聚氨酯泡沫體的製作方法

2023-06-07 07:29:26 5

專利名稱：聚氨酯泡沫體的製作方法
聚氨酯泡沬體
相關申請的交叉引用
本申請要求了 2007年11月8日遞交的美國臨時專利申請60/986，497和2008年 11月5日遞交的美國實用新型專利申請號12/265，487的權益，所述兩申請的全部內容在此 引入供參考。發明領域
本發明總體涉及聚氨酯泡沫體，以及更具體地，涉及適用於如結構增強、密封和/ 或消聲元件的聚氨酯泡沫體。
背景技術：
在汽車、卡車和類似公路車輛的製造中，許多車體部件呈現出是具有空腔的構件， 其需要進行密封來防止可引起車體部件腐蝕的水分和汙染物的進入。通常希望增強元件而 保持它們的輕質量。同樣有利地是穩定這些元件以便削弱和衰減沿空腔的長度或通道傳播 的噪音和振動。這些空腔中許多是形狀不規則或尺寸狹小的，從而使得它們難以適當地進 行密封。
聚氨酯是可用於製備硬質泡沫的一種材料，並且可潛在地用於形成如上所述類型 的增強、密封和/或消聲元件。聚氨酯通過將一種或多種多元醇與一種或多種多異氰酸酯 結合來進行製備。通常所用的多異氰酸酯包括芳族二異氰酸酯，例如亞甲基苯基二異氰酸 酯(「MDI」)和甲苯二異氰酸酯(「TDI」)，及其低聚物或聚合物。
許多已知的多異氰酸酯提供顯著水平(超過20% )的游離異氰酸酯單體。用於驅 動聚氨酯形成過程的反應溫度通常提高了未反應單體的蒸氣壓並且使其揮發。由於某些異 氰酸酯單體的毒性，往往採取其它步驟來降低人員暴露區域中它們的大氣濃度。在一些情 況下，提供通風結構如「倒風室(down draft booths) 」來將人員對揮發性單體的暴露降至 最低。然而，提供這種通風結構可能昂貴且困難。因此，出現了對上文所述的聚氨酯泡沫體 的需要。
發明概述
本發明提供了一種聚氨酯泡沫體組合物，其包括有含至少一種多元醇的第一組分 與含至少一種多異氰酸酯的第二組分的反應產物。第二組分中異氰酸酯當量數對第一組分 中羥基當量數的比率小於1.0。所述至少一種多元醇包含胺引發的聚(環氧烷烴)多元醇、 多羥基醚引發的聚(環氧烷烴)多元醇和碳水化合物引發的聚(環氧烷烴)多元醇。在某 些示例性實施方案中，所述至少一種多元醇包括第一成分和第二成分，其中第一成分包含 蔗糖引發的多元醇和多羥基醚引發的多元醇並且官能度為約4到約5，以及第二成分包含 胺引發的多元醇並且官能度為約2. 5到約3. 5。
本發明還提供了一種製備聚氨酯泡沫體的方法，其包括，提供受到聲幹擾並且具 有空腔的結構，提供包含至少一種多元醇和至少一種發泡劑的第一液體組分，以及提供包 含至少一種多異氰酸酯的第二液體組分。第二組分中異氰酸酯當量數對第一組分中羥基當量數的比率小於1.0。該方法包括，將第一液體組分和第二液體組分進行混合，並且將第一 液體組分和第二種液體組分的混合物分配至空腔中以使混合物形成泡沫體。在某些示例性 實施方案中，所述至少一種多元醇包括第一成分和第二成分，其中第一成分包含蔗糖引發 的多元醇和多羥基醚引發的多元醇並且官能度為約4到約5，以及第二成分包含胺引發的 多元醇並且官能度為約2. 5到約3. 5。


圖1描述了用於製備聚氨酯泡沫體且將其應用至結構空腔的過程；以及
圖2描述了揮發性二苯甲烷二異氰酸酯同時作為反應溫度的函數和聚氨酯配製 劑中異氰酸酯當量對羥基當量之比的函數的變化。
發明詳述
本文記載了特別適於製備硬質泡沫體的聚氨酯組合物。雖然硬質泡沫體具有許多 應用，一個特別值得注意的應用包括密封和結構增強元件，其用於密封機械裝置或結構體 的構件間空腔，包括在車輛車體內各位置中形成的空腔。另一值得注意的應用包括消聲泡 沫體，其用來消除聲振動以減少車輛乘駕者受到的噪音、振動和聲振粗糙度(「Ν0Η」)。在 這些應用中，希望使用相對低密度、低吸水性和高抗下垂性的泡沫體。還希望應用泡沫體以 使它形成緊密的封閉和/或緊密追隨被密封的空腔或發泡基材的輪廓。
本文記載的組合物提供了適合於密封、增強和/或消聲應用的聚合物泡沫體，並 有利地降低揮發性的游離的、未反應異氰酸酯單體的量。在某些實施方案中，泡沫體稱為 「無室」 (booth free)泡沫體，因為它們可不使用倒風室而被應用。多元醇和多異氰酸酯易 於快速反應。因此，在某些實施方案中，以液體形式提供了用於製備泡沫體的反應物並且同 時混合併應用於所針對的空腔或基材，引起泡沫體的快速形成以及空腔的密封或基材的泡 沫填充。
本文記載的聚合物泡沫體組合物通常包括含至少一種多元醇的第一組分和含至 少一種多異氰酸酯的第二組分。還通常提供發泡劑。發泡劑引起氣體的形成，其然後於聚 氨酯中產生泡孔來限定出泡沫結構。在優選的配製劑中，發泡劑為與多異氰酸酯反應生成 二氧化碳氣體的水。然而，也可單獨或者與水結合使用其它發泡劑。該聚氨酯組合物還可 包含交聯劑、擴鏈劑、催化劑、開孔劑、添加劑和表面活性劑。
本領域技術人員已知，聚氨酯組合物可由異氰酸酯基當量對羥基當量的比率定義 的指數表徵。
權利要求
1.一種聚氨酯泡沫體組合物(52)，包括含至少一種多元醇的第一組分與含至少一種多異氰酸酯的第二組分的反應產物，其中 第二組分中異氰酸酯當量數對第一組分中羥基當量數的比率小於1.0，並且至少一種多元 醇包含胺引發的聚(環氧烷烴)多元醇、多羥基醚引發的聚(環氧烷烴)多元醇和碳水化 合物引發的聚(環氧烷烴)多元醇。
2.根據權利要求1的組合物，其中第二組分中異氰酸酯當量數對第一組分中羥基當量 數的比率為不大於約0. 95。
3.根據權利要求1的組合物，其中所述反應產物為每磅泡沫體包含不超過0.5微克的 釋放的游離二異氰酸酯單體的泡沫體(52)。
4.根據權利要求3的組合物，其中所述二異氰酸酯單體為亞甲基二苯基二異氰酸酯。
5.一種包含權利要求1的反應產物的泡沫體，其中泡沫體(52)的自由發泡密度為小於 約3.0磅/立方英尺。
6.根據權利要求1的組合物，其中所述第一組分還包含水。
7.根據權利要求1的組合物，其中所述反應產物的凝膠時間為約2到約10秒。
8.一種包含權利要求1的反應產物的泡沫體(52)，其中所述泡沫體(52)具有重量，並 且當所述泡沫體(5 經受在約50°C的溫度下956相對溼度7天，泡沫體(5 吸收的水量 低於約30重量％。
9.根據權利要求1的組合物，其中至少一種多元醇包括第一成分和第二成分，其中第 一成分包含蔗糖引發的多元醇和多羥基醚引發的多元醇並且官能變為約4到約5，以及第 二成分包含胺引發的多元醇並且官能度為約2. 5到約3. 5。
10.根據權利要求1的組合物，其中所述第一組分進一步包含有效引起聚氨酯交聯的量的聚乙二醇。
11.根據權利要求1的組合物，其中所述第一組分進一步包含有效引起聚氨酯交聯的 量的甘油。
12.根據權利要求1的組合物，其中所述第一組分進一步包含至少一種催化劑，其量足 以有效催化選自至少一種多元醇與至少一種多異氰酸酯之間的反應，和所述至少一種多異 氰酸酯和水之間的反應中的至少一種。
13.根據權利要求1的組合物，其中所述第一組分進一步包含至少一種表面活性劑。
14.根據權利要求1的組合物，其中所述至少一種多異氰酸酯為官能度為約2到約3的 聚合的二苯甲烷二異氰酸酯。
15.根據權利要求1的組合物，其中所述第一組分包括以第一組分的約50到約70重 量％的量存在的含蔗糖引發的多元醇和多羥基醚引發的多元醇的第一多元醇成分，以第一 組分的約10到約30重量％的量存在的含胺引發的多元醇的第二多元醇成分，至少一種以 第一組分的約5到約15重量％的量存在的羥基官能的交聯劑，和以第一細分的約1到約5 重量％的量存在的水。
16.根據權利要求1的組合物，其中所述第二組分的異氰酸酯官能團含量為至少約20 重量％。
17.根據權要求1的組合物，其中所述反應產物(52)的乳白時間為小於約1秒。
18.一種製備聚氨酯泡沫體(5 的方法，包括提供受到聲幹擾並且具有空腔的結構G6，48)； 提供包含至少一種多元醇和至少一種發泡劑的第一液體組分； 提供包含至少一種多異氰酸酯的第二液體組分，其中所述第二組分中異氰酸酯當量數 對所述第一組分中羥基當量數的比率小於1. 0 ；和將第一液體組分和第二液體組分進行混合併且將第一液體組分和第二液體組分的混 合物分配進入空腔以使得混合物形成泡沫體(52)。
19.根據權利要求18的方法，其中將所述第一液體組分和第二液體組分的混合物分配 進入所述空腔的步驟不用通風設備地來進行。
20.根據權利要求18的方法，其中所述第一液體組分和第二液體組分的混合物(52)的 乳白時間為小於約1秒。
21.根據權利要求18的方法，其中所述第二液體組分的異氰酸酯官能團含量為至少約 20重量％。
22.根據權利要求18的方法，其中所述第一液體組分與所述第二液體組分反應形成每 磅泡沫體包含低於約0. 5微克的釋放的游離二異氰酸酯單體的反應產物(52)。
23.根據權利要求18的方法，其中混合所述第一液體組分和所述第二液體組分的步驟 在約40°C到約49°C的反應溫度進行。
24.根據權利要求18的方法，其中所述第二組分中的異氰酸酯當量數對所述第一組分 中的羥基當量數的比率不大於0. 91。
25.根據權利要求18的方法，其中所述至少一種多元醇包括第一成分和第二成分，其 中第一成分包含蔗糖引發的多元醇和多羥基醚引發的多元醇並且官能度為約4到約5，以 及第二成分包含胺引發的多元醇並且官能度為約2. 5到約3. 5。
26.根據利要求18的方法，其中所述至少一種多異氰酸酯為官能度為約2到約3的聚 合的二苯甲烷二異氰酸酯。
27.根據權利要求18的方法，其中所述發泡劑為水。
28.根據權利要求18的方法，其中所述泡沫體(52)的自由發泡密度為小於約3.0磅/立方尺。
全文摘要
本發明公開和記載了聚氨酯泡沫體。該聚氨酯泡沫體通過將包含至少一種多元醇的第一組分與包含至少一種多異氰酸酯的第二組分混合形成。第二組分中異氰酸酯當量數對第二組分中羥基當量數的比率小於1.0。泡沫體顯示出低水平的游離二異氰酸酯單體，從而降低了危險的揮發性有機化合物的量。因此，該泡沫體可不需要通風設備、新鮮空氣的外部來源等來進行製備和安裝。
文檔編號C08G18/48GK102037044SQ200880115200
公開日2011年4月27日 申請日期2008年11月7日 優先權日2007年11月8日
發明者F·霍弗林, H·勒考維克, J·吳, M·安德森, M·康諾利, S·杜比斯, T·什達克 申請人:Sika技術股份公司, 亨斯邁國際有限責任公司