[发明专利]使用混合发泡剂制备闭孔刚性聚氨酯泡沫体的真空辅助方法

说明书

本发明涉及制备闭孔刚性聚氨酯泡沫的配制物和方法。更具体地说，本发明涉及制 备可用于(尤其)电器绝缘的快速反应、低密度刚性聚氨酯泡沫的方法。

对于刚性聚氨酯泡沫的大部分商业重要应用之一在电器行业中。在本申请案中，泡 沫提供对热和/或冷的绝缘，并且还可用来增加电器的结构完整性和/或强度。在具体的 应用(如冰箱、冷冻柜、热水储存槽和管中管)中，将刚性聚氨酯泡沫配制物注入到空 腔中，其中配制物首先膨胀以填充所述空腔，并且然后完成反应以形成最终刚性聚氨酯 泡沫。

存在对方法和泡沫配制物的许多需求。泡沫配制物必须膨胀以尽可能均一地填充空 腔，因此机械特性和热特性在整个空腔中保持一致。由于成本、重量和热导率的原因， 配制物必须膨胀成低密度。需要快速固化以最小化循环时间并相应地最大化设备利用 率。因为泡沫促进产物的机械强度，所以其机械特性是重要的。除此之外，泡沫需要具 有低热导率。

WO2010/046361描述一种用于生产填充空腔的聚氨酯泡沫的真空辅助方法。在该 方法中，将泡沫配制物在部分真空下注入到空腔中。维持真空直至泡沫配制物膨胀并固 化。在WO2010/046361中描述的方法的主要优点是经固化的泡沫通常在特性上高度均 一。此外，所述方法允许使用高反应性泡沫配制物。这允许快速固化以及短脱模时间。

在泡沫配制物中的发泡剂形成保持在经固化的泡沫泡孔中的气体混合物。气体混合 物的组合物对于泡沫的热特征起重要作用。一般来说，人们想要使用具有尽可能低热导 率的发泡剂。出于此原因，历史上已使用氯氟碳化物发泡剂制备聚氨酯泡沫。然而，这 些中的许多由于其臭氧消耗潜值(ODP)和/或其全球暖化潜值(GWP)已经规定不再 使用，否则面临的监管压力。对使用具有零ODP和小GWP的发泡剂存在强烈的动机。

然而，众所周知，选择合适的发泡剂比简单地筛选低热导率、低ODP以及低GWP 的化合物复杂的多。这些特征自身从工艺观点或从性能观点不足以预测候选发泡剂在特 定应用中将如何进行。

从生产观点泡沫工艺非常重要，因为含发泡剂的泡沫配制物必须易于处理和加工， 必须快速固化，并且当固化时必须形成具有所需机械属性以及必需的热特征的泡沫。在 电器泡沫应用中，泡沫配制物必须能够均匀地膨胀，并且在拐角周围和在穿入到空腔中 的物体周围流动以形成低密度泡沫。通过选择发泡剂可大大影响此类性质。在一些情况 下，发泡剂还可对经固化的聚合物具有塑化影响，其可以以显著的方式影响机械特性。 此外，泡沫的热特征不仅取决于发泡剂自身的热导率，也取决于泡孔结构(例如，泡孔 大小和封闭泡孔的比例)以及随时间推移泡沫保留发泡剂的能力。使用温度为另一个重 要因素，因为一些发泡剂在一些使用温度下可提供适当的性能，但是在其它温度下不可 以。所有这些考虑使得非常难以预测哪些发泡剂候选可成功地使用。

用于电器应用的聚氨酯泡沫配制物的另一重要属性为被称作“流动指数”或简称 “流动”的特性。泡沫配制物将膨胀至一定密度(被称为“自由发起密度”)允许克服 最小约束膨胀。当配制物必须填充冰箱或冷冻柜时，其膨胀在一些方式上受到约束。配 制物必须在窄空腔内膨胀，通常主要在垂直(而不是水平)方向上。结果，配制物必须 克服大量的其自身的重量膨胀。配制物还必须在拐角周围流动并且流到空腔壁的所有部 分中。由于这些约束，比从自由发起密度预测的，需要更大量的泡沫配制物填充空腔。 最低限度地填充空腔所需的泡沫配制物的量可表示为最小填充密度(填充空腔所需的最 小量的泡沫配制物的重量除以空腔体积)。最小填充密度与自由发起密度的比率为流动 指数。流动指数理想地为1.0，但是在市售装置中该理想值从未达到。对于流动指数更 典型的值为约1.25至1.5。降低流动指数减小填充空腔所需的材料的量，其虽然未损失 k因数，但是降低成本并且出于这个原因是非常可取的。

WO2010/046361描述各种发泡剂以及发泡剂的组合。在这些中是若干类型的物理 (吸热)发泡剂和这些发泡剂与水的组合(其在聚氨酯体系中为与异氰酸酯基团反应以 释放二氧化碳的化学发泡剂)。WO2010/046361表示对水和环戊烷或环己烷的混合物或 水、环戊烷或环己烷以及其它至少一种附加物理发泡剂的混合物的优选，所述物理发泡 剂来自由正丁烷、异丁烷、正戊烷和异戊烷、工业级戊烷混合物、环丁烷、甲基丁基醚、 乙醚、呋喃、三氟甲烷、二氟甲烷、二氟乙烷、四氟乙烷和七氟丙烷组成的群组。