具有低堆积密度和压缩强度的软泡沫塑料

摘要

本发明提供具有堆积密度小于约15kg/m3和压缩强度小于约1.5kPa的软质聚氨酯泡沫塑料及其制备方法。本发明的泡沫塑料是通过多异氰酸酯与特定多元醇的混合物结合大量的水和高压下溶解的二氧化碳作为发泡剂进行反应而制得的。

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有堆积密度小于约15kg/m³和压缩强度小于约1.5kPa的软质聚氨酯泡沫塑料及其制备方法。

背景技术

以前，密度不大于15kg/m³和压缩强度小于1.5kPa的软泡沫塑料可以通过使用包含水和CFCs的发泡剂组合而制备得到。但在禁止CFCs之后，只能使用诸如二氯甲烷或丙酮的发泡剂，或者在低压下进行发泡处理来得到低堆积密度。所有这些方法都存在不利之处，有时比较严重的问题是：在许多国家，考虑到最大车间浓度和工厂排放量，二氯甲烷的使用有严格的条件，当使用丙酮时，生产设备必须设计成能够抗爆，并且低压需要昂贵的密封生产设备，且仅能在有限的范围内实现连续生产。

使用水做为单一发泡剂和相应地增大水的用量，将导致泡沫塑料具有很差的机械性能。此外，因为发泡反应的放热特性，将导致泡沫塑料发生变色甚至自燃。依赖于所用的多元醇，通过加入更多量的水，所得到泡沫塑料的硬度和脆性也会增大。

为了制备堆积密度小于21kg/m³的软泡沫塑料，美国专利No.4970243A建议以每100份的多元醇，使用5-15份量的水做为发泡剂，在低于80，优选为40至65的很低NCO指数(反应混合物中的异氰酸酯基与可与异氰酸酯基反应的基团的比率乘以100)下进行。

EP 0719627B1和EP 0767728B2公开了使用在压力下溶解的二氧化碳做为发泡剂制备传统的泡沫塑料。EP 0767728B2指出可通过使用水做为辅助发泡剂，制备出堆积密度为15kg/m³和更低的泡沫塑料。使用传统的多元醇组分时，对于每100份多元醇使用6份的CO₂和4.6份的水，可制得堆积密度为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的压缩强度。

美国专利No.4143004A和FR 2172860A公开了特殊多元醇混合物，其用来制备具有特别低的硬度的聚氨酯软泡沫塑料，所谓“超软”泡沫塑料。该多元醇混合物包含两种互不相溶的聚醚多元醇，并具有所有环氧乙烷单位的含量为50-70重量％。FR 2172860A公开了多元醇混合物应具有伯羟基的含量为35-55重量％，美国专利No.4143004A需要伯羟基含量为55-80％。所制得的泡沫塑料具有堆积密度为20-30kg/m³。

发明内容

本发明提供泡沫塑料，其堆积密度小于15kg/m³，优选小于约13kg/m³(根据EN-ISO 845)，压缩强度小于约1.5kPa，优选小于约1.0kPa(根据EN-ISO3386-1)，且具有其他良好的机械性能。

已发现，该类泡沫塑料可通过多异氰酸酯与特定多元醇混合物结合大量的水和高压下溶解的二氧化碳作为发泡剂进行反应而制得的。

本发明的这些和其他优点和益处从本文下面的具体实施方式中是显然可见的。

具体实施方案

为了说明但非限定的目的来描述本发明。除在操作实施例中，或另外说明外，在说明书中表示数量、百分数、OH值、官能度等的所有数值应理解为在所有实例中由术语“约”来进行修饰。

本发明提供堆积密度小于15kg/m³，优选小于13kg/m³，和压缩强度小于1.5kPa，优选小于1.0kPa的软泡沫塑料，它其可通过如下反应而得到：

a)芳香多异氰酸酯，与；

b)多元醇混合物，其包括：

b1)60-90重量份的至少一种聚醚多元醇，该聚醚多元醇标称官能度为2-6，优选为3，环氧乙烷含量(oxyethylene content)＞60重量％，优选＞70重量％，主要为伯OH基，优选为75-85％的伯OH基，和OH值(OHV)为10-112，优选为40-50；和

b2)10-40重量份的至少一种聚醚多元醇，该聚醚多元醇标称官能度为2-6，优选为3，环氧乙烷含量为0-30重量％，优选为10-20重量％，主要为仲OH基，优选30-45％的伯OH基，和OHV为8-112；

c)每100重量份的b)，优选量为至少6重量份的水；

d)每100重量份的b)，至少6重量份的压力下溶解的二氧化碳；

e)任选的交联剂；

f)使用基于硅酮的泡沫稳定剂、活化剂、金属催化剂和其他通常用于制备PU泡沫塑料的助剂；

在NCO指数为80-100，优选为85-95的条件下反应。

根据本发明，通过芳香多异氰酸酯的反应来制备软泡沫塑料。为此目的优选使用甲苯二异氰酸酯(TDI)，尤其是含有80重量％的2，4-TDI(‘TDI80’)的异构体混合物的形式。在另一个实施方式中，将为单体MDI、MDI和其高级同系物(聚合MDI)的混合物或高级同系物的混合物形式的二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)作为多异氰酸酯。

在本发明的一个实施方式中，组分b2)包含具有OHV值为28-35的聚醚多元醇；在另一个实施方式中，OHV值为42-56。在本发明的另外的一个实施方式中，组分b2)包含一种聚合多元醇、PHD多元醇或PIPA多元醇。聚合多元醇是包含一部分固体聚合物的多元醇，该固体聚合物是由合适的单体如苯乙烯或丙烯腈在碱性多元醇中通过自由基引发聚合而制得的。PHD多元醇是由二异氰酸酯与二胺，例如TDI和肼在碱性多元醇中进行加聚反应而制得的；PIPA多元醇是由二异氰酸酯与氨基醇进行加聚反应而制得的。PIPA多元醇详细描述于GB 2072204A、DE 3103757A1和US 4374209A中。

任选的，也可使用交联剂e)。交联剂是具有分子量为32-400，并包含至少两个可与异氰酸酯进行反应的基团的化合物。在本发明的一个优选实施方式中，相对于100重量份的b)，使用量为0.5-5重量份，优选为1-2重量份的山梨糖醇作为交联剂。

根据本发明，可以本领域技术人员公知方法，以间歇或连续的方法来制备泡沫塑料，例如Draka-Petzetakis、Maxfoam、Hennecke-Planiblock或Vertifoam方法。细节可见于G.Oertel(编辑)：“Kunststoff Handbuch”，第7卷“Polyurethane”，第三版Hanser Verlag，Munich 1993，pp.193-220。

实施例

通过以下实施例来进一步说明本发明，但本发明不受其限制。除另外说明外，在“份数”和“百分比”中给出的所有数量均指重量。

使用下面的原材料，根据下表1中给出的配方来制得软泡沫塑料：

多元醇A：丙三醇起始的EO/PO聚醚，具有约72％EO，主要为伯OH基，且OH值为37；

多元醇B：丙三醇起始的EO/PO聚醚，具有约8％的EO，主要为仲OH基，且OH值为48；

异氰酸酯：TDI80，(DESMODUR T80，Bayer AG)；

稳定剂：聚醚改性的聚硅氧烷(

TEGOSTAB BF 2370，Degussa-Goldschmidt AG)；

催化剂A：三亚乙基二胺的丙二醇溶液(DABCO 33LV，

Air Products)；

催化剂B：双-二甲氨基乙基醚的丙二醇溶液(NIXAl，GE

(以前的WITCO/OSI))；和

催化剂C：二辛酸锡(DABCO T-9，Air Products)；

所有的泡沫塑料均是在HENNECKE UBT 78装置上以连续方法制得的。多元醇的总产量为约28kg/min，搅拌速度为3500-4500rpm。多元醇的温度为25℃，异氰酸酯的温度为21℃。多元醇是在约30bar下计量加入的，异氰酸酯是在约85bar计量加入的(拉膜压力)。二氧化碳是通过用HENNECKE生产的NOVAFLEX装置计量加入的。

在存放24小时后，从泡沫塑料粗料(block)上取得样品进行机械性能测试：根据EN-ISO 845测量堆积密度；根据EN-ISO 1798测量拉伸强度和断裂伸长率；根据EN-ISO 3386-1测量压缩强度40％；根据EN-ISO 1856测量压缩变形(90％)。

表1

  实施例编号  1  2^*  3^*  多元醇A(份)  75  -  -  多元醇B(份）  25  100  100  二氧化碳(CO₂)(份)  6  6  6  水(份)  6.00  6.00  4.6  稳定剂(份)  1.50  1.80  1.50  催化剂A(份)  0.10  0.10  -  催化剂B(份)  0.03  0.05  0.05  催化剂C(份)  0.05  0.25  0.17  异氰酸酯(份)  57.9  58.9  56.6  指数  90  90  110  堆积密度[kg/m³]  11.3  13.5  13.6  拉伸强度[kPa]  92  n.d.  60  断裂申长率[％]  432  n.d.  157  压缩强度40％[kPa]  0.44  n.d.  1.97  压缩变形(90％)[％]  15.8  n.d.  5.4  泡沫结构  细，不规则  海绵状结构  细，规则

^*对比实施例

如通过参考表1可理解，实施例1提供的根据本发明的泡沫塑料具有所期望的低压缩强度和低堆积密度。气孔结构是理想的。

实施例2描述了生产未根据本发明的具有低堆积密度的泡沫塑料的(原料)组成和测试结果。二氧化碳未能保存在泡沫塑料混合物中，并导致了大量中空的海绵状结构。由于无法得到均匀的样品，因此不可能测量其机械性能。尽管水量大大增加，但堆积密度还是要大于根据本发明的泡沫塑料的堆积密度。

实施例3也描述了不是根据本发明的泡沫塑料。虽然与大量的二氧化碳一起制得了该泡沫塑料，但仍未得到根据本发明的泡沫塑料的低堆积密度和压缩强度。

虽然为了例证的目的，在前已详细描述了本发明，但可以理解该细节仅仅用于此目的，并对本领域技术人员来说可作出多种改变，这些改变并不脱离除了可被权利要求所限定的本发明的精神和范围。