低密度热塑性聚氨酯软质泡沫的原位形成制造技术

技术编号:33805112 阅读:56 留言:0更新日期:2022-06-16 10:12
用于制备热塑性聚氨酯(TPU)软质泡沫的反应性混合物和方法,该泡沫具有主要为开孔的结构(基于泡沫的总体积计算并根据ASTM D6226

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】低密度热塑性聚氨酯软质泡沫的原位形成


[0001]本专利技术涉及形成低密度热塑性聚氨酯泡沫,更特别地具有主要为开孔的结构和优选具有弹性体性质的热塑性软质泡沫的方法。
[0002]本专利技术进一步涉及用于制备根据本专利技术的低密度热塑性泡沫的反应性混合物。
[0003]本专利技术涉及热塑性低密度聚氨酯泡沫,其具有主要为开孔的结构、15%至65%的硬嵌段含量、根据ISO845测量的<200 kg/m3的表观密度和改进的机械性质如撕裂强度。

技术介绍

[0004]具有开孔结构的常规软质聚氨酯泡沫通常使用官能度高于2的异氰酸酯反应性化合物来制备,以便在发泡期间具有稳定性并实现所需的机械性质。已知使用官能度高于2的异氰酸酯反应性化合物将产生交联聚氨酯基体。此外,这些泡沫中的大多数是用水化学发泡的,产生降解温度低于或接近其熔融温度的脲硬嵌段。常规软质聚氨酯泡沫的这两个特性使它们成为热固性材料而不是热塑性材料,这意味着常规(通常水发泡)软质聚氨酯泡沫在使用寿命之后不能像热塑性材料一样熔融和回收。通常,这种类型的常规软质聚氨酯泡沫在其使用寿命之后通常被切碎并结合在一起,以制备低品质泡沫产品。
[0005]US3769245公开了使用二羧酸作为(化学)发泡剂生产热塑性聚氨酯(TPU)泡沫。获得具有酰胺硬嵌段结构的高密度泡沫(400 kg/m3)。
[0006]CN10592461描述了热塑性聚氨酯(TPU),其可用于制备具有高密度和耐热性的闭孔挤出TPU泡沫(也称为膨胀TPU或eTPU)。该方法从TPU粒料开始,并且使用包括TPU粒料的熔融加工的泡沫挤出方法获得多孔结构。CN10592461中膨胀TPU泡沫的密度为400至600 kg/m3。此外,生产这些eTPU的技术获得闭孔泡沫,从而限制了它们在若干领域中的应用。使TPU膨胀以形成eTPU也是麻烦的过程,其中几个中间过程需要过量的能量。
[0007]此外,具有主要为开孔的结构的现有技术常规低密度(例如密度低于100 kg/m3)软质聚氨酯泡沫具有相当低的撕裂强度,通常在150至250N/m范围内。
[0008]为了解决上述问题,需要生产低密度(低于200 kg/m3)软质聚氨酯泡沫,其具有主要为开孔的结构和改善的机械性质,例如撕裂强度,其在使用寿命之后可以熔融和回收,从而显著增加它们的再加工、回收可能性和应用领域。
[0009]专利技术目的最终目标是获得低密度聚氨酯软质泡沫,其是
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原位聚合和发泡的,和
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具有主要为开孔的结构(至少50%开孔含量),和
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具有根据ISO845测量的低于200 kg/m3的表观密度,和
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可热回收(例如通过挤出)成具有与使用现有技术的TPU制造方法制备的TPU材料相似或相同的TPU基体的材料,和
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使用寿命后可熔融再加工的。
[0010]本专利技术的另一个目的是开发用于制备软质聚氨酯泡沫的反应性混合物和方法,所
述软质聚氨酯泡沫具有主要为开孔的结构和显著改善的机械性质,例如撕裂强度,其在使用寿命(使用)之后易于熔融再加工和回收。
[0011]定义和术语在本专利技术的上下文中,下列术语具有下列含义:1)本文提到的"NCO值"或"异氰酸酯值"是异氰酸酯、改性异氰酸酯或异氰酸酯预聚物化合物中反应性异氰酸酯(NCO)基团的重量百分比。
[0012]2)本文提到的"异氰酸酯指数"或"NCO指数"或"指数"是NCO当量与配制物中存在的异氰酸酯反应性氢原子的当量总和的比率,以百分比给出:换句话说,NCO指数表示配制物中实际使用的异氰酸酯基相对于理论上与配制物中使用的异氰酸酯反应性氢的量反应所需的异氰酸酯基的量的百分比。
[0013]3)本文中用于计算异氰酸酯指数的表述"异氰酸酯反应性氢原子"是指存在于反应性组合物中的羟基和胺基中的活性氢原子的总数;这意味着为了计算实际聚合过程中的异氰酸酯指数,一个羟基被认为包含一个反应性氢,一个伯胺基被认为包含一个反应性氢,一个水分子被认为包含两个活性氢。
[0014]4)术语"平均标称官能度"(或简称"官能度")在本文中用于表示组合物中每分子的官能团的平均数。
[0015]5)术语"平均标称羟基官能度"(或简称"羟基官能度")在本文中用于表示多元醇或多元醇组合物的数均官能度(每分子的羟基数),假设这是用于其制备的一种或多种引发剂的数均官能度(每分子的活性氢原子数),尽管实际上由于一些末端不饱和度,其通常略低。
[0016]6)术语"硬嵌段"是指多异氰酸酯+分子量小于500g/mol的异氰酸酯反应性材料(其中不考虑并入多异氰酸酯中的分子量大于500g/mol的多元醇)的量(以pbw计)与所有多异氰酸酯+所用的所有异氰酸酯反应性材料的量(以pbw计)之比的100倍。硬嵌段含量以%表示。
[0017]7)除非另有说明,词语"平均"是指数均。
[0018]8)"液体"是指根据ASTM D445

11a在20℃下测量的粘度小于10 Pa.s。
[0019]9)本文所用的术语"热塑性"以其广义使用,表示以部分结晶和化学未交联聚合物为特征的材料。在其固态下,热塑性材料的储能(或弹性)模量(G')高于损耗(或粘性)模量(G")。在该区域中,它们可以显示橡胶弹性平台,即G'和G

随温度保持稳定值。在较高的温度下,大分子之间的热可逆相互作用暂时失效,单个分子可逐渐自由移动。热塑性材料因此逐渐变得更粘稠;这反映在G'和G

随温度的急剧下降和G

与G'的比率增加,直到材料发生熔融,在该区域G

变得高于G'。这种聚合物的行为使得热塑性材料可在升高的温度下再加工。相反,术语"热固性"在本文中用于表示以交联聚合物为特征的材料。在其固态下,热固性材料显示出与热塑性材料类似的流变行为,G'保持高于G",可能具有橡胶弹性平台。与热塑性材料中出现的情况不同,当加热时,热固性材料的单个分子牢固地嵌在由强化学键形成的三维网络中,因此不能自由移动。因此,材料可以软化到一定程度,但是它不熔融,即G'和G

随温度略微降低,而不会急剧改变它们的斜率。热固性材料的化学键保持稳定,直到温
度太高并且材料开始降解。因此,热固性材料通常在熔融前降解,使它们几乎不能在熔融温度下再加工。
[0020]10)本文所用的术语"软质泡沫"以其广义使用,表示具有有限和可逆的耐压缩性的低密度多孔材料(表观密度<200 kg/m3)。
[0021]11)根据ASTM D1566确定的术语"弹性体材料"或"弹性体"表示在室温下在去除变形力之后能够基本上恢复形状和尺寸的材料。
[0022]12)本文所用的术语"双官能"是指平均标称官能度为约2。双官能多元醇(也称为二醇)是指平均标称羟基官能度为约2(包括1.9至2.1的值)的多元醇。双官能异氰酸酯是指平均标称本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于制备热塑性聚氨酯(TPU)软质泡沫的反应性混合物,所述泡沫具有主要为开孔的结构(基于泡沫的总体积计算并根据ASTM D6226

10测量的开孔含量≥50体积%)和低于200 kg/m3的表观密度,所述反应性混合物包括在90至110的异氰酸酯指数下原位组合至少以下成分:a)多异氰酸酯组合物,其包含基于所述多异氰酸酯组合物中所有异氰酸酯化合物的总重量计至少75重量%的双官能异氰酸酯化合物,和b)异氰酸酯反应性组合物,其包含基于所述异氰酸酯反应性组合物中所有异氰酸酯反应性化合物的总重量计至少75重量%的双官能异氰酸酯反应性化合物,且其中所述双官能异氰酸酯反应性化合物选自至少一种分子量为500

20000g/mol的线性高分子量双官能多元醇和至少一种分子量<500g/mol的低分子量双官能扩链剂,和c)至少一种聚氨酯形成催化剂,和d)发泡剂组合物,其中至少90重量%的发泡剂选自物理发泡剂和/或不具有异氰酸酯反应性基团的非反应性化学发泡剂,和e)任选的其它添加剂,例如表面活性剂、阻燃剂、填料、颜料和/或稳定剂并且其中所述反应性混合物包含基于所述反应性混合物的总重量计小于0.1重量%的水。2.根据权利要求1所述的反应性混合物,其中异氰酸酯指数为90

110,优选90

105,更优选98

102。3.根据前述权利要求所述的反应性混合物,其中根据本发明的低密度TPU软质泡沫具有基于泡沫的总体积计算并根据ASTM D6226

10测量的≥50体积%,优选≥60体积%,更优选≥75体积%的开孔含量。4.根据前述权利要求所述的反应性混合物,其中所述物理发泡剂至少选自CO2和/或N2。5.根据前述权利要求所述的反应性混合物,其中所述发泡剂组合物包含至少90重量%,优选>95重量%,更优选>98重量%的选自CO2和/或N2的物理发泡剂。6.根据前述权利要求所述的反应性混合物,其中所述发泡剂组合物包含基于发泡剂组合物的总重量计至少90重量%,优选> 95重量%,更优选> 98重量%的物理发泡剂和/或不具有异氰酸酯反应性基团的非反应性化学发泡剂,并且其中发泡剂的量为5至60重量份,更优选10至30 pbw/一百重量份异氰酸酯反应性化合物。7.根据前述权利要求所述的反应性混合物,其中所述反应性混合物包含基于反应性混合物的总重量计小于0.075重量%的水,优选小于0.050重量%的水,更优选小于0.025重量%的水。8.根据前述权利要求所述的反应性混合物,其中所述物理发泡剂选自异丁烯、甲酸甲酯、二甲醚、二氯甲烷、丙酮、叔丁醇、氩气、氪气、氙气、氯氟烃(CFC)、氢氟烃(HFC)、氢氯氟烃(HCFC)、氢氟烯烃(HFO)、氢氯氟烯烃(HCFO)和烃如戊烷、异戊烷和环戊烷及其混合物。9.根据前述权利要求所述的反应性混合物,其中所述多异氰酸酯组合物含有基于多异氰酸酯组合物中所有异氰酸酯化合物的总重量计至少85重量%、更优选至少90重量%、最优选至少95重量%的双官能异氰酸酯化合物。10.根据前述权利要求所述的反应性混合物,其中所述多异氰酸酯组合物含有基于多异氰酸酯组合物的总重量计至少95重量%,且最优选至少98重量%的4,4'

二苯基甲烷二异
氰酸酯。11.根据前述权利要求所述的反应性混合物,其中所述多异氰酸酯组合物中的多异氰酸酯组分为异氰酸酯基封端的预聚物,其通过过量的具有至少85%的4,4'

二苯基甲烷二异氰酸酯的多异氰酸酯与双官能多元醇的反应制备,且其中所述异氰酸酯基封端的预聚物的NCO值优选高于5重量%,更优选高于10%,最优选高于15重量%。12.根据前述权利要求所述的反应性混合物,其中所述高分子量双官能多元醇选自聚酯二醇、聚醚多元醇和/或聚酯聚醚多元醇,其具有500g/mol至10...

【专利技术属性】
技术研发人员:J
申请(专利权)人:亨茨曼国际有限公司
类型:发明
国别省市:

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