專(zhuān)利名稱(chēng)：棕櫚油基聚氨酯泡沫產(chǎn)品及其制備方法
棕櫚油基聚氨酯泡沬產(chǎn)品及其制備方法相關(guān)申請(qǐng)的互相參引本申請(qǐng)要求McEvoy等人于2008年10月30日提交的、題為“PALM OIL-BASED POLYURETHANE FOAM PRODUCTS AND METHOD OF PRODUCTION” 的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)禾丨J 申請(qǐng) No. 61/109，773 以及 McEvoy 等人于 2008 年 10 月 31 日提交的、題為 “PALM OIL-BASED POLYURETHANE FOAM PRODUCTS AND METHOD OF PRODUCTION” 的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)禾丨J 申請(qǐng) No. 61/110, 258的權(quán)益和優(yōu)先權(quán)，這些專(zhuān)利申請(qǐng)以引用的方式納入本文。
背景技術(shù)：
本公開(kāi)總體上涉及具有基于非石油或由非石油起始的多元醇材料的開(kāi)孔聚氨酯泡沫制品，以及制備包含這類(lèi)材料的泡沫產(chǎn)品的方法。更具體而言，本公開(kāi)涉及具有棕櫚油基多元醇部分和石油化學(xué)基多元醇部分的開(kāi)孔聚氨酯泡沫制品，并涉及一種制備用于多種應(yīng)用(包括特別是車(chē)輛座椅)的泡沫產(chǎn)品的方法。提供泡沫襯墊以使座椅乘坐者舒適是公知的，不管該座椅是一件家具、一件裝備還是一輛交通工具如汽車(chē)。還公知由石油起始的油基聚氨酯材料來(lái)配制這種襯墊的泡沫的組成部分，所述由石油起始的油基聚氨酯材料與其它產(chǎn)品反應(yīng)以制備泡沫襯墊產(chǎn)品。已知在泡沫配制方法中可由可再生資源(如大豆油、蓖麻油和低芥酸菜子油)獲得材料并加以利用。然而，盡管有這種認(rèn)知，但仍然缺少使用任意有意義量的植物基來(lái)源材料來(lái)代替石油基材料的商業(yè)上可行泡沫產(chǎn)品(包括座椅應(yīng)用中的產(chǎn)品)，這是因?yàn)閷?duì)于所述座椅應(yīng)用而言，尚不知曉如何生產(chǎn)出能符合當(dāng)前石油基性能規(guī)格(包括機(jī)械性質(zhì)、張力、 撕裂性、伸長(zhǎng)度、壓縮變定(compression set)、應(yīng)力應(yīng)變[滯后損失])和舒適要求的泡沫產(chǎn)品。因此，需要并且一直需要提供這樣一種植物油基聚氨酯泡沫，其在多種應(yīng)用中能滿(mǎn)足使用的指標(biāo)要求，所述應(yīng)用包括但不限于汽車(chē)工業(yè)中的座椅應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本說(shuō)明書(shū)公開(kāi)了一種非石油基多元醇，所述非石油基多元醇優(yōu)選由更易再生的天然資源(例如植物油、特別是棕櫚油)制備。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，由以下物質(zhì)的反應(yīng)產(chǎn)物提供一種開(kāi)孔聚氨酯泡沫材料，所述物質(zhì)包括含有以每百份多元醇1至30份的量存在于多元醇中的棕櫚油基多元醇(其中具有約10%至約90%——優(yōu)選約22%至約 70%——的生物成分)的多元醇材料、異氰酸酯、發(fā)泡劑、開(kāi)孔劑、水和交聯(lián)劑(一種或多種)，從而提供非常適合于多種應(yīng)用(包括座椅應(yīng)用)的泡沫材料。所述示例性實(shí)施方案能夠生產(chǎn)與已知石油基聚氨酯泡沫材料相比具有至少基本相等的性能規(guī)格的汽車(chē)座椅。本文公開(kāi)了若干示例性實(shí)施方案。然而，應(yīng)理解的是所公開(kāi)的實(shí)施方案僅為示例性的并且可以多種替代的形式實(shí)施。因此，本文所公開(kāi)的具體細(xì)節(jié)不應(yīng)解釋為限制性的，而僅作為權(quán)利要求的代表性基礎(chǔ)和/或作為教導(dǎo)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的代表性基礎(chǔ)。因此，除非另外明確說(shuō)明，在描述本文所支持的最寬范圍時(shí)，本說(shuō)明書(shū)中表示材料量的所有數(shù)值量均應(yīng)理解為被詞語(yǔ)“基本上”修飾，并且應(yīng)理解在數(shù)值范圍內(nèi)實(shí)施僅是優(yōu)選的。


通過(guò)考慮以下具體實(shí)施方式
和附圖，示例性實(shí)施方案的前述以及其它特征對(duì)于本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員而言將變得更加明顯，附圖中圖1為根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方案制備泡沫材料的方法的框圖。圖2為根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方案由包含棕櫚油基材料的泡沫材料模塑一種部件的方法的框圖。圖3為列出含有棕櫚油基材料的標(biāo)準(zhǔn)座墊、背墊和靠枕(bolster)制品的示例性組成的表格。圖4A和4B為示出由棕櫚油基多元醇配制的泡沫與完全由石油基多元醇制備的泡沫相比的若干物理性質(zhì)和特性的表格。
具體實(shí)施例方式根據(jù)常規(guī)方法，軟質(zhì)及硬質(zhì)種類(lèi)的聚氨酯基泡沫產(chǎn)品可根據(jù)“一步”法形成，在所述“一步”法中，基本上將第一(一般是多元醇)物流和第二(一般是異氰酸酯)物流混合， 并使之在模具中固化以形成泡沫產(chǎn)品。聚氨酯基泡沫產(chǎn)品通常由如圖1中所示體系10進(jìn)行反應(yīng)的以下物質(zhì)組成聚氨酯基基礎(chǔ)多元醇樹(shù)脂；聚氨酯基共聚物多元醇(共聚多元醇) 樹(shù)脂；水；交聯(lián)劑(一種或多種)；催化劑(或催化劑包)；表面活性劑；開(kāi)孔劑/泡孔調(diào)節(jié)劑；以及異氰酸酯如TDI、MDI或其摻合物(一般而言，這類(lèi)摻合物的TDI或MDI不少于5%; 例如TM20，其為80% TDI和20% MDI的摻合物)。如已悉知的，還可以利用多種添加物來(lái)提供不同的性質(zhì)。還參考圖1，聚氨酯發(fā)泡體系10包括基礎(chǔ)多元醇樹(shù)脂摻合材料12、共聚物多元醇樹(shù)脂摻合材料14、水16、交聯(lián)劑材料18 ( 一種或多種)、催化劑材料20、表面活性劑材料22、 開(kāi)孔劑23和異氰酸酯材料沈的反應(yīng)。基礎(chǔ)多元醇材料12可包括石油基基礎(chǔ)多元醇材料 11和棕櫚油基基礎(chǔ)多元醇材料13。共聚物多元醇材料14可包括石油基共聚物多元醇材料 15和棕櫚油基共聚物多元醇材料17。將基礎(chǔ)多元醇混料12、共聚物多元醇混料14、水16、 交聯(lián)劑材料18 ( 一種或多種)、催化劑20、表面活性劑22和開(kāi)孔劑23摻合以制備聚合制品摻合物24。將異氰酸酯沈和多元醇制品摻合物M進(jìn)行混合以制備泡沫材料觀(guān)。可使用水和催化劑來(lái)制備水發(fā)泡的泡沫材料，從而影響所需泡沫密度。多元醇材料物流通常由聚氨酯聚合物以及任選地環(huán)氧丙烷“P0”組成，其可使用氫氧化鉀(KOH)制備和/或之后任選用環(huán)氧乙烷(“E0”)封端。另一種制備多元醇材料的方法包括使用雙金屬催化劑來(lái)促進(jìn)游離基團(tuán)的加入。這類(lèi)雙金屬催化劑包括例如鈷/鋅催化劑或銫/銣催化劑。所述雙金屬催化劑可各自被替代而獲得類(lèi)似的結(jié)果。例如銣催化劑可任選地替換鈷催化劑，銫催化劑可替換鋅催化劑。參考圖2，泡沫反應(yīng)以發(fā)泡方法40進(jìn)行，其可為根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方案的“一步”法，或可為任意其它合適的發(fā)泡和模塑方法。發(fā)泡法40的第一步42包括將用于制備泡沫材料的組分(如圖1所示)在混合頭(mix head)中混合，但或者也可以在模具中混合。在同時(shí)進(jìn)行的步驟44中，將泡沫材料傾倒至具有用于形成泡沫產(chǎn)品(例如座墊)的所需形狀的泡沫模具工具中。在第三步46中，使泡沫材料在封閉的模具工具中反應(yīng)并將泡沫產(chǎn)品在模具工具中模塑。在第四步48中，將泡沫產(chǎn)品固化或硬化。作為第四步48的一部分或在其之后、且泡沫產(chǎn)品仍在模具工具中時(shí)，可將泡沫產(chǎn)品在碾壓步驟49中使用時(shí)間-壓力釋放(“TPR”)方法碾壓以獲得改善的傳遞性，如下文進(jìn)一步說(shuō)明的。在第五步50中，在泡沫產(chǎn)品充分固化后，將泡沫產(chǎn)品從模具工具中脫模。在第六步52中，可選地但優(yōu)選地，將脫模的發(fā)泡產(chǎn)品在脫模后的一段預(yù)選的時(shí)間以給定的次數(shù)碾壓預(yù)選的量(％泡沫厚度)。或者，如上所述，可將產(chǎn)品在仍在模具中時(shí)碾壓。根據(jù)可選實(shí)施方案，得到的泡沫產(chǎn)品可為具有特定尺寸的塊狀，或者可具有可用于特定應(yīng)用的特定輪廓形狀，所述應(yīng)用例如座椅底墊、座椅背墊、扶手墊或頭枕墊。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方案，如前述，泡沫制備方法的至少一部分組分來(lái)自更易再生的(例如“綠色”)天然來(lái)源，更特別是來(lái)自棕櫚油或棕櫚仁油。在該示例性實(shí)施方案中， 棕櫚油基多元醇源自棕櫚仁。在本文中，源自任一種來(lái)源的棕櫚油均統(tǒng)稱(chēng)為“棕櫚油”，棕櫚來(lái)源的材料統(tǒng)稱(chēng)為“棕櫚油基”材料。棕櫚油基聚合物材料可通過(guò)將PO引入至所述基礎(chǔ)材料來(lái)進(jìn)行處理。更具體而言， 所述基礎(chǔ)多元醇通過(guò)引入PO而構(gòu)建，從而增加所述基礎(chǔ)多元醇的分子量。然后，引入E0，以使天然產(chǎn)物含量降低且分子量增加。根據(jù)天然油和最終組合物以及目標(biāo)分子量(示例性實(shí)施方案中為約4，600)，純生物成分(net bio-content)可以為約10%至約90%的任何值， 優(yōu)選約22%至約70%。可以加入糖材料(例如蔗糖或山梨糖醇)來(lái)增加總體官能度到能使棕櫚油材料表征為小于3的常規(guī)優(yōu)選官能度的程度。在所述示例性實(shí)施方案中，棕櫚油基聚合物材料的羥基數(shù)優(yōu)選為約30至40，以提供用于座墊、扶手墊、頭枕、椅套等的泡沫產(chǎn)品。參考圖2，通常應(yīng)理解，通過(guò)將兩種材料物流倒進(jìn)一個(gè)模具中、閉合該模具并且使得各組分發(fā)生反應(yīng)來(lái)使以上指定組分混合，所有均如上所述。該反應(yīng)是放熱的，但一般要施加輔助熱(大約150下-170 T )至該模具以幫助縮短使泡沫固化的時(shí)間量，從而更快速地生產(chǎn)泡沫產(chǎn)品。在泡沫固化一段時(shí)間后(一般2至10分鐘后，取決于加工限制或其他制造考慮)，泡沫產(chǎn)品任選地在模具中使用IPR法碾壓。IPR包括降低模具的密封壓力以在固化期間和/或在移出模具(即“脫模”)之前使氣體逸出泡沫和模具，和/或之后任選地，使用碾壓設(shè)備——例如真空裝置、硬壓輥(hard roller)或涂刷碾壓器(brush crusher)—— 機(jī)械碾壓(并且可反復(fù)地碾壓)。機(jī)械碾壓設(shè)備在脫模后的特定時(shí)間(例如15秒至60分鐘，更優(yōu)選90秒至2分鐘)施加預(yù)定的力并保持一段給定的碾壓時(shí)間，以獲得預(yù)定量的厚度減小。接著參考表1，示出了表示出發(fā)泡方法(如圖1所示)中成分示例性用量范圍的示例性聚氨酯泡沫制品。如表1所示，基礎(chǔ)多元醇和共聚物多元醇構(gòu)成了泡沫的絕大部分。 因此，通過(guò)使用來(lái)自可再生資源(例如棕櫚油)的基礎(chǔ)多元醇，可使得來(lái)自天然可再生來(lái)源的泡沫材料明顯增多。表1 示例性泡沫組合物組分用量(份/百份)
基礎(chǔ)多元醇1-99
棕櫚多元醇1-30
共聚物多元醇0-98
水1.5-6.0
交聯(lián)劑0.5-3.5
催化劑0.01-1.5
表面活性劑0.1-2.5
開(kāi)孔劑0-5示例性組分包括作為基礎(chǔ)多元醇的市售可得XSS630(購(gòu)自The Dow Chemical Company,Midland,Michigan)；作為棕櫚油基基礎(chǔ)多元醇的市售可得1800/6 (購(gòu)自Maskimi Polyol Sdn. Berhad, Sekangor Darul Ehsan, Malaysia(www. maskimi. com. my)的 70 % 生物成分棕櫚油多元醇)；作為共聚物多元醇的市售可得SPECFLEX NC700(購(gòu)自The Dow Chemical Company, Midland, Michigan)；作為開(kāi)孔劑的市售可得 4053 Voranol 聚醚多元醇開(kāi)孔劑(購(gòu)自The Dow Chemical Company，Midland，Michigan)；催化劑包括凝膠化催化劑(市售可得的二氮雜雙環(huán)[2.2.2]辛烷(“DABC0”)胺催化劑TEDA 33LV(購(gòu)自 Air Products and Chemicals, Inc. , Allentown, Pennsylvania))、延遲作用平衡催化劑(balanced delayed action catalyst)(市售可得 Capa225 (C225)聚己內(nèi)酯(購(gòu)自 Momentive Performance Materials, Inc. , Albany, New York))；發(fā)泡催化齊Ll (市售可得 A337(購(gòu)自 Momentive Performance Materials, Inc.))；作為交聯(lián)劑的二乙醇胺(“DEOA”) 交聯(lián)劑和甘油(兩者都由Global Commodity市售可得)；以及作為表面活性劑的市售可得 L3150(購(gòu)自 Evonik Industries, AG, Essen, Germany)禾口 B8715(購(gòu)自 Momentive Performance Materials,Inc.)。在一個(gè)示例性制品中，如下文中表2所示，組分(例如上文示例的那些)以如下示例性范圍給出。對(duì)于表2的交聯(lián)劑，各單個(gè)交聯(lián)劑(DE0A和甘油)的示例性范圍更特別優(yōu)選位于每百份0. 5-1. 5份的DEOA和每百份0. 3-1. 2份的甘油的區(qū)間。表2 改良的示例性泡沫組合物
權(quán)利要求
1.一種用于座椅應(yīng)用的開(kāi)孔泡沫產(chǎn)品，其中所述開(kāi)孔泡沫產(chǎn)品由多元醇制品摻合物 (24)和異氰酸酯06)的反應(yīng)產(chǎn)物制備，其中所述多元醇制品摻合物04)包含基礎(chǔ)多元醇(1 ，其包含每百份1至15份的棕櫚油基多元醇材料和石油基多元醇材料，其中在所述基礎(chǔ)多元醇中加入環(huán)氧丙烷以提高其分子量；共聚物多元醇(14)，其包含每百份1至15份的棕櫚油基多元醇材料和石油基多元醇材料，其中加入與甘油摻合的山梨糖醇以制備共聚物多元醇； 水(16)； 交聯(lián)劑(18)； 開(kāi)孔劑(23)； 催化劑(20)；以及表面活性劑02)。
2.權(quán)利要求1的泡沫產(chǎn)品，其中所述棕櫚油基多元醇材料包含約10%至90%的純生物成分。
3.權(quán)利要求2的泡沫產(chǎn)品，其中所述棕櫚油基多元醇材料包含約22%至70%的純生物成分。
4.權(quán)利要求1的泡沫產(chǎn)品，其中所述棕櫚油基多元醇材料與糖材料摻合，以提高所述棕櫚油基多元醇材料的總體官能度。
5.權(quán)利要求4的泡沫產(chǎn)品，其中所述糖材料是蔗糖和山梨糖醇之一。
6.權(quán)利要求1的泡沫產(chǎn)品，其中所述棕櫚油基多元醇材料的羥基數(shù)為約25至60。
7.權(quán)利要求6的泡沫產(chǎn)品，其中所述棕櫚油基多元醇材料的羥基數(shù)為約30至40。
8.權(quán)利要求1的泡沫產(chǎn)品，其中所述開(kāi)孔劑是包含占所述多元醇材料約0.5%至9. 5% 的痕量酸的高酸性聚酯多元醇材料。
9.權(quán)利要求8的泡沫產(chǎn)品，其中所述開(kāi)孔劑是包含占所述多元醇材料約3.5%至8. 5% 的痕量酸的高酸性聚酯多元醇材料。
10.權(quán)利要求1的泡沫產(chǎn)品，其中所述棕櫚油基多元醇材料的官能度為約2.5至3. 5。
11.權(quán)利要求1的泡沫產(chǎn)品，其中所述共聚物多元醇材料是每百份1至100份的棕櫚油基共聚物多元醇和0至99份的石油基共聚物多元醇的摻合物，所述摻合物與苯乙烯-丙烯腈、玉米淀粉和尿素中至少一種反應(yīng)以增加所述泡沫產(chǎn)品的硬度。
12.—種產(chǎn)生用于座椅應(yīng)用的開(kāi)孔泡沫產(chǎn)品的方法，其中所述開(kāi)孔泡沫產(chǎn)品由多元醇制品摻合物04)和異氰酸酯06)的反應(yīng)產(chǎn)物制備，所述方法包括以下步驟配制以下物質(zhì)基礎(chǔ)多元醇(12)，其包含每百份5至15份的棕櫚油基多元醇材料(13) 和石油基多元醇材料(11)，其中在所述基礎(chǔ)多元醇(1 中加入環(huán)氧丙烷以提高其分子量； 共聚物多元醇(14)，其包含每百份5至15份的棕櫚油基多元醇材料(1 和石油基多元醇材料(11)，其中加入與甘油摻合的山梨糖醇以制備共聚物多元醇(14)；水(16)；交聯(lián)劑 (18)；開(kāi)孔劑(23)；催化劑(20)；以及表面活性劑(22)；將所述多元醇摻合物材料04)與異氰酸酯材料06)在混合頭中混合以形成泡沫材料；將所述泡沫材料傾倒至泡沫模具工具中以形成泡沫產(chǎn)品； 將所述泡沫產(chǎn)品固化，以使所述泡沫產(chǎn)品保持其形狀；并且將所述泡沫產(chǎn)品從所述模具工具中脫模。
13.權(quán)利要求12的產(chǎn)生泡沫產(chǎn)品的方法，所述方法還包括以下步驟在將所述泡沫材料傾倒至所述模具工具中之后，使用時(shí)間-壓力釋放方法碾壓所述泡沫產(chǎn)品以獲得改善的傳遞性。
14.權(quán)利要求13的產(chǎn)生泡沫產(chǎn)品的方法，其中所述時(shí)間-壓力釋放方法包括降低所述模具的密封壓力以在固化期間和在脫模之前使氣體逸出泡沫和模具。
15.權(quán)利要求14的產(chǎn)生泡沫產(chǎn)品的方法，其中所述時(shí)間-壓力釋放方法還包括使用碾壓設(shè)備碾壓所述泡沫產(chǎn)品，所述碾壓設(shè)備在脫模后的預(yù)定時(shí)間施加預(yù)定的力并保持一段預(yù)定的碾壓時(shí)間，以獲得預(yù)定量的厚度減小。
全文摘要
一種泡沫產(chǎn)品，例如用于座椅如座墊，其包含一種開(kāi)孔聚氨酯泡沫材料，所述泡沫材料由異氰酸酯材料與以下物質(zhì)反應(yīng)制得至少一種含有至少一部分棕櫚油基多元醇的基礎(chǔ)多元醇、共聚物多元醇、水、一種或多種交聯(lián)劑、開(kāi)孔劑、催化劑或催化劑包以及表面活性劑。
文檔編號(hào)B29C44/02GK102227295SQ200980148135
公開(kāi)日2011年10月26日 申請(qǐng)日期2009年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月30日
發(fā)明者J·T·麥克沃伊, M·D·梅特卡夫, P·J·麥克拉倫, W·W·李, 倪海峰 申請(qǐng)人:江森自控科技公司