[发明专利]包含噁唑烷酮基团的、附着的高反应性硬聚氨酯泡沫

说明书

本申请要求2005年9月15日提交的美国临时申请60/717,508的权利。

技术领域

本发明涉及硬聚氨酯泡沫(polyurethane foam)，尤其是可用作增强材料的硬聚氨酯泡沫，如用于汽车工业。

背景技术

已经在汽车及其它工业中将聚氨酯泡沫用于许多目的。例如，已经将硬质泡沫用于结构增强以防止腐蚀和减振声音和振动。这些泡沫一般是通过将反应性泡沫配方施加到一个部件，然后使该配方现场发泡而形成的。当施加泡沫时该部件往往已经装配在车辆上。这意味着泡沫配方必须容易混合和分配，在其流出部件之前必须迅速固化，并且优选在温和的温度下引发固化。为了使工人最小暴露于化学品下，优选配方的挥发性有机化合物含量低，尤其是挥发性的异氰酸酯和胺。优选单独组分在室温下是持续储藏稳定的。

这些应用的一个发泡体系(foaming system)是以Rizk等人在美国专利No.5,817,860中描述的预聚物为基础。在该专利中描述的预聚物是通过异氰酸酯与单官能醇和多元醇反应制得的。由该预聚物通过与水反应制成泡沫。虽然可以使用该方法生产优质的硬质泡沫，但是其具有几个缺陷。第一，因为该预聚物是用水流固化的，反应物(预聚物与水)的体积比往往十分高，如15∶1或更高。许多市场上可买到的分配设备不能处理如此高的组分比值。第二，为了使该体系获得足够快的反应，通常将组分预热到80℃或以上的温度是必须的。这会增加能源成本，使工人暴露于高温反应物且降低体系的粘度，由此促进溢出。

在WO 02/079340A1、WO 03/037948A1、和美国专利6,541,534和6,423,755中描述了用于改善或改进美国专利No.5,817,860体系的方法。这些方法包括通过使用特殊的丙烯酸酯-或甲基丙烯酸酯-官能材料来提供较低的固化温度，和通过使用空心微球来平衡密度和压缩强度。

另一个方法是从环氧树脂制备泡沫。环氧树脂具有优良的热性质的优势。然而，环氧树脂存在几个问题，包括固化慢、放热量大和易断。因此，环氧树脂泡沫在许多应用中不适用，尤其是车辆增强应用。

因为在许多这些应用中快速固化是需要的，因此继续期望进一步增加泡沫体系的固化速度。较快的固化允许使用较低粘度的组分，因为在将泡沫配方施加到底物时，快速固化会在其有时间溢流之前引起凝结。较低粘度的组分往往更容易混合，并且需要较少的能量和往往需要较少的稳固设备来分散。然而，较快固化的获得不能以损失所希望的泡沫密度和必需的物理特性为代价。

可以通过增加催化剂的量和/或使用高反应性的组分来获得非常快的固化。使用这些方法的问题是它们扰乱了发泡(blowing)和凝胶反应的顺序。这导致泡沫具有比希望密度高的密度、差的物理特性和有时不完全的固化。

因此所希望的是提供一种硬聚氨酯体系，其可以非常迅速地固化成优质的、硬的形态，尤其是提供一种可以较低的体积比应用并且可以在温和的操作温度下应用的硬聚氨酯体系。

发明内容

一方面，本发明提供一种形成附着于底物开口腔内的硬聚氨酯泡沫的方法，其包括在发泡剂和至少一种用于多元醇与聚异氰酸酯反应的催化剂的存在下，混合聚异氰酸酯组分与多元醇组分，将所得的混合物分配到底物的空腔内，并且使该混合物经受足以使其固化的条件，以形成堆积密度为1.5至40磅/立方英尺(24-640kg/m³)的泡沫，所述泡沫附着在底物上，其中

(a)聚异氰酸酯组分包含含有噁唑烷酮基团和自由异氰酸酯基团的预聚物，

(b)多元醇组分包含异氰酸酯反应材料，所述材料具有至少约2.0的平均官能度和包括至少一个多元醇，和

(c)聚异氰酸酯组分中异氰酸酯基团与多元醇组分中的异氰酸酯反应基团数目的比值是约0.7∶1至约1.5∶1。

另一方面，本发明提供一种硬聚氨酯泡沫，所述硬聚氨酯泡沫是包括含噁唑烷酮的异氰酸酯封端的预聚物、多元醇组分和至少一种发泡剂的反应混合物的反应产物，其中聚异氰酸酯组分中的异氰酸酯基团与多元醇组分中的异氰酸酯反应基团数目的比值是约0.7∶1至约1.5∶1，和进一步地其中所述硬质泡沫基本上不含异氰脲酸酯基团。

又一方面，本发明提供一种硬聚氨酯泡沫，所述硬聚氨酯泡沫是包括含噁唑烷酮的异氰酸酯封端的预聚物、多元醇组分和至少一种发泡剂的反应混合物的反应产物，其中所述发泡剂包括至少一个链烷醇胺的氨基甲酸酯。