CN104781299A - 粘弹性聚氨酯泡沫体 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种粘弹性聚氨酯泡沫体和形成该粘弹性聚氨酯泡沫体的方法。该粘弹性聚氨酯泡沫体包含甲苯二异氰酸酯和异酸酯反应性组分的反应产物。该异酸酯反应性组分包含第一聚醚三醇，第二聚醚三醇，氨基醇扩链剂，和可水解的聚醚聚二甲基硅氧烷共聚物。第一聚醚三醇具有500-5,000g/mol的重均分子量，至少60重量份亚乙基氧基单元，基于第一聚醚三醇的总重量，和至少10％亚乙基氧基端基。第二聚醚三醇，其不同于第一聚醚三醇，具有5,000-10,000g/mol的重均分子量和至少80％亚乙基氧基端基。

Description

粘弹性聚氨酯泡沫体
公开领域
本公开涉及一种粘弹性聚氨酯泡沫体和形成该粘弹性聚氨酯泡沫体的方法。该粘弹性聚氨酯泡沫体表现在宽范围温度上、尤其是在较低的温度下出优异的物理性质。
相关技术的描述
粘弹性聚氨酯泡沫体典型地用于家用和办公室家具。在家用和办公室家具中，粘弹性聚氨酯泡沫体必须在相对窄的温度范围内具有适当的舒适和支撑性质。大量研究专注于开发适用于运输工业例如用于各种车辆(例如轿车，越野车辆，拖拉机等)的乘坐应用的粘弹性聚氨酯泡沫体。与家用和办公室应用相反，车辆中的粘弹性聚氨酯泡沫体必须在相当款的温度范围内表现出合适的舒适和支撑性质。更具体来说，由于车辆中的粘弹性聚氨酯泡沫体暴露于宽范围的温度和条件，这些粘弹性聚氨酯泡沫体必须在这些温度和条件下表现出合适的舒适和支撑性质。例如，在亚利桑那州的汽车中的包含粘弹性聚氨酯泡沫体的座椅可能在日间暴露于超过60℃的温度而在夜间暴露于低于冰冻0℃的温度。作为另一实例，越野车辆或拖拉机上的包含粘弹性聚氨酯泡沫体座椅可能用于沙漠地区，用于北极地区，或甚至用于恶劣气候变化的地区，即具有寒冷的冬天和炎热的夏天的地区，例如美国中西部的北边。因此，用于车辆的粘弹性聚氨酯泡沫体必须在宽范围的温度和条件下表现出合适的舒适和支撑性质。此外，用于车辆的粘弹性聚氨酯泡沫体即使暴露于这样的极度温度和条件也必须保持它们的舒适和支撑性质许多年。
当粘弹性聚氨酯泡沫体是座椅垫子时，来自使用者的体热温热了粘弹性聚氨酯泡沫体的一部分，由此使粘弹性聚氨酯泡沫体软化。结果，座椅垫子贴合与该座椅垫子接触的身体部分的形状，产生更均匀的压力分布，提高了舒适性。此外，粘弹性聚氨酯泡沫体的其余部分保持坚硬，提供支撑。由此，温度灵敏度提高了粘弹性聚氨酯泡沫体的有效支撑因子，使得例如座椅的构造不需要金属弹簧。
粘弹性聚氨酯泡沫体在压缩循环期间表现出慢的恢复，以及由此的高迟滞，并且还典型地具有低的落球回弹值。这些物理性质可能是由于低气流，因为恢复受到空气再进入粘弹性聚氨酯泡沫体的速率，或受到聚氨酯泡沫体的其它物理性质的限制。虽然粘弹性聚氨酯泡沫体的大多数物理性质类似于常规聚氨酯泡沫体，但粘弹性聚氨酯泡沫体的回弹性低得多，通常低于约15％。具有这些物理性质(粘弹性性质)的聚氨酯泡沫体典型地在各种衬垫和座椅应用中提供优异的舒适和支撑性质。
然而，粘弹性性质通常是温度敏感的，并且在聚氨酯泡沫体的聚氨酯发生玻璃化转变时典型地最大化。通过操控聚醚软链段相的结构和组成，使得聚氨酯的玻璃化转变温度与聚氨酯泡沫体的使用温度大致重合，使聚氨酯泡沫体的粘弹性性质最大化。
粘弹性聚氨酯泡沫体典型地由反应物，例如异酸酯和多元醇形成，它们反应形成玻璃化转变温度在使用温度或该温度附近的聚氨酯以提供该温度下和附件的最佳粘弹性性质。虽然粘弹性聚氨酯泡沫体的粘弹性性质在聚氨酯的玻璃化转变温度下是最佳的，但这些粘弹性聚氨酯泡沫体的粘弹性性质在宽范围的温度上典型地不是最佳的。因此，粘弹性聚氨酯泡沫体在宽范围的温度上典型地不能表现出足够的舒适和支撑性质。换句话说，粘弹性聚氨酯泡沫体经常在在窄温度范围上表现出优异的粘弹性性质，但在宽温度范围上不能表现出优异的粘弹性性质。改进粘弹性聚氨酯泡沫体在宽范围温度上的粘弹性性质的尝试大多数未获得成功。
因此，有利的是，提供一种粘弹性聚氨酯泡沫体，其克服这些不足，并在宽范围的温度上具有低回弹性，良好的柔软性，和其它性质，并且是耐久的，例如即使暴露于极度温度和条件也能保持这些性质许多年。
本公开和优点的概述
本公开提供了一种粘弹性聚氨酯泡沫体，其包含甲苯二异氰酸酯和异酸酯反应性组分的反应产物。异酸酯反应性组分包括第一聚醚三醇，第二聚醚三醇，氨基醇扩链剂，和可水解的聚醚聚二甲基硅氧烷共聚物。第一聚醚三醇具有500-5,000g/mol的重均分子量，至少60重量份亚乙基氧基单元，基于第一聚醚三醇的总重量，和至少10％的亚乙基氧基端基。第二聚醚三醇不同于第一聚醚三醇，其具有5,000-10,000g/mol的重均分子量和至少80％的亚乙基氧基端基。
还提供了形成该粘弹性聚氨酯泡沫体的方法。该方法包括提供甲苯二异氰酸酯、第一聚醚三醇、第二聚醚三醇、氨基醇扩链剂、和该可水解的聚醚聚二甲基硅氧烷共聚物的步骤，以及使该甲苯二异氰酸酯、该第一和该第二聚醚三醇、该氨基醇扩链剂、和该可水解的聚醚聚二甲基硅氧烷共聚物反应以形成所述粘弹性聚氨酯泡沫体。
该甲苯二异氰酸酯，该第一和该第二聚醚三醇，该氨基醇扩链剂、和该可水解的聚醚聚二甲基硅氧烷共聚物进行化学反应，形成具有特定分子结构的粘弹性聚氨酯，和在宽范围温度上，尤其是在较低的温度下表现出优异的物理性质的粘弹性聚氨酯泡沫体。换句话说，本公开的粘弹性聚氨酯泡沫体趋于在宽范围温度上表现出优异的粘弹性性质，例如在压缩循环期间的慢恢复性(因此具有高迟滞)。从实用角度看，本公开的聚氨酯泡沫体在宽范围温度上提供了优异的舒适和支撑性质，并且是耐久性的，例如即使暴露于极度温度和条件也仍保持这些性质许多年，使其最佳地用于各种车辆(例如轿车、拖拉机、雪地机动车等)中的座椅应用。
本公开的详细说明
本公开的粘弹性聚氨酯泡沫体特别适用于运输工业，例如用于各种车辆中的座椅应用，例如轿车、越野车辆、卡车、拖拉机、军用车辆、船只、火车等。此类车辆中的座椅会经历变化d温度，尤其是在有寒冷季节和温暖季节的地区。一种典型的汽车座椅应用采用模制的或板材粘弹性聚氨酯泡沫体的薄(0.5-2.0cm)层和底下的模制的高回弹性泡沫体。其它座椅泡沫体应用包括与高回弹性泡沫体层共模制，其中可以喷雾或倾倒粘弹性聚氨酯泡沫体组分。粘弹性聚氨酯泡沫体层改善了汽车座椅的感觉和压力缓和能力。
然而，本公开的粘弹性聚氨酯泡沫体不限于用于运输工业。作为一个实例，该粘弹性聚氨酯泡沫体特别适用于经历含量温度的运动器材，例如冰球或橄榄球器材。作为另一实例，本公开的粘弹性聚氨酯泡沫体特别适于室外使用的座椅垫子，例如橄榄球比赛中观众使用的或猎人在它们的打猎伪装帐篷中使用的。
粘弹性聚氨酯泡沫体典型地保持柔性，并在40至-20℃表现出粘弹性，同时保持其它物理性质。通常，粘弹性是表现出既有弹性(固体状或能量储存的)又有粘性(液体状或能量耗散的)性质的性质。粘弹性聚氨酯泡沫体的粘弹性性质典型地在该聚氨酯的玻璃化转变温度(Tg)时最佳。也就是说，粘弹性聚氨酯泡沫体典型地在该聚氨酯的Tg处或附近表现出最佳粘弹性。Tg以及损耗角正切(tanσ)通过动态机械热分析(DMTA)确定。
Tg是无定形(非晶)聚合物从脆的、玻璃态形式转变为橡胶态的柔性形式的温度。当然，如果聚氨酯的温度下降到低于其Tg，则聚氨酯往往变脆或“冷冻”，由此聚氨酯以及相应地粘弹性聚氨酯泡沫体***。或者，随着聚氨酯的温度升高超过其Tg，则该聚氨酯表现出弹性方式，并且由此变得更橡胶状。因此，Tg是粘弹性的良好指示标志。
粘弹性聚氨酯泡沫体典型地具有至少一个高于0℃的Tg。本公开的粘弹性聚氨酯泡沫体典型地具有第一和第二Tg，即两个Tg。本公开的粘弹性聚氨酯泡沫体的第一Tg典型地低于0，或者低于-15，或者低于-18，或者为-18至-60，或者为-20至-60，或者为-20至-26℃。本公开的粘弹性聚氨酯泡沫体的第二Tg典型地低于-40，或者低于-50，或者低于-55，或者为-40至-70，或者为-50至-60，或者为-53至-59℃。
DMTA还会产生tanσ。tanσ是损耗模量与储能模量之比(材料的能量耗散的量度)，当在一定范围的温度上测量时，tanσ通常为聚氨酯泡沫体在该温度下的粘弹性的指示标志。也就是说，tanσ是关于泡沫体在压缩循环期间耗散能量的能力并且是关于粘弹性聚氨酯泡沫体的恢复时间。典型地，tanσ值越低，粘弹性聚氨酯泡沫体的Tg范围越宽。tanσ大于1的粘弹性聚氨酯泡沫体典型地具有窄Tg范围，这降低了泡沫体在低度(例如低于0℃)的柔性，从而不利地影响了泡沫体的舒适和支撑性质。相比之下，tanσ低于1的粘弹性聚氨酯泡沫体典型地具有宽Tg范围，这提高了泡沫体在低温度(例如低于0℃)的柔性，从而提供优异的舒适和支撑性质。本公开粘弹性聚氨酯泡沫体第一Tg的tanσ曲线的斜率典型地低于1，或者低于0.6，或者低于0.5，或者为0.3-0.6，或者为0.4-0.5。本公开粘弹性聚氨酯泡沫体第二Tg的tanσ曲线的斜率典型地低于1，或者低于0.5，或者低于0.35，或者为0.2至0.5，或者为0.3-0.35。
所述粘弹性聚氨酯泡沫体的另外的有利物理性质包括伸长率、回弹性、和恢复特性，例如压陷硬度。此外，本发明的粘弹性聚氨酯泡沫体典型地具有不发粘的且不具有任何能触摸觉察到的油性残余物的表面。
本公开的粘弹性聚氨酯泡沫体在标准使用温度表现出优异的物理性质。更具体来说，在21℃，所述粘弹性聚氨酯泡沫体典型地具有：伸长率大于100，或者大于200，或者为100-300％，根据ASTM D3574-11测试；回弹性低于30，或者低于25，或者为1-30，或者为1-25，或者为25-30％，根据ASTM D3574-11测试的；25％压陷硬度(25％IFD)为1-100，或者为5-30lbs/50in2，在四英寸厚测试样品上根据ASTMD3574-11的测试；恢复为大于60，或者大于75，或者为50-100，或者为80-100％，根据ASTM D3574-11测试；和恢复时间低于30，或者低于15，或者低于10，或者为1-30秒，根据ASTM D3574-11测试。
此外，本公开的粘弹性聚氨酯泡沫体在较低的使用温度表现出优异的物理性质。更具体来说，在0℃，所述粘弹性聚氨酯泡沫体典型地具有：伸长率大于100，或者大于200，或者为100-300％，根据ASTMD3574-11测试的；回弹性低于30，或者低于25，或者为1-30，或者为1-25，或者为25-30％，根据ASTM D3574-11测试的；25％压陷硬度(25％IFD)为1-100，或者为5-30lbs/50in2，在四英寸厚测试样品上的根据ASTM D3574-11测试的；恢复大于60，或者大于75，或者为50-100，或者为80-100％，根据ASTM D3574-11测试的；和恢复时间低于30，或者低于15，或者低于10，或者为1-30秒，根据ASTM D3574-11测试的。
本公开提供了一种粘弹性聚氨酯泡沫体，其包含甲苯二异氰酸酯和异酸酯反应性组分的反应产物。本公开的粘弹性聚氨酯泡沫体的密度为1-15，或者为1.5-10pcf，或者为1.7-6pcf，或者为1.8至4pcf磅每立方英尺(pcf)。
本发明的公开还提供了一种聚氨酯体系，其包含所述甲苯二异氰酸酯和异酸酯反应性组分。典型地，该体系以两种或更多种离散的组分提供，例如所述甲苯二异氰酸酯和异酸酯反应性(或树脂)组分，即作为双组分(或2K)体系，这在以下进一步描述。可以领会的是，本文所说的甲苯二异氰酸酯和异酸酯反应性组分仅仅是为了建立给出体系的各单独组分的意义，并且是为了建立重量份的基础。因此，不应解释为将本公开的范围仅限制到2K体系。例如，体系的各单独组分可以都保持为与彼此区分。
典型地，甲苯二异氰酸酯包括2,4’甲苯二异氰酸酯和2,6’甲苯二异氰酸酯的混合物。在一种实施方式中，粘弹性聚氨酯泡沫体包括80重量％的2,4异构体和20重量％的2,6异构体。
在一种实施方式中，本发明的公开的粘弹性聚氨酯泡沫体包括仅甲苯二异氰酸酯和异酸酯反应性组分的反应产物。该实施方式基本上不含(含有<1重量％)另外的异酸酯。也就是说，仅有甲苯二异氰酸酯用于形成该实施方式的粘弹性聚氨酯泡沫体。
然而，在其它实施方式中，可使用另外的异酸酯(除了所述甲苯二异氰酸酯之外)来形成所述粘弹性聚氨酯泡沫体。这些另外的异酸酯包括，但不限于，脂族和芳族异酸酯。在这些另外的实施方式中，这些另外的异酸酯选自二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)，聚合物型二苯基甲烷二异氰酸酯(pMDI),甲苯二异氰酸酯(TDI)，六亚甲基二异氰酸酯(HDI)，异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)，和它们的组合。
另外的异酸酯可为异酸酯预聚物。异酸酯预聚物典型地为异酸酯与多元醇和/或多胺的反应产物。用于形成所述预聚物的异酸酯可以是上述任何异酸酯。用于形成所述预聚物的多元醇典型地选自乙二醇，二乙二醇，丙二醇，二丙二醇，丁二醇，甘油，三羟甲基丙烷，三乙醇胺，季戊四醇，山梨糖醇，生物多元醇，和它们的组合。用于形成所述预聚物的多胺典型地选自乙二胺,甲苯二胺，二氨基二苯基甲烷和多亚甲基多亚苯基多胺，氨基醇，和它们的组合。合适的氨基醇的实例包括乙醇胺，二乙醇胺，三乙醇胺，和它们的组合。
异酸酯反应性组分包括第一和第二聚醚三醇。典型地，该第一和第二聚醚三醇通过烷基化形成，并包括多个亚烷基氧基基团。术语亚烷基氧基基团描述了一个单元或结构。亚烷基氧基基团是得自环氧烷烃的聚合的单元。多个聚合物型侧链典型地包括亚烷基氧基基团，其选自亚乙基氧基基团，亚丙基基团，亚丁基基团，和它们的组合。聚醚三醇中亚烷基氧基基团的量以重量份表示，基于特定聚醚三醇的总重量计。多个亚烷基氧基基团可布置形成聚醚多元醇，其被描述为多元醇具有无规亚烷基氧基基团的聚醚多元醇，具有重复亚烷基氧基基团的聚合物，和具有嵌段亚烷基氧基基团的聚合物。多个聚合物型侧链具有烷氧基端基，其选自亚乙基氧基端基，亚丙基氧基端基，亚丁基氧基端基，和它们的组合。聚醚三醇中亚烷基氧基端基的量以百分比(％)表示，基于特定聚醚三醇样品中端基的总数计。
第一聚醚三醇的重均分子量为500-5,000，或者为3,000-4,000g/mol，且羟值为30-60，或者为44-48mg KOH/g。第一聚醚三醇典型地具有多个由氧化烯单体形成的内部嵌段和连接到该多个内部嵌段的多个端基。富含亚乙基氧基的第一聚醚三醇典型地具有至少60重量份，或者至少70重量份亚乙基氧基单元，基于第一聚醚三醇的总重量。第一聚醚三醇典型地具有至少10％的，或者至少25％的亚乙基氧基端基。
第二聚醚三醇典型地具有比第一聚醚三醇高的分子量。更具体来说，第二聚醚三醇的5,000-10,000g/mol的重均分子量，或者为6,000-7,000g/mol，且羟值为10-40mg KOH/g，或者为20-35mgKOH/g，或者为24-26mg KOH/g。第二聚醚三醇还典型地具有多个由氧化烯单体形成的内部嵌段和多个连接到该多个内部嵌段的端基。第二聚醚三醇典型地具有至少60重量份，或者至少70重量份亚乙基氧基单元，基于第一聚醚三醇的总重量。第二聚醚三醇典型地具有至少80％的亚乙基氧基端基，或者约100％的亚乙基氧基端基。
在典型的实施方式中，第二聚醚三醇具有约100％的亚乙基氧基端基。更具体来说，“约”100％的亚乙基氧基端基是指所有意图对第二聚醚三醇的封端都是亚乙基氧基封端，任何非亚乙基氧基封端都是得自痕量的其它环氧烷烃或其它杂质。因此，封端典型地为100％亚乙基氧基，但可略低，例如至少99％亚乙基氧基封端，这取决于生产第二聚醚三醇期间d工艺变量和存在的杂质。约100％亚乙基氧基封端提供了基本上(约100％)所有伯羟基基团，其典型地反应快于仲羟基基团。具有约100％亚乙基氧基封端的第二聚醚三醇也典型地反应快于具有亚丙基氧基封端的多元醇，因为亚丙基氧基封端的多元醇是空间位阻的。
第一聚醚三醇典型地包括于异酸酯反应性组分中的量为50-95重量份，或者为60-90重量份，或者约75重量份，基于该第一和该第二聚醚三醇的总重量份。第二聚醚三醇典型地包括于异酸酯反应性组分中的量为5-50重量份，或者为15-35重量份，或者约25重量份，基于该第一和该第二聚醚三醇的总重量份。当该第一和该第二聚醚三醇的量以基于树脂组合物而非该第一和该第二聚醚三醇的总重量表达时，所述量可能变化。例如，如果考虑到另外的组分，所述量也可能变化。此外，存在于异酸酯反应性组分中的第一聚醚三醇和第二聚醚三醇的重量比可为1：1-5：1，或者为2：1-4：1，或者约3：1。
典型地，该第一和该第二聚醚三醇与所述甲苯二异氰酸酯(和氨基醇扩链剂)反应以形成所述粘弹性聚氨酯泡沫体，其在较低的温度下(<0℃)具有优异的粘弹性性质，同时在较高的温度(>0℃)保持粘弹性聚氨酯泡沫体的粘弹性性质。具体来说，该第一和该第二聚醚三醇的量和结构并且结合使用氨基醇扩链剂实现了tanσ峰的斜率，并从而实现了该泡沫体的使用温度范围。因此，给出的该第一和该第二聚醚三醇和该氨基醇扩链剂的量典型地为粘弹性聚氨酯泡沫体提供了在宽范围使用温度上优异的粘弹性性质。
异酸酯反应性组分还可包括除该第一和该第二聚醚三醇之外的其它多元醇。这些可包括聚酯多元醇或多胺多元醇。聚酯多元醇可通过适当比例的二醇和更高官能度的多元醇与多元羧酸的缩合获得。再此外合适的多元醇包括羟基封端的聚硫醚，聚酰胺，聚酯酰胺，聚碳酸酯，聚缩醛，聚烯烃和聚硅氧烷。可使用的其它多元醇包括上述类型多元醇的加成或缩合聚合物的分散体或溶液。此类改性的多元醇经常被称为聚合物多元醇，接枝多元醇，或接枝分散体，可以包括通过一种或多种乙烯基单体(例如苯乙烯和丙烯腈)与聚合物型多元醇(例如聚醚多元醇)的原位聚合获得的产物，或通过多异氰酸酯与氨基官能的或羟基官能的化合物(例如三乙醇胺)在聚合物型多元醇中的原位反应获得的产物。
异酸酯反应性组分还包括氨基醇扩链剂。氨基醇扩链剂典型地为低分子量吸湿性氨基醇。更具体来说，氨基醇扩链剂典型地的重均分子量为50-500g/mol，或者为75-250g/mol且骨架链具有2-8个碳原子，或者为2-6个碳原子。在典型的实施方式中，氨基醇扩链剂选自乙醇胺，二乙醇胺，三乙醇胺，和它们的混合物。在一种实施方式中，氨基醇扩链剂是二乙醇胺。然而，可以领会的是，除以上具体披露的那些之外的氨基醇扩链剂也可用于异酸酯反应性组分。氨基醇扩链剂典型地包括于异酸酯反应性组分中的量为0.5-10重量份，或者为1-5重量份，或者为2-4重量份，基于100重量份该第一和该第二聚醚三醇。
不意图受理论限制，据信，氨基醇扩链剂和异酸酯反应在泡沫体内形成氨基甲酸酯硬链段，该硬链段结合到由它们形成的聚氨酯中并由此改进了粘弹性聚氨酯泡沫体在高于0℃的温度下的粘弹性性质。也就是说，该第一和该第二聚醚三醇与氨基醇扩链剂的组合提供了柔性，从而产生在宽范围的温度上具有令人满意的性能的粘弹性聚氨酯泡沫体。
异酸酯反应性组分还包括可水解的聚二甲基硅氧烷共聚物。可水解的聚二甲基硅氧烷共聚物在暴露于水时水解，水典型地包括于异酸酯反应性组分中。不受理论束缚，据信，可水解的聚二甲基硅氧烷共聚物产生了泡沫，该泡沫足够承受所述甲苯二异氰酸酯与反应性第一聚醚三醇和反应性第二聚醚三醇和氨基醇扩链剂之间的反应产生的放热，使得形成了本公开的粘弹性聚氨酯泡沫体。值得注意地，可水解的聚二甲基硅氧烷共聚物不会不利地影响粘弹性聚氨酯泡沫体的性质。
可水解的聚二甲基硅氧烷共聚物典型地具有的粘度在25℃为10,000-20,000，或者为12,000-16,000，或者为13,000-15,000，或者约14,000cps。可水解的聚二甲基硅氧烷共聚物还典型地具有比重为0.8至1.0，或者为0.85-0.95，或者约0.092g/cm3。
可水解的聚二甲基硅氧烷共聚物典型地包括于异酸酯反应性组分中的量为0.5-10重量份，或者为1-4重量份，或者为2-3重量份，基于100重量份该第一和该第二聚醚三醇。在典型的实施方式中，氨基醇扩链剂和可水解的聚二甲基硅氧烷共聚物以重量比约6：5包括于异酸酯反应性组分中。
异酸酯反应性组分还典型地包括发泡剂。在异酸酯反应性组分和甲苯二异氰酸酯的放热反应期间，发泡剂促进发泡气体释放，从而形成空隙或泡孔,使聚氨酯发泡。本公开的发泡剂可为物理发泡剂，化学发泡剂，或它们的组合。
化学发泡剂与甲苯二异氰酸酯或与异酸酯反应性组分发生化学反应。适于本公开的目的的化学发泡剂的非限制性实例包括甲酸，水，和它们的组合。适于本公开的目的的化学发泡剂的具体实例是水。
在一种实施方式中，发泡剂包括水。水产生CO2，使聚氨酯发泡并且还形成了脲连接基或“硬链段”。由水和异酸酯的反应形成的CO2可以通过加入一种或多种物理发泡剂来辅助。
物理发泡剂不与异酸酯反应性组分和/或甲苯二异氰酸酯化学反应提供发泡气体。物理发泡剂可以为气体或液体。物理发泡剂是典型地当受热时蒸发成气体，并典型地当冷却时返回成液体的的液体。用于本公开的目的合适的物理发泡剂可包括氢氟烃(HFC)，烃，和它们的组合。
异酸酯反应性组分典型地包括催化剂。催化剂可包括一种或多种催化剂，并且典型地包括催化剂的组合。催化剂典型地存在于异酸酯反应性组分中以催化异酸酯反应性组分和甲苯二异氰酸酯之间的放热反应。可以领会的是，催化剂典型地不会在异酸酯反应性组分与甲苯二异氰酸酯之间的放热反应中被消耗。也就是说，催化剂典型地参与放热反应，但不会在其中被消耗。催化剂可包括任何合适的催化剂或本领域已知的催化剂的混合物。合适的催化剂的实例包括，但不限于，凝胶化催化剂，例如二丙二醇中的胺催化剂；发泡催化剂，例如二丙二醇中的双(二甲基氨基乙基)醚；和金属催化剂，例如锡、铋、铅等。如果存在，则催化剂可以以各种量存在。
除了催化剂，异酸酯反应性组分可任选地包括表面活性剂。表面活性剂典型地支持发泡剂和聚醚三醇的均化并且调节聚氨酯泡沫体的泡孔结构。表面活性剂可包括任何合适的表面活性剂或本领域已知的表面活性剂的混合物。合适的表面活性剂的非限制性的实例包括各种有机硅表面活性剂，磺酸盐，例如油酸、硬脂酸、十二烷基苯二磺酸或二萘基甲烷二磺酸和蓖麻油酸的碱金属和/或铵盐，泡沫体稳定剂，例如硅氧烷氧化烯共聚物和其它有机聚硅氧烷，氧乙基化烷基-苯酚，氧乙基化脂肪醇，石蜡油，蓖麻油，蓖麻油酯，和蓖麻油酸酯，和泡孔调节剂，例如石蜡、脂肪醇、和二甲基聚硅氧烷。如存在，表面活性剂可以各种量包括于异酸酯反应性组分中。
异酸酯反应性组分可任选地包括一种或多种添加剂。添加剂可包括任何合适的添加剂或本领域已知的添加剂的混合物。用于本公开的目的合适的添加剂包括，但不限于，交联剂，链终止剂，加工添加剂，阻燃剂，着色剂，粘接促进剂，抗氧化剂，消泡剂，抗发泡剂，除水剂，分子筛，气相二氧化硅，紫外光稳定剂，填料，触变剂，有机硅，着色剂，惰性稀释剂，和它们的组合。如存在，添加剂可以以各种量包括于异酸酯反应性组分中。
本公开此外还提供了形成粘弹性聚氨酯泡沫体的方法。该方法包括提供所述甲苯二异氰酸酯，所述第一聚醚三醇，所述第二聚醚三醇，所述氨基醇扩链剂，和所述可水解的聚醚聚二甲基硅氧烷共聚物的步骤，如上所述。
该方法还包括使该甲苯二异氰酸酯，该第一和该第二聚醚三醇，该氨基醇扩链剂，和该可水解的聚醚聚二甲基硅氧烷共聚物反应以形成所述粘弹性聚氨酯泡沫体的步骤。为了形成本公开的粘弹性聚氨酯泡沫体，甲苯二异氰酸酯与该第一和该第二聚醚三醇以异酸酯指数65-105，或者75-90反应。异酸酯指数，如本领域已知的，是异酸酯中NCO基团与该第一和该第二聚醚三醇中的OH基团的比例。
以下实施例意图说明本公开，但不应以任何方式理解为限制本公开的范围。
实施例
实施例1-4是根据本发明的公开形成的粘弹性聚氨酯泡沫体。比较例1不是根据本发明的公开形成的聚氨酯泡沫体，将其纳入用于比较的目的。
现参考表1，其中描述了一系列包括异酸酯反应性组分和异酸酯的聚氨酯体系。表1的聚氨酯体系用于形成实施例1-4和比较例1。用于形成各异酸酯反应性组分的各组分的量和类型示于下表1中，其中所有值为重量份，基于100重量份的存在于各异酸酯反应性组分中的总聚醚三醇，即各组分的重量份没有归一化到100份异酸酯反应性组分的总重量。表1还包括异酸酯反应性组分和异酸酯反应形成实施例1-4和比较例1的异酸酯指数。如上所述，异酸酯指数是异酸酯中的NCO基团与异酸酯反应性组分中该第一和该第二聚醚三醇中OH基团的比例。
表1
第一聚醚三醇是具有重均分子量约3650g/mol、羟值约25mgKOH/g、包含75重量份亚乙基氧基单元和25重量份亚丙基氧基单元(基于100％第一聚醚三醇中的亚烷基氧基单元)的聚醚多元醇。
第二聚醚三醇是具有重均分子量约6500g/mol、羟值约46mgKOH/g，并包含约75重量份亚乙基氧基单元和约25重量份亚丙基氧基单元的聚醚多元醇，基于100重量份第二聚醚三醇中的亚烷基氧基单元并具有约100％的亚乙基氧基端基。
催化剂A是33重量％三亚乙基二胺和67重量％二丙二醇的溶液。
催化剂B是70重量％双(2-二甲基氨基乙基)醚和30重量％二丙二醇的溶液。
催化剂C是辛酸亚锡。
PDMS是可水解的聚二甲基硅氧烷共聚物。
表面活性剂A是具有羟基官能度的聚二甲基硅氧烷。
表面活性剂B是丁二醇异构体。
氨基醇扩链剂是二乙醇胺。
TDI是包含80重量％的2,4异构体和20重量％的2,6异构体的甲苯二异氰酸酯。
MDI是二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)的混合物，约1.1％2,2’-MDI，约25.0％2,4’-MDI，约62.5％4,4’-MDI，和11.4％聚合物型MDI，基于异酸酯总重量计。
实施例1-4和比较例1的泡沫体采用M-30实验室泡沫体机制造。更具体来说，将表1中给出的配混物计量加入销式混合机，并通过经由混合器销元件和头部机桶之间的紧密公差施加的高剪切能量进行混合以形成反应混合物。将反应混合物倾倒在移动的传送带上。传送带是呈角度的以进行团块高度控制。反应混合物以液体状态离开混回头以进行均匀摊下。传送带具有支撑侧壁，其具有塑料膜衬垫并以与传送带相同的速度移动。M-30实验室泡沫机产生的泡沫体“团块”是24英寸宽且至多24英寸高且至多30英尺长。将团块在对流炉中在121℃后固化16小时。接着从之前制备的泡沫体切下对于所需测试来说适当尺寸的样品。接下来切下各实施例1-4和比较例1的合适尺寸的样品以进行测试。
实施例1-4和比较例1的各种物理性质在恒定温度和压力下根据ASTM D3574-11测量。各实施例的测试结果在下表2中给出。
表2
应理解，所附权利要求不限于说明书中详细描述的具体的和特定的化合物、组合物、或方法，它们可在特定的实施方式之间变化，但都落入所附权利要求的范围内。对于这里提到的用于描述各种实施方式特定的特征或方面的任何马库什基团，能理解的是，不同的、特别的、和/或出乎意料的效果可获自独立于其他马库什成员的相关马库什基团每个成员。马库什基团的每个成员可独立地或组合地存在，并且提供对在所附权利要求范围内的特定实施方式的足够支持。
还应理解，描述本发明各种实施方式所采用的任何范围和子范围独立地和共同地落入所附权利要求的范围，并且被理解为描述和涵盖所有范围，包括其中的整数和/或分数值，即使这样的值没有明确在本文中写出。本领域技术人员容易认识到，举出的范围和子范围足够描述和实施本发明的各种实施方式，这样的范围和子范围可进一步细化为相关的1/2、1/3、1/4、1/5等。作为一个实例，“0.1-0.9”的范围可进一步细化为较低三分之一，即0.1-0.3，中间的三分之一，即0.4-0.6，和较高的三分之一，即0.7-0.9，它们独立地和共同地在所附权利要求的范围内，并且可用于独立地和/或共同地为所附权利要求的范围内的特定实施方式提供足够支持。此外，关于限定或修饰范围的语言，例如“至少”、“大于”、“低于”、“不超过”等，应理解，这样的语言包括子范围和/或上限或下限。作为另一实例，“至少10”的范围必然包括至少10至35的子范围，至少10至25的子范围，25至35的子范围等，每个子范围可用于独立地和/或共同地为所附权利要求的范围内的特定实施方式提供足够支持。最后，披露的范围内的单独的数量可用于为所附权利要求的范围内的特定实施方式提供足够支持。例如，“1至9”的范围包括各种单独的整数，例如3，以及单独的数量，包括小数点(或分数)，例如4.1，其可用于为所附权利要求的范围内的特定实施方式提供足够支持。
本发明已以说明性的方式进行了描述，应理解，所采用的术语意图为描述用词语的本性，而非限制。根据以上教导，本发明的许多改型和变化都是可行的。本发明可以在所附权利要求的范围内的具体描述的以外的其它方式实施。

Claims (19)

1.粘弹性聚氨酯泡沫体，其包含以下的反应产物：
(A)甲苯二异氰酸酯；和
(B)异酸酯反应性组分，该组分包含：
i.第一聚醚三醇，其具有：
a.500-5,000g/mol的重均分子量；
b.至少60重量份亚乙基氧基单元，基于第一聚醚三醇的总重量；和
c.至少10％的亚乙基氧基端基；
ii.第二聚醚三醇，其不同于所述第一聚醚三醇并具有；
a.5,000-10,000g/mol的重均分子量；和
b.至少80％的亚乙基氧基端基；
iii.氨基醇扩链剂；和
iv.可水解的聚醚聚二甲基硅氧烷共聚物。
2.根据权利要求1所述的粘弹性聚氨酯泡沫体，其玻璃化转变温度为低于-15℃且损耗角正切(tanσ)为0.3-0.6。
3.根据权利要求1或2所述的粘弹性聚氨酯泡沫体，其中所述第一聚醚三醇的重均分子量为3,000-4,000g/mol。
4.根据前述权利要求中任一项所述的粘弹性聚氨酯泡沫体，其中所述第一聚醚三醇包含至少70重量份亚乙基氧基单元，基于所述第一聚醚三醇的总重量。
5.根据前述权利要求中任一项所述的粘弹性聚氨酯泡沫体，其中所述第一聚醚三醇具有至少25％的亚乙基氧基端基。
6.根据前述权利要求中任一项所述的粘弹性聚氨酯泡沫体，其中所述第二聚醚三醇的重均分子量为6,000-7,000g/mol。
7.根据前述权利要求中任一项所述的粘弹性聚氨酯泡沫体，其中所述第二聚醚三醇包含约100％的亚乙基氧基端基。
8.根据前述权利要求中任一项所述的粘弹性聚氨酯泡沫体，其中所述氨基醇扩链剂选自乙醇胺，二乙醇胺，三乙醇胺，和它们的混合物。
9.根据前述权利要求中任一项所述的粘弹性聚氨酯泡沫体，其中所述可水解的聚醚聚二甲基硅氧烷共聚物的粘度为在25℃10,000-20,000cps。
10.根据前述权利要求中任一项所述的粘弹性聚氨酯泡沫体，其中所述第一聚醚三醇和所述第二聚醚三醇存在于所述异酸酯反应性组分中的重量比为1：1-5：1。
11.根据前述权利要求中任一项所述的粘弹性聚氨酯泡沫体，其中所述甲苯二异氰酸酯包含80重量％的2,4异构体和20重量％的2,6异构体。
12.根据前述权利要求中任一项所述的粘弹性聚氨酯泡沫体，其玻璃化转变温度为-20至-30℃且损耗角正切(tanσ)为0.4-0.5。
13.根据前述权利要求中任一项所述的粘弹性聚氨酯泡沫体，其在21℃根据ASTM D3574在四英寸厚测试样品上测试的25％压陷硬度(25％IFD)为5-30lbs/50in2且根据ASTM D3574在0℃在四英寸厚测试样品上测试的25％IFD为5-30lbs/50in2。
14.形成粘弹性聚氨酯泡沫体的方法，包括以下步骤：
提供甲苯二异氰酸酯；
提供第一聚醚三醇具有：
a.500-5,000g/mol的重均分子量；
b.至少60重量份亚乙基氧基单元，基于第一聚醚三醇的总重量；和
c.至少10％的亚乙基氧基端基；
提供第二聚醚三醇，其不同于第一聚醚三醇并具有：
a.5,000-10,000g/mol的重均分子量；和
b.至少80％的亚乙基氧基端基；
提供氨基醇扩链剂；
提供可水解的聚醚聚二甲基硅氧烷共聚物；和
使该甲苯二异氰酸酯、该第一和该第二聚醚三醇、该氨基醇扩链剂、和该可水解的聚醚聚二甲基硅氧烷共聚物反应以形成所述粘弹性聚氨酯泡沫体。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述粘弹性聚氨酯泡沫体的玻璃化转变温度为低于-15℃且损耗角正切(tanσ)为0.3-0.6。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其中第一聚醚三醇和第二聚醚三醇的重量比为1：1-5：1。
17.根据权利要求14-16中任一项所述的方法，其中所述氨基醇扩链剂选自乙醇胺，二乙醇胺，三乙醇胺，和它们的混合物。
18.根据权利要求14-17中任一项所述的方法，其中所述甲苯二异氰酸酯包含80重量％的2,4异构体和20重量％的2,6异构体。
19.根据权利要求14-18中任一项所述的方法，其中所述甲苯二异氰酸酯与该第一和该第二聚醚三醇以异酸酯指数65-105反应。
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