專利名稱：聚氨酯泡沫體的制作方法
聚氨酯泡沬體
相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
本申請(qǐng)要求了 2007年11月8日遞交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)60/986，497和2008年 11月5日遞交的美國(guó)實(shí)用新型專利申請(qǐng)?zhí)?2/265，487的權(quán)益，所述兩申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容在此 引入供參考。發(fā)明領(lǐng)域
本發(fā)明總體涉及聚氨酯泡沫體，以及更具體地，涉及適用于如結(jié)構(gòu)增強(qiáng)、密封和/ 或消聲元件的聚氨酯泡沫體。
背景技術(shù)：
在汽車、卡車和類似公路車輛的制造中，許多車體部件呈現(xiàn)出是具有空腔的構(gòu)件， 其需要進(jìn)行密封來(lái)防止可引起車體部件腐蝕的水分和污染物的進(jìn)入。通常希望增強(qiáng)元件而 保持它們的輕質(zhì)量。同樣有利地是穩(wěn)定這些元件以便削弱和衰減沿空腔的長(zhǎng)度或通道傳播 的噪音和振動(dòng)。這些空腔中許多是形狀不規(guī)則或尺寸狹小的，從而使得它們難以適當(dāng)?shù)剡M(jìn) 行密封。
聚氨酯是可用于制備硬質(zhì)泡沫的一種材料，并且可潛在地用于形成如上所述類型 的增強(qiáng)、密封和/或消聲元件。聚氨酯通過(guò)將一種或多種多元醇與一種或多種多異氰酸酯 結(jié)合來(lái)進(jìn)行制備。通常所用的多異氰酸酯包括芳族二異氰酸酯，例如亞甲基苯基二異氰酸 酯(“MDI”)和甲苯二異氰酸酯(“TDI”)，及其低聚物或聚合物。
許多已知的多異氰酸酯提供顯著水平(超過(guò)20% )的游離異氰酸酯單體。用于驅(qū) 動(dòng)聚氨酯形成過(guò)程的反應(yīng)溫度通常提高了未反應(yīng)單體的蒸氣壓并且使其揮發(fā)。由于某些異 氰酸酯單體的毒性，往往采取其它步驟來(lái)降低人員暴露區(qū)域中它們的大氣濃度。在一些情 況下，提供通風(fēng)結(jié)構(gòu)如“倒風(fēng)室(down draft booths) ”來(lái)將人員對(duì)揮發(fā)性單體的暴露降至 最低。然而，提供這種通風(fēng)結(jié)構(gòu)可能昂貴且困難。因此，出現(xiàn)了對(duì)上文所述的聚氨酯泡沫體 的需要。
發(fā)明概述
本發(fā)明提供了一種聚氨酯泡沫體組合物，其包括有含至少一種多元醇的第一組分 與含至少一種多異氰酸酯的第二組分的反應(yīng)產(chǎn)物。第二組分中異氰酸酯當(dāng)量數(shù)對(duì)第一組分 中羥基當(dāng)量數(shù)的比率小于1.0。所述至少一種多元醇包含胺引發(fā)的聚(環(huán)氧烷烴)多元醇、 多羥基醚引發(fā)的聚(環(huán)氧烷烴)多元醇和碳水化合物引發(fā)的聚(環(huán)氧烷烴)多元醇。在某 些示例性實(shí)施方案中，所述至少一種多元醇包括第一成分和第二成分，其中第一成分包含 蔗糖引發(fā)的多元醇和多羥基醚引發(fā)的多元醇并且官能度為約4到約5，以及第二成分包含 胺引發(fā)的多元醇并且官能度為約2. 5到約3. 5。
本發(fā)明還提供了一種制備聚氨酯泡沫體的方法，其包括，提供受到聲干擾并且具 有空腔的結(jié)構(gòu)，提供包含至少一種多元醇和至少一種發(fā)泡劑的第一液體組分，以及提供包 含至少一種多異氰酸酯的第二液體組分。第二組分中異氰酸酯當(dāng)量數(shù)對(duì)第一組分中羥基當(dāng)量數(shù)的比率小于1.0。該方法包括，將第一液體組分和第二液體組分進(jìn)行混合，并且將第一 液體組分和第二種液體組分的混合物分配至空腔中以使混合物形成泡沫體。在某些示例性 實(shí)施方案中，所述至少一種多元醇包括第一成分和第二成分，其中第一成分包含蔗糖引發(fā) 的多元醇和多羥基醚引發(fā)的多元醇并且官能度為約4到約5，以及第二成分包含胺引發(fā)的 多元醇并且官能度為約2. 5到約3. 5。


圖1描述了用于制備聚氨酯泡沫體且將其應(yīng)用至結(jié)構(gòu)空腔的過(guò)程；以及
圖2描述了揮發(fā)性二苯甲烷二異氰酸酯同時(shí)作為反應(yīng)溫度的函數(shù)和聚氨酯配制 劑中異氰酸酯當(dāng)量對(duì)羥基當(dāng)量之比的函數(shù)的變化。
發(fā)明詳述
本文記載了特別適于制備硬質(zhì)泡沫體的聚氨酯組合物。雖然硬質(zhì)泡沫體具有許多 應(yīng)用，一個(gè)特別值得注意的應(yīng)用包括密封和結(jié)構(gòu)增強(qiáng)元件，其用于密封機(jī)械裝置或結(jié)構(gòu)體 的構(gòu)件間空腔，包括在車輛車體內(nèi)各位置中形成的空腔。另一值得注意的應(yīng)用包括消聲泡 沫體，其用來(lái)消除聲振動(dòng)以減少車輛乘駕者受到的噪音、振動(dòng)和聲振粗糙度(“Ν0Η”)。在 這些應(yīng)用中，希望使用相對(duì)低密度、低吸水性和高抗下垂性的泡沫體。還希望應(yīng)用泡沫體以 使它形成緊密的封閉和/或緊密追隨被密封的空腔或發(fā)泡基材的輪廓。
本文記載的組合物提供了適合于密封、增強(qiáng)和/或消聲應(yīng)用的聚合物泡沫體，并 有利地降低揮發(fā)性的游離的、未反應(yīng)異氰酸酯單體的量。在某些實(shí)施方案中，泡沫體稱為 “無(wú)室” (booth free)泡沫體，因?yàn)樗鼈兛刹皇褂玫癸L(fēng)室而被應(yīng)用。多元醇和多異氰酸酯易 于快速反應(yīng)。因此，在某些實(shí)施方案中，以液體形式提供了用于制備泡沫體的反應(yīng)物并且同 時(shí)混合并應(yīng)用于所針對(duì)的空腔或基材，引起泡沫體的快速形成以及空腔的密封或基材的泡 沫填充。
本文記載的聚合物泡沫體組合物通常包括含至少一種多元醇的第一組分和含至 少一種多異氰酸酯的第二組分。還通常提供發(fā)泡劑。發(fā)泡劑引起氣體的形成，其然后于聚 氨酯中產(chǎn)生泡孔來(lái)限定出泡沫結(jié)構(gòu)。在優(yōu)選的配制劑中，發(fā)泡劑為與多異氰酸酯反應(yīng)生成 二氧化碳?xì)怏w的水。然而，也可單獨(dú)或者與水結(jié)合使用其它發(fā)泡劑。該聚氨酯組合物還可 包含交聯(lián)劑、擴(kuò)鏈劑、催化劑、開(kāi)孔劑、添加劑和表面活性劑。
本領(lǐng)域技術(shù)人員已知，聚氨酯組合物可由異氰酸酯基當(dāng)量對(duì)羥基當(dāng)量的比率定義 的指數(shù)表征。
權(quán)利要求
1.一種聚氨酯泡沫體組合物(52)，包括含至少一種多元醇的第一組分與含至少一種多異氰酸酯的第二組分的反應(yīng)產(chǎn)物，其中 第二組分中異氰酸酯當(dāng)量數(shù)對(duì)第一組分中羥基當(dāng)量數(shù)的比率小于1.0，并且至少一種多元 醇包含胺引發(fā)的聚(環(huán)氧烷烴)多元醇、多羥基醚引發(fā)的聚(環(huán)氧烷烴)多元醇和碳水化 合物引發(fā)的聚(環(huán)氧烷烴)多元醇。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中第二組分中異氰酸酯當(dāng)量數(shù)對(duì)第一組分中羥基當(dāng)量 數(shù)的比率為不大于約0. 95。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中所述反應(yīng)產(chǎn)物為每磅泡沫體包含不超過(guò)0.5微克的 釋放的游離二異氰酸酯單體的泡沫體(52)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的組合物，其中所述二異氰酸酯單體為亞甲基二苯基二異氰酸酯。
5.一種包含權(quán)利要求1的反應(yīng)產(chǎn)物的泡沫體，其中泡沫體(52)的自由發(fā)泡密度為小于 約3.0磅/立方英尺。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中所述第一組分還包含水。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中所述反應(yīng)產(chǎn)物的凝膠時(shí)間為約2到約10秒。
8.一種包含權(quán)利要求1的反應(yīng)產(chǎn)物的泡沫體(52)，其中所述泡沫體(52)具有重量，并 且當(dāng)所述泡沫體(5 經(jīng)受在約50°C的溫度下956相對(duì)濕度7天，泡沫體(5 吸收的水量 低于約30重量％。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中至少一種多元醇包括第一成分和第二成分，其中第 一成分包含蔗糖引發(fā)的多元醇和多羥基醚引發(fā)的多元醇并且官能變?yōu)榧s4到約5，以及第 二成分包含胺引發(fā)的多元醇并且官能度為約2. 5到約3. 5。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中所述第一組分進(jìn)一步包含有效引起聚氨酯交聯(lián)的量的聚乙二醇。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中所述第一組分進(jìn)一步包含有效引起聚氨酯交聯(lián)的 量的甘油。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中所述第一組分進(jìn)一步包含至少一種催化劑，其量足 以有效催化選自至少一種多元醇與至少一種多異氰酸酯之間的反應(yīng)，和所述至少一種多異 氰酸酯和水之間的反應(yīng)中的至少一種。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中所述第一組分進(jìn)一步包含至少一種表面活性劑。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中所述至少一種多異氰酸酯為官能度為約2到約3的 聚合的二苯甲烷二異氰酸酯。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中所述第一組分包括以第一組分的約50到約70重 量％的量存在的含蔗糖引發(fā)的多元醇和多羥基醚引發(fā)的多元醇的第一多元醇成分，以第一 組分的約10到約30重量％的量存在的含胺引發(fā)的多元醇的第二多元醇成分，至少一種以 第一組分的約5到約15重量％的量存在的羥基官能的交聯(lián)劑，和以第一細(xì)分的約1到約5 重量％的量存在的水。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中所述第二組分的異氰酸酯官能團(tuán)含量為至少約20 重量％。
17.根據(jù)權(quán)要求1的組合物，其中所述反應(yīng)產(chǎn)物(52)的乳白時(shí)間為小于約1秒。
18.一種制備聚氨酯泡沫體(5 的方法，包括提供受到聲干擾并且具有空腔的結(jié)構(gòu)G6，48)； 提供包含至少一種多元醇和至少一種發(fā)泡劑的第一液體組分； 提供包含至少一種多異氰酸酯的第二液體組分，其中所述第二組分中異氰酸酯當(dāng)量數(shù) 對(duì)所述第一組分中羥基當(dāng)量數(shù)的比率小于1. 0 ；和將第一液體組分和第二液體組分進(jìn)行混合并且將第一液體組分和第二液體組分的混 合物分配進(jìn)入空腔以使得混合物形成泡沫體(52)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中將所述第一液體組分和第二液體組分的混合物分配 進(jìn)入所述空腔的步驟不用通風(fēng)設(shè)備地來(lái)進(jìn)行。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述第一液體組分和第二液體組分的混合物(52)的 乳白時(shí)間為小于約1秒。
21.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述第二液體組分的異氰酸酯官能團(tuán)含量為至少約 20重量％。
22.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述第一液體組分與所述第二液體組分反應(yīng)形成每 磅泡沫體包含低于約0. 5微克的釋放的游離二異氰酸酯單體的反應(yīng)產(chǎn)物(52)。
23.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中混合所述第一液體組分和所述第二液體組分的步驟 在約40°C到約49°C的反應(yīng)溫度進(jìn)行。
24.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述第二組分中的異氰酸酯當(dāng)量數(shù)對(duì)所述第一組分 中的羥基當(dāng)量數(shù)的比率不大于0. 91。
25.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述至少一種多元醇包括第一成分和第二成分，其 中第一成分包含蔗糖引發(fā)的多元醇和多羥基醚引發(fā)的多元醇并且官能度為約4到約5，以 及第二成分包含胺引發(fā)的多元醇并且官能度為約2. 5到約3. 5。
26.根據(jù)利要求18的方法，其中所述至少一種多異氰酸酯為官能度為約2到約3的聚 合的二苯甲烷二異氰酸酯。
27.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述發(fā)泡劑為水。
28.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述泡沫體(52)的自由發(fā)泡密度為小于約3.0磅/立方尺。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)和記載了聚氨酯泡沫體。該聚氨酯泡沫體通過(guò)將包含至少一種多元醇的第一組分與包含至少一種多異氰酸酯的第二組分混合形成。第二組分中異氰酸酯當(dāng)量數(shù)對(duì)第二組分中羥基當(dāng)量數(shù)的比率小于1.0。泡沫體顯示出低水平的游離二異氰酸酯單體，從而降低了危險(xiǎn)的揮發(fā)性有機(jī)化合物的量。因此，該泡沫體可不需要通風(fēng)設(shè)備、新鮮空氣的外部來(lái)源等來(lái)進(jìn)行制備和安裝。
文檔編號(hào)C08G18/48GK102037044SQ200880115200
公開(kāi)日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2008年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月8日
發(fā)明者F·霍弗林, H·勒考維克, J·吳, M·安德森, M·康諾利, S·杜比斯, T·什達(dá)克 申請(qǐng)人:Sika技術(shù)股份公司, 亨斯邁國(guó)際有限責(zé)任公司