CN107075073A - 冲击保护泡沫 - Google Patents

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Abstract

包括异氰酸酯组分和异氰酸酯反应性组分的反应产物的冲击保护泡沫。异氰酸酯组分包括至少一种异氰酸酯。异氰酸酯反应性组分包括以异氰酸酯反应性组分的总重量计20wt％至80wt％的疏水性多元醇组分和20wt％至80wt％的亲水性多元醇组分。疏水性多元醇组分包括至少一种天然油疏水性多元醇，且亲水性多元醇组分至少包括聚醚多元醇，其具有3,000g/mol至10,000g/mol的数均分子量和至少50wt％的伯羟基含量。异氰酸酯指数为50至120。泡沫制品在‑10℃到40℃的温度范围内具有小于35KN的能量耗散速率，且在23℃和‑10℃两者下具有小于55的肖氏A级硬度。

Description

冲击保护泡沫
技术领域
实施例涉及能够在不同温度条件下执行的冲击保护泡沫。
背景技术
聚氨基甲酸酯泡沫用于多种应用，如用于冲击保护的缓冲。冲击保护泡沫可帮助吸收和耗散冲击能量。举例来说，冲击保护泡沫可为用于个人保护的能量吸收泡沫，例如用于在参与接触性运动和高冲击活动如骑自行车、摩托车、全地形交通工具等时使用。冲击保护泡沫可制成弯曲的或复杂的形状，该形状可单独使用或用于复合材料制品中(例如，冲击保护泡沫可布置在外层之间以形成复合材料冲击保护制品)。当进行冲击保护时，应避免重且不可透气的或限定性的材料，例如，厚度应最小化，以避免冲击吸收材料对于客户偏好来说变得太重且庞大。此外，冲击保护应准确地施加到身体部位，例如，应维持灵活性以致力于符合复杂的三维形状。举例来说，冲击保护泡沫可被设计成在符合在身体表面的形状和/或提供舒适的制品时保护身体的部位免受损害/损伤。
另外，冲击保护在各种环境条件下应仍然维持对严重冲击的保护。然而，典型聚氨基甲酸酯泡沫在更冷的温度(例如，-10℃)下可具有限制。因此，对于冲击保护聚氨基甲酸酯基泡沫存在跨越不同的温度范围显示增强的灵活性和适型性两者的需要。举例来说，寻求在不同温度下具有相对稳定的物理特性、在宽的温度范围内具有较低的弹性以及作为减震材料具有实用性的减震聚氨基甲酸酯泡沫。
发明内容
实施例可通过提供包括异氰酸酯组分与异氰酸酯反应性组分的反应产物的冲击保护泡沫来实现。异氰酸酯组分包括至少一种异氰酸酯。异氰酸酯反应性组分包括以异氰酸酯反应性组分的总重量计20wt％至80wt％的疏水性多元醇组分和20wt％至80wt％的亲水性多元醇组分。疏水性多元醇组分包括至少一种天然油疏水性多元醇，且亲水性多元醇组分至少包括聚醚多元醇，其具有3,000g/mol至10,000g/mol的数均分子量和至少50wt％的伯羟基含量。异氰酸酯指数为50至120。泡沫制品在-10℃至40℃的温度范围内具有小于35KN的能量耗散速率，且在23℃和-10℃两者下具有小于55的肖氏A级硬度。
附图说明
图1示出工作实例3和4以及比较实例B和C的动态热机械分析(DTMA)tanδ曲线。
图2示出工作实例3和4以及比较实例B和C的DTMA储存模量曲线。
具体实施方式
冲击保护泡沫如震动板和保护器应尽可能轻，以在穿戴期间提供高舒适度，且应能够在宽的温度范围中耗散冲击/震动的能量。通过冲击保护泡沫，这意指被设计用于保护人类、动物和/或物体免受冲击(如外部施加力)的损伤/损害的能量吸收冲击泡沫***。关于冲击保护泡沫在缓冲应用(和任选地包装应用)中的使用，泡沫材料通常被设计成经受低到中等的压缩应力。泡沫可被设计成使得在这些条件下，由于在使用期间施加的压缩应力，在泡沫中诱导的应变在泡沫的弹性极限内。在弹性极限内，诱导的应变(即泡沫的压缩)可与施加的压缩应力大致成比例。因而，使应力加倍可诱导大致加倍的应变。当去除压缩力时，在其弹性极限内被压缩的泡沫可返回到与压缩泡沫所需的能量大致相同的量。这可允许泡沫吸收来自特定层级冲击的能量，例如在没有使泡沫永久变形或显著递减其能力的情况下，以缓冲进一步的冲击事件。
冲击保护泡沫可在近乎恒定的速率下持续吸收能量，因为它被压缩到其原始厚度的一部分。多孔聚合物的行为可为使得诱导应变所需的压缩应力可近乎成直线地增加直到弹性极限，例如，增加到原始泡沫厚度的约3％至10％的应变。在超过弹性极限之后，压缩应力可趋于几乎保持恒定最多约20％至30％应变，并且接着在更多应变被诱导到泡沫时显著增加。如果压缩应力保持恒定接近于较高应变，如40％至60％的应变或更大，那么这将是更期望的。这将既延长在其内发生减速的时间(例如，通过在压缩多孔聚合物至较高应变所需的较长时间段内分配能量)且又减低最大减速，因为当多孔聚合物被压缩时，能量被更均匀地吸收。举例来说，该类型的多孔聚合物可适用于在低温下寻求良好的减震级的运动或保护设备。
对于冲击保护泡沫，实施例涉及疏水性和亲水性主链的组合，其为最终聚氨基甲酸酯泡沫/聚合物提供在宽温度范围下的良好的冲击性能。聚氨基甲酸酯聚合物含有氨基甲酸酯部分，并且由至少包括异氰酸酯组分和异氰酸酯反应性组分的起始材料制造。异氰酸酯组分包括至少一种异氰酸酯(例如，聚异氰酸酯和/或异氰酸酯封端的预聚物)。异氰酸酯反应性组分包括至少一种多元醇组分。异氰酸酯反应性组分可包括其它活性氢化合物，如多元胺。可包括任选的添加剂组分，其包括至少一种任选的添加剂(如发泡剂、催化剂、固化剂、增链剂、阻燃性、填料、稳定剂、表面活性剂、增塑剂、沸石和/或改性所得最终聚氨基甲酸酯产品的特性的其它添加剂)。
冲击保护泡沫的特性
冲击保护泡沫可满足标准EN 1621的要求，对于其示例性用途包括用于摩托车驾驶员和军事用途的技术服装。标准EN 1621可被称为摩托车驾驶员抗机械冲击的防护工作服标准。部分1(即，EN 1621-1)涉及用于冲击保护器的要求和测试方法。EN 1621-1测试的原理是评估在骑摩托车时穿戴在四肢关节上的护甲的保护品质，并且在测试冲击期间测量通过样品传播的力。力越低，产品被认为越保护。为了通过标准，平均最大传播力必须低于35kN，且没有单个值应超过50kN。该标准包括附加的测试，以评估在高温和低温环境下以及在储存于潮湿条件下之后的性能。部分2(即，EN 1621-2)涉及专门用于背部保护器型冲击保护器的要求和测试方法，并使用与EN 1621-1类似的方法。
根据实施例，冲击保护泡沫即使在低温下也具有良好的减震特性，以便在较高和较低温度下均可使用。实施例的冲击保护泡沫展示低于35KN的传播力，其通过根据EN1621-1的冲击试验来测量，例如在不同的温度下和在潮湿老化之后。用于通过EN 1621-1测试的规则是，对于4.3m/s的冲击速度和50J的冲击能量(特定形状的5kg重量造成保持在特定形状的砧座上的装置冲击，以使得冲击能量为50J)，传播的峰值载荷小于35kN。EN 1621-1可在室温(例如，23℃的温度)下执行。根据EN 1621-1标准，1级<35kN且2级<20kN，而2级表示优于1级的改进的性能。1级和2级的表征可按基于个样品(例如，三个样品)，而每个样品必须符合表征水平。
即使在水解之后，实施例的冲击保护泡沫能够在-10℃到40℃的温度范围内以小于35KN的良好的能量耗散速率传递高冲击保护。而水解被定义为在测试前调节，其包括将制品在70±2℃和大于96％的相对湿度下暴露于72小时，并且其后在23℃下暴露24小时。这将基于性能而对保护板进行分类，其中通常值越小表示材料在冲击下的性能越好。根据示例性实施例，冲击保护泡沫的能量耗散在-10℃下小于20.0KN(例如，对于每个测试的样品的2级)和/或在-10℃下小于14.5KN(例如，对于每个测试的样品)。冲击保护泡沫的能量耗散在40℃下还可小于25.0KN(例如，对于每个测试的样品)。冲击保护泡沫在水解之后的能量耗散可小于31.0KN和/或小于30.2KN(对于每个测试样品)。因此，在冲击保护泡沫中的聚氨基甲酸酯聚合物能够在潮湿老化之后在温条件(如40℃)下和在冷条件(如-10℃)下提供改善的冲击性能，同时仍然对最终用户维持高水平的舒适度。
冲击保护泡沫可为以相对低的异氰酸酯指数形成且具有相对低的含水量的粘弹性、低回弹性和/或低密度聚氨基甲酸酯泡沫。举例来说，用于形成泡沫的调配物可包括水，例如，以异氰酸酯反应性组分的总重量计，以小于1wt％和/或小于0.5wt％的量。所谓粘弹性和低回弹性意指泡沫制品的钢球回跳(如由ASTM D 3574H所测量的)小于20％。在示例性实施例中，钢球回跳在23℃和-10℃两者下小于20％和/或15％或更低。此外，为了在聚氨基甲酸酯泡沫中获得粘弹性状态，一种可能的方法是通过使用较低分子量的多元醇与较低的异氰酸酯指数结合使位移玻璃化转变温度更接近于室温。然而，低的异氰酸酯指数可导致具有差的耐疲劳性的泡沫，这将不适合于用于冲击保护泡沫制品。为了补偿差的耐疲劳性，行业趋势一直是提高所得泡沫的密度，这对用于寻求较轻重量解决方案的冲击保护泡沫制品中是不太了解的。示例性实施例涉及组合粘弹性、低回弹性和低密度的替代物，并且包括使用亲水性多元醇组分和疏水性多元醇组分。
动态机械热分析(DMTA)可用于确定冲击保护泡沫在大温度范围内的粘弹特性。举例来说，DMTA可用于测量tanδ、玻璃化转变温度和储存模量。其中tanδ是热量形式耗散的能量与材料中储存的最大能量的比率的量度。因此，在以热量形式耗散的能量接近储存的能量的温度下(例如，在每次达到玻璃-橡胶相变温度时)，tanδ增加到峰值(即，沿tanδ曲线图上升峰的最上方尖端)。储存模量测量储存的能量(相对于耗散的)，其表示聚合物的弹性部分。可观察到在宽温度范围内的最佳保护作为在大范围温度下显示高值的宽曲线，例如参见图1，关于工作实例3和4的宽峰与比较实例B和C的相对窄的峰相比较。
冲击保护泡沫在23℃和-10℃两者下具有相对低的硬度。具体地说，对于冲击保护泡沫，肖氏A级硬度在23℃和-10℃两者下小于55。举例来说，肖氏A级硬度在23℃和-10℃两者下可小于55和/或20至50，而仍然呈现在-10℃至40℃的温度范围内能量耗散速率小于35KN。聚氨基甲酸酯泡沫的密度可小于600g/L，例如200g/L到550g/L、300g/L到520g/L、400g/L到500g/L，和/或450g/L到500g/L。
冲击保护泡沫在暴露于70℃下24小时和100％相对湿度环境之后可呈现相对低的平均吸收率/吸水量。举例来说，平均吸水率/吸水量测量为在样品暴露于70℃下100％湿度环境24小时的延长的时间段之后的重量变化％。举例来说，冲击保护泡沫制品的吸水率小于5.0％、小于4.0％和/或小于3.7％，其测量为在暴露于70℃下100％相对湿度24小时的时段之后重量变化％(即，[在初始重量和暴露之后的重量之间的差异]/[初始重量])。
冲击防止泡沫可为自撑式制品和/或嵌入在于非刚性材料/服装内以用作冲击吸收构件。冲击防止泡沫可在无额外的刚性构件的情况下使用，该刚性构件具有将冲击力在较大面积内扩散的目的。具体地说，如果与人体接触，那么刚性构件趋于不灵活且不舒适。举例来说，需要保护的身体的脆弱区域(如肘部和膝盖)，其经受几何形状上的显著变化和匹配用于载荷扩散的刚性形状的尝试可失效。
冲击保护泡沫的形成
在冲击保护泡沫中的聚氨基甲酸酯聚合物为异氰酸酯组分和异氰酸酯反应性组分的反应产物。
异氰酸酯组分包括至少一种异氰酸酯。示例性异氰酸酯包括二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、间亚苯基二异氰酸酯、对亚苯基二异氰酸酯(PPDI)、萘二异氰酸酯(NDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)以及其各种异构体和/或衍生物。使用其2,4'-、2,2'-和4,4'-异构体中的至少一种，MDI可具有聚合物、共聚物、混合物或改性的聚合物形式。示例性MDI产品可从陶氏化学公司(The Dow ChemicalCompany)以商品名称ISONATE、PAPI以及VORANATE购得。使用其2,4和2,6-异构体中的至少一种，TDI可具有聚合物、共聚物、混合物或改性的聚合物形式。示范性TDI产品可从陶氏化学公司以商品名称VORANATE购得。异氰酸酯的平均官能度可为2.8到3.2(例如2.2到2.9等)。异氰酸酯可为自由异氰酸酯基含量(即，NCO含量)为15wt％到35wt％(例如，20wt％到30wt％和/或20wt％到25wt％)的预聚物。
由于用于制备泡沫制品的工艺的差异，所以在可期望的异氰酸酯组分中存在差异。甲苯二异氰酸酯(“TDI”)可用于制备板材泡沫。二苯基甲烷二异氰酸酯(“MDI”)可用于模制的泡沫。举例来说，MDI可用于其中采用“两次-喷射”工艺的某些特殊应用。在该类型的工艺中，固体MDI或改性的(液体)MDI与至少一种多元醇预反应以形成预聚物(即，异氰酸酯封端的聚氨基甲酸酯预聚物)。所得预聚物可为稳定的，如在室温下的液体。MDI预聚物已示出为使能改善弹性体特性。接着可将预聚物在随后的步骤中与额外的多元醇(或其它活性氢)和/或添加剂如发泡剂和/或交联剂反应，以形成聚氨基甲酸酯泡沫。
异氰酸酯组分可为具有高平均自由NCO(即，异氰酸酯部分)含量的MDI预聚物。举例来说，异氰酸酯组分包括平均NCO含量为15wt％到35wt％的基于异氰酸酯封端的MDI的预聚物。
异氰酸酯反应性组分包括以异氰酸酯反应性组分的总重量计20wt％到80wt％的疏水性多元醇组分和20wt％到80wt％的亲水性多元醇组分。举例来说，疏水性多元醇组分以异氰酸酯反应性组分的总重量计可占30wt％到70wt％、35wt％到60wt％、40wt％到50wt％和/或42wt％到48wt％。亲水性多元醇组分以异氰酸酯反应性组分的总重量计可占30wt％到70wt％、40wt％到65wt％、45wt％到60wt％和/或48wt％到55wt％。亲水性多元醇组分可以比疏水性多元醇组分较大的量存在。异氰酸酯反应性组分可任选地包括添加剂组分，其占异氰酸酯反应性组分的总重量的0.1wt％到15wt％。添加剂组分可包括一种或多种催化剂、一种或多种扩链剂、一种或多种交联剂、一种或多种表面活性剂和/或一种或多种发泡剂。
疏水性多元醇组分至少包括天然油疏水性多元醇。天然油疏水性多元醇可占异氰酸酯反应性组分的总重量的20wt％到80wt％、30wt％到60wt％、35wt％到50wt％和/或35wt％到40wt％。举例来说，天然油疏水性多元醇可为10个碳原子或更多的脂肪族羧酸的二-和/或三-甘油酯，例如羟基取代的脂肪族羧酸的甘油三酯。实例为蓖麻油，其为获自蓖麻种子/植物的植物油。在蓖麻油中大部分脂肪酸可为蓖麻油酸酯/蓖麻油酸(即，12-羟基-9-顺-十八碳烯酸)，其可被称作在第十二碳处具有羟基官能团的单不饱和的18-碳脂肪酸。该官能团导致蓖麻油酸(和蓖麻油)是极性的，例如对于高度精制和干燥的蓖麻油，具有相对高的介电常数(4.7)的极性电介质。示例性蓖麻油可包括至少85wt％的蓖麻油酸(12-羟基油酸)和少量的亚油酸、油酸、硬脂酸、棕榈酸、二羟基硬脂酸、次亚麻油酸、花生酸和/或水。蓖麻油可具有约2.64的真实羟基官能度和约342的当量重量。蓖麻油可为改性的或未改性的，例如改性的蓖麻油可含有添加剂如甲醛或聚酯多元醇。
除了天然油疏水性多元醇如蓖麻油之外，疏水性多元醇组分可包括(一种或多种)附加的疏水性多元醇。举例来说，疏水性多元醇组分可包括另一种天然油多元醇、天然油衍生的多元醇、疏水性聚酯多元醇和/或疏水性聚醚多元醇。举例来说，疏水性多元醇组分以异氰酸酯反应性组分的总重量计可包括疏水性聚醚多元醇的1wt％到30wt％、1wt％到25wt％、1wt％到20wt％、1wt％到15wt％、1wt％到10wt％、1wt％到7wt％和/或3wt％到7wt％。疏水性聚醚多元醇可为具有小于700g/mol、小于600g/mol和/或小于500g/mol的数均分子量的聚氧丙烯或聚氧丙烯/聚氧乙烯二醇或三醇。
亲水性多元醇组分包括至少一种高分子量和高伯羟基含量的亲水性聚醚多元醇。其中，高分子量和高伯羟基含量的亲水性聚醚多元醇可占异氰酸酯反应性组分的总重量的20wt％到80wt％、30wt％到60wt％、35wt％到50wt％和/或35wt％到40wt％。蓖麻油与高分子量和高伯羟基含量的亲水性聚醚多元醇的重量比可为0.90:1.10到1.10:0.90和/或0.95:1.05到1.05:0.95(例如，以便具有约1:1的重量比)。组合的蓖麻油与高分子量和高伯羟基含量的亲水性聚醚多元醇可占异氰酸酯反应性组分的总重量的至少70wt％，例如70wt％到90wt％、70wt％到85wt％、70wt％到80wt％和/或72wt％到80wt％。
高分子量和高伯羟基含量的亲水性聚醚多元醇的数均分子量为3000g/mol到10,000g/mol，例如3000g/mol到8000g/mol、3200g/mol到6000g/mol、3500g/mol到5500g/mol、4000g/mol到5000g/mol和/或4200g/mol到4700g/mol。亲水性聚醚多元醇的伯羟基含量为至少50wt％和/或至少70wt％(以亲水性聚醚多元醇中的总羟基含量计)，例如至少75wt％、80wt％到95wt％和/或80wt％到90wt％。高分子量和高伯羟基含量的亲水性聚醚多元醇可为聚氧丙烯或聚氧丙烯/聚氧乙烯多元醇(例如，如聚氧乙烯封端聚氧丙烯/聚氧乙烯多元醇)。举例来说，高分子量和高伯羟基含量的亲水性聚醚多元醇的平均标称羟基官能度可为2到6(例如，可为二醇或三醇)。
除了高分子量和高伯羟基含量的亲水性聚醚多元醇之外，亲水性多元醇组分可包括(一种或多种)附加的多元醇，例如，亲水性聚酯多元醇、亲水性聚醚多元醇和/或不是疏水性多元醇的聚醚多元醇。举例来说，亲水性多元醇组分可仅包括高分子量(至少3000g/mol的分子量)的聚醚多元醇。举例来说，亲水性聚醚多元醇组分可按异氰酸酯反应性组分的总重量计包括高分子量聚醚多元醇的1wt％到30wt％、1wt％到25wt％、1wt％到20wt％、1wt％到15wt％、1wt％到10wt％、1wt％到7wt％和/或3wt％到7wt％。高分子量聚醚多元醇的数均分子量可为3000g/mol到10,000g/mol，例如3000g/mol到8000g/mol、3500g/mol到6000g/mol、4000g/mol到5500g/mol、4500g/mol到5500g/mol和/或4750g/mol到5250g/mol。高分子量聚醚多元醇可为聚氧丙烯/聚氧乙烯多元醇，如聚氧乙烯封端聚氧丙烯/聚氧乙烯多元醇。举例来说，高分子量聚醚多元醇的平均标称羟基官能度可为2到6(例如，可为二醇或三醇)。
异氰酸酯反应性组分可在50到120(例如，50到120、70到100、70到90等)的异氰酸酯指数下与异氰酸酯组分反应，以形成聚氨基甲酸酯泡沫/聚合物。异氰酸酯指数测量为用于形成聚氨基甲酸酯泡沫/聚合物的反应混合物中的异氰酸酯的当量除以反应混合物中的含有异氰酸酯反应性氢的材料的总当量乘以100。以另一方式考虑，异氰酸酯指数为存在于反应混合物中的异氰酸酯基与异氰酸酯反应性氢原子的比率，给定为百分比。
任选的添加剂组分可全部添加到异氰酸酯反应性组分、部分添加到异氰酸酯反应性组分且部分添加到异氰酸酯组分，和/或可从异氰酸酯反应性组分和异氰酸酯组分独立地提供。
任选的添加剂组分可包括有包括至少一种催化剂的任选的催化剂组分。举例来说，添加剂组分可包括胶凝催化剂、发泡催化剂以及锡和/或胺类催化剂中的每个。举例来说，催化剂组分可占异氰酸酯反应性组分的总重量的小于5wt％。示例性催化剂包括叔胺、由仲胺形成的曼尼希碱(Mannich bases)、含氮碱、碱金属氢氧化物、碱酚盐、碱金属醇化物、六氢噻嗪和有机金属化合物。包括的固化剂可为双官能有机二胺化合物(如甲苯类二胺、苯基类二胺、烷基类二苯胺、聚醚类二胺或异佛尔酮类二胺)或三官能有机二胺化合物(如苯基类三胺、烷基类三胺或丙烯类三胺)。
任选的增链剂组分可包括增链剂，例如该增链剂每分子具有两个异氰酸酯反应性基团并且每异氰酸酯反应性基团可具有小于400的当量重量。示例性增链剂包括1,4-丁二醇(“丁二醇”或“BDO”)、乙二醇以及二甘醇。如果包括在内，那么增链剂组分可以异氰酸酯反应性组分的总重量计以0.1wt％到5wt％的量存在。任选的交联剂组分可包括至少一种以下交联剂，其具有每分子三个或超过三个异氰酸酯反应性基团并且每异氰酸酯反应性基团的当量小于400。举例来说，交联剂可包括每分子3到8个(例如3或4个)伯羟基、伯胺基或仲胺基，并且其平均当量可为30到约300。如果包括在内，那么交联剂组分可以异氰酸酯反应性组分的总重量计以0.1wt％到5wt％的量存在。
任选的添加剂组分可不包括任何开孔剂。举例来说，通常，为了减低和/或防止在泡沫中收缩的可能性，将开孔剂添加到成泡混合物。但是由开孔剂形成的所得泡沫可具有粗的孔结构和/或粗糙的外表面。此类粗的结构和粗糙表面与客户对冲击保护泡沫的期望冲突，其中具有更平滑表面的细小孔结构被认为提供更好的舒适度。
各种其它添加剂，例如本领域的技术人员已知的那些添加剂可包括于任选的添加剂组分中。举例来说，可使用填料，如无机和/或有机填料、着色剂、水结合剂、表面活性物质、增量剂和/或增塑剂。染料和/或颜料(如二氧化钛和/或碳黑)可包括于任选的添加剂组分中以赋予聚氨基甲酸酯弹性体颜色特性。颜料可呈固体形式或固体可预分散于多元醇载体中。强化剂(例如片状或磨碎玻璃和/或烟雾状二氧化硅)可用于赋予某些特性。其它添加剂包括例如UV稳定剂、抗氧化剂、脱气剂和粘着促进剂，其可根据聚氨基甲酸酯弹性体的期望特征而独立地使用。
一旦混合异氰酸酯组分和异氰酸酯反应性组分，所得反应混合物就固化以形成聚氨基甲酸酯聚合物。基于热塑性塑料聚氨基甲酸酯(TPU)的聚合物包括由硬和软链段组成的多嵌段共聚物。TPU弹性体可以由软链段与硬链段的相分离而获得其强度。硬链段可包括异氰酸酯和增链剂组分的组合，并且TPU的其余部分是“软链段”。
聚氨基甲酸酯泡沫可根据其制造方法分成两种类型。模制泡沫通过使形成聚氨基甲酸酯的组分在封闭式模具中反应以产生具有预定形状的泡沫来制备。板材泡沫通过准许泡沫组分抗自身重量自由提高来制备。
举例来说，聚氨基甲酸酯聚合物可通过倾倒或注入应用来形成，其中在表面上(例如，在加热的模具的表面上或可以避免使用模具)组合异氰酸酯组分和异氰酸酯反应性组分。如果使用模具，那么聚氨基甲酸酯制品可形成包括聚氨基甲酸酯聚合物/泡沫作为单层(例如，且不包括任何其它聚氨基甲酸酯层)的特定形状。如果在倾倒或注入应用期间不使用模具，那么有可能将所得聚氨基甲酸酯制品切割和/或成形为特定形状(例如，在冷却之后)。倾倒或注入应用可在传送机装置上，例如以连续方式进行。
模制的粘弹性聚氨基甲酸酯泡沫可形成于开模工艺或闭模工艺中。在开模工艺中，两种反应性组分混合并且倾入到敞开式模具中且良好地分散到模具表面上。然后模具封闭或保持敞开且允许混合物膨胀和固化。在闭模工艺的情况下，将混合的组分通过注入点注入到封闭式模具中，因此发泡体必须在模具内流动良好。在两种情况下，脱模剂可通过以下施加，喷涂或刷拭到模具表面上，包括在泡沫注入之前的盖(10秒和1分钟之间，这取决于工艺条件)，以降低和/或防止泡沫粘在模具的可能性和在无表面和/或次表面缺陷(如针孔、空隙、局部收缩、气泡、水泡、表皮脱皮)的情况下得到泡沫表皮，这对于应用可为不利的，无论是为了审美还是舒适的原因。
除非另外指明，否则所有份数和百分比均以重量计。除非另外规定，否则所有分子量都以数均分子量计。
实例
使用以下材料：
多元醇
蓖麻油植物衍生的疏水性多元醇，其包括大部分蓖麻油酸(可从欧宝迪博利公司(Alberdingk Boley)购得)。
多元醇A亲水性多元醇，即丙三醇引发的聚氧乙烯封端聚氧丙烯聚氧乙烯三醇，其具有约4500的平均分子量，聚氧乙烯百分比大约90％、最终初级OH大约80％至90％，且OH数目约37mg KOH/g(可以VORANOLTM 1447从陶氏化学公司购得)。
多元醇B多元醇，即聚氧乙烯封端聚氧丙烯聚氧丙烯聚氧乙烯三醇的多元醇，其具有约5000g/mol的平均分子量(可以VORANOLTM CP 4711从陶氏化学公司购得)。
多元醇C疏水性多元醇，即环氧乙烷封端聚氧丙烯/聚氧乙烯三醇，其具有约450g/mol的平均分子量(可以VORANOLTM CP 450从陶氏化学公司(购得)。
比较多元醇D包括各种多元醇的多元醇掺合物。掺合物包括VORANOLTM CP 1421(约33wt％)、VORANOLTM CP 260(约10wt％)、VORANOLTM PP 3039(约27wt％)和VORALUXTM HL400(约30wt％))各自可从陶氏化学公司购得。重量百分比以比较多元醇D的总重量计。
比较多元醇E共聚物多元醇(可从陶氏化学公司购得)。
预聚物
SPECFLEXTM NE 371基于MDI的预聚物，其具有28.8wt％到30.8wt％的平均NCO含量(可从陶氏化学公司购得)
VORALASTTM Ge 143基于MDI的预聚物，其具有17.9wt％到18.9wt％的平均NCO含量(可从陶氏化学公司购得)
添加剂
催化剂1三亚乙基二胺的33％的丙二醇溶液的催化剂(以33LV可从空气产品和化学品公司(Air Products&Chemicals)购得)。
催化剂2催化剂(以33LB可从空气产品&化学品公司(Air Products&Chemicals)购得))。
催化剂3 70％的双(2二甲基氨基乙基)醚和30％的二丙二醇的催化剂(以NIAXTMA-l可从迈图公司(Momentive)购得)。
催化剂4发泡催化剂，其包括二甲基乙醇胺，也被称作DMEA(可从西格玛奥德里奇公司(Sigma Aldrich)购得)。
催化剂5锡催化剂(以FormrezTM UL-38可从迈图公司(Momentive)购得)。
丁二醇1,4-丁二醇的增链剂(西格玛-奥德里奇公司(Sigma-Aldrich))。
DEOA二乙醇胺的交联剂(可从西格玛-奥德里奇公司购得)。
丙三醇丙三醇的交联剂(可从西格玛-奥德里奇公司购得)。
MEG单乙二醇的增链剂(可从陶氏化学公司购得)。
表面活性剂硅氧烷表面活性剂(可以B 8715 LF2从赢创工业(Evonik Industries)购得)。
参考表1，首先根据以下表1中的配方制备包括多元醇和添加剂的异氰酸酯反应性组分。具体地说，化合物掺合30分钟，如由本领域的普通技术人员将理解的。
表1
使用以上表1中的异氰酸酯反应性形式制备工作实例3、工作实例4、比较实例B和比较实例C。
具体地说，工作实例3通过在约94的异氰酸酯指数下使约100重量份(约120克)的工作实例1与约67重量份(约80克)的VORALASTTM Ge 143ISO反应来制备。工作实例4通过在约88的异氰酸酯指数下使约100重量份(约117克)的工作实例2与约71重量份(约83克)的VORALASTTM Ge 143ISO反应来制备。
比较实例B通过在约80的异氰酸酯指数下使约100重量份(约142克)的比较实例A与约41份(约58克)的SPECFLEXTM NE 371ISO反应来制备。比较实例C通过在约82的异氰酸酯指数下使约100重量份(约119克)的比较实例A与约68份(约81克)的VORALASTTM Ge 143ISO反应来制备。所得测试板(具有200mm×200mm×10mm的尺寸)具有约480g/L的模制密度，并且在各种指数(J＝82÷100)下使用低压倾倒机器制备。
参考表2，工作实例3和4以及比较实例B和C在使用标准EN 1621-1下对冲击性能进行评价。在潮湿老化之后的冲击在室温下在水解(在70±2℃和>96％相对湿度下水解72小时，在测试之前在23℃的调节下水解24小时)之后测量。
表2
根据上表，显而易见的是，工作实例3和4适用于冲击保护器的生产。具体地说，在-10℃下，工作实例3和4展示出改善的性能。
参考表3，评价工作实例3和4以及比较实例B和C中的每个的三个单独试样的吸水率。
表3
参考以上表3，平均吸收的水通过测量吸水量来确定。具体地说，吸水率通过称重50mm×50mm样品并且接着将该样品放入具有在底部处水层的气密容器来测量。然后，样品由支架保持在水之外，但流过容器空气并不受限。然后将容器密封并加热到70℃，持续24小时，这将样品暴露于100％湿度环境中延长的时间段。然后将样品从容器中取出并且立即放入气密袋中，气密袋是密封的并冷却到23℃(时间取决于样品的密度和大小，其中致密样品冷却到23℃花费的时间最长，通常为4至6小时，直到整个样品为23℃)。该工艺并不干燥该样品，但将其冷却到环境温度。然后再次称重样品，并且由重量中的差异计算吸水率的百分比。对于工作实例3且4以及比较实例B和C中的每个，该工艺用于测试三个单独的50mm×50mm样品。平均吸收的水为使用三个单独50mm×50mm样品的结果所计算的平均吸水率。
参考以下表4，评价工作实例3和4以及比较实例B和C在23℃和-10℃两者下的硬度和钢球回跳。硬度根据DIN 53543测量。钢球回跳根据ASTM D 3574H测量。然而钢球回跳为用于测量柔性聚氨基甲酸酯泡沫的表面回弹性的测试过程。测试涉及从预定高度丢弃已知质量的钢珠球到泡沫样品上。由钢球达到的表达为原始下落高度的百分比的回跳高度为钢球回跳回弹性值。
表4
参考以上表4，以上示出在冷条件中工作实例3和4关于硬度和钢球回跳的益处。举例来说，比较实例B和C在-10℃下是相对刚性且无弹性的。相比之下，工作实例3和4特征在于灵活性，这可意味着用于最终用户的舒适度。关于钢球回跳测试，工作实例3和4展示出以有效方式耗散能量的能力(值越小，能量耗散越好)。
参看图1和2，tanδ和储存模量分别在示出的曲线中表示。tanδ描述材料耗散能量的能力。储存模量为在聚合物基质中硬链段含量的直接表达(值越高，在特定温度下硬链段的含量越高)，且可与在特定温度下材料的最终硬度直接地相关。硬度越高，可由最终用户实现的不适越多。
如图1中所示，实现材料的不同玻璃化转变温度范围(在曲线中示出的峰Tg)。举例来说，工作实例3和4实现较宽峰(且两种峰指示工作实例4的分离相形态)，因此材料能够在宽的温度范围中执行。如图2中所示，工作实例3和4实现比比较实例B和C较低的硬链段(硬度越低，灵活性越高)，特别是在低于1 0℃的温度下。
参照图1且图2，DMTA分析通过使用配备有液氮冷却***(LNCS)的TA仪器DMA Q800来执行拉伸变形。试样通过从原始材料的表面去除1.4mm至1.7mm的厚层，并且接着将其切割成25mm×7mm的矩形几何形状来制备。实验条件包括：在-70℃下的等温温度持续2分钟；温度以2℃/min从-70℃匀变到100℃；频率1赫兹(Hz)，预载0.01牛顿(N)；应变15微米(μm)，力轨道125％；计量器距离大约20mm；且冷却剂为液氮。

Claims (10)

1.一种冲击保护泡沫，其包含异氰酸酯组分和异氰酸酯反应性组分的反应产物，其中：
所述异氰酸酯组分包括至少一种异氰酸酯；
所述异氰酸酯反应性组分包括以所述异氰酸酯反应性组分的所述总重量计20wt％到80wt％的疏水性多元醇组分和20wt％到80wt％的亲水性多元醇组分，所述疏水性多元醇组分包括至少一种天然油疏水性多元醇，且所述亲水性多元醇组分至少包括聚醚多元醇，所述聚醚多元醇具有3,000g/mol到10,000g/mol的数均分子量和至少50wt％的伯羟基含量；
所述异氰酸酯指数是50至120；且
所述泡沫制品在-10℃到40℃的所述温度范围内具有小于35KN的能量耗散速率，且在23℃和-10℃两者下具有小于55的肖氏A级硬度。
2.根据权利要求1所述的冲击保护泡沫，其中所述天然油衍生的疏水性多元醇为蓖麻油。
3.根据权利要求2所述的冲击保护泡沫，其中所述蓖麻油与高分子量和高伯羟基含量的亲水性聚醚多元醇的重量比为0.90:1.10到1.10:0.90。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的冲击保护泡沫，其中所述异氰酸酯组分包括平均NCO含量为15wt％到35wt％的基于异氰酸酯封端的二苯基甲烷二异氰酸酯的预聚物。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的冲击保护泡沫，其中所述疏水性多元醇组分包括具有小于700g/mol的数均分子量的1wt％到30wt％的聚氧丙烯或聚氧丙烯/聚氧乙烯二醇或三醇。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的冲击保护泡沫，其中所述亲水性多元醇组分包括1wt％至30wt％的附加的多元醇，所述附加的多元醇为具有3,500g/mol到5,500g/mol的数均分子量的聚氧丙烯或聚氧丙烯/聚氧乙烯二醇或三醇。
7.根据权利要求1到6中任一项所述的冲击保护泡沫，其中所述泡沫制品在-10℃下具有小于14.5KN的能量耗散。
8.根据权利要求1到7中任一项所述的冲击保护泡沫，其中所述泡沫制品具有小于600g/L的密度。
9.根据权利要求1到8中任一项所述的冲击保护泡沫，其中所述冲击吸收泡沫在23℃和-10℃两者下具有15％或更低的钢球回跳回弹性值，如根据ASTM D 3574H所测量的。
10.一种包括根据权利要求1到9中任一项所述的冲击保护泡沫的摩托车驾驶员的防护工作服。
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