[发明专利]多孔结构体和粘弹性聚氨酯泡沫体

说明书

发明背景

本发明涉及高孔隙度多孔结构体、粘弹性聚氨酯泡沫体、以及制备那些泡沫体的方法。

聚氨酯泡沫体用于各种应用，从缓冲(如床垫、枕头和座位垫)至包装至热绝缘和用于医疗应用。聚氨酯具有下述能力，即，经过选择用来形成聚合物的原材料，可以将其剪裁以适应特定应用。刚性类型的聚氨酯泡沫体用作器具绝缘泡沫体和其它热绝缘应用。半刚性聚氨酯用于汽车应用，如仪表板和方向盘。较挠性的聚氨酯泡沫体用于缓冲应用，特别是家具、被褥和汽车座位。

一类聚氨酯泡沫体称为粘弹性(VE)或“记忆”泡沫体。粘弹性泡沫体表现了对于外加应力的时间-延迟和速率-依赖的响应。它们具有低回弹性，当压缩时会迟缓恢复。这些性质通常与聚氨酯的玻璃态转化温度(T_g)有关。粘弹性通常当聚合物的T_g为使用温度或接近使用温度时可以呈现，所述使用温度对于很多应用而言为室温。

如同大多数聚氨酯泡沫体，VE聚氨酯泡沫体是通过多元醇组分与多异氰酸酯在发泡剂存在的情况下的反应制备的。发泡剂通常为水，或较不优选地为水和另一种物质的混合物。VE制剂通常的特征在于，对多元醇组分的选择和制剂中水的量。用于这些制剂的主要的多元醇的官能度为约3个羟基基团/分子，其分子量为400-1500。这种多元醇主要为聚氨酯泡沫体的T_g的首要决定因素，尽管其它因素(如水含量和异氰酸酯指数)也具有重要的作用。

典型地，粘弹性聚氨酯泡沫体具有低气流性质，其在室温(22℃)和大气压(1atm)的条件下通常小于约1.0标准立方英尺每分钟(scfm)(0.47l/s)，从而当其用作舒适泡沫体(例如，被褥、座位和其它缓冲材料)时能够促进发汗。低气流也导致热量和湿气向泡沫体外的低传导，这将导致(1)增加的泡沫体(床层)温度和(2)湿润度。较高温度的结果是较高的回弹性和降低的粘弹性特征。结合的热量和湿气导致泡沫体的疲劳加速。此外，如果泡沫体气流足够低，则在制造过程中泡沫体可能会经受收缩。此外，改善粘弹性泡沫体的支承因子会受到限制，除非牺牲粘弹性性质。这些缺点有时通过加入共聚物多元醇(如包含苯乙烯/丙烯腈(SAN)的那些)来解决。

期望的是，与现在通常达到的相比，可以达到较高的气流值，而同时又保持泡沫体的粘弹性性质。此外，期望得到具有良好气流而同时改良其支承因子的泡沫体。在一些应用中，也期望得到触摸起来感觉柔软的泡沫体。

发明内容

本发明的实施方式包括开孔结构体、引入这样结构体的粘弹性泡沫体、制备这样的泡沫体的反应系统和方法。

一种实施方式提供了包括多个三维泡孔的结构体，其中各泡孔包括限定内部空隙的外壁，其中所述壁包括多个支柱和窗，所述支柱形成多个窗的边界，其中所述支柱包含多个孔隙。

进一步的实施方式提供了粘弹性泡沫体，其在20℃的弹性模量(E’)与25％压缩力变形(CFD)的比率为25至125。

在进一步的实施方式中，本发明提供了多元醇组合物，其包括：

a1)30至80wt％的至少一种聚环氧丙烷多元醇或聚环氧乙烷-聚环氧丙烷多元醇，其平均当量为100至2000，平均标称羟基官能度为2-4，

条件是，如果多元醇是聚环氧乙烷-聚环氧丙烷多元醇，则聚环氧丙烷含量为至少70重量％的多元醇；

a2)5至50wt％的聚环氧乙烷多元醇或聚环氧乙烷-聚环氧丙烷多元醇，其平均当量为100至1000；和平均标称羟基官能度为2-4，

条件是，如果多元醇是聚环氧乙烷-聚环氧丙烷多元醇，则聚环氧乙烷含量为至少70重量％的多元醇；和

a3)1至20wt％的一元醇或一元醇的共混物，其平均当量为500或更高，其中一元醇或一元醇的共混物包括＞60重量％的聚环氧烷烃，其中环氧烷烃包含4个或更多个碳原子；或

聚环氧烷烃多元醇，其官能度为2至4、当量为500至3000，其中环氧烷烃包含大于60重量％的包含4个或更多个碳原子的环氧烷烃；

或这样的一元醇和聚环氧烷烃多元醇的组合。

在进一步的实施方式中，本发明提供了多元醇组合物，其包括如上所述的多元醇a1)和a2)以及为聚丁二烯的a3)，其中聚丁二烯的当量为2250至6000。

再在另一种实施方式中，本发明提供了制备粘弹性聚氨酯泡沫体的反应系统，其包括：

a)如上公开的多元醇组合物中的任何一种；

b)多异氰酸酯；

c)0.5至3.5wt％的水，基于a)的总重量

和任选的d)本身已知的添加剂和助剂。