專利名稱：具有低堆積密度和壓縮強(qiáng)度的軟泡沫塑料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有堆積密度小于約15kg/m3和壓縮強(qiáng)度小于約1.5kPa的軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料及其制備方法。
背景技術(shù)：
以前，密度不大于15kg/m3和壓縮強(qiáng)度小于1.5kPa的軟泡沫塑料可以通過(guò)使用包含水和CFCs的發(fā)泡劑組合而制備得到。但在禁止CFCs之后，只能使用諸如二氯甲烷或丙酮的發(fā)泡劑，或者在低壓下進(jìn)行發(fā)泡處理來(lái)得到低堆積密度。所有這些方法都存在不利之處，有時(shí)比較嚴(yán)重的問(wèn)題是在許多國(guó)家，考慮到最大車間濃度和工廠排放量，二氯甲烷的使用有嚴(yán)格的條件，當(dāng)使用丙酮時(shí)，生產(chǎn)設(shè)備必須設(shè)計(jì)成能夠抗爆，并且低壓需要昂貴的密封生產(chǎn)設(shè)備，且僅能在有限的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。
使用水做為單一發(fā)泡劑和相應(yīng)地增大水的用量，將導(dǎo)致泡沫塑料具有很差的機(jī)械性能。此外，因?yàn)榘l(fā)泡反應(yīng)的放熱特性，將導(dǎo)致泡沫塑料發(fā)生變色甚至自燃。依賴于所用的多元醇，通過(guò)加入更多量的水，所得到泡沫塑料的硬度和脆性也會(huì)增大。
為了制備堆積密度小于21kg/m3的軟泡沫塑料，美國(guó)專利No.4970243A建議以每100份的多元醇，使用5-15份量的水做為發(fā)泡劑，在低于80，優(yōu)選為40至65的很低NCO指數(shù)(反應(yīng)混合物中的異氰酸酯基與可與異氰酸酯基反應(yīng)的基團(tuán)的比率乘以100)下進(jìn)行。
EP 0719627B1和EP 0767728B2公開(kāi)了使用在壓力下溶解的二氧化碳做為發(fā)泡劑制備傳統(tǒng)的泡沫塑料。EP 0767728B2指出可通過(guò)使用水做為輔助發(fā)泡劑，制備出堆積密度為15kg/m3和更低的泡沫塑料。使用傳統(tǒng)的多元醇組分時(shí)，對(duì)于每100份多元醇使用6份的CO2和4.6份的水，可制得堆積密度為14kg/m3的泡沫塑料。然而，所得到的泡沫塑料不具有所需要的低于1.5kPa的壓縮強(qiáng)度。
美國(guó)專利No.4143004A和FR 2172860A公開(kāi)了特殊多元醇混合物，其用來(lái)制備具有特別低的硬度的聚氨酯軟泡沫塑料，所謂“超軟”泡沫塑料。該多元醇混合物包含兩種互不相溶的聚醚多元醇，并具有所有環(huán)氧乙烷單位的含量為50-70重量％。FR 2172860A公開(kāi)了多元醇混合物應(yīng)具有伯羥基的含量為35-55重量％，美國(guó)專利No.4143004A需要伯羥基含量為55-80％。所制得的泡沫塑料具有堆積密度為20-30kg/m3。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供泡沫塑料，其堆積密度小于15kg/m3，優(yōu)選小于約13kg/m3(根據(jù)EN-ISO 845)，壓縮強(qiáng)度小于約1.5kPa，優(yōu)選小于約1.0kPa(根據(jù)EN-ISO3386-1)，且具有其他良好的機(jī)械性能。
已發(fā)現(xiàn)，該類泡沫塑料可通過(guò)多異氰酸酯與特定多元醇混合物結(jié)合大量的水和高壓下溶解的二氧化碳作為發(fā)泡劑進(jìn)行反應(yīng)而制得的。
本發(fā)明的這些和其他優(yōu)點(diǎn)和益處從本文下面的具體實(shí)施方式
中是顯然可見(jiàn)的。
具體實(shí)施方案為了說(shuō)明但非限定的目的來(lái)描述本發(fā)明。除在操作實(shí)施例中，或另外說(shuō)明外，在說(shuō)明書(shū)中表示數(shù)量、百分?jǐn)?shù)、OH值、官能度等的所有數(shù)值應(yīng)理解為在所有實(shí)例中由術(shù)語(yǔ)“約”來(lái)進(jìn)行修飾。
本發(fā)明提供堆積密度小于15kg/m3，優(yōu)選小于13kg/m3，和壓縮強(qiáng)度小于1.5kPa，優(yōu)選小于1.0kPa的軟泡沫塑料，它其可通過(guò)如下反應(yīng)而得到a)芳香多異氰酸酯，與；b)多元醇混合物，其包括b1)60-90重量份的至少一種聚醚多元醇，該聚醚多元醇標(biāo)稱官能度為2-6，優(yōu)選為3，環(huán)氧乙烷含量(oxyethylene content)＞60重量％，優(yōu)選＞70重量％，主要為伯OH基，優(yōu)選為75-85％的伯OH基，和OH值(OHV)為10-112，優(yōu)選為40-50；和b2)10-40重量份的至少一種聚醚多元醇，該聚醚多元醇標(biāo)稱官能度為2-6，優(yōu)選為3，環(huán)氧乙烷含量為0-30重量％，優(yōu)選為10-20重量％，主要為仲OH基，優(yōu)選30-45％的伯OH基，和OHV為8-112；c)每100重量份的b)，優(yōu)選量為至少6重量份的水；d)每100重量份的b)，至少6重量份的壓力下溶解的二氧化碳；
e)任選的交聯(lián)劑；f)使用基于硅酮的泡沫穩(wěn)定劑、活化劑、金屬催化劑和其他通常用于制備PU泡沫塑料的助劑；在NCO指數(shù)為80-100，優(yōu)選為85-95的條件下反應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)芳香多異氰酸酯的反應(yīng)來(lái)制備軟泡沫塑料。為此目的優(yōu)選使用甲苯二異氰酸酯(TDI)，尤其是含有80重量％的2，4-TDI(‘TDI80’)的異構(gòu)體混合物的形式。在另一個(gè)實(shí)施方式中，將為單體MDI、MDI和其高級(jí)同系物(聚合MDI)的混合物或高級(jí)同系物的混合物形式的二苯甲烷二異氰酸酯(MDI)作為多異氰酸酯。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，組分b2)包含具有OHV值為28-35的聚醚多元醇；在另一個(gè)實(shí)施方式中，OHV值為42-56。在本發(fā)明的另外的一個(gè)實(shí)施方式中，組分b2)包含一種聚合多元醇、PHD多元醇或PIPA多元醇。聚合多元醇是包含一部分固體聚合物的多元醇，該固體聚合物是由合適的單體如苯乙烯或丙烯腈在堿性多元醇中通過(guò)自由基引發(fā)聚合而制得的。PHD多元醇是由二異氰酸酯與二胺，例如TDI和肼在堿性多元醇中進(jìn)行加聚反應(yīng)而制得的；PIPA多元醇是由二異氰酸酯與氨基醇進(jìn)行加聚反應(yīng)而制得的。PIPA多元醇詳細(xì)描述于GB 2072204A、DE 3103757A1和US 4374209A中。
任選的，也可使用交聯(lián)劑e)。交聯(lián)劑是具有分子量為32-400，并包含至少兩個(gè)可與異氰酸酯進(jìn)行反應(yīng)的基團(tuán)的化合物。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，相對(duì)于100重量份的b)，使用量為0.5-5重量份，優(yōu)選為1-2重量份的山梨糖醇作為交聯(lián)劑。
根據(jù)本發(fā)明，可以本領(lǐng)域技術(shù)人員公知方法，以間歇或連續(xù)的方法來(lái)制備泡沫塑料，例如Draka-Petzetakis、Maxfoam、Hennecke-Planiblock或Vertifoam方法。細(xì)節(jié)可見(jiàn)于G.Oertel(編輯)“Kunststoff Handbuch”，第7卷“Polyurethane”，第三版Hanser Verlag，Munich 1993，pp.193-220。
實(shí)施例通過(guò)以下實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明不受其限制。除另外說(shuō)明外，在“份數(shù)”和“百分比”中給出的所有數(shù)量均指重量。
使用下面的原材料，根據(jù)下表1中給出的配方來(lái)制得軟泡沫塑料多元醇A丙三醇起始的EO/PO聚醚，具有約72％EO，主要為伯OH基，且OH值為37；多元醇B丙三醇起始的EO/PO聚醚，具有約8％的EO，主要為仲OH基，且OH值為48；異氰酸酯TDI80，(DESMODUR T80，Bayer AG)；穩(wěn)定劑聚醚改性的聚硅氧烷(TEGOSTAB BF 2370，Degussa-Goldschmidt AG)；催化劑A三亞乙基二胺的丙二醇溶液(DABCO 33LV，Air Products)；催化劑B雙-二甲氨基乙基醚的丙二醇溶液(NIXAl，GE(以前的WITCO/OSI))；和催化劑C二辛酸錫(DABCO T-9，Air Products)；所有的泡沫塑料均是在HENNECKE UBT 78裝置上以連續(xù)方法制得的。多元醇的總產(chǎn)量為約28kg/min，攪拌速度為3500-4500rpm。多元醇的溫度為25℃，異氰酸酯的溫度為21℃。多元醇是在約30bar下計(jì)量加入的，異氰酸酯是在約85bar計(jì)量加入的(拉膜壓力)。二氧化碳是通過(guò)用HENNECKE生產(chǎn)的NOVAFLEX裝置計(jì)量加入的。
在存放24小時(shí)后，從泡沫塑料粗料(block)上取得樣品進(jìn)行機(jī)械性能測(cè)試根據(jù)EN-ISO 845測(cè)量堆積密度；根據(jù)EN-ISO 1798測(cè)量拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率；根據(jù)EN-ISO 3386-1測(cè)量壓縮強(qiáng)度40％；根據(jù)EN-ISO 1856測(cè)量壓縮變形(90％)。
表1

*對(duì)比實(shí)施例如通過(guò)參考表1可理解，實(shí)施例1提供的根據(jù)本發(fā)明的泡沫塑料具有所期望的低壓縮強(qiáng)度和低堆積密度。氣孔結(jié)構(gòu)是理想的。
實(shí)施例2描述了生產(chǎn)未根據(jù)本發(fā)明的具有低堆積密度的泡沫塑料的(原料)組成和測(cè)試結(jié)果。二氧化碳未能保存在泡沫塑料混合物中，并導(dǎo)致了大量中空的海綿狀結(jié)構(gòu)。由于無(wú)法得到均勻的樣品，因此不可能測(cè)量其機(jī)械性能。盡管水量大大增加，但堆積密度還是要大于根據(jù)本發(fā)明的泡沫塑料的堆積密度。
實(shí)施例3也描述了不是根據(jù)本發(fā)明的泡沫塑料。雖然與大量的二氧化碳一起制得了該泡沫塑料，但仍未得到根據(jù)本發(fā)明的泡沫塑料的低堆積密度和壓縮強(qiáng)度。
雖然為了例證的目的，在前已詳細(xì)描述了本發(fā)明，但可以理解該細(xì)節(jié)僅僅用于此目的，并對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)可作出多種改變，這些改變并不脫離除了可被權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種軟泡沫塑料，包含在NCO指數(shù)為約80-約100下下列物質(zhì)的反應(yīng)產(chǎn)物a)芳香多異氰酸酯，與；b)多元醇混合物，其包含b1)約60-約90重量份的至少一種聚醚多元醇，該聚醚多元醇具有約2-約6的標(biāo)稱官能度，環(huán)氧乙烷含量高于約60重量％伯羥基(OH)，并具有羥值(OHV)為約10-約112；和b2)約10-約40重量份的至少一種聚醚多元醇，該聚醚多元醇具有約2-約6的標(biāo)稱官能度，環(huán)氧乙烷含量為約0-約30重量％仲OH基，且OHV為約8-約112；c)水；和d)每100重量份的b)，至少約6重量份的在壓力下溶解的二氧化碳；e)任選的交聯(lián)劑；f)和任選的基于硅酮的泡沫穩(wěn)定劑、活化劑、金屬催化劑和其他助劑中的至少一種；其中該軟泡沫塑料的堆積密度小于約15kg/m3，且壓縮強(qiáng)度小于約1.5kPa。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的軟泡沫塑料，其中芳香多異氰酸酯選自二苯甲烷二異氰酸酯、聚合的MDI或它們的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的軟泡沫塑料，其中組分b2)包括聚合多元醇。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的軟泡沫塑料，其中組分b2)包括PHD多元醇。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的軟泡沫塑料，其中組分b2)包括PIPA多元醇。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的軟泡沫塑料，其中交聯(lián)劑e)為山梨糖醇。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的軟泡沫塑料，其中該泡沫塑料的堆積密度小于約13kg/m3。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的軟泡沫塑料，其中該泡沫塑料的壓縮強(qiáng)度小于約1.0kPa。
9.一種制備軟泡沫塑料的方法，該方法包括在NCO指數(shù)為約80-約100下，使下列物質(zhì)反應(yīng)a)芳香多異氰酸酯；b)多元醇混合物，其包括b1)約60-約90重量份的至少一種聚醚多元醇，該聚醚多元醇具有約2-約6的標(biāo)稱官能度，環(huán)氧乙烷含量高于60重量％伯羥基(OH)，且羥值(OHV)為約10-約112，和b2)約10-40重量份的至少一種聚醚多元醇，該聚醚多元醇具有約2-約6的標(biāo)稱官能度，環(huán)氧乙烷含量為0-約30重量％仲OH基，且OHV為約8約112；c)每100重量份的b)，至少為約6重量份的水；和d)每100重量份的b)，至少為約6重量份的壓力下溶解的二氧化碳；e)任選的交聯(lián)劑；f)任選的基于硅酮的泡沫穩(wěn)定劑、活化劑、金屬催化劑和其他助劑中的一種或多種，其中，該軟泡沫塑料具有小于約15kg/m3的堆積密度和壓縮強(qiáng)度小于約1.5kPa。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中芳香多異氰酸酯選自二苯甲烷二異氰酸酯、聚合的MDI或它們的混合物。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中組分b2)包括聚合多元醇。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中組分b2)包括PHD多元醇。
13.根據(jù)權(quán)利要求9方法，其中組分b2)包括PIPA多元醇。
14.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中交聯(lián)劑e)為山梨糖醇。
15.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中軟泡沫塑料具有小于約13kg/m3的堆積密度。
16.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中軟泡沫塑料具有小于約1.0kPa的壓縮強(qiáng)度。
17.通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求9的方法制備的軟泡沫塑料。
全文摘要
本發(fā)明提供具有堆積密度小于約15kg/m
文檔編號(hào)C08G101/00GK1772786SQ20051011999
公開(kāi)日2006年5月17日 申請(qǐng)日期2005年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月19日
發(fā)明者S·邁爾-阿倫斯, K·施泰因博恩, M·瑙約克斯 申請(qǐng)人:拜爾材料科學(xué)股份公司