基于pipa多元醇的粘彈性發(fā)泡體的制作方法
【專利說明】基于PI PA多元醇的粘彈性發(fā)泡體
[0001] 本發(fā)明設(shè)及粘彈性聚氨基甲酸醋發(fā)泡體的產(chǎn)生。
[0002] 存在一類聚氨基甲酸醋發(fā)泡體，稱為粘彈性(VE)發(fā)泡體。其特征為回彈性值小于 15%和其被壓縮后恢復(fù)緩慢。運些特性將VE發(fā)泡體從皿(高回彈性)和常規(guī)的柔性聚氨基甲 酸醋發(fā)泡體區(qū)分開來，所述HR(高回彈性)和常規(guī)的柔性聚氨基甲酸醋發(fā)泡體回彈性非常大 并且其在壓縮后立刻恢復(fù)地差不多。運些粘彈性發(fā)泡體有時作為"內(nèi)存"發(fā)泡體出售。其日 益在枕頭和床墊中使用，其中發(fā)泡體的粘彈性特征賦予消費者感到高度舒適的感覺。其還 用于聲學(xué)應(yīng)用W減少NVH(噪聲、振動和聲振粗糖度)并且用于各種應(yīng)用，如緩慢恢復(fù)有利的 耳塞。
[0003] 類似皿和常規(guī)的柔性聚氨基甲酸醋發(fā)泡體，VE發(fā)泡體在聚異氯酸醋與一種或多種 聚醇（多元醇)化合物和水的反應(yīng)中制備。水起著重要功能。其與異氯酸醋基反應(yīng)W產(chǎn)生二 氧化碳，所述二氧化碳充當(dāng)起泡氣體。
[0004] 雖然在每一種情況下起始材料屬于相似廣泛類別(在每一種情況下聚異氯酸醋和 多元醇，W及水），但那些起始材料在其細(xì)節(jié)中W極重要的方式不同。HR和常規(guī)的柔性聚氨 基甲酸醋發(fā)泡體主要由徑基當(dāng)量重量是1000到2000的聚酸多元醇制備，然而VE發(fā)泡體主要 由當(dāng)量重量典型地是230到350的多元醇制備，與更高當(dāng)量重量的多元醇組合W產(chǎn)生玻璃轉(zhuǎn) 移溫度(Tg)高于-20°C并且高達(dá)50°C的聚合物。運些差異對系統(tǒng)如何反應(yīng)和固化具有深刻 的影響。在常規(guī)的發(fā)泡體系統(tǒng)中，水與聚酸多元醇的摩爾比略高，其中6-12的比率是典型 的。每一分子的聚酸多元醇因此必須與大量摩爾的水競爭，因為其均尋求異氯酸醋基W用 于反應(yīng)。在VE發(fā)泡體系統(tǒng)中，多元醇的水的摩爾比非常低-更典型地在1到3范圍內(nèi)。較少量 的水使反應(yīng)系統(tǒng)易受主要加工問題影響，如不完全膨脹、沉淀、凸出或甚至發(fā)泡體塌陷。然 而皿和常規(guī)的柔性發(fā)泡體系統(tǒng)相當(dāng)堅固，VE系統(tǒng)對表面活性劑和催化劑的類型和水平W及 反應(yīng)物本身和反應(yīng)條件(尤其溫度）中的較小變化極敏感。
[0005] VE發(fā)泡體的另一問題是孔打開中的一個。所使用的較低分子量的多元醇產(chǎn)生更高 度交聯(lián)的聚合物結(jié)構(gòu)，其反過來往往會形成密閉孔。在發(fā)泡體冷卻時，孔氣體收縮，形成低 于大氣壓的胞內(nèi)壓力。在大氣壓力下聚合物網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和發(fā)泡體密度不足W支撐發(fā)泡體，并 且因此其往往會皺縮。另外，緊密(高度密閉的孔)發(fā)泡體沖擊不利地影響發(fā)泡體舒適的感 覺。
[0006] 有時將材料添加到發(fā)泡體配制品中W幫助打開孔。一種類型的開孔劑是聚合物多 元醇，其是較小聚合物粒子于多元醇中的分散體。發(fā)泡期間，較小聚合物粒子有助于使孔窗 斷裂，運將孔打開并且降低皺縮。聚合物粒子還傾向于增加發(fā)泡體承載，其對于VE發(fā)泡體非 所要。
[0007] 聚合物多元醇已僅少量地用于粘彈性發(fā)泡體配制品。其在VE發(fā)泡體配制品中的用 途描述于例如US 7,947,756、US 8,318,823、US 2009-0306237和W0 2013-045336中。在運 些中的每一個中提及若干類型的聚合物多元醇，其根據(jù)分散的聚合物粒子的性質(zhì)歸類。在 SAN類型中，分散的粒子是苯乙締和丙締臘的聚合物。其它類型是所謂的"PH護(hù)或聚脈分散 體、聚酷阱分散體。所提及的另一類型是所謂的"PIPA"多元醇，其中分散的聚合物粒子是聚 氨基甲酸醋或聚氨基甲酸醋-脈。
[000引在至少一個極重要方面中，PIPA多元醇不同于SAN類型。然而SAN粒子基本上沒有 反應(yīng)部位，PIPA粒子帶有大量的易于與發(fā)泡體配制品的異氯酸醋組分反應(yīng)的官能團(tuán)。因此， PIPA粒子本身WSAN粒子不參與的方式參與發(fā)泡體固化反應(yīng)。因此，雖然一些設(shè)及SAN類型 的實驗工作在上文所提及的參考文件中報道(在配制品的限制范圍方面），但PIPA多元醇的 性能或其可成功地用于VE發(fā)泡體配制品的條件仍未知。
[0009] 本發(fā)明是一種制備粘彈性發(fā)泡體的方法，其包含在60到150的異氯酸醋指數(shù)下將 至少一種有機聚異氯酸醋與水和多元醇混合物組合W形成反應(yīng)混合物，并且固化反應(yīng)混合 物，W形成發(fā)泡體密度是30到120kg/m 3、回彈性小于15%并且恢復(fù)時間（如下文所描述測 量)是至少3秒的聚氨基甲酸醋-脈發(fā)泡體，其中多元醇混合物包括：
[0010] 多元醇A:聚氨基甲酸醋和/或聚氨基甲酸醋-脈粒子于載劑多元醇中的至少一種 分散體，其中載劑多元醇的平均分子量是600到5000并且平均每分子至少兩個徑基，分散的 聚氨基甲酸醋或聚氨基甲酸醋-脈粒子構(gòu)成分散體的2到50重量百分比并且分散體的徑基 數(shù)是至少40;和
[0011] 多元醇B:至少一種多元醇，其是環(huán)氧丙烷的均聚物或20到99.9重量％環(huán)氧丙烷與 0.1到80重量％環(huán)氧乙燒的共聚物，具有每分子2到4個徑基并且徑基當(dāng)量重量是200到400;
[0012] 并且進(jìn)一步其中多元醇A和B-起構(gòu)成反應(yīng)混合物中除水W外的所有異氯酸醋反 應(yīng)性材料的至少75重量％，并且多元醇混合物含有至少1重量％分散的聚氨基甲酸醋或聚 氨基甲酸醋-脈粒子。
[0013] 出人意料地，不管反應(yīng)性基團(tuán)的存在對分散粒子的不可預(yù)測影響，多元醇A材料 (在本文中有時稱作"PIPA多元醇"）可在不導(dǎo)致加工困難的情況下包括于反應(yīng)混合物中。良 好質(zhì)量的粘彈性發(fā)泡體經(jīng)形成，甚至在非常容易地受配方和發(fā)泡條件中的較小變化所影響 的連續(xù)塊料VE發(fā)泡體方法中。另一有益的并且出人意料的作用是VE發(fā)泡體的某些重要屬性 經(jīng)改良。確切地說，如通過氣流測量指示，與使用SAN類型共聚物多元醇來代替PIPA多元醇 (在相當(dāng)?shù)墓腆w水平下）時相比，發(fā)泡體為更多開孔的?？紤]到粒子上的反應(yīng)性基團(tuán)預(yù)期將 進(jìn)一步增加聚合物交聯(lián)并且(如果有的話)產(chǎn)生具有更多密閉孔、更低氣流和更大程度上傾 向于皺縮的"更緊密的"發(fā)泡體，運是相當(dāng)出人意料的。另外，與使用SAN類型共聚物時相比， 本發(fā)明的VE發(fā)泡體典型地顯示更長的恢復(fù)時間。由于PIPA多元醇的使用通過打開VE發(fā)泡體 的孔結(jié)構(gòu)降低了其氣動效應(yīng)，運是另一出人意料的發(fā)現(xiàn)。更長的恢復(fù)時間是VE發(fā)泡體極有 益的屬性，因為其貢獻(xiàn)于寢具和其它應(yīng)用中增加的舒適感覺并且有助于減振。
[0014] 與發(fā)泡體用SAN類型聚合物多元醇而不是PIPA多元醇生產(chǎn)時相比，又一優(yōu)勢是V0C 得到降低。
[0015] 用W制備VE發(fā)泡體的聚異氯酸醋化合物的異氯酸醋當(dāng)量重量可W多達(dá)例如300。 異氯酸醋當(dāng)量重量可W多達(dá)250,多達(dá)175并且在一些實施例中是50到175。如果使用聚異氯 酸醋化合物的混合物，那么運些當(dāng)量重量適用于混合物;此類混合物中的個別聚異氯酸醋 化合物的異氯酸醋當(dāng)量重量可W大于那些范圍、在那些范圍內(nèi)或小于那些范圍。
[0016] 適用多異氯酸醋的實例包括間亞苯基二異氯酸醋、甲苯-2,4-二異氯酸醋、甲苯-2,6-二異氯酸醋、六亞甲基-1,6-二異氯酸醋、四亞甲基-1,4-二異氯酸醋、環(huán)己燒-1,4-二 異氯酸醋、六氨甲苯二異氯酸醋、亞糞基-1,5-二異氯酸醋、1,3-雙(異氯酸醋基甲基)環(huán)己 燒和/或1，4-雙(異氯酸醋基甲基)環(huán)己燒(包括順式異構(gòu)體和/或反式異構(gòu)體）、甲氧苯基-2,4-二異氯酸醋、二苯基甲燒-4，少-二異氯酸醋、二苯基甲燒-2，少-二異氯酸醋、氨化二苯 基甲燒-4，少-二異氯酸醋、氨化二苯基甲燒-2，少-二異氯酸醋、4，少-亞聯(lián)苯基二異氯酸 醋、3，3/ -二甲氧基-4，少-聯(lián)苯二異氯酸醋、3，3/ -二甲基-4-少-聯(lián)苯二異氯酸醋、3，3/ -二 甲基二苯基甲燒-4，少-二異氯酸醋、4，少，4"-Ξ苯基甲燒Ξ異氯酸醋、聚亞甲基聚苯基異 氯酸醋(PMDI)、甲苯-2,4,6-Ξ異氯酸醋W及4，少-二甲基二苯基甲燒-2,2/，5,5/-四異氯 酸醋。優(yōu)選地，聚異氯酸醋是二苯基甲燒-4，少-二異氯酸醋、二苯基甲燒-2，少-二異氯酸 醋、PMDI、甲苯-2，4-二異氯酸醋、甲苯-2，6-二異氯酸醋或其混合物。二苯基甲燒-4，少-二 異氯酸醋、二苯基甲燒-2，少-二異氯酸醋W及其混合物一般稱作MDI，并且全部可W使用。 可W使用是PMDI與MDI的混合物的"聚合ΜΟΓ。甲苯-2,4-二異氯酸醋、甲苯-2,6-二異氯酸 醋W及其混合物一般稱作TDI，并且全部可W使用。
[0017] 為了制備VE發(fā)泡體，聚異氯酸醋化合物在異氯酸醋指數(shù)是60到150下與水和多元 醇混合物組合W形成反應(yīng)混合物。異氯酸醋指數(shù)是指100乘W通過起始材料（即，在形成發(fā) 泡體的固化