[发明专利]含有有机硅表面活性剂的聚氨酯泡沫

说明书

技术领域

本发明涉及聚氨酯泡沫，特别涉及含有有机硅共聚物表面活性剂的形成聚氨酯泡沫的反应混合物，制备表面活性剂的方法以及制备低密度聚氨酯泡沫的方法。

聚氨酯泡沫通常是由聚酯或聚醚多元醇、聚氰酸酯、表面活性剂、催化剂、一或多种发泡剂和其它助剂组成的液体反应混合物在聚合过程中产生气体而制备的。该气体导致反应混合物产生泡沫而从形成泡孔(cell)结构。表面活性剂稳定聚氨酯泡沫的结构。

在现有的聚氨酯技术中，有机硅表面活性剂用于帮助和控制聚氨酯泡沫泡孔形成的成核位点、使化学组分相容并在形成聚氨酯泡沫过程中稳定泡孔。

软质的聚氨酯泡沫商业上制备成板状泡沫或在模子中制备。一些板状泡沫是通过将混合的反应物倒入大的盒子中制备的(间歇法)，而其它的泡沫是通过连续的方式在衬纸的输送机上沉淀反应混合物制备的。随着输送机的前进，泡沫升起并成型，当退出泡沫机器时被切割成大块。一些软质板状聚氨酯泡沫的用途包括：家居垫子、寝具和地毯的衬垫。

软质泡沫制剂通常包括如：多元醇、聚异氰酸酯、水、可选的发泡剂(低沸点的有机化合物或惰性气体，如CO₂)、有机硅类型的表面活性剂和催化剂。软质泡沫通常是结构中空(open celled)型材料，而刚性泡沫通常含有较高比例的闭合细胞。

聚氨酯泡沫通常是可选择性地在发泡剂、催化剂、基于有机硅的表面活性剂和其它助剂存在下，使二-或聚异氰酸酯与含有两个或多个活性氢的化合物进行反应制得的。含有活性氢的化合物通常为多元醇、伯或仲多胺以及水。在制备聚氨酯泡沫过程中，两个主要的反应，凝胶反应和发泡反应是通过反应物中的催化剂促进的。为了获得具有所需物理性质的聚氨酯泡沫，在该方法进行过程中，这些反应需要同时进行且处于竞争性平衡速率。

异氰酸酯与多元醇或多胺之间的反应(通常被称为凝胶反应)使得形成高分子量的聚合物。该反应在不使用低沸点有机化合物发泡的泡沫中是占主导地位的。该反应的进行提高了混合物的粘度，通常有助于多官能的多元醇形成交联。第二主要反应在异氰酸酯和水之间。该反应增加聚氨酯的生长，对于产生促进发泡的二氧化碳气体是重要的。因此，该反应通常被称作发泡反应。

历史上，许多级别的聚氨酯泡沫用基于氯氟烃(CFC)的发泡剂发泡的，用来降低泡沫的密度、控制泡沫的硬度、冷却泡沫从而使褪色、降解和可能的着火最小化。与特定的CFCs有关的臭氧损耗的环境问题导致签订了蒙特利尔议定书，CFCs。因此，聚氨酯泡沫产业试图用发泡剂(ABA)的替代物生产同样级别和质量的泡沫。已经在软质泡沫中，对许多不同的发泡剂进行评价，包括烷基碳酸盐、丙酮、二氯甲烷、四氯化碳、三氯乙烷和戊烷。最近，在软质聚氨酯泡沫中，补充增加惰性气体如二氧化碳(CO₂)作为发泡剂的一部分已经有效使用。

目前，有机硅表面活性剂用来乳化、成核和稳定聚氨酯泡沫。这在文献中是公知的。如今普遍用于各种应用的有机硅表面活性剂，包括，与硅氧烷共聚物主链反应的所有环氧乙烷聚醚侧基(pendant)或所有环氧乙烷/环氧丙烷侧基。

低密度的板状聚氨酯泡沫广泛生产，制备这种泡沫经济的方法包括使用大量的发泡剂和填料。然而，在生产低密度软质板状聚氨酯泡沫中使用的辅助发泡剂和水的水平的增加导致泡沫内部裂开或坍塌。用来生产板状聚氨酯泡沫而使用的无机填料水平的增加也会经常导致泡沫内部裂开和泡孔结构粗糙。

用来制备低密度聚氨酯泡沫而使用的现有的有机硅表面活性剂导致粗糙的泡孔结构和/或表现出低效力，(尤其当密度小于10kg/m³)。同样，传统的用于制备聚氨酯泡沫的有机硅表面活性剂含有大量的填料，即大于50％重量比的多元醇，会出现生产问题，如泡沫坍塌或泡孔粗糙。因此，并不是所有的有机硅表面活性剂都适合这种泡沫系统。因而，需要高效能的有机硅表面活性剂来稳定泡沫组成直到生成产品的化学反应充分完成，而且泡沫是自给的，又不具有坍塌和粗糙泡孔的缺陷。本发明的有机硅表面活性剂与目前其它市售的表面活性剂相比，能提供更为均匀和优良的泡孔，并具有更稳定的发泡过程。

发明概述

本发明提供由泡沫形成组合物制备获得的聚氨酯泡沫，其中，所述泡沫组合物包含一种有机硅共聚物表面活性剂，通式为：

MD_xD′_yM，

其中，