實施例涉及使用預(yù)制的水性聚合物分散體制備的聚氨酯泡沫和制造這樣的聚氨酯泡沫的方法。

背景技術(shù)：

聚氨酯泡沫(如高回彈性泡沫、常規(guī)泡沫/塊狀泡沫、低密度泡沫、高密度泡沫、剛性泡沫和/或粘彈性泡沫)的特征在于聚氨酯聚合物的形成。聚氨酯聚合物可以是熱固聚合物。例如，聚氨酯聚合物可用于泡沫產(chǎn)品如座位、剛性泡沫板、彈性產(chǎn)品(如密封件、墊圈、輪子、輪胎等)、粘合劑、涂料、密封劑、舒適應(yīng)用(如床上用品和枕頭)、減震應(yīng)用(如運動型襯墊和頭盔)以及隔音應(yīng)用(如汽車內(nèi)飾)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

實施例可通過提供用于形成聚氨酯泡沫的反應(yīng)體系來實現(xiàn)，所述聚氨酯泡沫的回彈性大于20％，如根據(jù)astmd3574所測量的，所述反應(yīng)體系包括具有至少一種異氰酸酯的異氰酸酯組分并且所述反應(yīng)體系的異氰酸酯指數(shù)為70到150；以及異氰酸酯反應(yīng)性組分，其是通過添加至少多元醇組分、添加劑組分和預(yù)制的水性聚合物分散體而形成的混合物。所述混合物包括以混合物的總重量計50.0重量％到99.8重量％的包括至少一種聚醚多元醇的多元醇組分、以混合物的總重量計0.1重量％到50.0重量％的包括至少一種催化劑的添加劑組分以及以混合物的總重量計0.1重量％到6.0重量％的預(yù)制的水性聚合物分散體。預(yù)制的水性聚合物分散體的固體含量以預(yù)制的水性聚合物分散體的總重量計為10重量％到80重量％，并且預(yù)制的水性聚合物分散體是水性酸聚合物分散體或水性酸改性的聚烯烴聚合物分散體之一，其中聚烯烴衍生自至少一種c2到c20α-烯烴。

附圖說明

圖1示出了用于制備預(yù)制的水性聚合物分散體的熔體擠出設(shè)備的示例性示意圖。

具體實施方式

可以將聚氨酯泡沫(如常規(guī)柔性泡沫和/或高回彈性泡沫)表征為回彈性大于20％，如根據(jù)astmd3574(也可稱為球回彈試驗)所測量的。例如，對于常規(guī)柔性泡沫，回彈性可大于20％并且最高45％。對于高回彈性泡沫，回彈性可大于45％。例如，對于高回彈性泡沫，回彈性可小于75％。

聚氨酯泡沫可使用包括異氰酸酯組分和異氰酸酯反應(yīng)性組分的反應(yīng)體系來制備。特別地，聚氨酯泡沫作為異氰酸酯組分和異氰酸酯反應(yīng)性組分的反應(yīng)產(chǎn)物而形成。異氰酸酯組分包括至少一種異氰酸酯如異氰酸酯封端的預(yù)聚物和/或多異氰酸酯。異氰酸酯反應(yīng)性組分包括至少一種具有異氰酸酯反應(yīng)性氫原子基團如羥基和/或胺基的化合物。異氰酸酯組分和/或異氰酸酯反應(yīng)性組分可包括添加劑如催化劑、固化劑、表面活性劑、發(fā)泡劑、多胺和/或填充劑。

根據(jù)實施例，異氰酸酯反應(yīng)性組分包括至少三種組分。特別地，異氰酸酯反應(yīng)性組分包括多元醇組分、添加劑組分和預(yù)制的水性聚合物分散體。

多元醇成分占異氰酸酯反應(yīng)性組分的50.0重量％到99.8重量％(例如，60.0重量％到99.8重量％，70.0重量％到99.5重量％，80.0重量％到99.0重量％，90.0重量％到99.0重量％等，以便成為用于形成聚氨酯聚氨酯泡沫的反應(yīng)體系中的主要組分)。多元醇組分包括至少一種聚醚多元醇，并且可任選地包括至少一種聚酯多元醇。

添加劑組分可包括催化劑、固化劑、表面活性劑、發(fā)泡劑、多胺、水和/或填充劑。以異氰酸酯反應(yīng)性組分的總重量計，添加劑組分占添加劑組分的0.1重量％到50.0重量％(例如，0.1重量％到40.0重量％，0.1重量％到30.0重量％，0.1重量％到20.0重量％，0.1重量％到15.0重量％，0.1重量％到10.0重量％，0.1重量％到5.0重量％等)。示例性實施例中的添加劑組分包括至少一種催化劑和至少一種表面活性劑。

預(yù)制的水性聚合物分散體占異氰酸酯反應(yīng)性組分的0.1重量％到6.0重量％(例如，0.1重量％到5.0重量％，0.1重量％到4.1重量％，0.1重量％到4.0重量％，0.1重量％到3.5重量％，0.1重量％到3.0重量％，0.4重量％到2.5重量％，0.5重量％到2.4重量％等)。預(yù)制的水性聚合物分散體是水性酸聚合物分散體或水性酸改性的聚烯烴聚合物水分散體中的一種，其中聚烯烴衍生自至少一種c2到c20α-烯烴(例如，至少一種c2到c10α-烯烴和/或c2到c8α-烯烴)。預(yù)制的水性聚合物分散體的固體含量以預(yù)制的水性聚合物分散體的總重量計為10重量％到80重量％。水性聚合物分散體可以是一種或多種用于形成聚氨酯泡沫的水性聚合物分散體的組合。

使用預(yù)制的水性聚合物分散體添加劑制備的聚氨酯泡沫在標(biāo)準(zhǔn)條件下的空氣流量可大于5.0標(biāo)準(zhǔn)立方英尺每分鐘(scfm)(約2.4l/s)。例如，可制備具有增加的空氣流量而不犧牲回彈性的聚氨酯泡沫。

預(yù)制的水性聚合物分散體

水性聚合物分散體包括至少(a)包括酸聚合物和/或酸改性的聚烯烴聚合物的基礎(chǔ)聚合物和(b)流體介質(zhì)(在這種情況下為水)，其中基礎(chǔ)聚合物分散在流體介質(zhì)中。在室溫和大氣壓的環(huán)境條件下，預(yù)制的水性聚合物分散體可以是連續(xù)的液相組分，并且來源于液相(即，流體介質(zhì))和固相(即，基礎(chǔ)聚合物)。

在實施例中，預(yù)制的水性聚合物分散體是水性酸聚合物分散體或水性酸改性的聚烯烴聚合物分散體中的一種，其中聚烯烴衍生自至少一種c2到c20α-烯烴。水性酸聚合物分散體意指用基于酸的聚合物制備的水性分散體。水性酸改性的聚烯烴聚合物分散體意指用酸改性的聚烯烴聚合物制備的水性分散體。衍生自至少一種c2到c20α-烯烴意指聚烯烴是使用至少一種α-烯烴制備的聚合物，其中所使用的每種α-烯烴是c2到c20α-烯烴中的一種(例如，聚烯烴可衍生自乙烯、丙烯、丁烯、己烯和/或辛烯中的至少一種)。在示例性實施例中，聚烯烴可以是基于乙烯的聚合物和/或基于丙烯的聚合物。

如本文所用的，聚合物意指通過聚合相同或不同類型的單體而制備的化合物。因此，術(shù)語聚合物包括術(shù)語均聚物和術(shù)語互聚物，術(shù)語均聚物通常用于指僅由一種類型的單體制備的聚合物。術(shù)語互聚物還包括所有形式的互聚物，例如無規(guī)、嵌段、均相、非均相等。共聚物/互聚物意指通過至少兩種不同類型的單體聚合而制備的聚合物。這些術(shù)語包括兩種典型的共聚物，即，由兩種不同類型的單體制備的聚合物和由多于兩種不同類型的單體制備的聚合物，例如，三元共聚物，四元共聚物等。

基于乙烯的聚合物意指包含大部分重量百分比的聚合乙烯單體(以可聚合單體的總重量計)的聚合物，并且任選地其可包含至少一種不同于乙烯(如選自c3到c20α-烯烴的至少一種)的聚合共聚單體，以便形成基于乙烯的互聚物。例如，當(dāng)基于乙烯的聚合物是乙烯-丙烯共聚物時，以共聚物的總重量計，乙烯的量可大于50重量％?！把苌砸蚁┑膯卧焙皖愃菩g(shù)語意指由聚合乙烯單體形成的聚合物的單元。

基于丙烯的聚合物意指包含大部分重量百分比的聚合丙烯單體(以可聚合單體的總重量計)的聚合物，并且任選地其可包含至少一種不同于丙烯(如選自c2和c4到c20α-烯烴的至少一種)的聚合共聚單體，以便形成基于丙烯的互聚物。例如，當(dāng)基于丙烯的聚合物是丙烯-乙烯共聚物時，以共聚物的總重量計，丙烯的量可大于50重量％?！把苌员┑膯卧焙皖愃菩g(shù)語意指由聚合丙烯單體形成的聚合物的單元。

示例性的水性酸聚合物分散體可包括乙烯-丙烯酸互聚物、乙烯-甲基丙烯酸互聚物和/或乙烯-巴豆酸互聚物。乙烯-丙烯酸互聚物通過至少乙烯和丙烯酸的共聚進行制備。乙烯-甲基丙烯酸互聚物通過至少乙烯和甲基丙烯酸的共聚進行制備。乙烯-巴豆酸互聚物通過至少乙烯和巴豆酸的共聚進行制備。應(yīng)當(dāng)理解，在這樣的水性酸聚合物分散體中，示例性實施例不限于僅乙烯-丙烯酸互聚物、乙烯-甲基丙烯酸互聚物和/或乙烯-巴豆酸互聚物。例如，乙烯可與多于一種的以下酸進行共聚：丙烯酸、甲基丙烯酸和/或巴豆酸。

示例性的水性酸聚合物分散體可包括作為分散在流體介質(zhì)(在這種情況下為水)中的基礎(chǔ)聚合物的至少一種乙烯-丙烯酸(eaa)共聚物(和/或乙烯-甲基丙烯酸共聚物)。分散體可由bluewave^tm技術(shù)實現(xiàn)，bluewave^tm技術(shù)是專有和具有專利的機械分散技術(shù)，其是陶氏化學(xué)公司(thedowchemicalcompany)或陶氏化學(xué)公司的附屬公司的商標(biāo)。例如，eaa可通過乙烯與丙烯酸的共聚來制備，其產(chǎn)生乙烯-丙烯酸eaa共聚物。乙烯-丙烯酸共聚物的丙烯酸含量可以為至少10重量％(例如，10重量％到70重量％，10重量％到60重量％，10重量％到50重量％，10重量％到40重量％，10重量％到30重量％，和/或15重量％到25重量％)。示例性eaa共聚物可作為primacor^tm產(chǎn)品獲得，可從陶氏化學(xué)公司(thedowchemicalcompany)獲得。eaa共聚物的熔體指數(shù)可以為100g/10分鐘到2000g/10分鐘(astm方法d-1238在190℃和2.16kg下)。eaa共聚物在350℉下的布氏粘度(brookfieldviscosity)可以為5,000cps到13,000cps，并且可從陶氏化學(xué)公司獲得。

乙烯-甲基丙烯酸共聚物可通過乙烯與甲基丙烯酸的共聚來制備。示例性的乙烯-丙烯酸、乙烯-甲基丙烯酸和/或乙烯-巴豆酸共聚物在美國專利第4,599,392號和/或第4,988,781號中有討論。

示例性的水性酸改性的聚烯烴聚合物水分散體包括作為hypod^tm產(chǎn)品進行銷售的分散體，其可從陶氏化學(xué)公司獲得。hypod^tm產(chǎn)品可由bluewave^tm技術(shù)實現(xiàn)，bluewave^tm技術(shù)是專有和具有專利的機械分散技術(shù)，其是陶氏化學(xué)公司或陶氏化學(xué)公司的附屬公司的商標(biāo)。bluewave^tm技術(shù)可利用高剪切機械工藝，其可通過采用傳統(tǒng)的熱塑性聚合物和彈性體并將其分解成亞微米顆粒而起作用。水性酸改性的聚合物聚合物水分散體可包括基于丙烯的分散體和基于乙烯的分散體，其可將高分子量熱塑性塑料和彈性體的性能與高固含量的水性分散體的應(yīng)用優(yōu)點相結(jié)合。分散體的聚烯烴可以是茂金屬催化的聚烯烴。示例性聚烯烴是以affinity^tm、engage^tm、versify^tm和infuse^tm產(chǎn)品進行銷售的，其可從陶氏化學(xué)公司獲得。

水性聚合物分散體可通過使用中和劑來制備。示例性的中和劑包括氨、氫氧化銨、氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氧化鋰及其組合。例如，如果基礎(chǔ)聚合物的極性基團本質(zhì)上是酸性或堿性的，則聚合物可以用中和劑部分或完全中和以形成相應(yīng)的鹽。當(dāng)使用用eaa制備的酸性聚合物改性的分散體時，中和劑是堿，如氫氧化銨、氫氧化鉀和/或氫氧化鈉。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解，適當(dāng)?shù)闹泻蛣┑倪x擇可取決于所配制的具體組合物，并且這樣的選擇在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的知識范圍內(nèi)。

水性聚合物分散體可以在擠出過程中進行制備，例如，如美國專利第8,318,257號中所討論的。圖1示出了用于制造水性聚合物分散體的擠出設(shè)備的示意圖?？蓪D出機1(如雙螺桿擠出機)連接到壓力控制裝置2(例如，壓力控制閥、背壓調(diào)節(jié)器、熔體泵和/或齒輪泵)?？商峁┡c擠出機1連接的中和劑儲存器3和初始水儲存器4，其每一個均包括泵(未示出)。分別從中和劑儲存器3和初始水儲存器4中提供所需量的中和劑和初始水。可使用任何合適的泵，例如，基于期望的流量。中和劑和初始水可在預(yù)熱器中進行預(yù)熱。

聚合物樹脂(如酸性聚合物和/或聚烯烴聚合物)可以從進料器7進料到擠出機1的入口8，其中使樹脂熔化或混合。聚合物樹脂可以例如以顆粒、粉末和/或片狀的形式提供?？赏ㄟ^并與聚合物樹脂一起將分散劑加入到擠出機中，或者可將分散劑單獨地提供給擠出機1。例如，可通過螺桿在混合和輸送區(qū)域中熔化、混合和輸送聚合物(和分散劑，如果包括的話)。然后將聚合物樹脂熔體從混合和輸送區(qū)輸送到擠出機的乳化區(qū)域，其中通過入口5添加初始量的水和中和劑(來自儲存器3和儲存器4)。在擠出機1的稀釋和冷卻區(qū)域中，可使用通過入口9來自儲存器6的另外的水進一步稀釋所得乳化混合物至少一次。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解的，至少考慮到美國專利第8,318,257號，所得乳化混合物的稀釋方案可以變化(例如，基于所需的固體含量)。例如，乳化混合物可在擠出機1的稀釋區(qū)域中用來自另外的儲存器的另外的分散介質(zhì)進一步稀釋。可在稀釋區(qū)域中將分散體稀釋到至少30重量％的分散體。

對于混合和輸送區(qū)域中的螺桿，可沿著螺桿放置一個或多個旋轉(zhuǎn)限制孔。旋轉(zhuǎn)限制孔可以提高分散體形成過程的穩(wěn)定性?？梢允褂梅切D(zhuǎn)限制孔。在一些實施例中，螺桿可包括高混合捏合盤。除了上述高混合捏合盤60和任選的低自由體積捏合盤62之外，其可以使使用擠出機1形成的分散體的體積加權(quán)粒度分布最小化。

擠出機1包括沿著其長度的高內(nèi)相乳液產(chǎn)生(hipe)區(qū)域，例如，如在美國專利第8,318,257號中所討論的。例如，水性聚合物分散體可使用包含12個hipe區(qū)域的系統(tǒng)進行制備，其中溫度在區(qū)域中是變化的。根據(jù)進料組成(如聚合物、分散劑、中和劑等)，可期望具有更長或更短的hipe區(qū)域?？商峁┒鄠€分散介質(zhì)注入點以允許hipe區(qū)域根據(jù)需要進行擴展或縮短。由于分散的聚合物顆粒的粒度在hipe區(qū)域中形成，因此應(yīng)提供適當(dāng)?shù)幕旌弦孕纬伤璧牧６?。hipe區(qū)域具有可變長度可允許在單個擠出機中處理更寬范圍的聚合物，提供過程靈活性以及其它益處。

可改變雙螺桿擠出機桶、螺桿和稀釋介質(zhì)注射點，以使得當(dāng)產(chǎn)生含有eea的分散體時，hipe區(qū)域的長度比直徑(l/d)至少為16。上述設(shè)備可用于生產(chǎn)分散體，其中，在一些實施例中，聚合物進料速率可以在約50lb/h到約2000lb/h(約22kg/h到約907kg/h)的范圍內(nèi)。在另一些實施例中，聚合物進料速率可以在約100lb/h到約1000lb/h(約45kg/h到約454kg/h)的范圍內(nèi)。在另一些實施例中，螺桿速度可以在約300rpm到約1200rpm的范圍內(nèi)。在又一些實施例中，擠出機排出壓力可保持在約300psig到約800psig(約21巴到約56巴)的壓力范圍內(nèi)。

多元醇組分

多元醇組分包括至少一種聚醚多元醇和/或聚酯多元醇。示例性聚醚多元醇是環(huán)氧烷烴(如至少一種環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷和/或環(huán)氧丁烷)與每分子含有2到8個活性氫原子的引發(fā)劑的反應(yīng)產(chǎn)物。示例性的引發(fā)劑包括乙二醇、二甘醇、丙二醇、二丙二醇、丁二醇、甘油、三羥甲基丙烷、三乙醇胺、季戊四醇、山梨醇、乙二胺、甲苯二胺、二氨基二苯基甲烷、聚亞甲基聚亞苯基多胺、乙醇胺、二乙醇胺以及這些引發(fā)劑的混合物。示例性的多元醇包括voranol^tm和voralux^tm產(chǎn)品，從陶氏化學(xué)公司獲得。多元醇組分可包括可用于形成聚氨酯泡沫的多元醇。

例如，多元醇組分可包括至少一種聚氧丙烯-聚氧乙烯聚醚多元醇，其環(huán)氧乙烷含量小于20重量％，羥基官能度為1.5到5.2(例如，2.0到4.5和/或2.5到4.5)，并且羥基當(dāng)量為200g/mol當(dāng)量到2200g/mol當(dāng)量(例如，300g/mol當(dāng)量到2100g/mol當(dāng)量，500g/mol當(dāng)量到2000g/mol當(dāng)量，800g/mol當(dāng)量到1950g/mol當(dāng)量和/或1000g/mol當(dāng)量到1900g/mol當(dāng)量)。例如，聚氧丙烯-聚氧乙烯聚醚多元醇可以被認(rèn)為是三醇或四醇。

例如，當(dāng)多元醇組分用于制備常規(guī)的柔性泡沫/塊狀泡沫時，聚氧丙烯-聚氧乙烯聚醚多元醇可占異氰酸酯反應(yīng)性組分的至少50重量％和最多99重量％(例如，60重量％到99重量％，70重量％到99重量％，75重量％到99重量％，75重量％到98重量％，80重量％到98重量％，85重量％到98重量％，和/或90重量％到98重量％)。當(dāng)聚氧丙烯-聚氧乙烯聚醚多元醇用于常規(guī)的柔性泡沫/塊狀泡沫中時，羥基當(dāng)量可以為800g/mol當(dāng)量到1500g/mol當(dāng)量，和/或1000g/mol當(dāng)量到1300g/mol當(dāng)量。

例如，當(dāng)多元醇組分用于制備高回彈性泡沫時，聚氧丙烯-聚氧乙烯聚醚多元醇可占異氰酸酯反應(yīng)性組分的至少50重量％和最多99重量％(例如，55重量％到99重量％，60重量％到95重量％，65重量％到90重量％，70重量％到85重量％，和/或70重量％到80重量％)。當(dāng)聚氧丙烯-聚氧乙烯聚醚多元醇用于高回彈性泡沫中時，羥基當(dāng)量可以為1000g/mol當(dāng)量到2000g/mol當(dāng)量，和/或1500g/mol當(dāng)量到1950g/mol當(dāng)量。

例如，多元醇組分可包括聚氧乙烯-聚氧丙烯聚醚多元醇，其環(huán)氧乙烷含量為至少50重量％(至少60重量％和/或至少65重量％，以及衍生自環(huán)氧丙烷的單元的剩余部分)，羥基官能度為2.7到8.2(例如，4.0到7.5，5.0到7.5和/或6.5到7.2)，并且羥基當(dāng)量為200g/mol當(dāng)量到2200g/mol當(dāng)量(例如，300g/mol當(dāng)量到2100g/mol當(dāng)量，800g/mol當(dāng)量到2000g/mol當(dāng)量，1000g/mol當(dāng)量到1950g/mol當(dāng)量，和/或1500g/mol當(dāng)量到1950g/mol當(dāng)量)。例如，當(dāng)多元醇組分用于制備高回彈性泡沫時，環(huán)氧乙烷含量為至少50％的聚氧乙烯-聚氧丙烯聚醚多元醇可占異氰酸酯反應(yīng)性組分的至少5重量％到90重量％(例如，5重量％到70重量％，10重量％到50重量％，10重量％到40重量％，15重量％到35重量％，和/或20重量％到30重量％)。當(dāng)形成高回彈性泡沫時，環(huán)氧乙烷含量為至少50重量％的聚氧乙烯-聚氧丙烯聚醚多元醇可以是異氰酸酯反應(yīng)性組分中的少數(shù)成分，例如，可以以比環(huán)氧乙烷含量小于20重量％時的聚氧丙烯-聚氧乙烯聚醚多元醇的量更少的量存在。

多元醇組分可包括基于苯乙烯丙烯腈的共聚物多元醇(即，san共聚物多元醇)。san共聚物多元醇可包括常規(guī)的包含分散在其中的san聚合物顆粒的基于石油的多元醇(例如，聚醚多元醇)。san聚合物多元醇的制備可包括在多元醇中制備(通過原位聚合)丙烯腈與苯乙烯的混合物?？墒褂帽绢I(lǐng)域已知的方法。在多元醇中原位聚合的苯乙烯與丙烯腈的比例可以在以苯乙烯/丙烯腈混合物的總重量計0:100到100:0重量份(例如，80:20到20:80)的范圍內(nèi)。san共聚物多元醇的羥值可以在10到200和/或20到60的范圍內(nèi)。san共聚物多元醇的固體含量可以為5重量％到70重量％，10重量％到65重量％，15重量％到60重量％，25重量％到55重量％，30重量％到55重量％，和/或40重量％到50重量％。例如，當(dāng)多元醇組分用于制備高回彈性泡沫時，san共聚物多元醇可占異氰酸酯反應(yīng)性組分的小于50重量％。例如，san共聚物多元醇的量可以為0.5重量％到50.0重量％，1.0重量％到30.0重量％，1.0重量％到20.0重量％，和/或1.0重量％到5.0重量％。

在一個示例性實施例中，多元醇組分可包括環(huán)氧乙烷含量為至少50重量％的聚氧乙烯-聚氧丙烯聚醚多元醇、環(huán)氧乙烷含量小于20重量％的聚氧乙烯-聚氧丙烯聚醚多元醇以及聚氧丙烯聚醚多元醇的共混物。

在與異氰酸酯組分接觸之前，可將多元醇組分與預(yù)制的水性聚合物分散體(以及任選的至少部分添加劑組分)混合。

添加劑組分

將添加劑組分與形成預(yù)制的水性分散體的組分和多元醇組分分開。添加劑組分是異氰酸酯反應(yīng)性組分的一部分，但是可以將其它添加劑摻入到異氰酸酯組分中。添加劑組分可包括催化劑、固化劑、交聯(lián)劑、表面活性劑、發(fā)泡劑(水性和非水性，與水性聚合物分散體分開)、多胺、增塑劑、香料、顏料、抗氧化劑、uv穩(wěn)定劑、水(與水性聚合物分散體分開)和/或填充劑。其它的示例性添加劑包括擴鏈劑、阻燃劑、防煙劑、干燥劑、滑石、粉末劑、脫模劑、橡膠聚合物(“凝膠”)顆粒和本領(lǐng)域已知用于聚氨酯泡沫和聚氨酯泡沫產(chǎn)品的其它添加劑。

添加劑組分可包括錫催化劑、鋅催化劑、鉍催化劑和/或胺催化劑。異氰酸酯反應(yīng)性組分中催化劑的總量可以為0.1重量％到3.0重量％。

可以在添加劑組分中包括表面活性劑，例如，以在泡沫膨脹和固化時協(xié)助穩(wěn)定泡沫。表面活性劑的實例包括非離子表面活性劑和潤濕劑如通過按順序?qū)h(huán)氧丙烷然后環(huán)氧乙烷加入到丙二醇中所制備的那些、固體或液體有機硅氧烷以及長鏈醇的聚乙二醇醚?？墒褂秒x子表面活性劑如長鏈烷基酸硫酸酯、烷基磺酸酯和烷基芳基磺酸的叔胺或鏈烷醇胺鹽。例如，配制品可包括表面活性劑如有機硅氧烷表面活性劑。異氰酸酯反應(yīng)性組分中有機硅氧烷表面活性劑的總量可以為0.1重量％到5.0重量％，0.1重量％到3.0重量％，0.1重量％到2.0重量％，和/或0.1重量％到1.0重量％。

添加劑組分可包括與預(yù)制的水性聚合物分散體分開的水。水可占異氰酸酯反應(yīng)性組分總重量的小于2.0重量％。總的水，包括來自預(yù)制的水性聚合物分散體的水和來自添加劑組分的水，可占異氰酸酯反應(yīng)性組分總重量的小于5重量％。

基于水性聚合物分散體的使用，添加劑組分可排除任何常規(guī)的聚氨酯泡沫化學(xué)開孔劑。添加劑組分可以排除聚丁烯、聚丁二烯和蠟狀脂族烴，如通常在低回彈性泡沫中使用的開孔劑的油(例如礦物油、石蠟油和/或環(huán)烷油)。添加劑組分可排除開孔劑，所述開孔劑為主要衍生自具有至少4個碳原子的α,β-烯烴氧化物的烷氧基化的多元醇，例如，如在美國專利第4,596,665號中所討論的。添加劑組分可排除開孔劑，所述開孔劑為高達約3500分子量的聚醚，其含有高比例(通常為50％或更高)的衍生自環(huán)氧乙烷或環(huán)氧丁烷的單元，例如，如在美國專利第4,863,976號的背景部分中所討論的。添加劑組分可排除開孔劑，所述開孔劑為分子量至少5000且具有至少50重量％的氧化乙烯單元的聚醚多元醇，例如，如在美國專利第4,863,976號的權(quán)利要求中所討論的。

異氰酸酯組分

異氰酸酯組分包括至少一種異氰酸酯。異氰酸酯組分以70到150(例如，85到140,90到130,95到120,95到115和/或100到110)的異氰酸酯指數(shù)存在。異氰酸酯指數(shù)定義為反應(yīng)混合物中異氰酸酯部分相對于異氰酸酯反應(yīng)性單元(可與異氰酸酯部分反應(yīng)的活性氫)的摩爾數(shù)的摩爾化學(xué)計量過量，乘以100。異氰酸酯指數(shù)為100意指不存在化學(xué)計量過量，以使得每1.0摩爾異氰酸酯反應(yīng)性基團存在1.0摩爾異氰酸酯基團，乘以100。

異氰酸酯組分可包括一種或多種異氰酸酯，如多異氰酸酯和/或異氰酸酯封端的預(yù)聚物。異氰酸酯可以是含異氰酸酯的反應(yīng)物，其為脂族、環(huán)脂族、脂環(huán)族、芳基脂族和/或芳香族多異氰酸酯或其衍生物。示例性衍生物包括脲基甲酸酯、縮二脲和nco(異氰酸酯部分)封端的預(yù)聚物。例如，異氰酸酯組分可包括至少一種芳香族異氰酸酯，例如，至少一種芳香族多異氰酸酯或至少一種衍生自芳香族多異氰酸酯的異氰酸酯封端的預(yù)聚物。異氰酸酯組分可包括如甲苯二異氰酸酯(tdi)的至少一種異構(gòu)體、粗制的tdi、二苯基亞甲基二異氰酸酯(mdi)的至少一種異構(gòu)體、粗制的mdi和/或更多官能團的亞甲基多苯基多異氰酸酯。實例包括以其2,4-異構(gòu)體和2,6-異構(gòu)體及其混合物形式的tdi和以其2,4'-異構(gòu)體、2,2'-異構(gòu)體和4,4'-異構(gòu)體及其混合物形式的mdi。mdi與其低聚物的混合物可以是粗制的mdi或聚合的mdi和/或mdi的已知變體，其包含氨基甲酸酯、脲基甲酸酯、脲、縮二脲、碳化二亞胺、脲酮亞胺和/或異氰脲酸酯基團。示例性異氰酸酯包括voranate^tmm220(可獲得自陶氏化學(xué)公司的聚合亞甲基二苯基二異氰酸酯)。其它的示例性多異氰酸酯包括甲苯二異氰酸酯(tdi)、異佛爾酮二異氰酸酯(ipdi)和二異氰酸二甲苯酯(xdi)及其改性物。

聚氨酯泡沫

聚氨酯泡沫可用于多種包裝應(yīng)用、舒適應(yīng)用(如床墊—包括床墊面層、枕頭、家具、座墊等)、減震應(yīng)用(如保險杠墊、運動和醫(yī)療設(shè)備、頭盔襯墊等)和隔音和/或減振應(yīng)用(如耳防護器、汽車面板等)。

聚氨酯泡沫可以以塊料法(例如，作為自由起發(fā)泡沫)、模制方法(如以盒發(fā)泡方法)或本領(lǐng)域已知的任何其它方法制備。在塊料法中，可將組分混合并倒入料槽或其它區(qū)域中，其中配制品反應(yīng)，在至少一個方向上自由膨脹并固化。塊料法通常在商業(yè)規(guī)模下連續(xù)操作。在模制方法中，可將組分混合并倒入模具/盒(加熱或非加熱)中，其中配制品反應(yīng)，在模具外在至少一個方向上膨脹并固化。

聚氨酯泡沫可以在初始環(huán)境條件(即，范圍為20℃到25℃的室溫和約1atm的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)下制備。例如，聚氨酯泡沫可包括酸性聚合物和/或酸改性的聚烯烴聚合物(例如，熔點高于100℃的聚合物)，而不需要加熱或向異氰酸酯反應(yīng)性組分施加壓力。也可以在低于大氣條件的壓力下進行發(fā)泡，以減少泡沫密度并軟化泡沫。可以在高于大氣條件的壓力下進行發(fā)泡，以增加泡沫密度從而增加泡沫載荷，如通過壓陷力撓度(ifd)所測量的。在模制工藝中，可以在高于環(huán)境條件的初始模具溫度，例如，50℃及以上的溫度下制備聚氨酯泡沫。可進行模具的超緊密堆積，即，用額外的發(fā)泡材料填充模具，以增加泡沫密度。

以用于形成聚氨酯泡沫的反應(yīng)體系的總重量計，用于形成聚氨酯泡沫的反應(yīng)體系的計算的總水含量可小于5重量％，小于3重量％，小于2.0重量％，和/或小于1.6重量％。計算的總水含量計算為添加到配制品中的di(去離子水)的總量加上作為預(yù)制的水性聚合物分散體的一部分添加到配制品中的水的量。例如，計算的總水含量可以為0.5重量％到5.0重量％，0.5重量％到4.5重量％，和/或1.0重量％到4.0重量％。

除非另有說明，否則所有份數(shù)和百分?jǐn)?shù)均以重量計。除非另有說明，否則所有分子量數(shù)據(jù)均以數(shù)均分子量計。

實例

主要使用的材料如下：

ad1基于水性酸改性的乙烯的共聚物的水性分散體，其固體含量以水性分散體的總重量計為40.5重量％到43.5重量％(可作為hypod^tm8503獲得自陶氏化學(xué)公司并且能夠使用bluewave^tm技術(shù))。

ad2包含約21.7重量％的氫氧化鉀中和的乙烯-丙烯酸共聚物鹽和78.3重量％的水的水性酸聚合物分散體，其使用如在美國專利第8,318,257號中所述的雙螺桿擠出機和稀釋方案進行制備，制備如下：

第一進料包括100重量％的primacor^tm5986(具有約20.5重量％的丙烯酸的乙烯丙烯酸樹脂)，流速為234lb/h，第二進料包括100重量％的氫氧化鉀，流速為125lb/h，以及第三進料包括100重量％的水，流速為50lb/h。第一稀釋泵以220lb/h供水，第二稀釋泵以538lb/h供水，以達到所需的固體含量。桶/區(qū)域溫度控制條件如下：

表1

多元醇1用甘油引發(fā)的聚氧丙烯-聚氧乙烯聚醚多元醇，其環(huán)氧乙烷含量小于20重量％，羥基官能度為2.7，羥值為54mgkoh/g，并且羥基當(dāng)量為約1148g/mol當(dāng)量(可作為voranol^tm3136和voranol^tm8136從陶氏化學(xué)公司獲得，其中實例4和比較實例c使用voranol^tm8136，其它實例使用voranol^tm3136)。

多元醇2由甘油與蔗糖的共混物引發(fā)的聚氧丙烯-聚氧乙烯聚醚多元醇，其環(huán)氧乙烷含量小于20重量％(約15重量％到16重量％)，羥基官能度約為4.2，羥值為約29.0mgkoh/g到33.0mgkoh/g，羥基當(dāng)量分子量為約1810g/mol當(dāng)量，并且伯oh百分比為約79％(可作為voranol^tmwj4001從陶氏化學(xué)公司獲得)。

多元醇3具有43％固體含量的基于苯乙烯丙烯腈的共聚物多元醇，其特別設(shè)計用于生產(chǎn)高回彈性(hr)和燃燒改性的高回彈性(cmhr)柔性塊狀泡沫，其羥值為31mgkoh/g(可作為voralux^tmwh4043從陶氏化學(xué)公司獲得)。

多元醇4由蔗糖/甘油引發(fā)的聚氧乙烯-聚氧丙烯無規(guī)共聚物聚醚多元醇，其環(huán)氧乙烷含量大于70重量％，羥基官能度為6.9，羥值為約31mgkoh/g，并且羥基當(dāng)量約為1800g/mol當(dāng)量(可作為voranol^tm4053從陶氏化學(xué)公司獲得并且可用作開孔劑)。

異氰酸酯甲苯二異氰酸酯-tdi(可作為voranate^tmt-80從陶氏化學(xué)公司獲得)。

表面活性劑1有機硅氧烷表面活性劑(可作為niax^tml-620從邁圖高新材料(momentiveperformancematerials)獲得)。

表面活性劑2硅氧烷表面活性劑(可作為niax^tmu-2000從邁圖高新材料獲得)。

表面活性劑3硅氧烷表面活性劑(可作為niax^tml-618從邁圖高新材料獲得)。

胺1叔胺催化劑(可作為blv從空氣化工產(chǎn)品公司(airproducts)獲得)。

胺2叔胺催化劑(可作為33-lv從空氣化工產(chǎn)品公司獲得)。

胺3包含70％雙(2-二甲基氨基乙基)醚的胺催化劑(可作為niax^tma-1從邁圖高新材料獲得)。

胺4叔胺催化劑(可作為bl-11從空氣化工產(chǎn)品公司獲得)。

錫1錫催化劑(可作為29從贏創(chuàng)工業(yè)(evonikindustries)獲得)。

錫2二月桂酸二丁錫錫催化劑(可作為t-12從空氣化工產(chǎn)品公司獲得)。

錫3二月桂酸二丁錫錫催化劑(可作為t-9從空氣化工產(chǎn)品公司獲得)。

fr基于磷酸三(1,3-二氯異丙基)酯的阻燃劑(可作為fr-2從akzo獲得)。

di去離子水。

工作實例1和比較實例a是根據(jù)下表2中的配方制備的常規(guī)泡沫樣品。在兩種情況下，總配制品質(zhì)量設(shè)定為850克。使用作為預(yù)制的水性酸分散體的ad1來制備工作實例1。僅使用水，即，不使用分散體，來制備比較實例a。工作實例1的密度為1.47lb/ft³，比較實例a的密度為1.39lb/ft³(根據(jù)astmd3574)。

表2

工作實施例2和3以及比較實例b是根據(jù)下表3中的配方制備的高回彈性泡沫樣品。在兩種情況下，總配制品質(zhì)量設(shè)定為1300克。使用作為預(yù)制的水性酸分散體的ad1來制備工作實例2和3。僅使用水，即，不使用分散體，來制備比較實例b。各工作實例2和3以及比較實例b的密度約為1.9lb/ft³(根據(jù)astmd3574)。

表3

本文不包括其中嘗試使用單獨添加的乙烯-丙烯酸共聚物和水，即，不使用預(yù)制的分散體，來制備聚氨酯泡沫的比較例。特別地，由于乙烯-丙烯酸共聚物在環(huán)境條件下不能溶解于水中(不旨在受限于該理論的情況下，人們認(rèn)為，需要至少約120℃的溫度來在水中熔化乙烯-丙烯酸共聚物晶體)，這樣的混合物將是非優(yōu)選的和/或不適用于形成聚氨酯泡沫塑料的發(fā)泡反應(yīng)。換言之，人們認(rèn)為，獲得溶解度所需的高溫將是非優(yōu)選的和/或不適用于本文的目的和/或不溶解的乙烯-丙烯酸共聚物晶體將是非優(yōu)選的和/或不適用于本文的目的。

對于每個工作實例和比較實例，通過在環(huán)境條件下，在通風(fēng)櫥下使用38cm×38cm×24cm(15"×15"×9.5")內(nèi)襯有清潔塑料膜的木盒進行盒發(fā)泡(boxfoaming)來制備泡沫樣品。對于工作實例2和3以及比較實例b，將高轉(zhuǎn)速下的16-銷(在由90°分開的四個徑向方向上各4個銷)混合器在高轉(zhuǎn)速設(shè)定下與1加侖杯(16.5cm直徑，18cm高)一起使用；對于工作實例1和比較實例a，使用1/2加侖杯。除了錫催化劑之外，首先將異氰酸酯反應(yīng)性組分中的組分以2400rpm(對于工作實例1和比較實例a為1500rpm)混合15秒。然后，添加錫催化劑并以2400rpm(對于工作實例1和比較實例a為1500rpm)立即混合另外15秒。接著，添加異氰酸酯組分并以3000rpm(對于工作實例1和比較實例a為2400rpm)立即混合另外3秒。然后，將混合的異氰酸酯反應(yīng)性組分和異氰酸酯組分倒入內(nèi)襯有塑料膜的盒中。當(dāng)氣泡出現(xiàn)在泡沫的頂表面時，觀察到泡沫達到最大高度。一旦發(fā)泡完成，就進一步使泡沫在通風(fēng)櫥下固化過夜。丟棄泡沫樣品壁，并表征剩余的樣品。

計算的總水含量(按重量份)計算為添加到配制品中的di(去離子水)的總量加上作為水性分散體的一部分添加到配制品中的水的量。

空氣流量是在給定的施加空氣壓力下能夠通過泡沫的空氣的度量?？諝饬髁繙y量為在125pa(0.018psi)的壓力下通過1.0英寸(2.54cm)厚×2英寸×2英寸(5.08cm)正方形截面的泡沫的空氣體積。單位表示為標(biāo)準(zhǔn)立方英尺每分鐘(scfm)。用于測量空氣流量的代表性商業(yè)單元由zurich，switzerland的textestag制造，并標(biāo)記為textestfx3300。本文根據(jù)astmd3574來測量空氣流量。

根據(jù)astmd3574來測量平均回彈性，特別地使用球回彈試驗。

ifd稱為壓陷力撓度并且根據(jù)astmd3574進行測量。將ifd定義為將五十平方英寸樣品壓縮樣品原始厚度的一定百分比所需的力的量(以磅計)。本文將ifd指定為泡沫樣品在25％撓度和65％撓度處的磅數(shù)。為聚氨酯泡沫尋求更低的ifd值。例如，在25％處為6到12的ifd可用于床枕、厚背枕等。在25％處為12到18的ifd可用于中等厚度的背枕、裝飾墊等。在25％處為18到24的ifd可用于薄背枕、簇絨基質(zhì)、非常厚的座墊等。在25％處大于24的ifd可用于平均較堅固的座墊、堅固的床墊、減震泡沫、包裝泡沫、地毯墊以及其它需要超堅固泡沫的用途。

在25％返回處的ifd是泡沫恢復(fù)的能力。特別地，將在25％返回處的ifd測量為在經(jīng)過65％處的ifd測量和返回到25％壓縮的循環(huán)之后恢復(fù)的在25％處的ifd的百分比。

ifd滯后是在25％返回處的ifd與在25％處的ifd的比率。因此例如，如果在25％返回處的ifd是24lb，并且在25％處的ifd是30lb，則ifd滯后是80％?；谠?5％返回處的ifd和在25％處的ifd來測量ifd滯后，在25％返回處的ifd和在25％處的ifd兩者均是根據(jù)astmd3574進行測量的。

工作實例4和比較實例c是對預(yù)破碎的，使用varimax^tm300pilot“slabline”發(fā)泡設(shè)備(由periphlexltd.制造)制備的常規(guī)泡沫樣品泡沫產(chǎn)品的空氣流量值的進一步評估。所述設(shè)備按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制造，但尺寸略小，尺寸為54英寸寬×96英寸長×26英寸到33英寸高。總流速使得多元醇1以每分鐘120lbm的速率進料。組分處理溫度為70℉；混合頭壓力保持在4psig到7psig；輸送機速度為每分鐘11英尺到15英尺。所有實驗的料槽尺寸為24升。每個實驗的運行時間為1分鐘到2分鐘。所有的其它流均通過高壓噴嘴注入。異氰酸酯組分壓力為600psig到900psig，并且以達到指定指數(shù)的量加入。所有的其它流均在200psig到600psig下注入。

表4

根據(jù)astmd3574來測量空氣流量。參考工作實例4，顯示出當(dāng)使用預(yù)制的分散體時，即使對于較大的泡沫樣品也能獲得良好的空氣流量。

如本文所使用的，術(shù)語“撕裂強度”在本文中用于指撕裂泡沫樣品所需的最大平均力，所述泡沫樣品是預(yù)先切割的，其切口沿縱向切入泡沫樣品中。根據(jù)astmd3574-f(以磅/線性英寸(lbf/in)或牛頓/米(n/m)計)的方法測定測試結(jié)果。