低密度聚氨酯泡沫的制作方法

本发明涉及用于制备聚氨酯泡沫的方法、能够通过所述方法获得的聚氨酯泡沫以及包含所述聚氨酯泡沫的成型制品。

背景技术：

1、聚氨酯泡沫，特别是软质聚氨酯泡沫，已广泛用于多种工业和消费应用中。对于一些应用，可能要求软质聚氨酯泡沫具有相对低的密度，特别是低于30kg/m3。此外，有利的是，制造低密度泡沫的成本相对较低。此外，低密度泡沫具有相对较低的重量，这意味着它更容易处理，并且运输需要的能源更少。此外，与高密度聚氨酯泡沫相比，低密度聚氨酯泡沫的可持续性更强，因为制造相同体积的泡沫所需的聚醚多元醇和多异氰酸酯的量更少。

2、聚氨酯泡沫可通过使聚醚多元醇和多异氰酸酯在发泡剂存在下反应来制备。已知通过增加发泡剂的量来降低泡沫密度，该发泡剂可以例如是水和/或卤代烃，诸如亚甲基氯(二氯甲烷)和/或液体二氧化碳。通常，在低密度聚氨酯泡沫，尤其是块状泡沫的工业生产中，使用官能度相对较高，尤其是高于2.5的聚醚多元醇。使用官能度相对较低，尤其是低于2.5的聚醚多元醇制备低密度聚氨酯泡沫是有利的，因为使用此类低官能度多元醇可具有以下优点中的一者或多者。

3、首先，在相同当量下，低官能度多元醇固有地具有较低粘度，这使得它们更容易处理。

4、另外，能够使用低官能度多元醇来制造聚氨酯泡沫对于聚合物多元醇尤为重要，该聚合物多元醇是固体聚合物在液体多元醇中的分散体。通过降低多元醇粘度，可包含相对较高的聚合物量，同时保持聚合物多元醇的总体粘度不变。此外，增加此类(固体)聚合物含量是有利的，因为这可赋予泡沫硬度。这是有益的，因为相对于聚合物多元醇的量，多异氰酸酯的相对量(其也可增加此类硬度)可以降低，同时保持相同的泡沫硬度。

5、此外，通过使用低官能度聚醚多元醇，所得聚氨酯泡沫可实现相对较高的断裂伸长率。这涉及泡沫在其断裂之前可实现的最大伸长率。例如，高断裂伸长率适用于面罩，特别是面罩的基于聚氨酯的弹性绳，该绳位于耳后。

6、此外，与使用具有更高官能度的聚醚多元醇相比，使用低官能度聚醚多元醇通常可获得更软的泡沫。使用卤代烃(诸如二氯甲烷)或液体二氧化碳作为发泡剂通常也可产生相对较软的泡沫。然而，存在与使用卤代烃相关联的健康和安全问题。此外，使用液体二氧化碳制造泡沫很复杂，因为它在技术上要求很高，因此相对昂贵。因此，希望能够用低官能度聚醚多元醇制备低密度聚氨酯泡沫，这种泡沫足够软，其中不需要或需要较少卤代烃和/或液体二氧化碳用作发泡剂。

7、然而，用具有或产生上述优点的低官能度多元醇生产的聚氨酯泡沫仍应满足其他所需的泡沫特征，诸如泡沫生产期间的泡沫稳定性。已知的是，使用的发泡剂越多，泡沫密度变得越低，泡沫变得越不稳定。因此，对于低密度聚氨酯泡沫而言，确保泡沫稳定性不受影响尤其重要。具体地，泡沫不稳定性可能表现为所谓的泡沫“下沉”和/或相对较低的泡沫高度(低泡沫上升)和/或甚至泡沫开裂或塌陷。所述下沉是指一种现象，其中在达到一定高度之后，泡沫高度降低。这种下沉的缺点是最终泡沫密度分布不均匀和/或最终泡沫高度相对较低。

8、此外，泡沫生产后的泡沫稳定性也很重要，即泡沫冷却至环境温度后的泡沫稳定性。期望的是，冷却的泡沫保持其原始形状并且在一个或多个维度上不收缩。

9、聚氨酯泡沫的稳定性可由泡沫生产过程中可能发生的交联程度来决定。此类交联又主要由反应物(聚醚多元醇和多异氰酸酯)的官能度来决定。这些反应物的官能度越高，可能发生的交联越多。因为与低密度聚氨酯泡沫相比，高密度聚氨酯泡沫因其密度增加而相对稳定，所以此类高密度聚氨酯泡沫通常可由高官能度反应物或低官能度反应物制备。然而，低密度聚氨酯泡沫的情况并非如此，这就是为什么如上所述，在低密度聚氨酯泡沫的工业生产中，通常使用具有相对较高官能度的聚醚多元醇。

10、此外，已知的是，当泡沫体积增大时，聚氨酯泡沫稳定性会降低。这一点在低密度聚氨酯泡沫，尤其是块状泡沫的工业生产中尤其重要，其中泡沫体积可能相对较大，例如至少1m3(即至少1,000升)。

11、本发明的目的是提供一种用于制备低密度聚氨酯泡沫的方法，该低密度聚氨酯泡沫是通过在发泡剂存在下使多异氰酸酯和聚醚多元醇反应制备而成，所述多元醇具有相对较低的官能度，该泡沫具有上述所需特性和优点中的一者或多者，包括高稳定性、高泡沫断裂伸长率和增加的柔软性。

技术实现思路

1、令人惊讶地发现，上述目的可通过用于制备密度低于30kg/m3的聚氨酯泡沫的方法来实现，并且该方法包括在发泡剂存在下使多异氰酸酯和聚醚多元醇反应，在该方法中，将官能度相对较低，即高于1.5且低于2.5的聚醚多元醇与分子量较低但也具有此类低官能度的扩链剂组合使用。

2、因此，本发明涉及一种用于制备密度低于30kg/m3的聚氨酯泡沫的方法，该方法包括在发泡剂存在下使以下物质反应：

3、a)多异氰酸酯组分；

4、b)聚醚多元醇组分，其具有至少1,000g/mol的分子量以及高于1.5且低于2.5的官能度；以及

5、c)扩链剂组分，其具有至多500g/mol的分子量以及高于1.5且低于2.5的官能度。

6、此外，本发明涉及一种能够通过上述用于制备聚氨酯泡沫的方法获得的聚氨酯泡沫，以及一种包含通过所述方法获得或能够获得的聚氨酯泡沫的成型制品。

7、已经发现，对于密度低于30kg/m3的低密度聚氨酯泡沫，其制备方法是在发泡剂存在下使多异氰酸酯和聚醚多元醇反应，其中该聚醚多元醇的官能度相对较低，即高于1.5且低于2.5，而且具有较低分子量的扩链剂也应与该聚醚多元醇组合使用，该扩链剂同样具有相对较低的官能度，即高于1.5且低于2.5，以便产生稳定的泡沫。

8、wo2019122122涉及一种用于制备具有相对较高密度，即30g/l至150g/l(30kg/m3至150kg/m3)的聚氨酯泡沫的方法，其中在发泡剂和催化剂存在下，使官能度在1.9与2.2之间的异氰酸酯组分与官能度在1.7与2.2之间的多元醇组分反应。根据所述wo2019122122，多元醇组分可以是平均分子量在500g/mol与12,000g/mol之间的聚酯多元醇或聚醚多元醇。此外，根据所述wo2019122122，所述多元醇组分可另外包含扩链剂，其可具有50g/mol至499g/mol的分子量并且其可具有2个异氰酸酯反应性官能团，诸如1,4-丁二醇。

9、上述wo2019122122的目的是发现合适的软质聚氨酯泡沫和混合材料，在使用后或使用时或在寿命结束时，可对其进行热塑性加工(挤出、注塑)，以获得有应用价值的起始材料/造粒材料，例如用于注塑或挤出产品。也就是说，所述wo2019122122涉及对用过的聚氨酯泡沫进行物理(非化学)加工，随后对所得的再循环的加工后泡沫材料进行再利用。

1.一种用于制备密度低于30kg/m3的聚氨酯泡沫的方法，所述方法包括在发泡剂存在下使以下物质反应：

2.根据权利要求1所述的方法，其中聚醚多元醇组分b)具有1.7至2.2的官能度。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中扩链剂组分c)具有1.7至2.2的官能度。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述异氰酸酯指数高于95。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述聚氨酯泡沫的密度为10kg/m3至28kg/m3。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中聚醚多元醇组分b)的分子量为1,000g/mol至5,000g/mol。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中扩链剂组分c)的分子量为50g/mol至500g/mol。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中扩链剂组分c)包含具有2至10个碳原子的烷二醇。

9.一种聚氨酯泡沫，所述聚氨酯泡沫能够通过根据权利要求1至8中任一项所述的方法获得。

10.一种成型制品，所述成型制品包含通过根据权利要求1至8中任一项所述的方法获得的聚氨酯泡沫或根据权利要求9所述的聚氨酯泡沫。