高强度聚氨酯泡沫组合物及方法技术

本发明专利技术公开了高强度的聚氨酯泡沫组合物及制备它们的方法。在一个方面，本发明专利技术的聚氨酯泡沫包括包含衍生自CO2和一种或多种环氧化物的共聚合的一种或多种聚碳酸酯多元醇的强度增强添加剂。在一个方面，本发明专利技术的方法包括用衍生自CO2和一种或多种环氧化物的共聚合的一种或多种聚碳酸酯多元醇替代泡沫配制物的B侧中的聚醚多元醇的一部分的步骤。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高强度聚氨酯泡沫组合物及方法
本专利技术涉及聚氨酯泡沫的领域。更具体而言，本专利技术涉及用于提高聚氨酯泡沫强度的添加剂和方法。
技术介绍
衍生自聚异氰酸酯和反应性聚合物之间的反应的聚氨酯泡沫被广泛用于范围为绝缘以及家具、垫子、消费品、建筑材料、汽车部件等的制造的应用。由于石油基原料和用于制造它们的能量的成本的增加，聚氨酯泡沫的成本近年来已经显著地增加。与此同时，对于坚韧、具有长期使用寿命和改善的可持续特征的高性能材料的市场需求不断增加。不幸的是，对于这些问题的现有解决方案往往是增加一种性能却损失其它性能。例如，为了得到更强的泡沫，通常提高泡沫的密度，这带来材料的更大用途和更大的运输材料所需的能量浪费。当泡沫是车辆的部分时，这将在运输应用中加剧，因为较重的泡沫将通过增加其整个使用寿命的燃料使用量来收取资金和环境的代价费用。因此，通常作出其中基于成本或重量的考虑而选择较不耐用或较低性能的泡沫的折衷。类似地，通过添加生物基原料而使泡沫组合物更可持续的努力得到了有好有坏的结果。将大豆或玉米基原料掺入聚氨酯泡沫配制物通常导致所需性能的牺牲并要求配制物的其它变化来得到可接受的性能—即使有这些让步，也难以掺入超过约10％的生物基材料。这种方法的真正可持续性也值得怀疑，尤其是作为整体来看时，包括生产生物基原料所需的土地和水的使用和石油资源—特别是如果需要额外的努力或石油基添加剂来弥补这些材料对泡沫配制物的负面影响时。先前已经报道的是，可以从CO2制造的多元醇配制聚氨酯泡沫(参见例如共同拥有的专利申请WO2010/028362和PCT/US12/047967)。这些泡沫组合物具有改善的碳足迹，因为可以从废CO2得到高达50％的多元醇的质量，否则这些废CO2将被释放到大气中。除了封存潜在的温室气体之外，这种策略还使得用于制造多元醇的化石燃料衍生的原料的量被减少高达50％。尽管如此，仍存在对于具有改善的性能特性的聚氨酯泡沫组合物的需求，特别是对于以与现有材料相等或比现有材料更低的重量具有优异的强度和耐用性的配制物的需求。
技术实现思路
如上所述，掺入环氧化物CO2共聚物(脂族聚碳酸酯多元醇)的聚氨酯泡沫已被描述。尽管如此，在某些方面，这些泡沫提出了挑战。由环氧化物CO2共聚物作为B侧(B-side)中的主要多元醇组分配制的泡沫可能难以配制(例如，由于高粘度)。此外，所产生的泡沫有时易碎或缺乏泡沫所需的某些其它物理性能—尤其是在软质泡沫中。在一个方面，本专利技术包括这样的认识，当作为传统的泡沫配制物的B侧中的添加剂使用时，包括环氧化物CO2共聚物没有这些负面影响，但相反，它们的存在意外地增加了所需的性能如强度，压缩力偏转(compressionforcedeflection)、耐溶剂性等。因此，在一个方面，本专利技术包括高强度的聚氨酯泡沫组合物，所述高强度的聚氨酯泡沫组合物包含多元醇组分与聚异氰酸酯组分的反应产物，其中所述多元醇组分包含多元醇的共混物，所述多元醇包括约2重量百分比至约50重量的由一种或多种环氧化物和二氧化碳共聚合而得的聚碳酸酯多元醇。在某些实施方案中，所述多元醇组分的其余部分包括如当前商业泡沫配制物中使用的传统的聚醚或聚酯多元醇。本专利技术的泡沫组合物出乎意料地呈现出改善的物理强度，包括比不用所述聚碳酸酯多元醇配制的泡沫更高的压缩力偏转和更高的抗撕裂性。重要的是，这些改善的泡沫组合物不具有比初始泡沫更高的密度，并且不牺牲涉及舒适性、耐用性、隔热值(inulationvalue)等的其它因素。在另一个方面，本专利技术包括增强聚氨酯泡沫组合物的方法。在某些实施方案中，所述方法包括用衍生自一种或多种环氧化物和二氧化物的共聚合的聚碳酸酯多元醇替代聚氨酯泡沫配制物的约2重量百分比至约50重量百分比的多元醇含量的步骤。在另一个方面，本专利技术提供了用于泡沫配制物的强度增强添加剂。本专利技术的添加剂包括适于与聚醚或聚酯多元醇共混的脂族聚碳酸酯多元醇，并且其特征在于，它们在泡沫配制物中的存在增加了最终泡沫组合物的压缩力偏转值、抗撕裂性或滞后的一个或多个。在另一个方面，本专利技术包括由高强度聚氨酯泡沫组合物制成的制品，所述高强度聚氨酯泡沫组合物是由向泡沫配制物中添加衍生自一种或多种环氧化物和二氧化碳的共聚合的聚碳酸酯多元醇而得的。此类制品包括用于运输应用的低密度座椅材料、用于汽车制造的非座椅泡沫组分、鞋类泡沫、办公家具、垫子、体育用品、建筑材料和消费品。定义具体的官能团和化学术语的定义在以下更详细描述。为了本专利技术的目的，根据元素周期表，CAS版本，HandbookofChemistryandPhysics，第75版，内封面来鉴定化学元素并且通常如其中所述来定义特定的官能团。另外，有机化学的一般原理以及具体的官能部分和反应性描述于OrganicChemistry,ThomasSorrell,UniversityScienceBooks,Sausalito,1999；Smith和MarchMarch’sAdvancedOrganicChemistry,第5版,JohnWiley&Sons,Inc.,NewYork,2001；Larock,ComprehensiveOrganicTransformations,VCHPublishers,Inc.,NewYork,1989；Carruthers,SomeModernMethodsofOrganicSynthesis,第3版,CambridgeUniversityPress,Cambridge,1987；其每一全部内容通过引用并入本文。本专利技术的某些化合物可以包含一个或多个不对称中心，并因此可存在于各种立体异构体形式(例如，对映异构体和/或非对映异构体)中。因此，本专利技术的化合物及其组合物可以呈单独的对映体、非对映异构体或几何异构体的形式，或可以呈立体异构体的混合物的形式。在某些实施方案中，本专利技术的化合物为对映纯化合物。在某些实施方案中，提供对映体或非对映异构体的混合物。此外，如本文所述，某些化合物可以具有可以Z或E异构体(除非另外指明)存在的一个或多个双键。本专利技术另外涵盖呈基本上不含有其它异构体的各个异构体形式和可选地呈各个异构体的混合物(如，对映体的外消旋混合物)形式的化合物。除了以上提到的化合物本身，本专利技术还涵盖包含一种或多种化合物的组合物。本文所用术语“异构体”包括任何和所有的几何异构体和立体异构体。例如，“异构体”包括顺式-和反式-异构体、E–和Z–异构体、R–和S–对映体、非对映体、(D)–异构体、(L)–异构体、其外消旋混合物及它们的其它混合物，这些均落入本专利技术的范围。例如，在一些实施方案中，可以提供基本上不含有一种或多种对应的立体异构体的立体异构体，且也可以被称为“立体化学富集的”。在一些实施方案中，在优选特定的对映体的情况下，可以提供基本上不含相反对映体且也可以被称为“光学富集的”。本文所用的“光学富集的”意指化合物或聚合物由显著较大比例的一种对映体构成。在某些实施方案中，所述化合物由至少约90重量％的优选的对映体构成。在其它实施方案中，所述化合物由至少约95重量％、98重量％或99重量％的优选的对映体构成。优选的对映体可以通过本领域技术人员已知的任何方法(包括手性高压液相色谱(HPLC)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于增加聚氨酯泡沫组合物的承载性能的方法，所述泡沫组合物包含多元醇组分和聚异氰酸酯组分的反应产物，所述方法包括将衍生自一种或多种环氧化物和二氧化碳的共聚合的聚碳酸酯多元醇并入所述多元醇组分的步骤，其中以存在于所述多元醇组分中的所有多元醇的约2重量百分比至约50重量百分比、约5重量百分比至约25重量百分比、约2重量百分比至约10重量百分比、约10重量百分比至约20重量百分比、约20重量百分比至约30重量百分比、约30重量百分比至约50重量百分比的量添加所述聚碳酸酯多元醇。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.11.07 US 61/723,627;2012.11.30 US 61/731,723;1.一种用于增加聚氨酯泡沫组合物的承载性能的方法，所述泡沫组合物包含多元醇组分和聚异氰酸酯组分的反应产物，所述方法包括将衍生自一种或多种环氧化物和二氧化碳的共聚合的聚碳酸酯多元醇并入所述多元醇组分的步骤，其中以存在于所述多元醇组分中的所有多元醇的2重量百分比至50重量百分比的量添加所述聚碳酸酯多元醇；其中所述聚碳酸酯多元醇的特征在于，在组合物中碳酸酯键的平均百分比为85％或更高。2.根据权利要求1所述的方法，其中以存在于所述多元醇组分中的所有多元醇的5重量百分比至25重量百分比的量添加所述聚碳酸酯多元醇。3.根据权利要求1所述的方法，其中以存在于所述多元醇组分中的所有多元醇的2重量百分比至10重量百分比的量添加所述聚碳酸酯多元醇。4.根据权利要求1所述的方法，其中以存在于所述多元醇组分中的所有多元醇的10重量百分比至20重量百分比的量添加所述聚碳酸酯多元醇。5.根据权利要求1所述的方法，其中以存在于所述多元醇组分中的所有多元醇的20重量百分比至30重量百分比的量添加所述聚碳酸酯多元醇。6.根据权利要求1所述的方法，其中以存在于所述多元醇组分中的所有多元醇的30重量百分比至50重量百分比的量添加所述聚碳酸酯多元醇。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述多元醇组分包含选自由下列组成的组的一种或多种多元醇：聚醚多元醇、聚酯多元醇、脂族多元醇及这些中的任意两种或更多种的混合物。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述多元醇组分基本上包含聚醚多元醇。9.根据权利要求1所述的方法，其中包含所述添加的聚碳酸酯多元醇的所述泡沫组合物根据ASTMD3574测量的压缩力偏转CFD值高于缺少所述添加的聚碳酸酯多元醇的相应的泡沫组合物的CFD值。10.根据权利要求9所述的方法，其中包含所述添加的聚碳酸酯多元醇的所述泡沫组合物的CFD值比缺少所述添加的聚碳酸酯多元醇的相应的泡沫组合物的CFD值高至少10％。11.根据权利要求9所述的方法，其中包含所述添加的聚碳酸酯多元醇的所述泡沫组合物的CFD值比缺少所述添加的聚碳酸酯多元醇的相应的泡沫组合物的CFD值高至少20％。12.根据权利要求9所述的方法，其中包含所述添加的聚碳酸酯多元醇的所述泡沫组合物的CFD值比缺少所述添加的聚碳酸酯多元醇的相应的泡沫组合物的CFD值高至少30％。13.根据权利要求9所述的方法，其中包含所述添加的聚碳酸酯多元醇的所述泡沫组合物的CFD值比缺少所述添加的聚碳酸酯多元醇的相应的泡沫组合物的CFD值高至少40％。14.根据权利要求9所述的方法，其中包含所述添加的聚碳酸酯多元醇的所述泡沫组合物的CFD值比缺少所述添加的聚碳酸酯多元醇的相应的泡沫组合物的CFD值高至少50％。15.根据权利要求9-14中任一项所述的方法，其中所述CFD值是针对被比较的所述泡沫组合物的密度归一化的。16.根据权利要求9-14中任一项所述的方法，其中配制所述泡沫组合物使得包含所述添加的聚碳酸酯多元醇的所述泡沫组合物和缺少所述添加的聚碳酸酯多元醇的相应的泡沫组合物具有基本相同的密度。17.根据权利要求1所述的方法，其中所述泡沫组合物包含软质聚氨酯泡沫。18.根据权利要求1所述的方法，其中所述泡沫组合物包含粘弹性聚氨酯泡沫。19.根据权利要求1所述的方法，其中所述泡沫组合物包含硬质聚氨酯泡沫。20.根据权利要求1所述的方法，其中包含所述添加的聚碳酸酯多元醇的所述泡沫组合物根据ASTMD3574测量的密度低于缺少所述添加的聚碳酸酯多元醇的相应的泡沫组合物的密度，并且其中包含所述添加的聚碳酸酯多元醇的所述泡沫组合物根据ASTMD3574测量的压缩力偏转CFD值高于缺少所述添加的聚碳酸酯多元醇的相应的泡沫组合物的CFD值。21.根据权利要求20所述的方法，其中包含所述添加的聚碳酸酯多元醇的所述泡沫组合物的密度比缺少所述添加的聚碳酸酯多元醇的相应的泡沫组合物的密度低至少10％。22.根据权利要求20所述的方法，其中包含所述添加的聚碳酸酯多元醇的所述泡沫组合物的密度比缺少所述添加的聚碳酸酯多元醇的相应的泡沫组合物的密度低至少20％。23.根据权利要求20所述的方法，其中包含所述添加的聚碳酸酯多元醇的所述泡沫组合物的密度比缺少所述添加的聚碳酸酯多元醇的相应的泡沫组合物的密度低至少25％。24.根据权利要求20所述的方法，其中包含所述添加的聚碳酸酯多元醇的所述泡沫组合物的密度比缺少所述添加的聚碳酸酯多元醇的相应的泡沫组合物的密度低至少30％。25.根据权利要求20所述的方法，其中包含所述添加的聚碳酸酯多元醇的所述泡沫组合物的密度比缺少所述添加的聚碳酸酯多元醇的相应的泡沫组合物的密度低至少40％。26.根据权利要求20所述的方法，其中包含所述添加的聚碳酸酯多元醇的所述泡沫组合物的密度比缺少所述添加的聚碳酸酯多元醇的相应的泡沫组合物的密度低至少50％。27.根据权利要求20-26中任一项所述的方法，其中包含所述添加的聚碳酸酯多元醇的所述泡沫组合物的CFD值比缺少所述添加的聚碳酸酯多元醇的相应的泡沫组合物的CFD值高至少10％。28.根据权利要求20-26中任一项所述的方法，其中包含所述添加的聚碳酸酯多元醇的所述泡沫组合物的CFD值比缺少所述添加的聚碳酸酯多元醇的相应的泡沫组合物的CFD值高至少20％。29.根据权利要求20-26中任一项所述的方法，其中包含所述添加的聚碳酸酯多元醇的所述泡沫组合物的CFD值比缺少所述添加的聚碳酸酯多元醇的相应的泡沫组合物的CFD值高至少30％。30.根据权利要求20-26中任一项所述的方法，其中包含所述添加的聚碳酸酯多元醇的所述泡沫组合物的CFD值比缺少所述添加的聚碳酸酯多元醇的相应的泡沫组合物的CFD值高至少40％。31.根据权利要求20-26中任一项所述的方法，其中包含所述添加的聚碳酸酯多元醇的所述泡沫组合物的CFD值比缺少所述添加的聚碳酸酯多元醇的相应的泡沫组合物的CFD值高至少50％。32.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚碳酸酯多元醇含有具有下列结构的主要重复单元：其中R1、R2、R3和R4在聚合物链中每次出现时独立地选自由下列组成的组：-H、氟、任选取代的C1-40脂族基、任选取代的C1-20杂脂族基和任选取代的芳基，其中R1、R2、R3和R4的任意两个或更多个任选地连同居间原子一起以形成任选含有一个或多个杂原子的一个或多个任选取代的环。33.根据权利要求32所述的方法，其中所述聚碳酸酯多元醇含有具有下列结构的主要重复单元：34.根据权利要求32或33所述的方法，其中R1在所述聚合物链中每次出现时独立地为-H或-CH3。35.根据权利要求32或33所述的方法，其中所述聚碳酸酯多元醇的特征在于，其具有500g/mol至20,000g/mol之间的Mn。36.根据权利要求32或33所述的方法，其中所述聚碳酸酯多元醇的特征在于，其具有1,000g/mol至5,000g/mol之间的Mn。37.根据权利要求32或33所述的方法，其中所述聚碳酸酯多元醇的特征在于，其具有1,000g/mol至3,000g/mol之间的Mn。38.根据权利要求32或33所述的方法，其中所述聚碳酸酯多元醇的特征在于，其具有1,000g/mol、1,200g/mol、1,500g/mol、2,000g/mol、2,500g/mol或3,000g/mol的Mn。39.根据权利要求32或33所述的方法，其中所述脂族聚碳酸酯多元醇的特征在于，高于98％的所述链端是对异氰酸酯具有反应性的基团。40.根据权利要求32或33所述的方法，其中所述脂族聚碳酸酯多元醇的特征在于，高于99％的所述链端是对异氰酸酯具有反应性的基团。41.根据权利要求32或33所述的方法，其中所述脂族聚碳酸酯多元醇的特征在于，高于99.5％的所述链端是对异氰酸酯具有反应性的基团。42.根据权利要求39-41中任一项所述的方法，其中所述对异氰酸酯具有反应性的所述链端包含-OH基团。43.一种聚氨酯泡沫组合物，其包含多元醇组分和聚异氰酸酯组分的反应产物，其中所述多元醇组分包含衍生自一种或多种环氧化物和二氧化碳的共聚合的聚碳酸酯多元醇，其中所述聚碳酸酯多元醇以存在于所述多元醇组分中的所有多元醇的2重量百分比至50重量百分比...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·D·艾伦，V·森迪亚雷维克，A·森迪亚雷维克，
申请(专利权)人：诺沃梅尔公司，
类型：发明
国别省市：美国;US