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CN107787339A - 具有水性聚合物分散剂的粘弹性聚氨酯泡沫 - Google Patents

具有水性聚合物分散剂的粘弹性聚氨酯泡沫 Download PDF

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CN107787339A CN201680034267.XA CN201680034267A CN107787339A CN 107787339 A CN107787339 A CN 107787339A CN 201680034267 A CN201680034267 A CN 201680034267A CN 107787339 A CN107787339 A CN 107787339A
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Abstract

一种用于形成粘弹性聚氨酯泡沫的反应系统，包括异氰酸酯组分和异氰酸酯反应性组分，所述异氰酸酯反应性组分至少包括多元醇组分、添加剂组分，和预先形成的水性聚合物分散剂。混合物包括50.0重量％到99.8重量％的所述多元醇组分、0.1重量％到49.9重量％的所述添加剂组分，以及0.1重量％到6.0重量％的所述预先形成的水性聚合物分散剂。所述水性聚合物分散剂具有6.0到12.0的pH且包括5重量％到60重量％的聚合性组分和40重量％到95重量％的流体介质。所述聚合性组分包括从20重量％到100重量％的具有至少一个羰基、磷酸基、膦酸酯基或磺酰基的至少一种亲水性酸单体衍生且任选地从至少一种疏水性末端不饱和烃单体衍生的至少一种基质聚合物。

Description

具有水性聚合物分散剂的粘弹性聚氨酯泡沫
技术领域
实施例涉及使用预先形成的水性酸聚合物分散剂制备的粘弹性聚氨基甲酸酯泡沫和制造此类粘弹性聚氨基甲酸酯泡沫的方法。
背景技术
可挠性、粘弹性的聚氨酯泡沫(也称为缓慢恢复泡沫和高阻尼泡沫)的特征在于相对缓慢地逐渐从压缩状态恢复且粘弹性泡沫可具有相对较低回弹性。粘弹性泡沫的示范性应用利用所述泡沫的特征，例如形状顺应、能量衰减，和/或声音阻尼。举例来说，粘弹性聚氨酯泡沫可用于盖被应用(例如寝具和枕头)、减震应用(例如运动填充物和头盔)以及隔音应用(例如汽车内部)中。
发明内容
实施例可通过提供用于形成具有如根据ASTM D 3574所测量的小于或等于20％的回弹性的粘弹性聚氨酯泡沫的反应系统以及用于形成所述粘弹性聚氨酯泡沫的方法来实现。反应系统具有包含使所述反应系统的异氰酸酯指数为50到110的至少一种异氰酸酯的异氰酸酯组分，以及异氰酸酯反应性组分，所述异氰酸酯反应性组分为至少包含多元醇组分、添加剂组分以及预先形成的水性聚合物分散剂的混合物。所述混合物包含按混合物的总重量计50.0重量％到99.8重量％的多元醇组分，多元醇组分包含至少一种聚醚多元醇，按混合物的总重量计0.1重量％到49.9重量％的添加剂组分，所述添加剂组分包含至少一种催化剂，以及按混合物的总重量计0.1重量％到6.0重量％的预先形成的水性聚合物分散剂。预先形成的水性聚合物分散剂具有6.0到12.0的pH且包含5重量％到60重量％的聚合性组分和40重量％到95重量％的至少包含水的流体介质。所述聚合性组分包含从20重量％到100重量％的具有至少一个羰基、磷酸基、膦酸酯基或磺酰基的至少一种亲水性酸单体衍生且任选地从至少一种疏水性末端不饱和烃单体衍生的至少一种基质聚合物。
具体实施方式
粘弹性聚氨酯泡沫可被表征为具有如根据ASTM D 3574(还可被称作钢球回跳测试)所测量的小于或等于20％的回弹性。举例来说，回弹性可小于15％、小于10％、小于8％，且/或小于7重量％。回弹性可大于1％。粘弹性聚氨基甲酸酯泡沫可使用包含异氰酸酯组分和异氰酸酯反应性组分的反应系统来制备。具体地说，粘弹性泡沫形成为异氰酸酯组分和异氰酸酯反应性组分的反应产物。异氰酸酯组分包含至少一种异氰酸酯，例如异氰酸酯封端的预聚物和/或多异氰酸酯。异氰酸酯反应性组分包含至少一种具有例如羟基和/或氨基的异氰酸酯反应性氢原子基团的化合物。异氰酸酯组分和/或异氰酸酯反应性组分可包含添加剂，例如催化剂、固化剂、表面活性剂、发泡剂、多胺，和/或填充剂。
根据实施例，异氰酸酯反应性组分包含至少三种组分。具体地说，异氰酸酯反应性组分包含多元醇组分、添加剂组分，以及预先形成的水性聚合物分散剂。多元醇组分占异氰酸酯反应性组分的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，使得成为用于形成粘弹性聚氨酯泡沫的反应系统中的大多数组分)。多元醇组分包含至少一种聚醚多元醇且可任选地包含至少一种聚酯多元醇。
添加剂组分可包含催化剂、固化剂、表面活性剂(例如硅酮表面活性剂)、发泡剂、多胺、水和/或填充剂。添加剂组分按异氰酸酯反应性组分的总重量计占添加剂组分的0.1重量％到49.9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)。示范性实施例中的添加剂组分包含至少一种催化剂和至少一种表面活性剂。
预先形成的水性聚合物分散剂占异氰酸酯反应性组分的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)。预先形成的水性聚合物分散剂为水性酸聚合物分散剂，其中聚合物衍生自至少一种具有1,000g/mol到25,000g/mol的数目平均分子量的亲水性酸单体。预先形成的水性聚合物分散剂具有按预先形成的水性聚合物分散剂的总重量计10重量％到80重量％的固体含量。水性聚合物分散剂可为一种或多种用以形成粘弹性聚氨酯泡沫的水性聚合物分散剂的组合。分散剂可能够促进两种组分的混合物的形成和/或稳定。
使用预先形成的水性聚合物分散剂添加剂制备的粘弹性泡沫可具有在标准条件下大于4.0标准立方英尺每分钟(scfm)(约2.4L/s)的空气流速。举例来说，空气流速可大于4.5scfm且/或大于5.0scfm。空气流速可小于15scfm。举例来说，可制备具有增加的空气流速的粘弹性聚氨酯泡沫而不牺牲回弹性。
预先形成的水性聚合物分散剂
预先形成的水性聚合物分散剂至少包含：(a)包含衍生自20重量％到100重量％(例如30重量％到100重量％、40重量％到100重量％、50重量％到100重量％等)的至少一种具有至少一个羰基、磷酸基、膦酸酯基或磺酰基或其他酸性基团(包含其任何组合)的亲水性酸单体且任选地衍生自至少一个疏水性末端不饱和烃单体的基质聚合物的聚合性组分；和(b)至少包含水的流体介质，其中所述基质聚合物分散于流体介质中。如本文中所使用，聚合物是指通过将无论斜体或不同类型的单体聚合而制备的化合物。因此，术语聚合物涵盖术语均聚物(通常用于指仅由一种类型的单体制备的聚合物)和术语互聚物。其还涵盖所有形式的互聚物，例如无规、嵌段、均匀、不均匀等。共聚物/互聚物是指通过聚合至少两种不同类型的单体而制备的聚合物。这些术语包含经典共聚物(即由两种不同类型的单体制备的聚合物)和由超过两种不同类型的单体制备的聚合物(例如三元共聚物、四元共聚物，等)。基质聚合物可衍生自一种单体或可为衍生自至少两种不同单体的共聚物。基质聚合物可具有受控的微观结构、分子量分布，和/或分子量。基质聚合物可具有1000g/mol到25,000g/mol的数目平均分子量(Mn)。
Mn是指例如由任何以下方法确定的分散剂的数目平均分子量：在pH 7下以2mg/mL的浓度将分散剂溶解于20mM的磷酸二氢钠溶液中并通过0.45μm过滤器且以1mL/min的流动速率将100μL注射到与TSKgel G2500PW XL填充柱(7.5mm×30cm，东曹)联合的TSKgel GMPWXL填充柱(7.5mm×30cm，东曹)中。通过折射率侦测器和216g/mol到1,100,000g/mol的分子量范围中评定的分子量对比聚(丙烯酸)参考标准的曲线来监测溶离。
举例来说，基质聚合物可衍生自至少一种具有至少一个羰基的亲水性酸单体，例如衍生自烯系不饱和羧化单体或衍生自可水解以得到多个羧酸官能团的单体。烯系不饱和羧化单体的实例包含丙烯酸、丁烯酸、甲基丙烯酸、肉桂酸、α-氯丙烯酸、马来酸、衣康酸、富马酸、戊烯二酸、创伤酸、柠康酸、甲基反丁烯二酸，以及乌头酸。可水解以得到多个羧酸官能团的单体的实例包含马来酸酐、柠康酸酐、衣康酸酐、四氢邻苯二甲酸酐、创伤酸酐，以及戊烯二酸酐。举例来说，可水解以得到多个羧酸官能团的单体可为酸酐。在示范性实施例中，亲水性酸单体可为具有超过一个羰基的羧酸或酸酐。
基质聚合物可衍生自至少一种具有至少一个磷酸根基团的亲水性酸单体，例如衍生自磷酸或其酯(例如所属领域的普通技术人员已知的那些)。基质聚合物可衍生自至少一种具有至少一个膦酸根基团的亲水性酸单体，例如衍生自磷酸或其酯(例如所属领域的普通技术人员已知的那些)。基质聚合物可衍生自至少一种具有至少一个磺酰基的亲水性酸单体，例如衍生自磺酸或从磺酸获得的取代基(例如所属领域的普通技术人员已知的那些)。
在示范性实施例中，基质聚合物可衍生自具有至少一个羰基(例如酸酐基)、磷酸基、膦酸酯基或磺酰基的亲水性酸单体的任何组合。举例来说，基质聚合物可为衍生自两种不同亲水性酸单体的共聚物，例如衍生自两种不同烯系不饱和羧化单体，衍生自两种不同可水解以得到多个羧酸官能团的单体。举例来说，基质聚合物可衍生自一种烯系不饱和羧化单体和一种可水解以得到多个羧酸官能团的单体。
在其它示范性实施例中，基质聚合物可衍生自具有至少一个羰基(例如酸酐基)、磷酸基、膦酸酯基或磺酰基的亲水性酸单体与疏水性末端不饱和烃单体的任何组合。举例来说，基质聚合物可衍生自一种可水解以得到多个羧酸官能团的单体和一种疏水性末端不饱和烃单体。
疏水性末端不饱和烃单体的实例包含C2到C20α-烯烃、烯系不饱和芳香族化合物(例如苯乙烯)，以及烯系不饱和羧化单体的烷酯(例如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯，以及甲基丙烯酸丁酯)。举例来说，疏水性末端不饱和烃单体可为选自C2到C10α-烯烃种的一种或可为苯乙烯。磺化烯系不饱和单体的非限制性实例包含2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸和其盐。磷酸化烯系不饱和单体的非限制性实例包含2-(膦酰氧基)甲基丙烯酸乙酯和其盐。膦酸化烯系不饱和单体的非限制性实例包含乙烯基膦酸和其盐。示范性实施例包含至少一种烯系不饱和羧化单体。
预先形成的水性聚合物分散剂包含5重量％到60重量％(例如5重量％到50重量％、10重量％到50重量％、15重量％到45重量％、15重量％到40重量％、20重量％到36重量％，等)的聚合性组分和40重量％到95重量％的至少包含水的流体介质。举例来说，预先形成的水性聚合物分散剂可主要由聚合性组分和流体介质组成。聚合性组分可主要由基质聚合物组成。预先形成的水性聚合物分散剂可含有其它组分，非限制性实例包含表面活性剂、有机溶剂、引发剂和链转移残留物，以及填充剂。
预先形成的水性聚合物分散剂具有6.0到12.0的pH(6.5到12.0、8.0到12.0、8.0到11.5、8.0到11.0、8.0到10.5、8.0到10.0，等)。预先形成的水性聚合物分散剂在室温和大气压力的环境条件下可为连续液相组分且衍生自液相(即流体介质)和固相(即基质聚合物)。预先形成的水性聚合物分散剂可具有按预先形成的水性聚合物分散剂的总重量计10重量％到80重量％(例如25重量％到75重量％等)的固体含量。
水性聚合物分散剂可通过使用中和剂来制备。示范性中和剂包含氨、氢氧化铵、氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化钙、氢氧化镁、氢氧化锌、氧化钙、氧化镁、氧化锌，以及其组合。举例来说，如果基质聚合物的极性基团的性质为酸性或碱性，那么可以用中和剂部分或完全地中和聚合物以形成对应的盐。举例来说，在使用丙烯酸制备的分散剂的情况下，中和剂为碱，例如氢氧化铵、氢氧化钾，和/或氢氧化钠。所属领域的普通技术人员应了解，适当中和剂的选择可取决于调配的特定组合物，且此类选择在所属领域的普通技术人员的知识内。
预先形成的水性聚合物分散剂占异氰酸酯反应性组分的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)。水性聚合物分散剂可为一种或多种用以形成粘弹性聚氨酯泡沫的水性聚合物分散剂的组合。
计算出的用以形成粘弹性泡沫的反应系统的总含水量按用于形成粘弹性聚氨酯泡沫的反应系统的总重量计可小于5重量％、小于3重量％、小于2.0重量％，且/或小于1.6重量％。计算出的总含水量被计算为添加到调配物的DI(去离子)水加添加到调配物作为预先形成的水性聚合物分散剂的部分的水的量的总量。举例来说，计算出的总含水量可为0.5重量％到1.6重量％、0.5重量％到1.5重量％，且/或1.0重量％到1.5重量％。
示范性水性聚合物分散剂作为可从陶氏化学公司购得的产品TAMOLTM和OROTANTM、可从毕克公司购得的毕克和迪斯毕克产品、可从罗地亚基团购得的产品、可从阿科玛购得的CoadisTM产品，以及可从巴斯夫购得的产品出售。
多元醇组分
多元醇组分包含至少一种聚醚聚醚多元醇和/或聚酯多元醇。示范性聚醚多元醇为环氧烷(例如至少一种氧化乙烯、环氧丙烷，和/或环氧丁烷)与每分子含有2个到8个活性氢原子的引发剂的反应产物。示范性引发剂包含乙二醇、二甘醇、丙二醇、二丙二醇、丁烷二醇、甘油、三羟甲基丙烷、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、聚亚甲基聚亚苯基多元胺、乙醇胺、二乙醇胺，以及此类引发剂的混合物。示范性多元醇包含可从陶氏化学公司购得的VORANOLTM产品。多元醇组分可包含可用以形成粘弹性聚氨基甲酸酯泡沫的多元醇。
举例来说，多元醇组分可包含具有至少50重量％的氧化乙烯含量、具有2到6(例如2到4)的标称羟基官能度且具有500g/mol到5000g/mol(例如500g/mol到4000g/mol、600g/mol到3000g/mol、600g/mol到2000g/mol、700g/mol到1500g/mol，和/或800g/mol到1200g/mol)的数目平均分子量的聚氧乙烯-聚氧丙烯聚醚多元醇。聚氧乙烯-聚氧丙烯聚醚多元醇具有至少50重量％的氧化乙烯含量。聚氧乙烯-聚氧丙烯聚醚多元醇可占异氰酸酯反应性组分的5重量％到90重量％(例如10重量％到90重量％、35重量％到90重量％、40重量％到85重量％、50重量％到85重量％、50重量％到80重量％，和/或55重量％到70重量％)。具有至少50重量％(按多元醇自其衍生的环氧烷单元的总重量计)的氧化乙烯含量的聚氧乙烯-聚氧丙烯聚醚多元醇可为异氰酸酯反应性组分中的大部分组分。
多元醇组分可包含具有小于20重量％(按多元醇自其衍生的环氧烷单元的总重量计)的氧化乙烯含量、具有2到6(例如2到4)的标称羟基官能度且具有大于1000g/mol(或大于1500g/mol)且小于6000g/mol的数目平均分子量的聚氧丙烯-聚氧乙烯聚醚多元醇。举例来说，分子量可为1500g/mol到g/mol、1600g/mol到5000g/mol、2000g/mol到4000g/mol，和/或2500g/mol到3500g/mol。具有小于20重量％的氧化乙烯含量的聚氧丙烯-聚氧乙烯聚醚多元醇可占异氰酸酯反应性组分的5重量％到90重量％(例如5重量％到70重量％、5重量％到50重量％、10重量％到40重量％，和/或10重量％到30重量％)。具有小于20重量％的氧化乙烯含量的聚氧丙烯-聚氧乙烯聚醚多元醇可与具有至少50重量％的氧化乙烯含量的聚氧丙烯聚醚多元醇呈掺合物，而其中的后者以更大量包含。
多元醇组分可包含具有2到6(例如2到4)的标称羟基官能度且具有500g/mol到5000g/mol(例如500g/mol到4000g/mol、600g/mol到3000g/mol、600g/mol到2000g/mol、700g/mol到1500g/mol，和/或800g/mol到1200g/mol)的数目平均分子量的聚氧丙烯聚醚多元醇。聚氧丙烯聚醚多元醇可占异氰酸酯反应性组分的5重量％到90重量％(例如5重量％到70重量％、5重量％到50重量％、10重量％到40重量％，和/或10重量％到30重量％)。聚氧丙烯聚醚多元醇可与具有至少50重量％的氧化乙烯含量的聚氧丙烯聚醚多元醇呈掺合物，而其中的后者以更大量包含。
在例示性实施例中，多元醇组分可包含具有至少50重量％的氧化乙烯含量的聚氧乙烯-聚氧丙烯聚醚多元醇、具有小于20重量％的氧化乙烯含量的聚氧乙烯-聚氧丙烯聚醚多元醇，以及聚氧丙烯聚醚多元醇的掺合物。
可在接触异氰酸酯组分之前使多元醇组分与预先形成的水性聚合物分散剂(和任选地至少一部分添加剂组分)混合。
添加剂组分
添加剂组分与形成预先形成的水性分散剂的组分和多元醇组分分离。所述添加剂组分是异氰酸酯反应性组分的一部分，但可将其它添加剂并入到异氰酸酯组分中。添加剂组分可包含催化剂、固化剂、交联剂、表面活性剂、发泡剂(水性和非水性，与水性聚合物分散剂分离)、多胺、塑化剂、芳香剂、颜料、抗氧化剂、UV稳定剂、水(与水性聚合物分散剂分离)，和/或填充剂。其它示范性添加剂包含增链剂、阻燃剂、烟雾抑制剂、干燥剂、滑石、粉剂、脱模剂、橡胶聚合物(“凝胶”)颗粒，以及所属领域中已知的供用于粘弹性泡沫和粘弹性泡沫产品中的其它添加剂。
添加剂组分可包含锡催化剂、锌催化剂、铋催化剂，和/或胺催化剂。异氰酸酯反应性组分中的催化剂的总量可为0.1重量％到3.0重量％。
表面活性剂可包含于添加剂组分中，例如用以随着泡沫膨胀且固化而促进其稳定化。表面活性剂的实例包含非离子表面活性剂和湿润剂，例如通过依序将环氧丙烷且随后将氧化乙烯添加到丙二醇、固体或液体有机硅酮以及长链醇的聚乙二醇醚来制备的那些。可使用例如长链烷基酸硫酸酯、烷基磺酸酯以及烷基芳基磺酸的三级胺或烷醇胺盐的离子表面活性剂。举例来说，调配物可包含表面活性剂，例如有机硅酮表面活性剂。异氰酸酯反应性组分中的有机硅酮表面活性剂的总量可为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％。使用的表面活性剂的量可小于使用的预先形成的水性聚合物分散剂的量。添加剂组分可包含水，所述水与预先形成的水性聚合物分散剂分离。水可占异氰酸酯反应性组分的总重量的2.0重量％。包含来自预先形成的水性聚合物分散剂的水和来自添加剂组分的水的全部水可占异氰酸酯反应性组分的总重量的小于5重量％。
添加剂组分可不包括基于使用水性聚合物分散剂的任何常规的聚氨酯泡沫化学信元泡孔开放剂。添加剂组分可不包括通常用作低回弹性泡沫中的泡孔开放剂的聚丁烯、聚丁二烯，以及例如油(例如矿物油、石蜡油，和/或环烷烃油)的蜡质脂肪族烃。添加剂组分可不包括作为主要由烷氧基化至少具有4个碳原子的α,β-环氧烷而衍生的多元醇的泡孔开放剂，例如美国专利第4,596,665号所论述。添加剂组分可不包括作为至多约3500分子量的含有高比例(通常50％或更高)的衍生自氧化乙烯或氧化丁烯的单元氧化丁烯泡孔开放剂，例如美国专利第4,863,976的号的背景技术部分中所论述。添加剂组分可不包括作为具有至少5000的分子量且具有至少50重量％的氧化乙烯单元的聚醚多元醇的泡孔开放剂，例如美国专利第4,863,976号的权利要求书中所论述。
异氰酸酯组分
异氰酸酯组分包含至少一种异氰酸酯。异氰酸酯组分以50到110(例如60到100、65到100、70到100、74到100、70到90、70到85，和/或74到85)的异氰酸酯指数存在。异氰酸酯指数被定义为反应混合物中的异氰酸酯部分相对于异氰酸酯反应性单元(可供用于与异氰酸酯部分反应的活性氢)的摩尔数的摩尔化学计量过量乘以100。100的异氰酸酯指数是指不存在化学计量过量，使得每1.0莫耳异氰酸酯反应性基存在1.0摩尔异氰酸酯基乘以100。
异氰酸酯组分可包含一种或多种异氰酸酯，例如多异氰酸酯和/或异氰酸酯封端的预聚物。异氰酸酯可为作为脂族、环脂族、脂环族、芳基脂肪族和/或芳香族多异氰酸酯或其衍生物的含异氰酸酯反应物。示范性衍生物包含脲基甲酸酯、缩二脲，以及NCO(异氰酸酯部分)封端的预聚物。举例来说，异氰酸酯组分可包含至少一种芳香族异氰酸酯，例如至少一种芳香族多异氰酸酯或至少一种衍生自芳香族多异氰酸酯的异氰酸酯封端的预聚物。异氰酸酯组分可以包括例如二异氰酸甲苯酯(TDI)的至少一种异构体、粗TDI、亚甲基二苯基二异氰酸酯(MDI)的至少一种异构体、粗MDI和/或更高官能度的聚亚甲基聚苯基聚异氰酸酯(也称为聚合性MDI或PMDI)。实例包含呈2,4和2,6-异构体和其混合物形式的TDI和呈2,4'-、2,2'-以及4,4'-异构体和其混合物形式的MDI。MDI与其低聚物的混合物可为粗制或聚合性MDI和/或包括胺基甲酸酯、脲基甲酸酯、尿素、缩二脲、碳化二亚胺、脲并亚胺和/或异氰脲酸酯基团的MDI的已知变体。示范性异氰酸酯包含VORANATETMM 220(一种可从陶氏化学公司购得的聚合性亚甲基二苯基二异氰酸酯)。其它示范性聚异氰酸酯包含二异氰酸甲苯酯(TDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和二甲苯二异氰酸酯(XDI)，以及其变体。
粘弹性泡沫
粘弹性聚氨酯泡沫可适用于各种包装应用、盖被应用(例如包含床垫衬面的床垫、枕头、家具、座垫等)、减震器应用(例如保险杆垫片、运动和医药设备、头盔衬垫，等)，以及噪音和/或振动抑制应用(例如耳塞、汽车隔板，等)。
粘弹性聚氨酯泡沫可在板材制程(例如作为自由上升的泡沫)、模制制程(例如盒发泡制程)或所属领域中已知的任何其它制程中制备。在板材制程中，可将所述组分混合并倾入槽道或其它区域中，其中调配物反应、在至少一个方向上自由膨胀，并固化。板材制程大体上以商用规模连续运行。在模制制程中，将所述组分混合并倾入模具/盒(加热或未加热的)中，其中调配物反应、在至少一个方向上没有模具地膨胀，并固化。
粘弹性聚氨酯泡沫可在初始环境条件(即20℃到25℃的范围的室温和约1atm的标准大气压力)下制备。举例来说，粘弹性聚氨酯泡沫可包含酸聚合物和/或酸改质的聚烯烃聚合物(例如具有高于100℃的熔点的聚合物)而不需要加热或向异氰酸酯反应性组分施加压力。还可在低于大气条件的压力下进行发泡以降低泡沫密度且软化泡沫。可在高于大气条件的压力下进行发泡以提高泡沫密度且因此提高如通过凹陷力变形(IFD)所测量的泡沫承重。在模制处理中，可在高于环境条件的初始模制温度(例如50℃和更高)下制备粘弹性聚氨酯泡沫。可过充填模具，即用额外的发泡材料填充模具，以提高泡沫密度。
计算出的用以形成粘弹性泡沫的反应系统的总含水量按用于形成粘弹性聚氨酯泡沫的反应系统的总重量计可小于5重量％、小于3重量％、小于2.0重量％，且/或小于1.6重量％。计算出的总含水量被计算为添加到调配物的DI(去离子水)水加添加到调配物作为预先形成的水性聚合物分散剂的部分的水的量的总量。举例来说，计算出的总含水量可为0.5重量％到1.6重量％、0.5重量％到1.5重量％，且/或1.0重量％到1.5重量％。
所得粘弹性聚氨酯泡沫可呈现改良的芯吸效应和/或改良的水分/热处理。关于所得泡沫的水分和热处理，例如关于粘弹性聚氨酯泡沫床垫或枕头，良好的芯吸效应可使汗水能够快速移动远离使用者的皮肤。人体维持舒适温度的的关键方面是通过出汗的水分蒸气。出汗是保持我们凉爽的身体机制。良好的芯吸效应可使使用者能够保持干燥和凉爽以使得提供增加的舒适度。良好的芯吸效应还可为汗水/水提供更多表面积来自其蒸发。换句话说，随着汗水/水在较大面积上分散，其与在将水汇集在一起在较小表面积上时相比可更快速地蒸发。另外，良好的透湿性可使水分能够离开使用者的皮肤且使自然水蒸气能够将热带离使用者的皮肤。
除非另外指示，否则所有份数和百分比都是按重量计。除非另外指示，否则所有分子量数据是基于数目平均分子量。
实例
本文提供的数据和描述性信息是基于近似值。另外，主要使用的材料为以下：
AD 1 一种包含21.0％到23.0％的专用聚羧酸盐、铵盐和77.0％到79.0％的水且具有8.5到9.0的pH且被称为疏水性共聚物聚电解质的液体预先形成的水性聚合物分散剂(可自陶氏化学公司作为TAMOLTM165A分散剂购得)。
AD 2一种包含24.0％到小于或等于26.0％的专用聚羧酸盐、钠盐和74.0％到76.0％的水且具有9.5到10.8的pH且被称为马来酸酐共聚物的钠盐的液体预先形成的水性聚合物分散剂(可自陶氏化学公司作为TAMOLTM731A分散剂购得)。
AD 3 一种包含34.0％到小于或等于36.0％的专用丙烯酸聚合物、小于或等于0.2％的氨水、大于或等于26.0％到28.0％的丙二醇以及大于或等于37.0％到39.0％的水且具有9.3到9.8的pH且被称为疏水性共聚物聚电解质的液体预先形成的水性聚合物分散剂(可自陶氏化学公司作为TAMOLTM681分散剂购得)。
AD 4 一种包含29.0％到31.0％的专用聚羧酸盐、钠盐和69.0％到71.0％的水且具有9.0到10.8的pH且被称为阴离子聚电解质的液体预先形成的水性聚合物分散剂(可自陶氏化学公司作为TAMOLTM851分散剂购得)。
AD 5 一种包含34.0％到36.0％的专用聚羧酸的盐和64.0％到66.0％的水且具有6.5到7.5的pH且被称为阴离子聚电解质的液体预先形成的水性聚合物分散剂(可自陶氏化学公司作为TAMOLTM1254分散剂购得)。
AD 6 一种包含25.0％到小于或等于29.0％的专用苯乙烯/丙烯酸共聚物、小于或等于0.25％的氨水、大于或等于1.0％到小于或等于2.0％的二丙二醇单甲基醚和71.0％到小于或等于75.0％的水且具有8.2到8.6的pH且被称为疏水性共聚物分散剂的液体预先形成的水性聚合物分散剂(可自陶氏化学公司作为OROTANTMCA-2500分散剂购得)。
多元醇1 一种具有3的标称羟基官能度和约1000g/mol的数目平均分子量的聚氧化丙烯-聚氧化乙烯聚醚多元醇(可自陶氏化学公司作为VORANOLTM3150购得)。
多元醇2 一种具有约60重量％的氧化乙烯含量、3的标称羟基官能度、约35％的伯羟基含量以及约1000g/mol的数目平均分子量的丙三醇引发的聚氧乙烯-聚氧丙烯聚醚多元醇。
多元醇3 一种具有小于20重量％的氧化乙烯含量、3的标称羟基官能度、约3100g/mol的数目平均分子量的由丙三醇引发的聚氧丙烯-聚氧乙烯聚醚多元醇(可自陶氏化学公司作为VORANOLTM3136购得)。
异氰酸酯A 聚合性亚甲基二苯基二异氰酸酯-PMDI(可自陶氏化学公司作为PAPITM94购得)。
表面活性剂 一种有机硅酮表面活性剂(可自迈图高新材料作为NiaxTML-618购得)。
胺1 一种三级胺催化剂(可自空气产品作为BL-11购得)。
胺2 一种三级胺催化剂(可自空气产品作为33-LV购得)。
锡 一种锡催化剂(可自赢创工业作为29购得的辛酸锡(II))
DI 去离子水。
根据以下大致配方制备工作实例1到6和比较实例A。在以下实例中，全部配方质量设定为1900克。分别使用AD 1、AD 2、AD 3、AD 4、AD 5以及AD 6来制备工作实例1到6，其为预先形成的水性聚合物分散剂。仅使用水制备对比实例A，即不使用水性聚合物分散剂。样品的密度范围在越2.7lb/ft3到3.2lb/ft3(根据ASTM D 3574)。
表1
对于工作实例1到工作实例6中之每一个和比较例A，通过盒发泡在环境条件下在通风橱下使用38cm×38cm×24cm(15"×15"×9.5")的具有透明塑料膜内衬的木盒制备泡沫样品。在高旋转速度设置下使用高旋转速度的16销(4个销各处于以90°分开的四个放射状方向中)混合器以及1加仑杯(16.5cm直径，18cm高)。首先在2400rpm下将异氰酸酯反应性组分中除锡催化剂之外的组分混合15秒。接着，添加锡催化剂并立即在2400rpm下再混合15秒。随后，添加异氰酸酯组分并立即在3000rpm下再混合3秒。接着，将混合的异氰酸酯反应性组分和异氰酸酯组分倾入具有塑料膜内衬的盒中。观察泡沫，当气泡出现在泡沫的顶部表面处时已到达最大高度。在发泡完成后，进一步使泡沫在通风橱下硫化隔夜。丢弃泡沫样品壁，并表征其余样品。
所计算的总含水量(重量份)计算为添加到调配物的DI(去离子水)的总量加添加到调配物作为水性分散剂的部分的水的量。
空气流速是能够在给定施加的气压下穿过泡沫的空气的测量值。空气流速测量为在125Pa(0.018psi)的压力下穿过1.0英寸(2.54cm)厚×2英寸×2英寸(5.08cm)的方形泡沫部分的空气的体积。单位表示为标准立方英尺每分钟(scfm)。用于测量空气流速的代表性商用元件是由瑞士苏黎士的TexTest AG制造，且标识为TexTest Fx3300。在本文中，根据ASTM D 3574测量空气流速。
根据ASTM D 3574测量平均回弹性，具体而言使用钢球回跳测试。通过释放/返回压缩负载头75％位置(即将泡沫样品压缩到100％减样品的原始厚度的75％)到泡沫压缩到10％位置(基于泡沫样品的原始厚度)的位置处来测量恢复时间。恢复时间被定义为从释放/返回压缩负载头到泡沫以至少1牛顿的力推回负载头的时刻的时间。
根据ASTM D 3574测量拉伸强度和伸长率百分比。如本文所使用，术语“撕裂强度”在本文中用以指撕裂泡沫样品所需要的最大平均力，将所述泡沫样品以纵向狭缝切割预先添加缺口。根据ASTM D3574-F的程序以磅-力每线性英寸(lbf/in)或以牛顿每米(N/m)确定测试结果。
IFD被称为凹陷力变形且根据ASTM D 3574来将其测量。IFD被定义为使用五十平方英寸的环形板痕压样品的原始厚度的某一百分比所需要的按磅计的力的量。在本文中，IFD规定为泡沫样品在25％变形和65％变形下的磅数。对于粘弹性泡沫追求较低IFD值。举例来说，在25％下6到12的IFD可用于床枕头、厚背枕头等。在25％下12到18的IFD可用于中等厚度背枕头、饰面材料填充物等。25％下18到24的IFD可用于薄背枕头、编束矩阵、极厚的座垫等。25％下大于24的IFD可用于平均到更硬的座垫、硬床垫、减震泡沫、包装泡沫、地毯垫片，以及需要超硬泡沫的其它用途。
25％返回下的IFD是泡沫能够恢复的能力。具体地说，25％返回下的IFD测量为25％下的IFD在恢复的到65％测量值下的IFD和返回到25％压缩的循环之后的百分比。

Claims (11)

1.一种用于形成粘弹性聚氨酯泡沫的反应系统，所述粘弹性聚氨酯泡沫具有如根据ASTM D 3574所测量的小于或等于20％的回弹性，所述反应系统包含：
一种异氰酸酯组分，包括至少一种异氰酸酯，所述反应系统的异氰酸酯指数为50到110；和
一种异氰酸酯反应性组分，为混合物，所述混合物通过至少添加多元醇组分、添加剂组分，以及预先形成的水性聚合物分散剂而形成，所述混合物包括：
按所述混合物的总重量计50.0重量％到99.8重量％的所述多元醇组分，所述多元醇组分包括至少一种聚醚多元醇，
按所述混合物的总重量计0.1重量％到49.9重量％的所述添加剂组分，包括至少一种催化剂，以及
按所述混合物的总重量计0.1重量％到6.0重量％的具有6.0到12.0的pH的所述预先形成的水性聚合物分散剂，所述水性聚合物分散剂包括5重量％到60重量％的聚合性组分和40重量％到95重量％的至少包括水的流体介质，所述聚合性组分包括从20重量％到100重量％的具有至少一个羰基、磷酸基、膦酸酯基或磺酰基的至少一种亲水性酸单体衍生且任选地从至少一种疏水性末端不饱和烃单体衍生的至少一种基质聚合物。
2.根据权利要求1所述的反应系统，其中所述预先形成的水性聚合物分散剂在室温和大气压力的环境条件下是连续液相组分。
3.根据权利要求1到2中任一项所述的反应系统，其中所述预先形成的水性聚合物分散剂分别由所述多元醇组分和所述添加剂组分提供。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的反应系统，其中所述添加剂组分包括至少一种表面活性剂。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的反应系统，其中所述添加剂组分包括占混合物的小于2.0重量％的总重量的水。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的反应系统，其中所述亲水性酸单体具有呈酸酐基的形式的至少一个羰基。
7.根据权利要求1到6中任一项所述的反应系统，其中所述预先形成的水性聚合物分散剂是共聚物，所述共聚物包括具有至少一个羰基、磷酸基、膦酸酯基或磺酰基的两种不同亲水性酸单体，或包括具有至少一个羰基、磷酸基、膦酸酯基或磺酰基的一种亲水性酸单体和至少一种疏水性末端不饱和烃单体。
8.根据权利要求1到7中任一项所述的反应系统，其中所述多元醇组分包括至少一种聚氧乙烯-聚氧丙烯聚醚多元醇，所述聚氧乙烯-聚氧丙烯聚醚多元醇具有至少50重量％的氧化乙烯含量，具有2到4的标称羟基官能度，且占所述异氰酸酯反应性组分的35重量％到90重量％。
9.根据权利要求1到8中任一项所述的反应系统，其中所述多元醇组分包括至少三种多元醇的掺合物，所述掺合物包括：
(i)聚氧乙烯-聚氧丙烯聚醚多元醇，具有至少50重量％的氧化乙烯含量，具有2到4的标称羟基官能度，具有700g/mol到1500g/mol的分子量，且占所述异氰酸酯反应性组分的35重量％到90重量％，
(ii)聚氧丙烯-聚氧乙烯聚醚多元醇，具有小于20重量％的氧化乙烯含量，具有2到4的标称羟基官能度，具有大于1500g/mol且小于6000g/mol的分子量，且占所述异氰酸酯反应性组分的5重量％到50重量％，以及
(iii)聚氧丙烯聚醚多元醇，具有2到4的标称羟基官能度，具有700g/mol到1500g/mol的分子量，且占所述异氰酸酯反应性组分的5重量％到50重量％。
10.一种粘弹性聚氨酯泡沫，具有如根据ASTM D 3574所测量的小于或等于20％的回弹性，使用根据权利要求1到9中任一项所述的反应系统制备，所述粘弹性泡沫具有如根据ASTM D3574所测量的至少4.5ft3/min的空气流速。
11.一种用于形成具有如根据ASTM D 3574所测量的小于20％的回弹性的粘弹性聚氨酯泡沫的方法，所述方法包含：
通过至少添加并混合多元醇组分、添加剂组分，以及预先形成的水性聚合物分散剂来制备一种异氰酸酯反应性组分，所述混合物包括：
按所述混合物的总重量计50.0重量％到99.8重量％的所述多元醇组分，所述多元醇组分包括至少一种聚醚多元醇，
按所述混合物的总重量计0.1重量％到49.9重量％的所述添加剂组分，包括至少一种催化剂和至少一种表面活性剂，和
按所述混合物的总重量计0.1重量％到6.0重量％的预先形成的水性聚合物分散剂，所述预先形成的水性聚合物分散剂具有6.0到12.0的pH，且包括5重量％到60重量％的聚合性组分和40重量％到95重量％的至少包括水的流体介质，所述聚合性组分包括从20重量％到100重量％的具有至少一个羰基、磷酸基、膦酸酯基或磺酰基的至少一种亲水性酸单体衍生且任选地从至少一种疏水性末端不饱和烃单体衍生的至少一种基质聚合物；
提供包括至少一种异氰酸酯的异氰酸酯组分以使得所述反应系统的异氰酸酯指数为50到110；以及
使所述异氰酸酯组分与所述异氰酸酯反应性组分反应以形成所述粘弹性聚氨酯泡沫。
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