[发明专利]制造具有低压缩形变的弹性低密度聚氨酯泡沫的方法

说明书

本申请要求2010年8月24日提交的美国临时专利申请No.61/376,407的优先权。

本发明涉及弹性聚氨酯泡沫和制备那些泡沫的方法。

软质聚氨酯泡沫广泛用于减震、坐具和寝具应用。这些泡沫主要分成两种类型。一种类型是“粘弹性”或“记忆”泡沫，其特征为回弹性低和对外加应力的响应有延时性和速度依赖性。这些泡沫在被压缩之后缓慢回复，并主要用于某些类型的寝具应用。更常用的泡沫类型是弹性泡沫，其在被压缩时，迅速恢复用来压缩该泡沫的能量。弹性泡沫提供好得多的支撑，并且在被压缩之后迅速而有力地恢复它们原来的形状。本发明涉及后一类型的弹性泡沫。

对弹性泡沫关心的是压缩形变。用于坐具和寝具应用的许多减震泡沫在外加负荷下被压缩之后，倾向于不完全恢复。在除去负荷之后它们不能完全恢复它们原有尺寸的程度被称为压缩形变。压缩形变大表明泡沫明显不能恢复。压缩形变通常利用标准试验如ISO 1856来评价，在所述试验中泡沫样品在指定条件下在外加负荷下被压缩，然后松开。压缩形变试验例如ISO 1856可以在高湿度条件下实施；用这样的方式获得的压缩形变值通常被称为“湿”压缩形变。湿压缩形变是用来预测在例如热带或亚热带气候或在一些温带区域的夏季月份中可以见到的高温和高湿条件下使用时的泡沫性能。湿压缩形变倾向于比环境、或“干”压缩形变高。通常期望泡沫的压缩形变值尽可能低，与其他必要的泡沫性质如回弹性和载荷性相符。

对于提供密度越来越低的泡沫一直有需求。低密度泡沫倾向于较便宜(以每体积计)，因为生产该泡沫需要的原材料量较少。另一方面，存在泡沫密度可以减少的实际限度。如果泡沫密度变得过低，泡沫的物理和机械性质开始受损。随着泡沫密度下降到低于约36kg/m³，回弹性倾向于受到相当显著的影响。压缩形变值也随着泡沫密度降低而严重劣化。

因此，期望提供保持良好回弹性和低压缩形变的具有低密度的聚氨酯泡沫。

在USP 5,549,841中，利用高(≥6)官能度多元醇制造的聚氨酯泡沫据说改善了湿压缩形变性质。所述泡沫是以冷模塑法制造的模塑泡沫。USP 6,774,153描述了利用可以具有高官能度的多元醇以及200-600当量、具有2至6个羟基的高氧化乙烯多元醇制造的块状聚氨酯泡沫。高氧化乙烯多元醇的存在据说允许形成具有良好性质(包括低压缩形变)的低密度泡沫。

本发明是制造弹性聚氨酯泡沫的方法，所述方法包括形成泡沫制剂，所述泡沫制剂包含

(a)聚合物粒子在一种或多种聚醚多元醇中的分散体，其中每一种所述聚醚多元醇具有250或更高的羟基当量，所述一种或多种聚醚多元醇的平均当量为1400至2200，所述一种或多种聚醚多元醇的平均标称羟基官能度为3.5至5.0，所述一种或多种聚醚多元醇的平均氧乙烯含量为8-25重量％且平均伯羟基含量为至少50％，并且其中所述聚合物粒子占所述分散体重量的8-30％；

(b)每100重量份的组分(a)约2至10重量份的一种或多种高官能度、高氧化乙烯多元醇，所述一种或多种高官能度、高氧化乙烯多元醇的平均氧乙烯含量为26-100重量％、平均羟基当量为1400至2200且平均标称羟基官能度为6至10；

(c)每100重量份组分(a)约4至约7重量份水；

(d)至少一种有机多异氰酸酯；和

(e)至少一种表面活性剂和至少一种用于异氰酸酯基与羟基反应的催化剂；并且

将所述泡沫制剂引入模具并在所述模具中固化所述泡沫制剂，以形成芯密度为24-56kg/m³的聚氨酯泡沫。

所述方法产生具有出色的回弹性和低压缩形变(包括低湿压缩形变)的泡沫。在相等的泡沫密度下，与利用更低并且更常规水平的组分(b)材料制造的其它方面类似的泡沫相比，本发明的泡沫通常具有更高的回弹性和更低的压缩形变。本发明允许在保持回弹性和压缩形变值的同时降低泡沫密度。

本发明也是包括如下的反应物的反应产物的弹性聚氨酯泡沫：

(a)聚合物粒子在一种或多种聚醚多元醇中的分散体，其中每种所述聚醚多元醇具有250或更高的羟基当量，所述一种或多种聚醚多元醇的平均当量为1400至2200，所述一种或多种聚醚多元醇的平均标称羟基官能度为3.5至5.0，所述一种或多种聚醚多元醇的平均氧乙烯含量为8-25重量％且平均伯羟基含量为至少50％，并且其中所述聚合物粒子占所述分散体重量的8-30％；