[发明专利]粘弹性聚氨酯泡沫

说明书

本发明涉及聚醚多元醇组合物、使用这种聚醚多元醇组合物制备粘弹性聚氨酯泡沫的方法以及相应制备的粘弹性聚氨酯泡沫材料及其用途。

粘弹性泡沫特征在于压缩后缓慢和逐渐恢复。这类材料是现有技术公知的并且由于它们的能量吸收性能而非常受重视。粘弹性泡沫材料被发现在用于软垫(例如枕头、座椅套、床褥等)，作为声音和/或振动阻尼材料或者作为冲击防护材料的多种应用领域中。

在粘弹性泡沫材料当中，由聚氨酯制得的那些无疑最重要。一方面，这是由于通过选择使用的多元醇和异氰酸酯组分以及任选的其它助剂，可以非常精确地调节将获得的聚氨酯泡沫的物理性能，并且另一方面，还由于通过“原位”制备(任选地现场)可以制得几乎任意和非常复杂的形状和结构的泡沫材料。

在聚氨酯制备期间，通常将两个或更多个液体料流合并。这些液体料流的混合引发聚合并且任选地引发聚合材料的发泡。通常典型地通过成型或喷射仍然为液态的反应混合物一步进行聚合和成型。另外，聚氨酯还通常以块状的形式制备，其随后被切割成所希望的形状。

在大多数情形中，上述液体料流一方面是多官能有机异氰酸酯组分(通常称为“组分A”)，并且另一方面是对异氰酸酯具有合适反应活性并且可以任选地包含另外助剂的多官能单体或树脂。通常被称为“组分B”的后一混合物典型地包含占主要部分的一种或多种多元醇组分。

现在，为了获得特定组成的聚氨酯泡沫，在混合前将上述液体料流相应地计量添加。通常通过将水加入组分B实现发泡，水与组分A的多异氰酸酯反应形成胺并且放出CO₂，其进而充当发泡气体(Treibgas)。作为使用水的替代或补充，通常使用挥发性惰性有机化合物或惰性气体。

多数常规聚氨酯泡沫是包含空间隔开的具有高和低玻璃化转变温度(T_G)的不同相区的嵌段共聚物。玻璃化转变温度使在其之下的脆性能量-弹性范围(＝玻璃范围)与在其之上的柔性熵-弹性范围(＝橡胶弹性范围)分开。聚合物内不同相的这些高和低玻璃化转变温度通常限制了可以使用材料的温度范围。这些材料的DMA(“动态力学分析”)谱通常特征在于在不同的玻璃转变之间相对平坦的区域(“模量平台(modulus plateau)”)。

这类材料中低玻璃化转变温度的相通常(尽管不总是)来源于低玻璃化转变温度的“嵌段”，该相首先经变形并且随后才进行聚合。相反，由于然后出现的氨基甲酸酯单元的形成，高玻璃化转变温度的相通常只是在聚合期间才形成。低玻璃化转变温度的嵌段(通常也称为“软嵌段”)通常来源于液体或者来源于包含大量对异氰酸酯单元呈反应性的基团的低熔融温度的低聚树脂。聚醚多元醇和聚酯多元醇是这类低聚树脂的例子。

在常规聚氨酯中，硬(高玻璃化转变温度)和软(低玻璃化转变温度)相在聚合期间彼此相对(zueinander)排列，并且随后自发地彼此隔开以在“本体聚合物”内形成形态彼此不同的相。因此，这些材料也被称为“相分离”材料。

在上下文中，粘弹性聚氨酯在某种意义上是特殊情形，即其中上述相分离不完全或完全不出现。

与具有(主要)开孔的聚氨酯泡沫中的这种“结构粘弹性”不同的是由于气动效应的粘弹性。即在后一情形中，几乎封闭的孔，即具有仅小的开口的孔，处于泡沫材料内。由于小的开口尺寸，压缩后空气将缓慢地重新进入，导致减缓的恢复。

基于气动效应的这类粘弹性泡沫的例子是可商购获得的Elastogran GmbH的产品Cosypur和Elastoflex。

在现有技术中，已经描述了许多用于合成具有结构粘弹性的聚氨酯泡沫的方法，这些方法的共同特征大部分在于：除了或多或少可自由选择的异氰酸酯组分之外，还使用了特殊的聚醚多元醇组合物。

这类聚醚多元醇通常是环氧化物例如环氧乙烷(EO)、环氧丙烷(PO)、环氧丁烷、氧化苯乙烯或表氯醇与它们自身聚合的产物或者通过将这些环氧化物任选地以混合物或者依次加成到具有反应性氢原子的起始组分，例如水、醇、氨或胺上的产物。这些“起始物分子”通常具有1-6的官能度。取决于方法过程，这些聚醚多元醇可以是均聚物、嵌段共聚物、无规共聚物、封端聚合物或者末端镶有(ge-“tipped”)不同环氧化物的混合物的聚合物。为了准确说明这些聚醚多元醇，在现有技术中已概括出各种特性：

i.)羟基官能度，其取决于由其起始合成聚醚多元醇的起始物分子；

ii.)羟值或OH值，其是以mg KOH/g说明的羟基含量的量度；