[发明专利]粘弹性聚氨酯泡沫

说明书

发明领域

本发明涉及粘弹性聚氨酯泡沫及其制造方法。这些软泡沫适用于多种应用，例如寝具、鞋底、耳塞、和运动防护设备。

技术背景

挠性、粘弹性聚氨酯泡沫(也称为“死”泡沫、“慢恢复”泡沫、“记忆”泡沫或“高阻尼”泡沫)的特征是压缩之后的缓慢、逐渐恢复。虽然粘弹性泡沫的大多数物理性质与常规泡沫类似，但是粘弹性泡沫的回弹性低得多，通常小于约15％。粘弹性泡沫的合适应用利用其形状顺应性、能量衰减性和声音阻尼特性。例如，可将该泡沫用于床垫中以减少压力点，用于运动衬垫或头盔中作为减震器，以及用于汽车内饰中用于隔音。

已采用多种合成方法来制造粘弹性泡沫。配方设计师已改变多元醇、多异氰酸酯、表面活性剂、起泡催化剂、填料(如美国专利第4367259号)、或其他组分的量和类型，以实现具有慢恢复、低回弹、优良柔软度、和适当加工特性的泡沫。但是这些配方的加工窗口经常很窄，这是很不利的。

制造具有优良性质的粘弹性泡沫的最常见方法依赖于寻找聚醚多元醇和其他组分的适当混合物。例如，美国专利第4987156号使用高分子量和低分子量多元醇(它们各自具有至少为2的羟基官能度)的混合物以及固化点小于-20℃的增塑剂实现了柔软、低回弹泡沫。美国专利第5420170号描述了使用包含羟基官能度为2.3-2.8的一种多元醇和官能度为2-3的另一种多元醇的混合物。美国专利第5919395号采取类似方法，使用包含2500-6500分子量的官能度为2.5-6的多元醇和300-1000分子量的官能度为2.5-6的刚性多元醇的多元醇混合物。

具有低至中等密度和硬度的高品质粘弹性泡沫的生产的限制在于，必须使用大量异氰酸酯来与赋予慢恢复特性的低当量多元醇反应，从而化学生成气体(二氧化碳)将泡沫发泡至较低密度。这种含量的异氰酸酯会导致泡沫块中出现高温和变色增大，尤其是当使用TDI时。为了实现较低密度而必须采用的高含量MDI导致粘弹性泡沫具有粗糙手感和不可接受的慢恢复。在用TDI生产常规和高回弹泡沫时通常使用物理发泡剂，例如丙酮、二氯甲烷或加压的液体二氧化碳，从而以降低的块温度实现较低的密度。在用TDI生产粘弹性泡沫时采用这种方法是受限制的，因为泡沫的过度收紧或不稳定性会造成过度软化和缺少加工梯度。提高异氰酸酯指数来抵消发泡剂的软化效应经常导致干瘪(pruning)和无法使用的泡沫。

因此，若能开发生产具有优良的加工梯度并具有优良的物理和机械性质的粘弹性聚氨酯泡沫、尤其是具有低至中等的密度和硬度并具有包括低回弹、慢恢复、和低压缩变定的有利性质平衡的粘弹性泡沫的基于MDI的体系，将是非常有利的。

发明概述

本发明涉及具有慢恢复、低回弹、优良柔软性、和低压缩变定的特征的粘弹性聚氨酯泡沫。

本发明还涉及制造具有慢恢复、低回弹、优良柔软性、和低压缩变定的特征的粘弹性泡沫的方法。

本发明的泡沫是使用异氰酸酯组分生产的，该异氰酸酯组分包含至少25重量％的二苯基甲烷多异氰酸酯(MDI)。此外，还用至少0.5重量份的液体二氧化碳发泡剂来生产该泡沫，该发泡剂在压力下溶解或分散于该泡沫制剂的异氰酸酯和/或异氰酸酯反应性组分中。在压力下分散于制剂的一种或多种多元醇组分中的液体二氧化碳是加入发泡剂的优选方法。当在分散或溶解的液体二氧化碳发泡剂和表面活性剂和一种或多种催化剂的存在下、在及异氰酸酯指数约为60-110的情况下将这种异氰酸酯组分和异氰酸酯反应性混合物组合时，得到落球小于20％(按照ASTM D3574-08测试H测定)且95％高度恢复时间(按照ASTM D 3574-08测试M测定)大于4秒的粘弹性聚氨酯泡沫。

发明详述

本发明的粘弹性聚氨酯泡沫可使用多种常规异氰酸酯反应性组分、至少一种催化剂、至少一种表面活化剂(表面活性剂)、满足规定的组成要求的异氰酸酯组分以及在压力下分散或溶解于一种或多种异氰酸酯反应性组分和异氰酸酯组分中的液体二氧化碳生产。异氰酸酯组分必须包含以该异氰酸酯组分总重量为基准计至少25重量％的二苯基甲烷多异氰酸酯(MDI)，其由单体二苯基甲烷二异氰酸酯(mMDI)和多聚二苯基甲烷二异氰酸酯(pMDI)组成。异氰酸酯反应性组分可包含含有异氰酸酯反应性基团的任意材料。异氰酸酯反应性组分必须具有至少为1.5、优选至少为2.0的平均官能度以及至少为80、优选至少为110的平均羟值。可包含在本发明的异氰酸酯反应性组分中的合适的异氰酸酯反应性材料的例子包括聚氧化烯多元醇和聚酯多元醇。