) i 的異氰酸酯，其中 i為2或更大的整數，並且Q為具有 i價的有機基團，其中 i具有大於2的平均值。Q可為取代或未取代的烴基，其可以含有或不含芳香族官能團，或具有式Q 1-Z-Q 1的基團，其中Q 1為C 1-36伸烷基或C 6-36伸芳基，並且Z為-O-、-O-Q 2-O、-CO-、-S-、-S-Q 2-S-、-SO-、-SO 2-、C 1-24伸烷基或C 6-24伸芳基。此等聚異氰酸酯之實施例包含六亞甲基二異氰酸酯(hexamethylene diisocyanate)、1,8-二異氰酸基-p-甲烷(1,8-diisocyanato-p-methane)、二甲苯基二異氰酸酯(xylyl diisocyanate)、二異氰酸環己烷(diisocyanatocyclohexane)、伸苯基二異氰酸酯(phenylene diisocyanate)、甲苯二異氰酸酯(tolylene diisocyanate)(包含2,4-甲苯二異氰酸酯、2,6-甲苯二異氰酸酯、及未精製的甲苯二異氰酸酯(crude tolylene diisocyanate))、雙(4-異氰酸基苯基)甲烷(bis(4-isocyanatophenyl)methane)、氯伸苯基二異氰酸酯(chlorophenylene diisocyanate)、二苯基甲烷-4,4'-二異氰酸酯(diphenylmethane-4,4'-diisocyanate)(亦稱為4,4'-二苯基甲烷二異氰酸酯(4,4'-diphenyl methane diisocyanate)、或MDI)及其加成物、萘-1,5-二異氰酸酯(naphthalene-1,5-diisocyanate)、三苯甲烷-4,4',4"-三異氰酸酯(triphenylmethane-4,4',4"-triisocyanate)、異丙基苯-α-4-二異氰酸酯(isopropylbenzene-alpha-4-diisocyanate)、及聚合異氰酸酯(例如多甲基多苯基異氰酸酯(polymethylene polyphenylisocyanate))。
Q亦可代表具有 i價的聚胺酯基團，在此情況下Q(NCO) i 係一種稱為預聚物之組成物。該等預聚物係藉由使化學計量過量之上述聚異氰酸酯與含活性氫成分，特別係與本發明所述之含多羥基材料或多元醇反應而形成。在一態樣中，聚異氰酸酯以30%至200%化學計量過量的比例使用，化學計量係基於多元醇中每當量羥基之異氰酸酯基團之當量。所採用聚異氰酸酯之量將根據所製備之聚胺酯的性質而略有變化。
含活性氫成分可包含一多元醇(例如，一聚醚多元醇、一聚酯多元醇、或其組合)。例示性之聚酯多元醇包含：多元醇與二羧酸或其形成酯之衍生物(例如酸酐、酯、及鹵化物)之縮聚產物、可藉由內酯在多元醇之存在下開環聚合而獲得之聚內酯多元醇、可藉由碳酸二酯與多元醇反應而獲得之聚碳酸酯多元醇、或蓖麻油多元醇。可用於產生縮聚聚酯多元醇之例示性二羧酸及二羧酸之衍生物係：脂肪族或環脂族二羧酸，例如戊二酸、己二酸、癸二酸、富馬酸及馬來酸；二聚酸；芳香族二羧酸，例如鄰苯二甲酸、間苯二甲酸或對苯二甲酸；三元或更高官能多羧酸，例如苯均四酸(pyromellitic acid)；以及酸酐或第二烷基酯，例如馬來酸酐、鄰苯二甲酸酐或對苯二甲酸二甲酯。
額外的含活性氫成分為環狀酯的聚合物。合適的環狀酯單體包含但不限於δ-戊內酯、ε-己內酯、ζ-庚醇內酯(zeta-enantholactone)、單烷基-戊內酯，例如單甲基-、單乙基-、及單己基-戊內酯。合適的聚酯多元醇包含基於己內酯的聚酯多元醇、芳香族聚酯多元醇、基於己二酸乙二醇酯的多元醇、及包含任一前述聚酯多元醇之混合。例示性之聚酯多元醇係由ε-己內酯、己二酸、鄰苯二甲酸酐、對苯二甲酸、或對苯二甲酸之二甲基酯製得之聚酯多元醇。
聚醚多元醇係藉由將環氧烷(例如環氧乙烷、環氧丙烷及其混合物)與水或多羥基有機成分之化學加成而獲得，例如乙二醇、丙二醇(propylene glycol、trimethylene glycol)、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,2-己二醇、1,10-癸二醇、1,2-環己二醇、2-丁烯-1,4-二醇、3-環己烯-1,1-二甲醇、4-甲基-3-環己烯-1,1-二甲醇、3-亞甲基-1,5-戊二醇、二甘醇、(2-羥基乙氧基)-1-丙醇、4-(2-羥基乙氧基)-1-丁醇、5-(2-羥基丙氧基)-1-戊醇、1-(2-羥基甲氧基)-2-己醇、1-(2-羥基丙氧基)-2-辛醇、3-烯丙氧基-1,5-戊二醇、2-烯丙氧基甲基-2-甲基-1,3-丙二醇、[4,4-戊氧基)-甲基]-1,3-丙二醇、3-(鄰丙烯基苯氧基)-1,2-丙二醇、2,2'-二亞異丙基雙(對伸苯基氧基)二乙醇、丙三醇、1,2,6-己烷三醇、1,1,1-三羥甲基乙烷、1,1,1-三羥甲基丙烷、3-(2-羥基乙氧基)-1,2-丙二醇、3-(2-羥基丙氧基)-1,2-丙二醇、2,4-二甲基-2-(2-羥基乙氧基)-甲基戊二醇-1,5；1,1,1-三[2-(羥基乙氧基)甲基]-乙烷、1,1,1-三[2-(羥基丙氧基)-甲基]丙烷、二甘醇、二丙二醇、季戊四醇、山梨醇、蔗糖、乳糖、α-甲基葡糖苷、α-羥基烷基葡糖苷、酚醛清漆樹脂、磷酸、苯磷酸、多聚磷酸(如三聚磷酸及四聚磷酸)、三元縮合產物等。在產生聚氧基伸烷基多元醇中所用之環氧烷通常具有2至4個碳原子。例示性的環氧烷為環氧丙烷及環氧丙烷與環氧乙烷之混合物。上述所列之多元醇本身可作為活性氫成分。
例示性的聚醚多元醇通常可由下式代表：R[(OC nH 2n) zOH] a，其中R係氫或一多價烴基團； a係等於R之化合價之一整數(即，1或2至6至8)，n在每一次出現時係2至4且包括2及4(特別是3)之一整數，且 z在每一次出現時係具有2至200、具體而言15至100之值之一整數。在一態樣中，聚醚多元醇包含二丙二醇、1,4-丁二醇、2-甲基-1,3-丙二醇等中的一或多個之混合物，或其組合。
含活性氫物質之其它實例包含透過在多元醇中聚合烯系不飽和單體所獲得之聚合物多元醇組成物。用於製備此等組成物之例示性的單體包含丙烯腈、氯乙烯、苯乙烯、丁二烯、偏二氯乙烯、及其他烯系不飽和單體。聚合物多元醇組成物包含大於或等於1，特別係大於或等於5，更特別係大於或等於10重量百分比(wt%)的在多元醇中聚合的單體，其中重量百分比係基於多元醇之總量。在一態樣中，聚合物多元醇組成物包含小於或等於70 wt%，特別係小於或等於50 wt%，更特別係小於或等於40 wt%的的在多元醇中聚合的單體。此等組成物透過以下方法便利地製備：在自由基聚合催化劑例如過氧化物、過硫酸鹽、過碳酸鹽、過硼酸鹽、偶氮化合物等存在下，於40至150°C的溫度下在所選的多元醇中聚合單體。
含活性氫成分亦可包含含多羥基的化合物，例如：羥基封端之聚烴、羥基封端之聚醛、脂肪酸三甘油脂、羥基封端之聚酯、羥基甲基封端之全氟甲基類(perfluoromethylenes)、羥基封端之聚伸烷基醚二醇、羥基封端之聚伸烷基伸芳基醚二醇、及羥基封端之聚伸烷基醚三醇。
多元醇可具有在廣泛範圍變化的羥基數目。例如，多元醇(包含如果有使用的其他交聯添加劑)之羥基數目可為28至1000，或100至800。羥基數目定義為完全中和由1克多元醇或有∕沒有其他交聯添加劑的多元醇混合物製備的完全乙醯化衍生物之水解產物所需的氫氧化鉀毫克數。
多種發泡劑或發泡劑之混合物為合適的，特別係水，其中使用發泡劑。水與異氰酸酯成分反應產生CO 2氣體，從而提供額外發泡所需。在一態樣中，當使用水作為發泡劑，固化反應係透過選擇性地使用催化劑來控制。在一態樣中，亦可使用分解釋放氣體的化合物(例如，偶氮化合物)。
例示性的發泡劑為包含含氫原子成分的物理發泡劑，其可單獨使用，或彼此混合或與另一種類型的發泡劑例如水或偶氮化合物混合使用。此等發泡劑可由廣泛的材料中選取，包含：碳氫化合物、醚、酯及部分鹵素取代的碳氫化合物、醚及酯等。物理發泡劑的實例具有沸點-50至100°C、或-50 to 50°C。含氫發泡劑包含HCFC (halo chlorofluorocarbon，鹵代氟氯碳化物)，例如1,1-二氯-1-氟乙烷、1,1-二氯-2,2,2-三氟-乙烷、單氯二氟甲烷、及1-氯-1,1-二氟乙烷；HFC (halo fluorocarbon，鹵代氟碳化物)，例如1,1,1,3,3,3-六氟丙烷、2,2,4,4-四氟丁烷、1,1,1,3,3,3-六氟-2-甲基丙烷、1,1,1,3,3-五氟丙烷、1,1,1,2,2-五氟丙烷、1,1,1,2,3-五氟丙烷、1,1,2,3,3-五氟丙烷、1,1,2,2,3-五氟丙烷、1,1,1,3,3,4-六氟丁烷、1,1,1,3,3-五氟丁烷、1,1,1,4,4,4-六氟丁烷、1,1,1,4,4-五氟丁烷、1,1,2,2,3,3-六氟丙烷、1,1,1,2,3,3-六氟丙烷、1,1-二氟乙烷、1,1,1,2-四氟乙烷、(Z)-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯、及五氟乙烷；HFE (halo fluoroether，鹵代氟醚)，例如甲基-1,1,1-三氟乙基醚及二氟甲基-1,1,1-三氟乙基醚等；及碳氫化合物，例如正戊烷、異戊烷、及環戊烷。基於反應性組成物的總重量，通常物理發泡劑的用量可為0.5至50 wt%、或3至30 wt%。
例示性的化學發泡劑包含水、偶氮化合物，例如偶氮異丁腈、偶氮二甲醯胺(即，偶氮-雙-甲醯胺)、偶氮二羧酸鋇等；經取代的胼，例如二苯碸-3,3′-二磺醯胼、4,4′-羥基-雙-(苯磺醯胼)、三胼基三嗪、芳基-雙-(磺醯胼)等；胺基脲，例如對甲苯磺醯胺基脲、4,4′-羥基-雙-(苯磺醯胺基脲)等；三唑，例如 5-嗎啉基-1,2,3,4- 噻三唑等；N-亞硝基化合物，例如N,N′-二亞硝基五亞甲基四胺、N,N-二甲基-N,N′-二亞硝基磷苯二甲醯亞胺等；苯並噁嗪，例如靛紅酸酐等；或混合物，例如碳酸鈉/檸檬酸混合物。化學發泡劑可包含水。例如，發泡劑可包含銨鹽、磷酸鹽、多磷酸鹽、硼酸鹽、多硼酸鹽、硫酸鹽、脲、脲-甲醛樹脂、雙氰胺、或三聚氰胺。
化學發泡劑的量取決於試劑及所欲發泡體密度而變化，並且可容易地由所屬技術領域中具有通常知識者所決定。例如，基於反應性組成物的總重量，化學發泡劑的用量可為0.1至10 wt%。在分解過程中形成的分解產物可具生理安全性，並且不會顯著不利地影響聚合物發泡體的熱穩定性或機械性能。
有數種催化劑可用於催化異氰酸酯成分與含活性氫成分的反應。此等催化劑包含以下之有機及無機酸鹽、或有機金屬衍生物：鉍、鉛、錫、鐵、銻、鈾、鎘、鈷、釷、鋁、汞、鋅、鎳、鈰、鉬、釩、銅、錳、或鋯，以及膦或三級有機胺。例示性的催化劑包含二月桂酸二丁基錫、二乙酸二丁基錫、辛酸亞錫、辛酸鉛、環烷酸鈷、三乙胺、三伸乙二胺、N,N,N′,N′-四甲基乙二胺、1,1,3,3-四甲基胍、N,N,N′N′-四甲基-1,3-丁二胺、N,N-二甲基乙醇胺、N,N-二乙基乙醇胺、1,3,5-三(N,N-二甲基胺基丙基)-均-六氫三嗪、鄰-及對-(二甲基胺基甲基)酚、2,4,6-三(二甲基胺基甲基)酚、N,N-二甲基環己胺、五甲基二伸乙基三胺、1,4-二氮雜雙環[2.2.2]辛烷、N-羥基-烷基四級銨羧酸鹽、甲酸四甲基銨、乙酸四甲基銨、2-乙基己酸四甲基銨等，或其組合。
例如，催化劑可為金屬乙醯丙酮，包含金屬例如鋁、鋇、鎘、鈣、鈰(III)、鉻(III)、鈷(II)、鈷(III)、銅(II)、銦、鐵(II)、鑭、鉛(II)、錳(II)、錳(III)、釹、鎳(II)、鈀(II)、鉀、釤、鈉、鋱、鈦、釩、釔、鋅、鋯、或其組合。例示性的催化劑可包含雙(2,4-戊二酮)鎳(II) (亦稱為乙醯丙酮鎳或二乙醯丙酮鎳)或其衍生物，例如二乙腈二乙醯丙酮鎳、二苯基腈二乙醯丙酮鎳、或雙(三苯基膦)二乙醯基乙醯丙酮鎳。乙醯丙酮鐵(FeAA)也是一種合適的催化劑，因為其相對穩定性、良好的催化活性、及無毒性。在一態樣中，透過預溶解在合適的溶劑例如二丙二醇或其他含羥基成分中，便利地添加金屬乙醯丙酮，接著參與反應並成為最終產物的一部分。基於含活性氫成分的總重量，存在於反應性組成物的催化劑可為0.03至 3 wt%。在一態樣中，使用延遲性催化劑及美國專利第7,338,983號描述之方法形成發泡體。
反應性組成物可包含界面活性劑，該界面活性劑可在固化前穩定反應性組成物。界面活性劑可包含有機矽界面活性劑。有機矽可為共聚物，該共聚物包含或基本上由SiO 2(矽酸鹽)單元及(CH3) 3SiO 0.5(三甲基矽氧基)單元組成，矽酸鹽與三甲基矽氧基單元的莫耳比為0.8：1至 2.2：1、或1：1至 2.0：1。有機矽氧烷可包含部分交聯的矽氧烷-聚氧伸烷基嵌段共聚物，其中矽氧烷嵌段及聚氧伸烷基嵌段透過矽與碳的鍵結、或透過矽與氧與碳的鍵結連接。基於活性氫成分的總重量，界面活性劑存在量可為0.5至10 wt%、或1至6 wt%。
反應性組成物可添加其他可選的添加劑。例如，添加劑可包含填充劑(例如，三水氧化鋁、二氧化矽、滑石、碳酸鈣、或黏土)、染料、顏料(例如，二氧化鈦或氧化鐵)、抗氧化劑、抗臭氧劑、紫外線(UV)或其他光穩定劑等，或其組合。
在一種製備聚胺酯發泡體的方法中，首先將用於產生發泡體的成分，即異氰酸酯成分、含活性氫成分、界面活性劑、催化劑、可選的發泡劑、及其他添加劑混合在一起，接著與空氣進行機械發泡。選擇性地，在機械發泡的過程中，該等成分可依序地加入液相中。泡沫的氣相最具體是空氣，因為其便宜且易於獲得。然而，若有需要，可使用環境條件下為氣態且基本上惰性或不與液相之任何成分反應的其他氣體。此等其他氣體包含，例如氮氣、二氧化碳、及環境溫度下通常為氣態的碳氟化合物。惰性氣體可透過在高剪切裝置如Hobart攪拌機或Oakes攪拌機中機械攪拌液相，而摻入液相中。可以如常規操作Oakes攪拌機那樣在壓力下引入氣體，或可像Hobart攪拌機那樣透過攪拌或攪打動作，從上層空氣中將氣體吸入。機械攪拌操作具體係在壓力不高於7至14公斤每平方公分(kg/cm 2) (100至200磅每平方英吋(psi))下進行。可使用現成的攪拌設備，通常不需要特殊設備。打入液相的惰性氣體的量由氣流計量裝置控制，以產生所需密度的泡沫。在Oakes攪拌機中進行幾秒鐘的機械攪拌，或在Hobart攪拌機中進行3至30分鐘，或者無論花費多長的時間，在所使用的攪拌裝置中獲得所需泡沫密度。機械攪拌操作產生的泡沫基本上化學穩定且結構穩定，但於環境溫度如10至40°C下易於加工。
在一態樣中，第一聚合物發泡層可為開孔、低模量聚胺酯發泡體，其依據ASTM D 3574-95測定，可具有50至250 μm之平均泡孔尺寸；80至481 kg/m 3之密度，較佳係128至400 kg/m 3；及依據ASTM D3574-17在25%撓曲下測定，5至1,035 kPa之壓縮撓曲應力，較佳係5至500 kPa。在一態樣中，依據ASTM D3574-17在75%撓曲下測定，聚胺酯發泡體可進一步具有100至500 kPa之壓縮撓曲應力；小於15%之壓縮永久變形；小於或等於3之SAG係數(SAG係數係定義在65%下的壓縮撓曲應力除以在25 %下的壓縮撓曲應力)；或其組合。此等材料由Rogers Corporation, Chandler, AZ以PORON的名稱銷售。PORON發泡體經配製以提供一系列優異的特質，包含壓縮永久變形抗性。具有良好的壓縮永久變形抗性的發泡體提供緩衝，並在負載下長時間維持其原始形狀或厚度。
在一態樣中，可壓縮聚合物發泡層可為熱固性聚矽氧發泡體。聚矽氧發泡體可透過在反應性聚矽氧烷組成物中水與氫化物基團之間的反應並隨後釋放氫氣製備而成。在一態樣中，聚矽氧烷聚合物在25°C具有100 至1,000,000泊的黏度，並具有鏈取代基例如氫化物、甲基、乙基、丙基、乙烯基、苯基、及三氟丙基。聚矽氧烷聚合物的末瑞基團可為氫化物、羥基、乙烯基、乙烯基二有機矽烷氧基、烷氧基、醯氧基、烯丙基、肟、胺氧基、異丙烯氧基、環氧基、巰基、或其他已知之反應性末端基團。合適的聚矽氧發泡體亦可藉由使用若干聚矽氧烷聚合物來產生，各聚矽氧烷聚合物具有不同的分子量(例如，雙模態或三模態分子量分佈)，只要該組合之黏度位於上述指定值內即可。亦可能有具有不同官能基團或反應性基團之若干種聚矽氧烷基礎聚合物以產生所需發泡體。在一態樣中，聚矽氧烷包含每莫耳水0.2莫耳氫化物(Si-H)基團。
可使用物理或化學發泡劑以產生聚矽氧發泡體，包含本發明所述之物理及化學發泡劑。化學發泡劑之其他實例包含苯甲醇、甲醇、乙醇、異丙醇、丁二醇、及矽醇。在一態樣中，使用組合之發泡方法以獲得具有理想特性之發泡體。舉例而言，物理發泡劑例如氯氟碳化物可作為次要發泡劑添加至反應性混合物中，其中主要發泡模式係由於水與聚矽氧烷上之氫化物取代基之間的反應而釋放的氫氣。
適宜的反應性聚矽氧組成物為1:1液體聚矽氧橡膠(LSR)或液體注射模製(LIM)組成物。使用低硬度LSR或LIM會形成軟發泡體。在一態樣中，LSR或LIM系統經配置適於以體積計1：1之比例混合之二組分調配物。調配物之「A」部分包含一或多種具有二個或更多個烯基之聚矽氧烷，並具有小於每分鐘500克 (克/分鐘)的擠出速率。合適的烯基例示為乙烯基、丙烯基、丁烯基、戊烯基、己烯基、及庚烯基，而乙烯基特別合適。烯基可在分子鏈末端處、在分子鏈上之側鏈位置中、或在二者處鍵結。在具有二個或更多個烯基之聚矽氧烷中的其他矽鍵結有機基團例示為取代及未取代的單價烴基團，例如：烷基，例如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、及己基；芳基，例如苯基、甲苯基、及二甲苯基；芳烷基，例如苄基及苯乙基；及鹵化烷基，例如3-氯丙基及3,3,3-三氟丙基。例示性取代基為甲基及苯基。
含烯基之聚矽氧烷可具有直鏈、部分支直鏈、支鏈、或網絡分子結構，或可為來自具有所例示分子結構之聚矽氧烷之二個或更多個選擇之混合物。含烯基之聚矽氧烷之例示如下：經三甲基矽氧基封端之二甲基矽氧烷-甲基乙烯基矽氧烷共聚物、經三甲基矽氧基封端之甲基乙烯基矽氧烷-甲基苯基矽氧烷共聚物、經三甲基矽氧基封端之二甲基矽氧烷-甲基乙烯基矽氧烷-甲基苯基矽氧烷共聚物、經二甲基乙烯基矽氧基封端之二甲基聚矽氧烷、經二甲基乙烯基矽氧基封端之甲基乙烯基聚矽氧烷、經二甲基乙烯基矽氧基封端之甲基乙烯基苯基矽氧烷、經二甲基乙烯基矽氧基封端之二甲基乙烯基矽氧烷-甲基乙烯基矽氧烷共聚物、經二甲基乙烯基矽氧基封端之二甲基矽氧烷-甲基苯基矽氧烷共聚物、經二甲基乙烯基矽氧基封端之二甲基矽氧烷-二苯基矽氧烷共聚物、包含R 3SiO 1/2及SiO 4/2單元之聚矽氧烷、包含RSiO 3/2單元之聚矽氧烷、包含R 2SiO 2/2及 RSiO 3/2單元之聚矽氧烷、包含R 2SiO 2/2、RSiO 3/2及SiO 4/2單元之聚矽氧烷、及前述聚矽氧烷中二者或更多者之混合物。R代表經取代及未經取代之單價烴基團，例如：烷基，例如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、及己基；芳基，例如苯基、甲苯基、及二甲苯基；芳烷基，例如苄基及苯乙基；及鹵化烷基，例如3-氯丙基及3,3,3-三氟丙基，前提條件係每分子至少2個R基團為烯基。
LSR或LIM系統之「B」組分包含一或多種含有每分子至少二個矽鍵結氫原子之聚矽氧烷，且擠出速率小於500克/分鐘。氫可在分子鏈末端處、在分子鏈上之側鏈位置中、或二者處鍵結。其他矽鍵結基團為有機基團，例示為非烯基、經取代及未經取代之單價烴基團，例如：烷基，例如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、及己基；芳基，例如苯基、甲苯基、及二甲苯基；芳烷基，例如苄基及苯乙基；及鹵化烷基，例如3-氯丙基及3,3,3-三氟丙基。例示性取代基為甲基及苯基。
含氫之聚矽氧烷成分可具有直鏈、部分支直鏈、支鏈、環狀、網絡分子結構，或可為來自具有所例示分子結構之聚矽氧烷之二個或更多個選擇之混合物。含氫之聚矽氧烷之例示如下：經三甲基矽氧基封端之甲基氫聚矽氧烷、經三甲基矽氧基封端之二甲基矽氧烷-甲基氫矽氧烷共聚物、經三甲基矽氧基封端之甲基氫矽氧烷-甲基苯基矽氧烷共聚物、經三甲基矽氧基封端之二甲基矽氧烷-甲基氫矽氧烷-甲基苯基矽氧烷共聚物、經二甲基氫矽氧基封端之二甲基聚矽氧烷、經二甲基氫矽氧基封端之甲基氫聚矽氧烷、經二甲基氫矽氧基封端之二甲基矽氧烷-甲基氫矽氧烷共聚物、經二甲基氫矽氧基封端之二甲基矽氧烷-甲基苯基矽氧烷共聚物、及經二甲基氫矽氧基封端之甲基苯基聚矽氧烷。
含氫之聚矽氧烷成分以足以固化組成物之量添加，具體係含烯基之聚矽氧烷中之每個烯基0.5至10個矽鍵結氫原子之量。
聚矽氧組成物進一步包含通常作為組分「A」之一部分的催化劑，例如鉑，以加速固化。可使用稱為矽氫化反應催化劑之鉑及鉑化合物，例如鉑黑、氧化鋁載鉑粉末、二氧化矽載鉑粉末、碳載鉑粉末、氯鉑酸、氯鉑酸鉑-烯烴錯合物之醇溶液、鉑-烯基矽氧烷錯合物及藉由將於熱塑性樹脂中的鉑加成反應催化劑之分散液微粒化獲得之催化劑，前述熱塑性樹脂例如甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚矽氧等。亦可使用催化劑之混合物。以烯基及氫成分之組合量計，有效固化本發明組成物之催化劑之量通常為百萬分之0.1至百萬分之1,000(以重量計)的鉑金屬。
亦可使用各種鉑催化劑抑制劑來控制發泡及固化反應的動力，以控制聚矽氧發泡體之孔隙度及密度。此等抑制劑之實例包含聚甲基乙烯基矽氧烷環狀化合物及炔醇。此等抑制劑不應以破壞發泡體之方式干擾發泡及固化。抑制劑可作為組分「A」之一部分存在。
可壓縮聚合物發泡層之聚矽氧可具有80至481 kg/m 3之密度，較佳為160至240 kg/m 3。聚矽氧可進一步具有：例如依據ASTM D 3574-95測定，10至500 μm、或50至250 μm之平均泡孔尺寸；依據ASTM D3574-17在25%撓曲下測定，5至1,035千帕(kPa)、或5至500 kPa之壓縮撓曲應力；或其組合。用於可壓縮聚合物發泡層之聚矽氧可進一步具有：依據ASTM D3574-17在75%撓曲下測定，100至500 kPa之壓縮撓曲應力；小於15%之壓縮永久變形；小於或等於3之SAG係數(SAG係數係定義在65%下的壓縮撓曲應力除以在25 %下的壓縮撓曲應力)；或其組合。在一態樣中，可壓縮聚合物發泡層具有至少兩種、較佳所有前述性質之組合。
如上所述，第二聚合物發泡層的密度大於第一聚合物發泡層的密度。第二聚合物發泡層可具有大於240 kg/m 3之密度，較佳350至950 kg/m 3。此外，第二聚合物發泡層被選為可向多層材料提供V0、HF1、或其組合之阻燃等級，並且不會顯著影響多層材料之緩衝性質。
第二聚合物發泡層可用多種聚合物以提供理想的性質，包含如上所述之熱塑性或熱固性聚合物。在所使用的厚度下，較佳的聚合物為柔性。可使用之具體聚合物包含一聚醯胺、一聚醯胺醯亞胺、一聚酸酐、一聚芳酯、一聚伸芳基醚、一聚芳硫醚、一聚苯并噁唑、一聚碳酸酯、一聚酯(例如醇酸樹脂)、一聚醚醚酮、一聚醚醯亞胺、一聚醚酮酮、一聚醚酮、一聚醚碸、一聚異氰脲酸酯、一聚醯亞胺、一聚(C 1-6烷基)甲基丙烯酸酯、一聚((甲基)丙烯酸)、一聚酞內酯、一聚烯烴(例如一氟化聚烯烴)、一聚矽氮烷、一聚苯乙烯、一多硫化物、一聚磺醯胺、一聚磺酸酯、一聚硫酯、一聚三嗪、一聚脲、一聚乙烯醇、一聚乙烯醚、一聚鹵乙烯、一聚乙烯酮、一聚偏二氟乙烯、一聚乙烯酯、一交聯聚(酯)、一環氧樹脂、一三聚氰胺、一酚醛聚合物、一聚胺酯、一脲甲醛、一聚矽氧、一天然橡膠、一聚氯丁二烯、一乙烯-丙烯-二烯單體(EPDM)橡膠、或其組合。
在一態樣中，第二聚合物發泡層包含如上所述之聚胺酯或聚矽氧發泡體，當然前提是第二聚合物發泡層的密度大於第一聚合物發泡層的密度。調整組成物以獲得不同發泡體密度的方法為所屬技術領域習知。
可選的添加劑可存在於第二聚合物發泡層中。例如，添加劑可包含填充劑(例如，三水氧化鋁、二氧化矽、滑石、碳酸鈣、或黏土)、染料、顏料(例如，二氧化鈦或氧化鐵)、抗氧化劑、抗臭氧劑、紫外線(UV)或其他光穩定劑等，或其組合。
各個第一聚合物發泡層及第二聚合物發泡層包含阻燃添加劑組成物。
此等阻燃添加劑組成物可包含增加多層材料之耐燃性、特別係火焰蔓延例如透過UL 94測試，之任何化合物或顆粒添加劑。部分有效的阻燃劑包含當暴露於火焰時藉由在樣品表面形成炭層而作用的阻燃劑。其他阻燃劑包含在阻燃化合物熱分解時藉由釋放水而作用的阻燃劑。組成物中可存在阻燃增效劑，例如氧化銻。
在一態樣中，在各個第一聚合物發泡層及第二聚合物發泡層中所包含之阻燃添加劑組成物獨立地包含一金屬氫氧化物、一金屬氧化物、一金屬硼酸鹽、一金屬碳酸鹽、一三聚氰胺(如三聚氰胺氰尿酸酯、三聚氰胺磷酸鹽、三聚氰胺聚磷酸鹽等)、一鹵化芳香族化合物(如溴化化合物)、一胍、一碳黑、一可膨脹石墨、一奈米黏土、一有機含磷化合物(如芳香族氧化膦、芳香族磷酸鹽、次膦酸、次膦酸鹽、磷腈、磷雜菲氧化物，例如10-二氫-9-氧雜-10磷雜菲-10-氧化物(DOPO)、以及10-(2,5-二羥基苯基)-10-H-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物(ODOPB))、一矽氮烷、一Rimar鹽、或其組合。
例示性的金屬氫氧化物阻燃劑包含鋁、鎂、鋅、硼、鈣、鎳、鈷、錫、鉬、銅、鐵、鈦、或其組合，例如氫氧化鋁、氫氧化鎂、氫氧化鈣、氫氧化鐵等。例示性的金屬氧化物阻燃劑包含氧化銻、三氧化銻、五氧化銻、氧化鐵、氧化鈦、氧化錳、氧化鎂、氧化鋯、氧化鋅、氧化鉬、氧化鈷、氧化鉍、氧化鉻、氧化錫、氧化鎳、氧化銅、氧化鎢等。例示性的金屬硼酸鹽阻燃劑包含硼酸鋅、偏硼酸鋅，偏硼酸鋇等。例示性的金屬碳酸鹽阻燃劑包含碳酸鋅、碳酸鎂、碳酸鈣、碳酸鋇等。
例示性的含鹵素阻燃劑包含芳香族溴化或氯化阻燃劑，例如三溴新戊醇、磷酸三(2-氯異丙基)酯、磷酸三(二氯丙基)酯、氯化烷基磷酸酯、鹵化芳基酯/芳香族磷酸酯混合物、五溴芐基烷基醚、溴化環氧樹脂、烷基化磷酸三苯酯、或其組合。然而，在一態樣中，阻燃劑組成物不包含鹵化阻燃劑。
例示性的芳香族含磷阻燃劑包含芳香族磷酸酯，例如二苯基季戊四醇二磷酸酯、苯基雙(十二烷基)磷酸酯(phenyl bis(dodecyl) phosphate)、苯基雙(新戊基)磷酸酯、苯基雙(3,5,5'-三甲基己基)磷酸酯、乙基二苯基磷酸酯、2-乙基己基二(對甲苯基)磷酸酯(2-ethylhexyl di(p-tolyl)phosphate)、雙(2-乙基己基)對甲苯基磷酸酯、磷酸三甲苯基酯、雙(2-乙基己基)苯基磷酸酯、磷酸三(壬基苯基)酯、雙(十二烷基)對甲苯基磷酸酯、磷酸二丁基酯苯基酯、2-氯基乙基酯二苯基磷酸酯、對甲苯基雙(2,5,5'-三甲基己基)磷酸酯、2-乙基己基二苯基磷酸酯等；次膦酸、次膦酸鹽、或其鋅或鋁金屬鹽，例如二次膦酸、二甲基次膦酸、乙基甲基次膦酸、二乙基次膦酸；芳香族氧化膦為異丁基雙(羥烷基)氧化膦(isobutylbis(hydroxyalkyl)phosphine oxide)及1,4-二伸異丁基-2,3,5,6-四羥基-1,4-氧化二膦(1,4-diisobutylene-2,3,5,6-tetrahydroxy-1,4-diphosphine oxide)或1,4-二伸異丁基-1,4-二磷醯基-2,3,5,6-四羥基環己烷(1,4-diisobutylene-1,4-diphosphoryl-2,3,5,6-tetrahydroxycyclohexane)。此等化合物為所屬技術領域習知，市售含磷化合物之實例包含以商品名NH1197 (Chemtura Corporation)、NH1511 (Chemtura Corporation)、NCENDX P-30 (Albemarle)、HOSTAFLAM OP5500 (Clariant)、HOSTAFLAM OP910 (Clariant)、EXOLIT 935 (Clariant)、及CYAGUARD RF 1204、CYAGUARD RF 1241及CYAGUARD RF 1243R (Cytec Industries)可購買者。在一態樣中，可使用三聚氰胺塗覆、矽烷塗覆或未塗覆的聚磷酸銨。
在一態樣中，第一聚合物發泡層及第二聚合物發泡層皆可包含複數個可膨脹石墨顆粒。在一態樣中，僅有第二聚合物發泡層包含複數個可膨脹石墨顆粒(亦稱為可膨脹鱗片石墨、膨脹型鱗片石墨、或可膨脹鱗片)。可膨脹石墨顆粒可被插層劑插層，例如鹵素、鹼金屬、硫酸鹽、硝酸鹽、各種有機酸、氯化鋁、氯化鐵、其他金屬鹵化物、砷硫化物、鉈硫化物等，或其組合。在一態樣中，可膨脹石墨不包含鹵化插層劑。基於第二聚合物發泡層的總重量，複數個可膨脹石墨可以10至50 wt%的量存在於第二聚合物發泡層中。
可膨脹石墨可具有平均尺寸如直徑30 μm至1.5 mm，較佳50 μm至1.0 mm，更佳180至850 μm。例如，可膨脹石墨可具有平均尺寸如直徑至少30 μm，較佳至少180 μm，更佳至少300 μm。基於可膨脹石墨的重量，可膨脹石墨可包含75至99 wt%的碳含量。基於可膨脹石墨的總重量，可膨脹石墨可包含多達8 wt%，或2.6至5.0 wt%，較佳3.0至3.5 wt%的硫含量。可膨脹石墨可具有10：1至500：1之膨脹比(mL/g)。例如，膨脹比(mL/g)可為20：1至450：1，較佳30：1至400：1，更佳50：1至350：1。可膨脹石墨開始膨脹的溫度(亦稱為起始溫度或膨脹溫度)可為100至250°C。例如，起始溫度可為160至225°C，較佳180至200°C。
第一聚合物發泡層及第二聚合物發泡層可使用所屬技術領域任何合適的方法製備，例如透過澆鑄、模塑、壓延等。阻燃組成物可分散於第一聚合物發泡層或第二聚合物發泡層的聚合物中，作為單獨一層設置在第一聚合物發泡層或第二聚合物發泡層上、或二者上。例如，阻燃組成物可摻入用於形成第一聚合物發泡層或第二聚合物發泡層的組成物中，或者可塗覆於第一聚合物發泡層或第二聚合物發泡層上以形成薄膜(若為熱固性聚合物，則在固化之前或之後)。當為單獨的薄膜，阻燃組成物可設置在第二聚合物發泡層與第一聚合物發泡層相對的一側上，設置在第一聚合物發泡層與第二聚合物發泡層相對的一側上，設置在第一聚合物發泡層與第二聚合物發泡層之間，或其組合。
在一態樣中，阻燃組成物不作為會增加第一聚合物發泡層或第二聚合物發泡層的厚度的單獨薄膜存在。例如，可將阻燃組成物注入第一聚合物發泡層或第二聚合物發泡層中，並在孔內形成薄膜並塗覆孔的內表面，從而薄膜不會顯著增加該薄膜的厚度。例如，發泡體可浸透包含阻燃組成物的液態組成物，接著使其乾燥以去除溶劑。若透過浸漬法如浸塗(dip coating)使阻燃組成物沉積於發泡體上，則不僅在表面上而且在發泡體內部皆可存在增加的量。
製備多層材料的方法包含所屬技術領域習知者。例如，在一態樣中，可透過分別製造第一聚合物發泡層及第二聚合物發泡層，接著在有效條件下使其接觸以黏合該等層而製備多層材料，例如使用熱及壓力的層壓。可在層之間使用黏合劑。不使用黏合劑較佳，藉此多層材料的厚度不會顯著增加。若在第一聚合物發泡層及第二聚合物發泡層之一者或二者中使用熱固性材料，則可單獨製造各層並且部分固化其中一者或二者(B-階段)。接著可使該等層接觸並完全固化(例如透過加熱或透過加熱及壓力)以提供多層材料的層之間的黏附。
在另一態樣中，可預先製造第一聚合物發泡層及第二聚合物發泡層之一者，並作為基底用以製造另一層。例如，可將用於形成第一聚合物發泡層之反應性組成物澆鑄至預先形成之第二聚合物發泡層的表面上，接著固化以提供多層材料。相反地，可製造第一聚合物發泡層，接著可將用於形成第二聚合物發泡層之組成物澆鑄或塗覆至第一聚合物發泡層上，以提供多層材料。聚合物發泡層可在4密耳(0.1毫米)或更大的厚度下被澆鑄。可透過例如噴塗、浸塗、淋塗、輥塗等進行塗覆。
在又另一態樣中，可同時製造第一聚合物發泡層及第二聚合物發泡層。例如，用於形成各層的反應性組成物可同時被澆鑄或共擠壓出以形成多層，接著進行固化以提供多層材料。固化前發泡體間可發生一些混合，從而在固化後於各層之間形成混合區。選擇性地，第一聚合物發泡層及第二聚合物發泡層之間不形成混合區，亦即，第一聚合物發泡層及第二聚合物發泡層為分離的層。例如，在澆鑄或共擠壓出過程中，可在層之間插入一層彈性紗布，藉此為多層材料的層之間提供更高的分離性。
在一態樣中，在如上所述之製造後，可在多層材料上形成包含阻燃組成物的薄膜，例如透過浸漬發泡層。
多層材料可具有50至1,000 公斤每立方公尺(kg/m 3)之平均密度，較佳50至500 kg/m 3，更佳100至250 kg/m 3。可依據ASTM D3574-95測試A測定該密度。
依據ASTM D3574-17在25%撓曲下測定，多層材料可具有5至1,035 kPa之壓縮撓曲應力，較佳5至500 kPa，或25至250 kPa，或25至80 kPa。「在25%下的壓縮撓曲應力」係指將多層材料物理壓縮25%所需之負載。
在75%撓曲下，多層材料可具有100至500 kPa、或200至300 kPa之壓縮撓曲應力。
多層材料可具有小於或等於3之SAG係數，其中SAG係數定義為在65%下的壓縮撓曲應力除以在25 %下的壓縮撓曲應力。
依據ASTM D3574-95測試D於23°C或70°C下，測得多層材料在50%撓曲下可具有0至15%、或0至5%之壓縮永久變形。
在一態樣中，多層材料可包含可壓縮聚胺酯發泡層，其依據ASTM D3574-17在25%撓曲下測定，具有5至1,035 kPa之壓縮撓曲應力；以及第二聚合物發泡層，其設置於第一聚合物發泡層之第一側上，各個可選地包含複數個可膨脹石墨顆粒，其中多層材料具有UL-94等級V0、HF1、或其組合。多層材料可具有3.5 mm或更小之厚度。在25%撓曲下，壓縮撓曲應力可為5至500 kPa、或5至80 kPa。第一聚合物發泡層，例如聚胺酯發泡層，依據ASTM D3574-17在75%撓曲下測定，可具有100至500 kPa、或200至300 kPa之壓縮撓曲應力。
多層材料為薄且輕量，並且還提供緩衝及阻燃特性之良好組合。多層材料因此適用於電子裝置。可包含多層發泡體之電子裝置包含電視、收音機、電腦、醫療儀器、商業機器、通訊裝置等。多層材料特別適用於手持電子裝置，例如手機、個人數位助理等。多層材料可用於其他應用，例如天線或電池(例如鋰離子電池)。
以下實施例僅為說明性，而非旨在限制本發明所述之裝置、材料、條件、或製程參數。 ［實施例］
以下實施例說明阻燃多層材料之阻燃性。
使用美國專利第7,338,983號描述之配方及方法製造用於多層材料之聚胺酯發泡體，特別係根據此專利實施例1及2之配方及實施例3之方法。
根據保險商實驗室公告94 (Underwriter’s Laboratory Bulletin 94)標題為「塑膠材料之可燃性測試，UL94 (Tests for Flammability of Plastic Materials,UL94)」之程序測定阻燃性。根據此程序，基於在指定樣品厚度下從五個樣品獲得之測試結果，材料可被分類為V1、或V0、HF1、或其組合。以下說明此等可燃性分類中的各個等級。
獲得V1及V2等級的標準如下：放置一樣品使其長軸與火焰成180度，在移除點火源後，燃燒及/或悶燒的平均時間不超過二十五秒，並且對於V1等級，垂直放置的樣品都不會產生引燃脫脂棉的燃燒顆粒滴落。V2標準與V1相同，但允許燃燒滴落。
獲得V0等級的標準如下。放置一樣品使其長軸與火焰成180度，在移除點火源後，燃燒及/或悶燒的平均時間不超過五秒，並且垂直放置的樣品都不會產生引燃脫脂棉的燃燒顆粒滴落，並在燃燒後或發光後沒有樣品燃燒到固定夾。
HF1與HF2分類適用於低密度發泡材料。獲得HF1等級的標準為燃燒在2秒內停止；餘燼少於30秒；不允許燃燒滴落，而獲得HF2等級的標準為燃燒在3秒內停止；餘燼少於30秒；允許燃燒滴落。 ［比較例1~10〕
根據保險商實驗室公告94(Underwriter’s Laboratory Bulletin 94)標題為「塑膠材料之可燃性測試，UL94」的程序測定不同密度及厚度的彈性聚胺酯發泡體的V0等級，結果參見表1。 [表1]
比較例 發泡體密度 (PCF) 發泡體密度 (kg/m 3) 厚度 (英吋) 厚度 (mm) UL V0
1 12.2 195 0.136 3.45 是
2 11.7 187 0.128 3.25 是
3 12.2 195 0.12 3.05 是
4 14.2 227 0.099 2.51 是
5 14.6 234 0.092 2.34 是
6 12.7 203 0.111 2.8 否
7 13.4 215 0.100 2.5 否
8 13.8 221 0.100 2.5 否
9 15.4 247 0.075 1.91 否
10 17.7 284 0.062 1.57 否
〔實施例1~3〕
由不同密度及厚度的彈性聚胺酯發泡體與阻燃聚胺酯層構成的多層材料，根據保險商實驗室公告94 (Underwriter’s Laboratory Bulletin 94)標題為「塑膠材料之可燃性測試，UL94」的程序測定V0等級，結果參見表2。表2列出多層材料整體的密度及厚度。 [表2]
實施例 多層材料整體密度 (PCF) 多層材料整體密度(kg/m 3) 多層材料整體厚度(英吋) 多層材料整體厚度(mm) UL V0
1 14.4 231 0.077 2.0 部分通過
2 13.7 219 0.07 1.8 否
3 11.2 179 0.056 1.4 否
由上表的數據可得知，適宜的發泡層組合可提供整體密度及厚度的組合(例如，密度14.4 PCF (231 kg/m 3)及厚度0.077 英吋(2.0 mm))，並藉此產生理想阻燃性。
以下闡述本發明各種非限制性態樣。
態樣1：一種多層材料，包含一第一聚合物發泡層，其具有：小於481 kg/m 3(30 lb/ft 3)之密度，依據ASTM D3574-17在25%撓曲下測定，5至1,035 kPa之壓縮撓曲應力，及小於3.5毫米(130密耳)之厚度；以及一第二聚合物發泡層，其設置於該第一聚合物發泡層之第一側上，其中，該第二聚合物發泡層具有：大於240 kg/m 3(15 lb/ft 3)之密度，其中，該第二聚合物發泡層之密度為該第一聚合物發泡層之密度的至少兩倍，及小於0.3毫米(11.8密耳)之厚度，其中，該第一聚合物發泡層之厚度為該第二聚合物發泡層之厚度的至少兩倍；其中，各個該第一聚合物發泡層及該第二聚合物發泡層包含一阻燃組成物，並且其中該多層材料具有：3.5毫米(130密耳)或更小之厚度，及UL-94等級為V1，較佳V0、HF1、或其組合。
態樣2：態樣1之多層材料，其中，該第一聚合物發泡層具有：80至481 kg/m 3(5至30 lb/ft 3)、或128至400 kg/m 3(8至25 lb/ft 3)、或160至288 kg/m 3(10至18 lb/ft 3)、或192至288 kg/m 3(12至18 lb/ft 3)之密度；及依據ASTM D3574-17在25%撓曲下測定，5至500 kPa之壓縮撓曲應力。
態樣3：前述任一態樣之多層材料，其中，該第一聚合物發泡層具有：0.1至小於3.5毫米(0.04至小於0.14英吋)、或0.1 至3.3毫米(0.04至0.13英吋)、或0.1至3毫米(0.04至0.11英吋)之厚度。
態樣4：前述任一態樣之多層材料，其中，該第一聚合物發泡層進一步具有：依據ASTM D3574-17在25%撓曲下測定，5至1,035 kPa，較佳5至500 kPa之壓縮撓曲應力；依據ASTM D3574-17在75%撓曲下測定，100至500 kPa之壓縮撓曲應力；依據ASTM D3574-95測試D於23°C或70°C下，測得在50%撓曲下的壓縮永久變形為0至15%；或其組合。
態樣5：態樣1之多層材料，其中，各個該第一聚合物發泡層及該第二聚合物發泡層獨立地包含一聚縮醛、一聚(C 1-6烷基)丙烯酸酯、一聚丙烯酸、一聚醯胺、一聚醯胺醯亞胺、一聚酸酐、一聚芳酯、一聚伸芳基醚、一聚芳硫醚、一聚苯并噁唑、一聚碳酸酯、一聚酯、一聚醚醚酮、一聚醚醯亞胺、一聚醚酮酮、一聚醚酮、一聚醚碸、一聚異氰脲酸酯、一聚醯亞胺、一聚(C 1-6烷基)甲基丙烯酸酯、一聚((甲基)丙烯酸)、一聚酞內酯、一聚烯烴(例如一氟化聚烯烴)、一聚矽氮烷、一聚苯乙烯、一多硫化物、一聚磺醯胺、一聚磺酸酯、一聚硫酯、一聚三嗪、一聚脲、一聚乙烯醇、一聚乙烯醚、一聚鹵乙烯、一聚乙烯酮、一聚偏二氟乙烯、一聚乙烯酯、一交聯聚(酯)、一環氧樹脂、一三聚氰胺、一酚醛聚合物、一聚胺酯、一脲-甲醛、一聚矽氧、一天然橡膠、一聚氯丁二烯、一乙烯-丙烯-二烯單體(EPDM)橡膠、或其組合；較佳其中各個該第一聚合物發泡層及該第二聚合物發泡層獨立地包含一環氧樹脂、一聚胺酯、或其組合。
態樣6：前述任一態樣之多層材料，其中，該第一聚合物發泡層包含一聚胺酯發泡體。
態樣7：前述任一態樣之多層材料，其中，該第二聚合物發泡層具有：240至1,000 kg/m 3(15至62 lb/ft 3)、或288至1,000 kg/m 3(18至62 lb/ft 3)、或350至950 kg/m 3(22至59 lb/ft 3)、或400至950 kg/m 3(25至59 lb/ft 3)之密度。
態樣8：態樣7之多層材料，其中，該第二聚合物發泡層包含一聚胺酯發泡體。
態樣9：前述任一態樣之多層材料，其中，各個該第一聚合物發泡層及該第二聚合物發泡層之阻燃組成物獨立地包含一金屬氫氧化物、一金屬氧化物、一金屬硼酸鹽、一金屬碳酸鹽、一三聚氰胺、一鹵化芳香族化合物、一胍、一碳黑、一可膨脹石墨、一奈米黏土、一有機含磷化合物、一矽氮烷、一Rimar鹽、或其組合。
態樣10：前述任一態樣之多層材料，其中，各個可壓縮發泡層及阻燃層之阻燃組成物獨立地不包含一鹵化阻燃劑或一銻化合物。
態樣11：前述任一態樣之多層材料，其具有：依據ASTM D3574-95測試A測定，80至1,000 kg/m 3(5至62 lb/ft 3)、128至500 kg/m 3(8至31 lb/ft 3)、或160至400 kg/m 3(10至25 lb/ft 3)、或192至310 kg/m 3(12至20 lb/ft 3)之密度；依據ASTM D3574-17在25%撓曲下測定，5至1,035 kPa、較佳5至500 kPa、或25至250 kPa、或25至80 kPa之壓縮撓曲應力；在75%撓曲下測定，100至500 kPa、或200至300 kPa之壓縮撓曲應力；依據ASTM D3574-95測試D於23°C或70°C下，測得50%撓曲下的壓縮永久變形為0至15%、或0至5%；或其組合。
態樣12：態樣11之多層材料，其中，該第一聚合物發泡層包含聚胺酯。
態樣13：一種製備態樣1至12中任一種多層材料之方法，該方法包含：形成第一聚合物發泡層及第二聚合物發泡層；以及使該第一聚合物發泡層及該第二聚合物發泡層在有效條件下接觸以黏合該等層以形成多層材料。
態樣14：一種製備態樣1至12中任一種多層材料之方法，該方法包含：形成第一聚合物發泡層與第二聚合物發泡層之一者；以及將第一聚合物發泡層與第二聚合物發泡層之另一者形成在已形成之層的表面上，以提供多層材料。
態樣15：一種製備態樣1至12中任一種多層材料之方法，該方法包含：同時形成第一聚合物發泡層及第二聚合物發泡層以提供多層材料。
態樣16：態樣15之方法，其中，同時形成第一聚合物發泡層及第二聚合物發泡層，其包含：機械發泡一第一反應性聚胺酯發泡體形成組成物；機械發泡一第二反應性聚胺酯發泡體形成組成物；同時澆鑄第一及第二機械發泡的發泡體以提供一澆鑄雙層；以及在有效形成多層材料的條件下固化該澆鑄雙層。
態樣17：一種電子裝置，其包含態樣1至12中任一種多層材料，較佳地，其中該裝置為手持電子裝置。
組成物、方法、及裝置可替代地包含本發明所揭露之任何合適的材料、步驟、或成分，或者由本發明所揭露之任何合適的材料、步驟、或成分組成，或者基本上由本發明所揭露之任何合適的材料、步驟、或成分組成。可額外地、或可替代地配製該等組成物、方法、及裝置，俾使其不含或實質上不含對於實現該等組成物、方法、及裝置之功能或目的而言非必需之任何材料(或種類)、步驟、或成分。
術語「一」及「一個」並非表示數量限制，而是表示至少存在一個所述項目。除非本文中有明確指出，否則術語「或」係指「及／或」。通篇說明書所提及之「一態樣」、「另一態樣」等，係指結合該態樣所述之特定元件(例如特徵、結構、步驟或特性)被包含在本發明所述之至少一態樣中，且可存在於或可不存在於其他態樣中。此外，應當理解，所述元件可在各態樣中以任何合適的方式組合。
當一元件(例如層)被稱為「在(on)」另一元件「上」時，該元件可直接在另一元件上、或亦可存在有中間元件。反之，當一元件被稱為「直接在(directly on)」另一個元件「上」時，則不存在有中間元件。可將層設置在或直接設置在元件之一部分表面上或者在元件之全部表面上。
除非文中另有相反的規定，否則全部的測試標準皆為本申請案之申請日起生效的最新標準，或者，若有主張優先權，則為出現於最早優先權申請案之申請日的測試標準。
本發明所使用之粒子的「直徑」係指球體的直徑，或是從粒徑分析儀或從電子顯微鏡分析的二維圖像取得的等效直徑，例如使用程式諸如Image J分析的穿透式電子顯微鏡圖像。在一態樣中，「尺寸」係指單一粒子的尺寸，或是複數粒子或粒子群的平均數(例如平均值或中位數)。
所有針對相同成分或性質之範圍的端點係包含該端點、可獨立地組合、以及包含所有中間點與範圍。本發明所使用之術語「第一」、「第二」等，「主要」、「次要」等不表示任何順序、數量或重要性，而是用於區分一元件與另一元件。術語「其組合」或「至少一者」為開放式，係指包含所列舉之各個獨立元件、以及所列舉之二或多個元件的組合、以及所列舉之至少一個元素與未列舉之相似元件的組合。此外，術語「組合」包含摻合物、混合物、合金、反應產物等。
除非有額外定義，否則本發明使用之技術與科學術語係具有與本發明所屬領域中具有通常知識者所一般理解的相同涵義。
使用標準命名法描述化合物。例如，未被任何指定基團取代的任何位置應理解為其配價(valency)係被所指之鍵結、或氫原子填滿。非位於二個字母或符號之間的破折號「-」係用以指示取代基的連接點。例如，-CHO係透過羰基的碳而連接。
所有引用之專利、專利申請案、及其他參考文獻係全文併入本發明以供參考。然而，若本發明的術語與所併入之參考文獻中的術語矛盾或衝突，則本發明的術語優先於併入之參考文獻中的衝突術語。
儘管已經描述了特定的實施型態，然而申請人或其他所屬技術領域中具有通常知識者可能思及目前未預見或可能未預見的替代、修飾、變化、改良、及實質均等物。因此，所提交的及可能被修正的後附申請專利範圍欲包含所有此等替代、修飾、變化、改良、及實質均等物。
本申請案主張於2021年10月27日提交之第63/272,286號美國臨時專利申請案之優先權。該相關申請案係全文併於此以供參考。
10:多層材料 12: 第一聚合物發泡層 14: 第一表面 16: 第二聚合物發泡層
以下圖式為例示性態樣，其係提供以說明本發明。用於說明實施例之圖式並非旨在將根據本發明所製造之產品限制於本文所述之材料、條件、或製程參數。 〔圖1〕係阻燃多層材料之一態樣的橫截面示意圖。
10:多層材料
12:第一聚合物發泡層
14:第一表面
16:第二聚合物發泡層

Claims (17)

  1. 一種多層材料，包含： 一第一聚合物發泡層，其具有： 小於481 kg/m 3(30 lb/ft 3)之密度， 依據ASTM D3574-17在25%撓曲下測定，5至1,035 kPa之壓縮撓曲應力(compression force deflection)，及 小於3.5毫米(130密耳)之厚度；以及 一第二聚合物發泡層，其設置於該第一聚合物發泡層之第一側上，其中，該第二聚合物發泡層具有： 大於240 kg/m 3(15 lb/ft 3)之密度，其中，該第二聚合物發泡層之密度為該第一聚合物發泡層之密度的至少兩倍，及 小於0.3毫米(11.8密耳)之厚度，其中，該第一聚合物發泡層之厚度為該第二聚合物發泡層之厚度的至少兩倍； 其中，各個該第一聚合物發泡層及該第二聚合物發泡層包含一阻燃組成物，並且 其中，該多層材料具有： 3.5毫米(130密耳)或更小之厚度，及 UL-94等級為V1、HF1、或其組合。
  2. 如請求項1所述之多層材料，其中，該第一聚合物發泡層具有： 80至481 kg/m 3(5至30 lb/ft 3)之密度；及 依據ASTM D3574-17在25%撓曲下測定，5至500 kPa之壓縮撓曲應力。
  3. 如請求項1或2所述之多層材料，其中，該第一聚合物發泡層具有0.1至小於3.5毫米(0.04至小於0.14英吋)之厚度。
  4. 如請求項1或2所述之多層材料，其中，該第一聚合物發泡層進一步具有： 依據ASTM D3574-17在25%撓曲下測定，5至1,035 kPa之壓縮撓曲應力； 依據ASTM D3574-17在75%撓曲下測定，100至500 kPa之壓縮撓曲應力； 依據ASTM D3574-95測試D於23°C或70°C下，測得50%撓曲下的壓縮永久變形(compression set)為0至15%；或 其組合。
  5. 如請求項1所述之多層材料， 其中，各個該第一聚合物發泡層及該第一聚合物發泡層獨立地包含一聚縮醛、一聚(C 1-6烷基)丙烯酸酯、一聚丙烯酸、一聚醯胺、一聚醯胺醯亞胺、一聚酸酐(polyanhydride)、一聚芳酯、一聚伸芳基醚(polyarylene ether)、一聚芳硫醚(polyarylene sulfide)、一聚苯并噁唑(polybenzoxazole)、一聚碳酸酯、一聚酯、一聚醚醚酮、一聚醚醯亞胺、一聚醚酮酮、一聚醚酮、一聚醚碸、一聚異氰脲酸酯(polyisocyanurate)、一聚醯亞胺、一聚(C 1-6烷基)甲基丙烯酸酯、一聚((甲基)丙烯酸)、一聚酞內酯(polyphthalide)、一聚烯烴(例如一氟化聚烯烴)、一聚矽氮烷、一聚苯乙烯、一多硫化物、一聚磺醯胺、一聚磺酸酯、一聚硫酯、一聚三嗪(polytriazine)、一聚脲、一聚乙烯醇、一聚乙烯醚、一聚鹵乙烯、一聚乙烯酮、一聚偏二氟乙烯、一聚乙烯酯、一交聯聚(酯)、一環氧樹脂(epoxy)、一三聚氰胺、一酚醛聚合物、一聚胺酯、一脲-甲醛(urea-formaldehyde)、一聚矽氧、一天然橡膠、一聚氯丁二烯(polychloroprene)、一乙烯-丙烯-二烯單體(EPDM)橡膠、或其組合。
  6. 如請求項1或2所述之多層材料，其中，該第一聚合物發泡層包含一聚胺酯發泡體。
  7. 如請求項1或2所述之多層材料，其中，該第二聚合物發泡層具有240至1,000 kg/m 3(15至62 lb/ft 3)之密度。
  8. 如請求項7所述之多層材料，其中，該第二聚合物發泡層包含一聚胺酯發泡體。
  9. 如請求項1或2所述之多層材料，其中，各個該第一聚合物發泡層及該第二聚合物發泡層之阻燃組成物獨立地包含一金屬氫氧化物、一金屬氧化物、一金屬硼酸鹽、一金屬碳酸鹽、一三聚氰胺、一鹵化芳香族化合物、一胍、一碳黑、一可膨脹石墨、一奈米黏土、一有機含磷化合物、一矽氮烷、一Rimar鹽、或其組合。
  10. 如請求項1或2所述之多層材料，其中，各個可壓縮發泡層及阻燃層之阻燃組成物獨立地不包含一鹵化阻燃劑或一銻化合物。
  11. 如請求項1或2所述之多層材料，其中，具有： 依據ASTM D3574-17在25%撓曲下測定，5至1,035 kPa之壓縮撓曲應力； 在75%撓曲下測定100至500 kPa之壓縮撓曲應力； 依據ASTM D3574-95測試D於23°C或70°C下，測得50%撓曲下的壓縮永久變形為0至15%；或 其組合。
  12. 如請求項11所述之多層材料，其中，該第一聚合物發泡層包含聚胺酯。
  13. 一種製備如請求項1或2所述之多層材料之方法，該方法包含： 形成第一聚合物發泡層及第二聚合物發泡層；及 使該第一聚合物發泡層及該第二聚合物發泡層在有效條件下接觸以黏合該等層以形成多層材料。
  14. 一種製備如請求項1或2所述之多層材料之方法，該方法包含： 形成第一聚合物發泡層及第二聚合物發泡層之一；及 將第一聚合物發泡層及第二聚合物發泡層之另一者形成在已形成之層的表面上，以提供多層材料。
  15. 一種製備如請求項1或2所述之多層材料之方法，該方法包含： 同時形成第一聚合物發泡層及第二聚合物發泡層以提供多層材料。
  16. 如請求項15所述之方法，其中，同時形成第一聚合物發泡層及第二聚合物發泡層包含： 機械發泡一第一反應性聚胺酯發泡體-形成組成物； 機械發泡一第二反應性聚胺酯發泡體-形成組成物； 同時澆鑄第一及第二機械發泡的發泡體以提供一澆鑄雙層；及 在有效形成多層材料的條件下固化該澆鑄雙層。
  17. 一種電子裝置，其包含如請求項1或2所述之多層材料。
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