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CN114672061B - 基于异氰酸酯的发泡聚合物 - Google Patents

基于异氰酸酯的发泡聚合物 Download PDF

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Abstract

描述了来源于反应混合物的基于异氰酸酯的发泡聚合物，所述反应混合物包含：异氰酸酯；多元醇组合物，其包含分散在基础多元醇中的第一规定量的聚合物颗粒；第二规定量的基于生物质的碳质颗粒材料；和发泡剂。发泡聚合物具有包含多个相互连接的支柱的细胞基质，所述基于生物质的碳质颗粒材料赋予所述细胞基质的负载效率为至少约5牛顿/重量％的基于生物质的碳质颗粒材料。还描述了制备基于异氰酸酯的发泡聚合物的方法。还描述了用基于多元醇的分散体来制备基于异氰酸酯的发泡聚合物。已经发现，相对昂贵的基于石油的共聚物多元醇可以被相对便宜的基于生物(例如无定形碳)的分散体完全替代，并且所得聚氨酯泡沫的重要物理性能没有明显损害。

Description

基于异氰酸酯的发泡聚合物
本申请是申请日为2017年06月29日、申请号为201780052642.8(国际申请号为PCT/CA2017/050789)、名称为“基于异氰酸酯的发泡聚合物”的发明专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
依据35U.S.C.§119(e)，本申请要求2016年6月29日提交的临时专利申请S.N.62/493,304的权益，其内容通过引用并入本文。
技术领域
在一个方面，本发明涉及具有改善性能的基于异氰酸酯的发泡聚合物。在另一方面，本发明涉及制备这种基于异氰酸酯的发泡聚合物的方法。在另一方面，本发明涉及改善基于异氰酸酯的泡沫的特性的方法。在另一方面，本发明涉及基于多元醇的分散体，尤其可用于制备基于异氰酸酯的发泡聚合物。
背景技术
基于异氰酸酯的聚合物为本领域所已知。通常，本领域技术人员理解，基于异氰酸酯的聚合物有聚氨酯、聚脲、聚异氰脲酸酯及它们的混合物。
制备基于异氰酸酯的发泡聚合物也为本领域所已知。实际上，与其他聚合物体系相比，基于异氰酸酯的聚合物的优点之一是可以原位发生聚合和发泡。这导致聚合物形成和发泡时对聚合物进行模塑的能力。
制备聚氨酯泡沫的常规方法之一被称为“一步法(one-shot)”技术。在该技术中，例如利用冲击混合(例如，高压)，将异氰酸酯、合适的多元醇、催化剂、水(其作为反应性“发泡”剂并且可选地补充有一种以上的物理发泡剂)与其它添加剂同时一起混合。通常，如果要制备聚脲，则用合适的多胺代替基础多元醇。聚异氰脲酸酯可以由异氰酸酯组分的环三聚反应得到。尿烷改性的聚脲或聚异氰脲酸酯是本领域已知的。在任一情况下，使用合适的混合技术会非常快速地将反应物紧密混合。
另一种制备基于异氰酸酯的发泡聚合物的技术称为“预聚物”技术。在该技术中，通过使多元醇与异氰酸酯(在聚氨酯的情况下)在惰性气氛中反应，以形成具有反应性基团(例如，异氰酸酯部分和活性氢部分)封端的液体聚合物，来制备预聚物。为了制备发泡聚合物，在固化剂和其它添加剂(根据需要)的存在下，将预聚物与分子量较低的多元醇(在制备聚氨酯的情况下)或多胺(在制备改性聚脲的情况下)充分混合。
无论使用何种技术，本领域已知在反应混合物中包含填料。通常，通过将填料填充到液体异氰酸酯和含活性氢的液体化合物(即，聚氨酯的情况下是基础多元醇，聚脲的情况下是多胺)中的一种或两种中，将填料引入到发泡聚合物中。通常，掺入填料的目的是赋予所得发泡产品所谓的承载结构性能(loaded building properties)。
反应混合物中使用的填料的性质和相对量可以在一定程度上变化，这取决于发泡聚合物产品所需的物理性能，以及混合技术施加的限制、系统的稳定性和设备施加的限制(例如，由于填充材料的颗粒尺寸与设备的窄通道、孔口等不兼容)。
为了改善硬度特性，在发泡产品中掺入固体材料，其中一种已知技术涉及使用多元醇-固体分散体，特别是接枝共聚物多元醇形式的分散体。
如本领域所知，接枝共聚物多元醇是含有其它有机聚合物的多元醇(优选聚醚多元醇)。已知，与使用未掺入有机聚合物改性的多元醇相比，这种接枝共聚物多元醇可用于赋予所得的聚氨酯泡沫硬度(即承载结构，load building)。在接枝共聚物多元醇中，有两个主要类别可以讨论：(i)链式聚合(chain-growth)共聚物多元醇，和(ii)逐步聚合(step-growth)共聚物多元醇。
链式聚合共聚物多元醇通常是通过多元醇载体中单体的自由基聚合，以产生分散在基础多元醇载体中的自由基聚合物来制备的。通常，自由基聚合物可以基于丙烯腈或苯乙烯-丙烯腈(SAN)。基础多元醇的固体含量通常至多为组合物(即自由基聚合物和多元醇载体)总重量的约60％，通常为约15％至约40％。通常，这些链式聚合共聚物多元醇的粘度范围为约2,000至约8,000厘泊。当制备这种链式聚合共聚物多元醇时，已知的是引发基础多元醇链到自由基聚合物的接枝反应。
逐步聚合共聚物多元醇的特征通常如下：(i)PHD(Polyharnstoff Disperion(聚脲分散体))多元醇，(ii)PIPA(Poly Isocyanate Poly Addition(聚异氰酸酯聚合物加成))多元醇，和(iii)环氧分散体多元醇。PHD多元醇是聚脲颗粒在常规多元醇中的分散体，通常通过二胺(例如肼)与二异氰酸酯(例如甲苯二异氰酸酯)在聚醚多元醇存在下反应而形成。PHD多元醇的固体含量通常至多为组合物(即聚脲颗粒和多元醇载体)总重量的约50％，通常为约15％至约40％。通常，PHD多元醇的粘度范围为约2,000至约6，000厘泊。PIPA多元醇与PHD多元醇类似，但含有聚氨酯颗粒而不是聚脲颗粒。PIPA多元醇中的聚氨酯颗粒通过异氰酸酯和烷醇胺(例如三乙醇胺)的原位反应形成。PIPA多元醇的固体含量通常至多为组合物(即聚氨酯颗粒和多元醇载体)总重量的约80％，通常为约15％至约70％。通常，PIPA多元醇的粘度范围为约4,000至约50,000厘泊。参见，例如，美国专利4,374,209和5,292,778。环氧分散体多元醇基于固化环氧树脂在常规的基础多元醇中的分散体。环氧树脂颗粒据称是具有改善的氢键结合特性的高模量固体。
关于有用的接枝共聚物多元醇的进一步信息可以在例如Herrington和Hock的“软质聚氨酯泡沫(Flexible Polyurethane Foams)”(1997)的第2章和其中引用的参考文献中找到。
尽管在本领域中已取得了上述进步，但仍然需要开发新的承载结构技术。具体地，上文讨论的许多现有技术方法涉及使用相对昂贵的材料(例如，上述的接枝共聚物多元醇)，其在工业规模设备中的应用复杂。此外，一直需要尝试在基于异氰酸酯的发泡聚合物的生产中减少对基于石油的成分的依赖。因此，期望具有所谓的“基于生物的”承载结构技术，其可以方便地应用于聚氨酯泡沫，至少部分替代传统的“基于石油的”承载结构技术。如果该承载结构技术相对便宜和/或改善聚氨酯泡沫的其他性能和/或可以没有很大的困难地结合到现有生产方案中，则更为理想。
发明内容
本发明的一个目的是避免或减轻现有技术的上述缺点中的至少一个。
本发明的另一个目的是提供一种新的基于异氰酸酯的发泡聚合物。
本发明的另一个目的是提供一种用于制备基于异氰酸酯的发泡聚合物的新方法。
本发明的另一个目的是提供一种新的基于多元醇的分散体。
因此，在一个方面，本发明提供一种来源于反应混合物的基于异氰酸酯的发泡聚合物，所述反应混合物包含：
异氰酸酯；
多元醇组合物，所述多元醇组合物包含分散在基础多元醇中的第一规定量的聚合物颗粒；第二规定量的基于生物质的碳质颗粒材料；和
发泡剂；
当根据ASTM D3574-11测量时，所述基于异氰酸酯的发泡聚合物的挠度缩进力为参考泡沫的约15％以内，所述参考泡沫通过如下制备：从所述反应混合物中省略所述基于生物质的碳质颗粒材料，并将聚合物多元醇组合物中聚合物颗粒的量增加到等于所述第一规定量和所述第二规定量的总和。
在另一方面，本发明提供了一种基于异氰酸酯的发泡聚合物，其来源于：
异氰酸酯；和
多元醇组合物，所述多元醇组合物可选地包含分散在基础多元醇中的聚合物颗粒；
基于生物质的碳质颗粒材料；
所述发泡聚合物具有包含多个相互连接的支柱的细胞基质，所述基于生物质的碳质颗粒材料赋予所述细胞基质的负载效率为至少约5牛顿/重量％的基于生物质的碳质颗粒材料。
在另一方面，本发明提供了一种制备基于异氰酸酯的发泡聚合物的方法，包括以下步骤：
(a)使异氰酸酯、多元醇组合物、第二规定量的基于生物质的碳质颗粒材料和发泡剂相互接触，制备反应混合物，其中所述多元醇组合物可选地包含分散在基础多元醇中的第一规定量的聚合物颗粒；和
(b)使反应混合物发泡，制备基于异氰酸酯的发泡聚合物。
在另一方面，本发明提供了一种基于多元醇的分散体，其包含：
(a)第一规定量的基于生物质的碳质颗粒材料聚合物颗粒；和
(b)多元醇；
其中所述分散体可选地包含第二规定量的聚合物颗粒。
本发明人出乎意料地发现，基于生物质的碳质颗粒材料可用于部分或完全替代传统用于在基于异氰酸酯的发泡聚合物(如聚氨酯泡沫)中构建承载的聚合物颗粒的使用。在一个优选的实施方案中，基于生物质的碳质颗粒材料以足以完全替代传统用于在基于异氰酸酯的发泡聚合物(如聚氨酯泡沫)中构建承载的聚合物颗粒的用量使用。在该实施方案中，已经发现，相对昂贵的基于石油的共聚物多元醇可以被相对便宜的基于生物(例如无定形碳)的分散体完全替代，并且所得聚氨酯泡沫的重要物理性能没有明显损害。在另一个优选的实施方案中，基于生物质的碳质颗粒材料以部分替代传统用于在基于异氰酸酯的发泡聚合物(如聚氨酯泡沫)中构建承载的聚合物颗粒的用量使用。
在整个说明书中使用的术语“基于生物质的碳质颗粒材料”旨在表示来源于木质纤维素和/或纤维素材料的烘焙和/或热解和/或碳化的碳质材料。这些材料通常是植物来源的。木质纤维素是占植物很大部分质量的结构材料。木质纤维素主要由纤维素、半纤维素和木质素组成。
以下是用于制备基于生物质的碳质颗粒材料的原料的非限制性例子：针叶和落叶木、坚果壳(例如椰子、胡桃、榛子、花生等)、竹子、稻壳、草、玉米秸秆、植物物质、种子、纸、纸板、粪肥、其他农业残留物、生物炼制残留物、高粱、干藻类、咖啡豆、咖啡渣、残渣、甘蔗渣和这些中的两种以上的任意混合物。可以对这种原料(单独的或组合的)进行热解和/或碳化，以制备具有所需特性(本文所述)的基于生物质的碳质颗粒材料，来制备本发明的基于异氰酸酯的发泡聚合物。
采用ASTM标准测量法(即，不是合格/不合格的标准)计算材料中包含的生物基材料或可再生材料的含量(即，ASTM D6866-采用放射性碳分析来测定固体、液体和气体样品的生物基含量的标准试验方法)，ASTM标准测量法有助于表征在本发明中有用的基于生物质的碳质颗粒材料。应用ASTM D6866来获得“生物基含量”是基于与放射性碳年代测定相同的概念，但不使用年龄方程。这是通过获得未知样品中放射性碳(14C)的量与现代参考标准的比率来完成的。该比率以单位为“pMC”(现代碳百分比)的一个百分比被记录。如果被分析的材料是现今的放射性碳和化石碳的混合物(即，不含放射性碳)，则所获得的pMC值直接与样品中存在的生物质材料的重量百分比相关。
根据ASTM D6866测试，用于本发明的基于生物质的碳质颗粒材料具有大于约75％、优选大于约85％、最优选大于约95％的“pMC”(现代碳的百分比)。
因此，应理解，在本发明的上下文中，术语“基于生物质的碳质颗粒材料”不包括来源于石油资源的碳质颗粒材料-例如炭黑等。
在本发明的上下文中，使用基于生物质的碳质颗粒材料的另一个优点是，它允许省略发泡配方中通常用于赋予所得泡沫黑色的添加剂-例如，它允许从发泡配方中省略炭黑。
本发明的基于异氰酸酯的发泡聚合物可以以模塑泡沫或平板泡沫的形式制备。制备这种泡沫的精确细节不受特别限制。
具体实施方式
在一个方面，本发明涉及来源于反应混合物的基于异氰酸酯的发泡聚合物，所述反应混合物包含：异氰酸酯；多元醇组合物，所述多元醇组合物包含分散在基础多元醇中的第一规定量的聚合物颗粒；第二规定量的基于生物质的碳质颗粒材料；和发泡剂；当根据ASTM D3574-11测量时，所述基于异氰酸酯的发泡聚合物的挠度缩进力为参考泡沫的约15％以内，所述参考泡沫通过如下制备：从所述反应混合物中省略所述基于生物质的碳质颗粒材料，并将聚合物多元醇组合物中聚合物颗粒的量增加到等于所述第一规定量和所述第二规定量的总和。
优选的实施方式可包括以下特征中的任意一个或任意两个以上的组合：
·第一规定量为零，使得基础多元醇组合物为基础多元醇；
·在反应混合物形成之前，基于生物质的碳质颗粒材料分散在基础多元醇组合物中；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径小于约50μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.01μm至约50μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.1μm至约50μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.1μm至约45μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.1μm至约40μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.1μm至约35μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.2μm至约30μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.2μm至约25μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.2μm至约20μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.2μm至约15μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.2μm至约10μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.2μm至约8μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.2μm至约6μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.3μm至约6μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.4μm至约6μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.5μm至约6μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径为约6μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径为约1.3μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径为约0.9μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径为约0.5μm；
·当根据ASTM D3574-11测量时，基于异氰酸酯的发泡聚合物的挠度缩进力为参考泡沫的约13％以内；
·当根据ASTM D3574-11测量时，基于异氰酸酯的发泡聚合物的挠度缩进力为参考泡沫的约11％以内；
·当根据ASTM D3574-11测量时，基于异氰酸酯的发泡聚合物的挠度缩进力为参考泡沫的约10％以内；
·当根据ASTM D3574-11测量时，基于异氰酸酯的发泡聚合物的挠度缩进力为参考泡沫的约8％以内；
·当根据ASTM D3574-11测量时，基于异氰酸酯的发泡聚合物的挠度缩进力为参考泡沫的约6％以内；
·当根据ASTM D3574-11测量时，基于异氰酸酯的发泡聚合物的挠度缩进力为参考泡沫的约5％以内；
·当用ASTM D4373通过干式燃烧测量时，基于生物质的碳质颗粒材料包含的有机碳含量为约50％至约98％；
·当用ASTM D4373通过干式燃烧测量时，基于生物质的碳质颗粒材料包含的有机碳含量为约75％至约98％；
·当用ASTM D4373通过干式燃烧测量时，基于生物质的碳质颗粒材料包含的有机碳含量为约85％至约98％；
·当用ASTM D4373通过干式燃烧测量时，基于生物质的碳质颗粒材料包含的氢与碳的摩尔比为约0.10至约0.85；
·当用ASTM D4373通过干式燃烧测量时，基于生物质的碳质颗粒材料包含的氢与碳的摩尔比为约0.35至约0.85；
·当用ASTM D4373通过干式燃烧测量时，基于生物质的碳质颗粒材料包含的氢与碳的摩尔比为约0.70至约0.85；
·当通过BET法测量时，基于生物质的碳质颗粒材料的表面积为约10m2/g至约4000m2/g；
·当通过BET法测量时，基于生物质的碳质颗粒材料的表面积为约50m2/g至约3000m2/g；
·当通过BET法测量时，基于生物质的碳质颗粒材料的表面积为约150m2/g至约2000m2/g；
·反应混合物基本上完全不含分散在基础多元醇中的聚合物颗粒；
·基础多元醇包括选自如下的物质的羟基封端的主链：聚醚、聚酯、聚碳酸酯、聚二烯和聚己内酯；
·基础多元醇选自：羟基封端的聚烃、羟基封端的聚缩甲醛、脂肪酸甘油三酯、羟基封端的聚酯、羟甲基封端的聚酯、羟甲基封端的全氟亚甲基(perfluoromethylenes)、聚亚烷基醚二醇、聚亚烷基亚芳基醚二醇、聚亚烷基醚三醇及它们的混合物；
·基础多元醇选自：己二酸-乙二醇聚酯、聚(丁二醇)、聚(丙二醇)、羟基封端的聚丁二烯及它们的混合物；
·基础多元醇是聚醚多元醇；
·聚醚多元醇的分子量为约200至约10,000；
·聚醚多元醇的分子量为约2000至约7,000；
·聚醚多元醇的分子量为约2000至约6,000；
·反应混合物还包含选自多胺、聚烷醇胺及它们的任意混合物的含活性氢的化合物；
·多胺选自：伯胺封端的聚醚、仲胺封端的聚醚及它们的任意混合物；
·异氰酸酯包含预聚物；
·异氰酸酯选自：1，6-六亚甲基二异氰酸酯、1，4-丁二异氰酸酯、亚糠基二异氰酸酯、2，4-甲苯二异氰酸酯、2，6-甲苯二异氰酸酯、2，4′-二苯甲烷二异氰酸酯、4，4′-二苯甲烷二异氰酸酯、4，4′-二苯丙烷二异氰酸酯、4，4′-二苯基-3，3′-二甲基甲烷二异氰酸酯、1，5-萘二异氰酸酯、1-甲基-2，4-二异氰酸酯-5-氯苯、2，4-二异氰氧基均三嗪、1-甲基-2，4-二异氰氧基环己烷、对苯二异氰酸酯、间苯二异氰酸酯、1，4-萘二异氰酸酯、联茴香胺二异氰酸酯、二甲苯二异氰酸酯、1，4-苯二甲基二异氰酸酯、1，3-苯二甲基二异氰酸酯、双(4-异氰氧基苯基)甲烷、双(3-甲基-4-异氰氧基苯基)甲烷、聚亚甲基聚苯基聚异氰酸酯及它们的混合物；
·异氰酸酯选自：2，4-甲苯二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯及它们的混合物；
·权利要求1-48中任一项限定的基于异氰酸酯的发泡聚合物，其中，所述异氰酸酯选自实质上由以下物质构成的组：(i)2，4′-二苯甲烷二异氰酸酯，4，4′-二苯甲烷二异氰酸酯及它们的混合物；以及(ii)选自2，4-甲苯二异氰酸酯，2，6-甲苯二异氰酸酯及它们的混合物的异氰酸酯与(i)的混合物；
·发泡剂包含水；
·发泡剂由水组成；
·以反应混合物中使用的基础多元醇为100重量份计，水的用量范围为约0.5至约40份；
·以反应混合物中使用的基础多元醇为100重量份计，水的用量范围为约1.0至约10份；和/或
·基于异氰酸酯的发泡聚合物是模塑的。
在另一方面，本发明涉及一种基于异氰酸酯的发泡聚合物，其来源于：异氰酸酯；以及多元醇组合物，所述多元醇组合物可选地包含分散在基础多元醇中的聚合物颗粒；基于生物质的碳质颗粒材料；
所述发泡聚合物具有包含多个相互连接的支柱的细胞基质，所述基于生物质的碳质颗粒材料赋予所述细胞基质的负载效率为至少约5牛顿/重量％的基于生物质的碳质颗粒材料。
优选的实施方式可包括以下特征中的任意一个或任意两个以上的组合：
·第一规定量为零，使得基础多元醇组合物为基础多元醇；
·在反应混合物形成之前，基于生物质的碳质颗粒材料分散在基础多元醇组合物中；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径小于约50μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.01μm至约50μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.1μm至约50μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.1μm至约45μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.1μm至约40μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.1μm至约35μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.2μm至约30μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.2μm至约25μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.2μm至约20μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.2μm至约15μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.2μm至约10μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.2μm至约8μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.2μm至约6μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.3μm至约6μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.4μm至约6μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.5μm至约6μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径为约6μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径为约1.3μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径为约0.9μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径为约0.5μm；
·当根据ASTM D3574-11测量时，基于异氰酸酯的发泡聚合物的挠度缩进力为参考泡沫的约15％以内，所述参考泡沫通过在反应混合物中用基础多元醇中的聚合物颗粒等量代替基于生物质的碳质颗粒材料而制备；
·当根据ASTM D3574-11测量时，基于异氰酸酯的发泡聚合物的挠度缩进力为参考泡沫的约13％以内；
·当根据ASTM D3574-11测量时，基于异氰酸酯的发泡聚合物的挠度缩进力为参考泡沫的约11％以内；
·当根据ASTM D3574-11测量时，基于异氰酸酯的发泡聚合物的挠度缩进力为参考泡沫的约10％以内；
·当根据ASTM D3574-11测量时，基于异氰酸酯的发泡聚合物的挠度缩进力为参考泡沫的约8％以内；
·当根据ASTM D3574-11测量时，基于异氰酸酯的发泡聚合物的挠度缩进力为参考泡沫的约6％以内；
·当根据ASTM D3574-11测量时，基于异氰酸酯的发泡聚合物的挠度缩进力为参考泡沫的约5％以内；
·当用ASTM D4373通过干式燃烧测量时，基于生物质的碳质颗粒材料包含的有机碳含量为约50％至约98％；
·当用ASTM D4373通过干式燃烧测量时，基于生物质的碳质颗粒材料包含的有机碳含量为约75％至约98％；
·当用ASTM D4373通过干式燃烧测量时，基于生物质的碳质颗粒材料包含的有机碳含量为约85％至约98％；
·当用ASTM D4373通过干式燃烧测量时，基于生物质的碳质颗粒材料包含的氢与碳的摩尔比为约0.10至约0.85；
·当用ASTM D4373通过干式燃烧测量时，基于生物质的碳质颗粒材料包含的氢与碳的摩尔比为约0.35至约0.85；
·当用ASTM D4373通过干式燃烧测量时，基于生物质的碳质颗粒材料包含的氢与碳的摩尔比为约0.70至约0.85；
·当通过BET法测量时，基于生物质的碳质颗粒材料的表面积为约10m2/g至约4000m2/g；
·当通过BET法测量时，基于生物质的碳质颗粒材料的表面积为约50m2/g至约3000m2/g；
·当通过BET法测量时，基于生物质的碳质颗粒材料的表面积为约150m2/g至约2000m2/g；
·反应混合物基本上完全不含分散在基础多元醇中的聚合物颗粒；
·基础多元醇包括选自如下的物质的羟基封端的主链：聚醚、聚酯、聚碳酸酯、聚二烯和聚己内酯；
·基础多元醇选自：羟基封端的聚烃、羟基封端的聚缩甲醛、脂肪酸甘油三酯、羟基封端的聚酯、羟甲基封端的聚酯、羟甲基封端的全氟亚甲基、聚亚烷基醚二醇、聚亚烷基亚芳基醚二醇、聚亚烷基醚三醇及它们的混合物；
·基础多元醇选自：己二酸-乙二醇聚酯、聚(丁二醇)、聚(丙二醇)、羟基封端的聚丁二烯及它们的混合物；
·基础多元醇是聚醚多元醇；
·聚醚多元醇的分子量为约200至约10,000；
·聚醚多元醇的分子量为约2000至约7,000；
·聚醚多元醇的分子量为约2000至约6,000；
·反应混合物还包含选自多胺、聚烷醇胺及它们的任意混合物的含活性氢的化合物；
·多胺选自：伯胺封端的聚醚、仲胺封端的聚醚及它们的任意混合物；
·异氰酸酯包含预聚物；
·异氰酸酯选自：1，6-六亚甲基二异氰酸酯、1，4-丁二异氰酸酯、亚糠基二异氰酸酯、2，4-甲苯二异氰酸酯、2，6-甲苯二异氰酸酯、2，4′-二苯甲烷二异氰酸酯、4，4′-二苯甲烷二异氰酸酯、4，4′-二苯丙烷二异氰酸酯、4，4′-二苯基-3，3′-二甲基甲烷二异氰酸酯、1，5-萘二异氰酸酯、1-甲基-2，4-二异氰酸酯-5-氯苯、2，4-二异氰氧基均三嗪、1-甲基-2，4-二异氰氧基环己烷、对苯二异氰酸酯、间苯二异氰酸酯、1，4-萘二异氰酸酯、联茴香胺二异氰酸酯、二甲苯二异氰酸酯、1，4-苯二甲基二异氰酸酯、1，3-苯二甲基二异氰酸酯、双(4-异氰氧基苯基)甲烷、双(3-甲基-4-异氰氧基苯基)甲烷、聚亚甲基聚苯基聚异氰酸酯及它们的混合物；
·异氰酸酯选自：2，4-甲苯二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯及它们的混合物；
·异氰酸酯选自实质上由以下物质构成的组：(i)2，4′-二苯甲烷二异氰酸酯，4，4′-二苯甲烷二异氰酸酯及它们的混合物；以及(ii)选自2，4-甲苯二异氰酸酯，2，6-甲苯二异氰酸酯及它们的混合物的异氰酸酯与(i)的混合物；
·发泡剂包含水；
·发泡剂由水组成；
·以反应混合物中使用的基础多元醇为100重量份计，水的用量范围为约0.5至约40重量份；
·以反应混合物中使用的基础多元醇为100重量份计，水的用量范围为约1.0至约10重量份；和/或
·基于异氰酸酯的发泡聚合物被模塑。
在另一方面，本发明涉及一种制备基于异氰酸酯的发泡聚合物的方法，包括以下步骤：(a)使异氰酸酯、多元醇组合物、第二规定量的基于生物质的碳质颗粒材料和发泡剂相互接触，制备反应混合物，其中所述多元醇组合物可选地包含分散在基础多元醇中的第一规定量的聚合物颗粒；和(b)使反应混合物发泡，制备基于异氰酸酯的发泡聚合物。
优选的实施方式可包括以下特征中的任意一个或任意两个以上的组合：
·第一规定量为零，使得基础多元醇组合物为基础多元醇；
·在反应混合物形成之前，基于生物质的碳质颗粒材料分散在基础多元醇组合物中；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径小于约50μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.01μm至约50μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.1μm至约50μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.1μm至约45μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.1μm至约40μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.1μm至约35μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.2μm至约30μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.2μm至约25μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.2μm至约20μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.2μm至约15μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.2μm至约10μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.2μm至约8μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.2μm至约6μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.3μm至约6μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.4μm至约6μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.5μm至约6μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径为约6μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径为约1.3μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径为约0.9μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径为约0.5μm；
·当用ASTM D4373通过干式燃烧测量时，基于生物质的碳质颗粒材料包含的有机碳含量为约50％至约98％；
·当用ASTM D4373通过干式燃烧测量时，基于生物质的碳质颗粒材料包含的有机碳含量为约75％至约98％；
·当用ASTM D4373通过干式燃烧测量时，基于生物质的碳质颗粒材料包含的有机碳含量为约85％至约98％；
·当用ASTM D4373通过干式燃烧测量时，基于生物质的碳质颗粒材料包含的氢与碳的摩尔比为约0.10至约0.85；
·当用ASTM D4373通过干式燃烧测量时，基于生物质的碳质颗粒材料包含的氢与碳的摩尔比为约0.35至约0.85；
·当用ASTM D4373通过干式燃烧测量时，基于生物质的碳质颗粒材料包含的氢与碳的摩尔比为约0.70至约0.85；
·当通过BET法测量时，基于生物质的碳质颗粒材料的表面积为约10m2/g至约4000m2/g；
·当通过BET法测量时，基于生物质的碳质颗粒材料的表面积为约50m2/g至约3000m2/g；
·当通过BET法测量时，基于生物质的碳质颗粒材料的表面积为约150m2/g至约2000m2/g；
·反应混合物基本上完全不含分散在基础多元醇中的聚合物颗粒；
·基础多元醇包括选自如下的物质的羟基封端的主链：聚醚、聚酯、聚碳酸酯、聚二烯和聚己内酯；
·基础多元醇选自：羟基封端的聚烃、羟基封端的聚缩甲醛、脂肪酸甘油三酯、羟基封端的聚酯、羟甲基封端的聚酯、羟甲基封端的全氟亚甲基、聚亚烷基醚二醇、聚亚烷基亚芳基醚二醇、聚亚烷基醚三醇及它们的混合物；
·基础多元醇选自：己二酸-乙二醇聚酯、聚(丁二醇)、聚(丙二醇)、羟基封端的聚丁二烯及它们的混合物；
·基础多元醇是聚醚多元醇；
·聚醚多元醇的分子量为约200至约10,000；
·聚醚多元醇的分子量为约2000至约7,000；
·聚醚多元醇的分子量为约2000至约6,000；
·反应混合物还包含选自多胺、聚烷醇胺及它们的任意混合物的含活性氢的化合物；
·多胺选自：伯胺封端的聚醚、仲胺封端的聚醚及它们的任意混合物；
·异氰酸酯包含预聚物；
·异氰酸酯选自：1，6-六亚甲基二异氰酸酯、1，4-丁二异氰酸酯、亚糠基二异氰酸酯、2，4-甲苯二异氰酸酯、2，6-甲苯二异氰酸酯、2，4′-二苯甲烷二异氰酸酯、4，4′-二苯甲烷二异氰酸酯、4，4′-二苯丙烷二异氰酸酯、4，4′-二苯基-3，3′-二甲基甲烷二异氰酸酯、1，5-萘二异氰酸酯、1-甲基-2，4-二异氰酸酯-5-氯苯、2，4-二异氰氧基均三嗪、1-甲基-2，4-二异氰氧基环己烷、对苯二异氰酸酯、间苯二异氰酸酯、1，4-萘二异氰酸酯、联茴香胺二异氰酸酯、二甲苯二异氰酸酯、1，4-苯二甲基二异氰酸酯、1，3-苯二甲基二异氰酸酯酯、双(4-异氰氧基苯基)甲烷、双(3-甲基-4-异氰酸基苯基)甲烷、聚亚甲基聚苯基聚异氰酸酯及它们的混合物；
·异氰酸酯选自：2，4-甲苯二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯及它们的混合物；
·异氰酸酯选自实质上由以下物质构成的组：(i)2，4′-二苯甲烷二异氰酸酯，4，4′-二苯甲烷二异氰酸酯及它们的混合物；以及(ii)选自2，4-甲苯二异氰酸酯，2，6-甲苯二异氰酸酯及它们的混合物的异氰酸酯与(i)的混合物；
·发泡剂包含水；
·发泡剂由水组成；
·以反应混合物中使用的基础多元醇为100重量份计，水的用量范围为约0.5至约40重量份；
·以反应混合物中使用的基础多元醇为100重量份计，水的用量范围为约1.0至约10重量份；
·步骤(b)在闭式模具中进行，该闭式模具配置成将基于异氰酸酯的发泡聚合物制备为模塑泡沫；和/或
·步骤(b)在具有开口顶部的通道(channel)中进行，将基于异氰酸酯的发泡聚合物制备为平板泡沫。
在另一方面，本发明涉及一种基于多元醇的分散体，其包含：(a)第一规定量的基于生物质的碳质颗粒材料聚合物颗粒；和(b)多元醇；其中所述分散体可选地包含第二规定量的聚合物颗粒。
优选的实施方式可包括以下特征中的任意一个或任意两个以上的组合：
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径小于约50μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.01μm至约50μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.1μm至约50μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.1μm至约45μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.1μm至约40μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.1μm至约35μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.2μm至约30μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.2μm至约25μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.2μm至约20μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.2μm至约15μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.2μm至约10μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.2μm至约8μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.2μm至约6μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.3μm至约6μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.4μm至约6μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径的范围为约0.5μm至约6μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径为约6μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径为约1.3μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径为约0.9μm；
·基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径为约0.5μm；
·当用ASTM D4373通过干式燃烧测量时，基于生物质的碳质颗粒材料包含的有机碳含量为约50％至约98％；
·当用ASTM D4373通过干式燃烧测量时，基于生物质的碳质颗粒材料包含的有机碳含量为约75％至约98％；
·当用ASTM D4373通过干式燃烧测量时，基于生物质的碳质颗粒材料包含的有机碳含量为约85％至约98％；
·当用ASTM D4373通过干式燃烧测量时，基于生物质的碳质颗粒材料包含的氢与碳的摩尔比为约0.10至约0.85；
·当用ASTM D4373通过干式燃烧测量时，基于生物质的碳质颗粒材料包含的氢与碳的摩尔比为约0.35至约0.85；
·当用ASTM D4373通过干式燃烧测量时，基于生物质的碳质颗粒材料包含的氢与碳的摩尔比为约0.70至约0.85；
·当通过BET法测量时，基于生物质的碳质颗粒材料的表面积为约10m2/g至约4000m2/g；
·当通过BET法测量时，基于生物质的碳质颗粒材料的表面积为约50m2/g至约3000m2/g；
·当通过BET法测量时，基于生物质的碳质颗粒材料的表面积为约150m2/g至约2000m2/g；
·分散体基本上完全不含聚合物颗粒；
·基础多元醇包括选自如下的物质的羟基封端的主链：聚醚、聚酯、聚碳酸酯、聚二烯和聚己内酯；
·基础多元醇选自：羟基封端的聚烃、羟基封端的聚缩甲醛、脂肪酸甘油三酯、羟基封端的聚酯、羟甲基封端的聚酯、羟甲基封端的全氟亚甲基、聚亚烷基醚二醇、聚亚烷基亚芳基醚二醇、聚亚烷基醚三醇及它们的混合物；
·基础多元醇选自：己二酸-乙二醇聚酯、聚(丁二醇)、聚(丙二醇)、羟基封端的聚丁二烯及它们的混合物；
·基础多元醇是聚醚多元醇；
·聚醚多元醇的分子量为约200至约10,000；
·聚醚多元醇的分子量为约2000至约7,000；
·聚醚多元醇的分子量为约2000至约6,000；
·反应混合物还包含选自多胺、聚烷醇胺及它们的任意混合物的含活性氢的化合物；
·多胺选自：伯胺封端的聚醚、仲胺封端的聚醚及它们的任意混合物；
本发明的基于异氰酸酯的发泡聚合物由反应混合物制备，该反应混合物包含异氰酸酯和含活性氢的化合物，例如基础多元醇。
适用于反应混合物的异氰酸酯没有特别限制，其选择在本领域技术人员的能力范围内。通常，适合使用的异氰酸酯化合物可由以下通式表示：
Q(NCO)i
其中，i是2以上的整数，Q是化合价为i的有机基团。Q可以是取代或未取代的烃基(例如亚烷基或亚芳基)。此外，Q可由以下通式表示：
Q1-Z-Q1
其中，Q1是亚烷基或亚芳基，Z选自：-O-、-O-Q1-、-CO-、-S-、-S-Q1-S-和-SO2-。属于该定义范围内的异氰酸酯化合物的例子包括：己二异氰酸酯、1，8-二异氰酸酯基-p-甲烷、二甲苯基二异氰酸酯、(OCNCH2CH2CH2OCH2O)2、1-甲基-2，4-二异氰氧基环己烷、亚苯基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、氯亚苯基二异氰酸酯、二苯基甲烷-4，4′-二异氰酸酯、萘-1，5-二异氰酸酯、三苯基甲烷-4，4′，4″-三异氰酸酯和异丙基苯-α-4-二异氰酸酯。
在另一个实施方案中，Q还可以代表化合价为i的聚氨酯基团。在这种情况下，Q(NCO)i是本领域通常称为预聚物的化合物。通常，预聚物可通过使化学计量过量的异氰酸酯化合物(如上文所定义)与含活性氢的化合物(如下文所定义)反应来制备，含活性氢的化合物优选下述的含多羟基的材料或多元醇。在该实施方案中，多异氰酸酯可以例如，相对于基础多元醇中羟基的比例，以过量约30％至约200％的化学计量的比例使用。由于本发明的方法可涉及聚脲泡沫的制备，应理解，在该实施方案中，预聚物可用于制备聚氨酯改性的聚脲。
在另一个实施方案中，适用于本发明方法的异氰酸酯化合物可选自：异氰酸酯和二异氰酸酯的二聚体和三聚体，以及具有以下通式的聚合二异氰酸酯：
[Q″(NCO)i]j
其中，i和j均为2以上的整数，并且Q″是多官能有机基团，以及/或，具有以下通式的化合物作为反应混合物中的附加组分：
L(NCO)i
其中，i是1以上的整数，L是单官能或多官能原子或基团。属于该定义范围的异氰酸酯化合物的例子包括：乙基膦二异氰酸酯(ethylphosphonic diisocyanate)、苯基膦二异氰酸酯(phenylphosphonic diisocyanate)、含有＝Si-NCO基团的化合物、衍生自磺胺类(QSO2NCO)的异氰酸酯化合物、氰酸和硫氰酸。
还可参见例如英国专利号1,453,258，以讨论合适的异氰酸酯。
合适的异氰酸酯的非限制性例子包括：1，6-六亚甲基二异氰酸酯、1，4-丁二异氰酸酯、亚糠基二异氰酸酯、2，4-甲苯二异氰酸酯、2，6-甲苯二异氰酸酯、2，4′-二苯甲烷二异氰酸酯、4，4′-二苯甲烷二异氰酸酯、4，4′-二苯丙烷二异氰酸酯、4，4′-二苯基-3，3′-二甲基甲烷二异氰酸酯、1，5-萘二异氰酸酯、1-甲基-2，4-二异氰酸酯-5-氯苯、2，4-二异氰氧基均三嗪、1-甲基-2，4-二异氰氧基环己烷、对苯二异氰酸酯、间苯二异氰酸酯、1，4-萘二异氰酸酯、联茴香胺二异氰酸酯、二甲苯二异氰酸酯、1，4-苯二甲基二异氰酸酯、1，3-苯二甲基二异氰酸酯、双(4-异氰氧基苯基)甲烷、双(3-甲基-4-异氰氧基苯基)甲烷、聚亚甲基聚苯基聚异氰酸酯及它们的混合物。更优选异氰酸酯选自：2，4-甲苯二异氰酸酯、2，6-甲苯二异氰酸酯及它们的混合物，例如，包含约75％至约85％重量的2，4-甲苯二异氰酸酯和约15％至约25％重量的2，6-甲苯二异氰酸酯的混合物。更优选异氰酸酯选自：2，4′-二苯甲烷二异氰酸酯、4，4′-二苯甲烷二异氰酸酯及它们的混合物。最优选异氰酸酯是包含约15重量％至约25重量％的2，4′-二苯甲烷二异氰酸酯和约75重量％至约85重量％的4，4′-二苯甲烷二异氰酸酯的混合物。
如果该方法用于制备聚氨酯泡沫，则含活性氢的化合物通常是多元醇。多元醇的选择没有特别限制，并且在本领域技术人员的知识范围内。例如，基础多元醇可以是选自聚醚、聚酯、聚碳酸酯、聚二烯和聚己内酯的羟基封端的主链。优选地，基础多元醇选自：羟基封端的聚烃、羟基封端的聚缩甲醛、脂肪酸甘油三酯、羟基封端的聚酯、羟甲基封端的聚酯、羟甲基封端的全氟亚甲基、聚亚烷基醚二醇、聚亚烷基亚芳基醚二醇和聚亚烷基醚三醇。更优选地，多元醇选自：己二酸-乙二醇聚酯、聚(丁二醇)、聚(丙二醇)、羟基封端的聚丁二烯及它们的混合物-参见例如，英国专利号1,482,213，以讨论合适的多元醇。优选地，这种聚醚多元醇的分子量为约200至约10,000，更优选为约2,000至约7,000，最优选为约2,000至约6,000。
如果该方法用于制备聚脲泡沫，则含活性氢的化合物包括其中氢与氮键合的化合物。优选地，这些化合物选自：多胺、聚酰胺、聚亚胺和多元醇胺(polyolamine)，更优选多胺。此类化合物的非限制性例子包括伯胺和仲胺封端的聚醚。优选地，这种聚醚的分子量大于约230，官能度为2至6。这种胺封端的聚醚通常由其上加成有低级烯化氧的适当的引发剂制成，并随后将所得的羟基封端的多元醇胺化。如果使用两种以上烯化氧，则它们可以作为一种或另一种聚醚的无规混合物或嵌段存在。为了易于胺化，特别优选基础多元醇的羟基基本上都是仲羟基。通常，胺化步骤取代了基础多元醇的大部分但不是全部的羟基。
用于制备本发明的基于异氰酸酯的发泡聚合物的反应混合物通常还包含发泡剂。如本领域所知，在基于异氰酸酯的发泡聚合物的制备中，水可用作间接或反应性发泡剂。具体地，水与异氰酸酯反应生成二氧化碳，二氧化碳在最终的发泡聚合物产品中起到有效的发泡剂的作用。或者，二氧化碳可以通过其它方法产生，例如产生二氧化碳的不稳定化合物(例如氨基甲酸酯等)。可选地，直接有机发泡剂(例如，氯氟烃(HCFC)、氟烃(HFC，例如HFC-365、HFC-245fa等)、戊烷等)可以与水组合使用或代替水，尽管这些直接有机发泡剂的使用通常因环境因素而受到限制。用于制备本发明的基于异氰酸酯的发泡聚合物的优选发泡剂包括水。
在本领域中已知的是，以反应混合物中含活性氢的化合物的总含量为100重量份计，在制备基于异氰酸酯的发泡聚合物中用作间接发泡剂的水的量通常为约0.5重量份至高达约40重量份或更高，优选为约1.0重量份至约10重量份。如本领域所知，用于制备基于异氰酸酯的发泡聚合物的水的量通常受到发泡聚合物中期望的确定性能和发泡对自身结构形成的耐受性的限制。
用于制备本发明的基于异氰酸酯的发泡聚合物的反应混合物通常还包含催化剂。反应混合物中使用的催化剂是能够催化聚合反应的化合物。这些催化剂是已知的，在反应混合物中催化剂的选择和浓度在本领域技术人员的能力范围内。例如，参见美国专利4,296,213和4,518,778，以讨论合适的催化剂化合物。合适的催化剂的非限制性例子包括叔胺和/或有机金属化合物。另外，如本领域所知，当目的是制备异氰脲酸酯时，必须将路易斯酸单独或与其它催化剂一起作为催化剂使用。当然，本领域技术人员将理解，可以合适地使用两种以上催化剂的组合。
将参考以下非限制性实施例说明本发明的实施方案，这些实施例不应用于解释本发明的范围。
如本领域技术人员将清楚理解的，据推测，聚氨酯泡沫领域中的常规添加剂可以掺入到本发明方法中产生的反应混合物中。此类添加剂的非限制性例子包括：表面活性剂(例如，商品名为L-540 Union Carbide的有机硅化合物)、开孔剂(例如，硅油)、增量剂(例如，以CereclorTM S45商购的卤化石蜡)、交联剂(例如，低分子量的含活性氢的组合物)、颜料/染料、阻燃剂(例如，卤代有机磷酸化合物)、抑制剂(例如，弱酸)、成核剂(例如重氮化合物)、抗氧化剂和增塑剂/稳定剂(例如，磺化芳族化合物)。这些添加剂的常规用量将在本领域技术人员的能力范围内。
在实施例中，使用以下材料：
HyperliteTM E866，基础多元醇，可从Covestro商购获得；
HyperliteTM E850，固体成分含量43％的共聚物(SAN)多元醇，可从Covestro商购获得；
VoranolTM CP1421，基础多元醇，可从DOW商购获得；
分散在基础多元醇中的无定形碳；
DEOA LF，二乙醇胺，可从Air Products商购获得的交联剂；
甘油，交联剂，可从Cargill商购获得；
水，间接发泡剂；
Dabco 33LV，凝胶催化剂，可从Air Products商购获得；
Niax A-1，发泡催化剂，可从Momentive商购获得；
Polycat 77，叔胺催化剂，可从Air Products商购获得；
Fyrol FR-2，阻燃剂，可从Supresta商购获得；
DC5043，表面活性剂，可从Dow Corning商购获得；和
MondurTM E445，TDI(80％)和MDI(20％)的共混物，可从Covestro商购获得。
除了这些材料之外，还制备了无定形碳的分散体，用于说明本发明优选实施方案的实施例中。在实施例1中，无定形碳来源于主要包含枫树的落叶性木材原料。在其余实施例中，无定形碳来源于以下原料：
如下制备无定形碳的分散体：
步骤1-粉碎碳：使用实验室规模的粉碎，使用0.5mm筛网粉碎200克碳。将碳粉碎至D100粒径为500微米、D50为250微米。
步骤2-加入多元醇：使用1加仑的金属罐，在罐中加入150克粉碎后的碳，然后加入350克多元醇。密封金属罐并滚动20分钟。在25℃下，粘度大于25,000cps。
步骤3-起始混合阶段：打开金属罐，并使用2叶片混合器混合20分钟。在25℃下，粘度大于20,000cps。
步骤4-Ross混合器：将高剪切Ross混合器设置为5,000rpm，混合60分钟。温度将升至高于60℃，并且25℃时粘度大于15,000cps。
步骤5-介质研磨机：使用EMI 250介质研磨机，其装填70～85％的珠粒尺寸为0.6mm～1.5mm的珠粒，以12.4m/s以上的叶片端速(tip speed)运行研磨机。运行机器1小时，每10分钟记录一次流速，并取样评估D50粒径。继续运行机器，直到单批次达到以下粒径(参考关于下面描述的发泡配方的表格)：
D50(μm) 表
6.0 2
1.3 3
0.9 4
0.5 5
0.8 7
除非另有说明，否则实施例中的所有份数均为重量份。
实施例举例说明了在典型的基于异氰酸酯的高回弹(HR)泡沫中使用本发明的无定形碳。在每个实施例中，通过预混合所有树脂成分，包括多元醇、共聚物多元醇(如果使用的话)、催化剂、水和表面活性剂以及无定形碳在聚醚多元醇中的分散体(如果使用的话)，来制备基于异氰酸酯的泡沫。该混合物中不含异氰酸酯。然后，将树脂共混物和异氰酸酯使用常规的双流混合(two-stream mixing)技术以异氰酸酯指数为100混合，并分配到尺寸为38.1cm×38.1cm×10.16cm的预热(65℃)的模具中。然后封闭模具并使反应进行直至模具的总体积被填满。约6分钟后，移走基于异氰酸酯的泡沫，并在适当调节后，测量目标的性能。在实施例中，该方法将被称为一般程序。
实施例1
实施例1中使用的实际配方可以在表1～5中找到。表1中的配方均以各种含量含有SAN共聚物聚合物，并且不含无定形碳分散体。因此，由表1中的配方制备的泡沫仅用于比较的目的，并不包括在本发明中。表2～5中的配方均以各种含量含有无定形碳，并且不含SAN共聚物(或任何其它聚合物)多元醇。表2～5中的配方之间的差异涉及无定形碳分散体中无定形碳的D50粒径。
依据ASTM 3574-D11，对根据表1～5中出现的配方制备的模塑泡沫进行以下物理测试：
IFD@25％挠度；
IFD@50％挠度；
滞后损失％；
密度(kg/m3)；
撕裂强度(N/m)；
抗拉强度(kPa)；
断裂伸长率(％)；
球回弹(％)；
50％压缩永久变形(％)；
50％湿压缩永久变形(％)；
50％热老化压缩永久变形(HACS)，5小时@120℃(％)；和
50％HACS，3小时@105℃(％)。
该物理测试的结果列于表6中。在表6中，由表1中的配方制成的对比泡沫的结果呈现两次以便于比较(即，由于表6跨越两页)。表6中列出的结果表明，使用无定形碳(表2-5的配方)取代SAN共聚物多元醇(表1的配方)制备的泡沫具有相当的物理性能，特别是在配方中使用的无定形碳分散体的D50值较低时。显著的优点在于，在实施例中，相对昂贵的基于石油的共聚物多元醇完全被相对便宜的基于生物(无定形碳)分散体取代，而在重要的物理性能上没有明显损害。
实施例2-6
实施例2-6中使用的实际配方可以在表7中找到。表7中的实施例2-6的配方均含有恒定量的SAN共聚物聚合物和无定形碳。标题为“对照”的配方不含无定形碳分散体。因此，表7中由该配方制备的泡沫仅用于比较的目的，并不包括在本发明中。表7中所有含有无定形碳的配方中，无定形碳分散体中的无定形碳具有相同的D50粒径-0.8μm。
在上述一般程序中使用表7中的配方，以制备相应的模塑泡沫。
依据ASTM 3574-D11，对根据表1-5中出现的配方制备的模塑泡沫进行以下物理测试：
IFD@25％挠度；
IFD@50％挠度；
IFD@65％挠度；
滞后损失％；
密度(kg/m3)；
撕裂强度(N/m)；
抗拉强度(kPa)；
断裂伸长率(％)；
50％压缩永久变形(％)；
50％湿压缩永久变形(％)；
50％热老化压缩永久变形(HACS)，5小时@120℃(％)；和
50％HACS，3小时@105℃(％)。
该物理测试的结果列于表8中。表8中列出的结果表明，使用无定形碳(实施例2-5)部分取代对照中所用的SAN共聚物多元醇而制备的泡沫具有相当的物理性能。显著的优点在于，在实施例中，相对昂贵的基于石油的共聚物多元醇被相对便宜的基于生物(无定形碳)的分散体部分取代，而在重要的物理性能上没有明显损害。
这些结果为本发明人提供了合理的推论和/或期望，即，在泡沫配方中使用不同的基础多元醇、异氰酸酯、催化剂和其它添加剂，可以获得相当的结果。
虽然已经参考说明性实施方式和实施例描述了本发明，但是该描述并不旨在被解释为限制意义。因此，参考本说明书，本领域技术人员将清楚说明性实施方式的各种变型以及本发明的其他实施方式。因此，认为所附权利要求将覆盖任何这样的变型或实施方式。
本文提及的所有出版物、专利和专利申请均以引用的方式整体并入本文，其程度如同每个单独的出版物、专利或专利申请被具体地和单独地指明通过引用整体并入。
表1
表2
表3
表4
表5
表7
表8

Claims (47)

1.一种基于异氰酸酯的发泡聚合物，其来源于：
异氰酸酯；以及
基础多元醇组合物，所述基础多元醇组合物包含或不包含分散在基础多元醇中的聚合物颗粒；
基于生物质的碳质颗粒材料；
所述发泡聚合物具有包含多个相互连接的支柱的细胞基质，所述基于生物质的碳质颗粒材料赋予所述细胞基质的负载效率为至少5牛顿/重量％的基于生物质的碳质颗粒材料。
2.根据权利要求1所述的基于异氰酸酯的发泡聚合物，其中，所述基于异氰酸酯的发泡聚合物被模塑。
3.根据权利要求1所述的基于异氰酸酯的发泡聚合物，其中，所述发泡聚合物来源于包含以下组分的反应混合物：
异氰酸酯；
基础多元醇组合物，所述基础多元醇组合物包含分散在基础多元醇中的第一规定量的聚合物颗粒；
第二规定量的D50粒径为0.2～6µm的基于生物质的碳质颗粒材料；和
发泡剂；
当根据ASTM D3574-11测量时，所述基于异氰酸酯的发泡聚合物的挠度缩进力为参考泡沫的15％以内，所述参考泡沫通过如下制备：从所述反应混合物中省略所述基于生物质的碳质颗粒材料，并将聚合物多元醇组合物中的聚合物颗粒的量增加到等于所述第一规定量和所述第二规定量的总和。
4.根据权利要求3所述的基于异氰酸酯的发泡聚合物，其中，所述第一规定量为零，使得基础多元醇组合物为基础多元醇。
5.根据权利要求3所述的基于异氰酸酯的发泡聚合物，其中，在所述反应混合物形成之前，所述基于生物质的碳质颗粒材料分散在基础多元醇组合物中。
6.根据权利要求3所述的基于异氰酸酯的发泡聚合物，其中，所述基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径为0.3～6μm。
7.根据权利要求6所述的基于异氰酸酯的发泡聚合物，其中，所述基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径为0.4～6μm。
8.根据权利要求7所述的基于异氰酸酯的发泡聚合物，其中，所述基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径为0.5～6μm。
9.根据权利要求8所述的基于异氰酸酯的发泡聚合物，其中，所述基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径为6μm。
10.根据权利要求6所述的基于异氰酸酯的发泡聚合物，其中，所述基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径为1.3μm。
11.根据权利要求6所述的基于异氰酸酯的发泡聚合物，其中，所述基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径为0.9μm。
12.根据权利要求6所述的基于异氰酸酯的发泡聚合物，其中，所述基于生物质的碳质颗粒材料的D50粒径为0.5μm。
13.根据权利要求3所述的基于异氰酸酯的发泡聚合物，其中，当根据ASTM D3574-11测量时，所述基于异氰酸酯的发泡聚合物的挠度缩进力为参考泡沫的13％以内。
14.根据权利要求13所述的基于异氰酸酯的发泡聚合物，其中，当根据ASTM D3574-11测量时，所述基于异氰酸酯的发泡聚合物的挠度缩进力为参考泡沫的11％以内。
15.根据权利要求14所述的基于异氰酸酯的发泡聚合物，其中，当根据ASTM D3574-11测量时，所述基于异氰酸酯的发泡聚合物的挠度缩进力为参考泡沫的10％以内。
16.根据权利要求15所述的基于异氰酸酯的发泡聚合物，其中，当根据ASTM D3574-11测量时，所述基于异氰酸酯的发泡聚合物的挠度缩进力为参考泡沫的8％以内。
17.根据权利要求16所述的基于异氰酸酯的发泡聚合物，其中，当根据ASTM D3574-11测量时，所述基于异氰酸酯的发泡聚合物的挠度缩进力为参考泡沫的6％以内。
18.根据权利要求17所述的基于异氰酸酯的发泡聚合物，其中，当根据ASTM D3574-11测量时，所述基于异氰酸酯的发泡聚合物的挠度缩进力为参考泡沫的5％以内。
19.根据权利要求3所述的基于异氰酸酯的发泡聚合物，其中，当用ASTM D4373通过干式燃烧测量时，所述基于生物质的碳质颗粒材料包含的有机碳含量为50％至98％。
20.根据权利要求19所述的基于异氰酸酯的发泡聚合物，其中，当用ASTM D4373通过干式燃烧测量时，所述基于生物质的碳质颗粒材料包含的有机碳含量为75％至98％。
21.根据权利要求20所述的基于异氰酸酯的发泡聚合物，其中，当用ASTM D4373通过干式燃烧测量时，所述基于生物质的碳质颗粒材料包含的有机碳含量为85％至98％。
22.根据权利要求3所述的基于异氰酸酯的发泡聚合物，其中，当用ASTM D4373通过干式燃烧测量时，所述基于生物质的碳质颗粒材料包含的氢与碳的摩尔比为0.10至0.85。
23.根据权利要求22所述的基于异氰酸酯的发泡聚合物，其中，当用ASTM D4373通过干式燃烧测量时，所述基于生物质的碳质颗粒材料包含的氢与碳的摩尔比为0.35至0.85。
24.根据权利要求23所述的基于异氰酸酯的发泡聚合物，其中，当用ASTM D4373通过干式燃烧测量时，所述基于生物质的碳质颗粒材料包含的氢与碳的摩尔比为0.70至0.85。
25.根据权利要求3所述的基于异氰酸酯的发泡聚合物，其中，当通过BET法测量时，所述基于生物质的碳质颗粒材料的表面积为10m2/g至4000m2/g。
26.根据权利要求25所述的基于异氰酸酯的发泡聚合物，其中，当通过BET法测量时，所述基于生物质的碳质颗粒材料的表面积为50m2/g至3000m2/g。
27.根据权利要求26所述的基于异氰酸酯的发泡聚合物，其中，当通过BET法测量时，所述基于生物质的碳质颗粒材料的表面积为150m2/g至2000m2/g。
28.根据权利要求3所述的基于异氰酸酯的发泡聚合物，其中，所述反应混合物基本上完全不含分散在基础多元醇中的聚合物颗粒。
29.根据权利要求3所述的基于异氰酸酯的发泡聚合物，其中，所述基础多元醇包括选自如下物质的羟基封端的主链：聚醚、聚酯、聚碳酸酯、聚二烯和聚己内酯。
30.根据权利要求3所述的基于异氰酸酯的发泡聚合物，其中，所述基础多元醇选自羟基封端的聚烃、羟基封端的聚缩甲醛、脂肪酸甘油三酯、羟基封端的聚酯、羟甲基封端的聚酯、羟甲基封端的全氟亚甲基、聚亚烷基醚二醇、聚亚烷基亚芳基醚二醇、聚亚烷基醚三醇及它们的混合物。
31.根据权利要求3所述的基于异氰酸酯的发泡聚合物，其中，所述基础多元醇选自己二酸-乙二醇聚酯、聚丁二醇、聚丙二醇、羟基封端的聚丁二烯及它们的混合物。
32.根据权利要求3所述的基于异氰酸酯的发泡聚合物，其中，所述基础多元醇为聚醚多元醇。
33.根据权利要求32所述的基于异氰酸酯的发泡聚合物，其中，所述聚醚多元醇的分子量为200～10000。
34.根据权利要求33所述的基于异氰酸酯的发泡聚合物，其中，所述聚醚多元醇的分子量为2000～7000。
35.根据权利要求34所述的基于异氰酸酯的发泡聚合物，其中，所述聚醚多元醇的分子量为2000～6000。
36.根据权利要求3所述的基于异氰酸酯的发泡聚合物，其中，所述反应混合物还包含含活性氢化合物，所述含活性氢化合物选自多胺、聚烷醇胺和它们的任意混合物。
37.根据权利要求36所述的基于异氰酸酯的发泡聚合物，其中，所述多胺选自伯胺封端的聚醚、仲胺封端的聚醚和它们的任意混合物。
38.根据权利要求3所述的基于异氰酸酯的发泡聚合物，其中，所述异氰酸酯包含预聚物。
39.根据权利要求3所述的基于异氰酸酯的发泡聚合物，其中，所述异氰酸酯选自1,6-六亚甲基二异氰酸酯、1,4-丁二异氰酸酯、亚糠基二异氰酸酯、2,4-甲苯二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯、2,4'-二苯甲烷二异氰酸酯、4,4'-二苯甲烷二异氰酸酯、4,4'-二苯丙烷二异氰酸酯、4,4'-二苯基-3,3'-二甲基甲烷二异氰酸酯、1,5-萘二异氰酸酯、1-甲基-2,4-二异氰酸酯-5-氯苯、2,4-二异氰氧基均三嗪、1-甲基-2,4-二异氰氧基环己烷、对苯二异氰酸酯、间苯二异氰酸酯、1,4-萘二异氰酸酯、联茴香胺二异氰酸酯、二甲苯二异氰酸酯、1,4-苯二甲基二异氰酸酯、1,3-苯二甲基二异氰酸酯、双（4-异氰氧基苯基）甲烷、双（3-甲基-4-异氰氧基苯基）甲烷、聚亚甲基聚苯基聚异氰酸酯及它们的混合物。
40.根据权利要求39所述的基于异氰酸酯的发泡聚合物，其中，所述异氰酸酯选自2,4-甲苯二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯及它们的混合物。
41.根据权利要求3所述的基于异氰酸酯的发泡聚合物，其中，所述异氰酸酯选自基本由以下物质构成的组：（i）2,4'-二苯甲烷二异氰酸酯，4,4'-二苯甲烷二异氰酸酯及它们的混合物；以及（ii）选自2,4-甲苯二异氰酸酯，2,6-甲苯二异氰酸酯及它们的混合物的异氰酸酯与（i）的混合物。
42.根据权利要求3所述的基于异氰酸酯的发泡聚合物，其中，所述发泡剂包含水。
43.根据权利要求42所述的基于异氰酸酯的发泡聚合物，其中，所述发泡剂由水构成。
44.根据权利要求42所述的基于异氰酸酯的发泡聚合物，其中，相对于所述反应混合物中使用的基础多元醇100重量份，水的使用量为0.5～40重量份。
45.根据权利要求42所述的基于异氰酸酯的发泡聚合物，其中，相对于所述反应混合物中使用的基础多元醇100重量份，水的使用量为1.0～10重量份。
46.根据权利要求3所述的基于异氰酸酯的发泡聚合物，其中，所述基于异氰酸酯的发泡聚合物被模塑。
47.一种制备权利要求3所述的基于异氰酸酯的发泡聚合物的方法，包括以下步骤：
（a）使异氰酸酯、基础多元醇组合物、第二规定量的基于生物质的碳质颗粒材料和发泡剂相互接触，制备反应混合物，其中，所述基础多元醇组合物包含分散在基础多元醇中的第一规定量的聚合物颗粒；和
（b）使反应混合物发泡，制备基于异氰酸酯的发泡聚合物。
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