聚氨酯泡沫配方和基于它的泡沫的隔音

技术领域

本发明的主题是基于常规聚醚和聚酯多元醇(混合配方)的聚氨酯泡沫配方，其基于具有MDI的可再生原材料，用于生产优选粘弹性聚氨酯(PUR)模塑泡沫和具有基于其的泡沫的隔音。

背景技术

软弹性和粘弹性聚氨酯模塑泡沫广泛用于车辆声学领域。常用的软弹性泡沫通常被归类为“高回弹”类型，并具有显著的弹簧特性和自发或快速恢复行为。与此相反，粘弹性泡沫类型与软弹性泡沫类型的区别在于它们压力变形后的延迟恢复行为。与“高回弹”泡沫相比，粘弹性泡沫通常具有明显更好的阻尼性能。

与通常在块状工艺中生产的软弹性或粘弹性泡沫(用于床垫或室内装潢行业)相比，车辆声学领域中的声学有效部件优选直接作为具有所需部件几何形状的模制部件生产。通常，为此目的使用双组分体系，其中反应体系的一个组分是各种(聚)异氰酸酯，第二个组分由大多数不同的多元醇、发泡剂、催化剂、稳定剂的复杂混合物组成，可能还有其他添加剂。

这些泡沫的典型材料特性主要取决于所使用的多元醇类型、它们的数量分布、交联度和选定的密度。关于预期用途，但也考虑到经常出现的不相容性，使用聚酯或聚醚多元醇。在隔音领域，基于聚醚多元醇和MDI的泡沫占主导地位。

各个多元醇在官能度、反应性和分子量方面有本质区别，其中官能度和基本结构直接由所用的起始分子决定。作为化学发泡剂，通常将水添加到多元醇组分中，其中水与(聚)-异氰酸酯反应并释放二氧化碳，作为实际的发泡剂。

软弹性泡沫用于不同的设计，用于同样不同的声学应用。应用范围从纯吸收器到弹簧质量结构。阻隔效果取决于密度或组合的质量层。与软弹性“高回弹”类型相比，粘弹性模塑泡沫通常具有更好的阻尼特性，因此更适合使用，尤其是在高端领域。这种特殊的粘弹性材料行为可以分为气动效应和结构特性，但主要表现为两者的结合。所谓的气动(“哮喘”)效应是基于非常小的孔径，通常还与不完全开放的细胞结构相结合，这会减慢压缩和恢复过程中的空气交换。结构特性由聚合物基体中软段和硬段的组合产生，并且可以通过不同官能多元醇的数量分布以及提到的主要参数进行相应控制。

已知聚醚多元醇的多种不同组合可生产软弹性或粘弹性模塑泡沫。从软弹性到粘弹性的过渡是平滑的。这意味着明显的弹性泡沫已经可以具有可测量的粘弹性材料特性。根据振动计方法测量的损耗因子已成为可测量的变量。根据经验，损耗因子越高，典型的粘弹性材料行为也就越有可能在触觉上可识别。对于隔音应用，更高的损耗因子通常也意味着更好的阻尼性能。

除了损耗因子，相应的弹性模量也起着决定性的作用。因此，尽管损耗因子高，但相对较硬的泡沫可能比损耗因子低但硬度明显较低的泡沫具有更差的隔音性能。各种聚醚多元醇的已知材料组合物，通常专门商业化用于粘弹性泡沫的，表现出对弹性模量、损耗因子和MDI指数的预期依赖性。在粘弹性泡沫的情况下，为了获得足够数量的硬链段，需要相应高的交联度，即高MDI指数。然而，与此同时，这往往会导致更高的强度或更高的弹性模量。

泡沫、隔音汽车内饰件的效率取决于各个组件的整体概念，尤其是所用泡沫系统的特殊性能。声学效能基本上分为吸声和隔声两大类。模塑泡沫部件的吸收程度主要取决于对声音开放的表面的孔隙率和大小以及内部细胞形态(细胞大小和分布、开孔和闭孔的数量和比率)，这反过来又显著影响决定性能的流动阻力和曲折特性。

相比之下，模塑泡沫的阻隔性能取决于它们的密度和弹性弹簧性能。除了泡沫的硬度或在这种情况下的柔软度之外，弹性行为也起着决定性的作用。弹性和粘弹性泡沫类型都是已知的，其中特别是粘弹性版本在软设置中实现了比在硬度和模塑密度方面类似设置中的弹性泡沫显著更好的阻隔效果(表示为损耗因子)。为了增加这种泡沫的(片)阻尼特性，通常使用类似于高弹性泡沫的相应质量层，并将其组合和回泡成所谓的弹簧质量元件。整个结构的声学效果仍然取决于上述弹簧(模制泡沫)的特性，但另外还取决于质量层的特性(单位面积重量、弯曲柔软度)。在这种组合中，具有相同回泡的更高单位面积重量通常会改善振动元件的阻尼，这些元件在汽车领域主要是金属板。通常，板材本身在结构上是平静的，并且还配备了(重)阻尼箔以改善声学行为。然而，该措施直接导致更高的车辆重量。这同样适用于质量层在弹簧质量结构中每单位面积的较高重量，其中在这种情况下仅质量从金属板转移到声学部件。本发明将解决该缺点，其中通过使用聚醚多元醇和植物聚酯多元醇的特殊配方显著提高关于模塑泡沫的损耗因子的性能，但不使泡沫硬化。泡沫的优化阻隔效果应该能够显著减少或消除上述金属板阻尼和/或减少弹簧质量元件的单位面积重量。

发明内容

在本发明的第一实施方案中，上述问题通过用于生产粘弹性PUR模塑泡沫的聚氨酯泡沫配方解决，包括：

a)羟基官能度为2、羟值为50至150mgKOH/g，特别是羟值为65至90mgKOH/g的聚酯多元醇，

b)任选地羟基官能度为3，羟值为180-250mgKOH/g，特别是220-240mgKOH/g的聚醚多元醇，

c)羟基官能度为3，羟值为20-40mgKOH/g，特别是30-35mgKOH/g的聚醚多元醇，

d)羟值为25-45mgKOH/g，特别是羟值为30-40mgKOH/g的嵌段/共聚物，和

e)催化活性添加剂和稳定添加剂的组合。

为了能够具体说明上述多元醇，上述不同参数在现有技术中已经涉及：

i.)羟基官能度，这取决于合成聚醚多元醇的起始分子；

ii.)羟基或OH值，它是羟基含量的量度，以mg KOH/g给出。根据DIN53240确定；

iii.)分子量(Mw)，它是聚醚多元醇的聚氧化烯链长度的量度。

上述量可以通过以下等式相互关联：

56100＝OH数-(Mw/羟基官能度)。

所使用的多元醇在所使用的起始分子、所得官能度、分子量和反应性方面有所不同。此外，通过异氰酸酯组分对材料行为的特定修改是可能的，例如通过使用预聚物。

本发明的目的是通过使用更合适的组分来扭转损耗因子和交联度在所需声学效果方面的负相关性，特别是显著增加在这种情况下生产的模塑泡沫的损耗因子。因此，这些模塑泡沫显著改善的隔音效果代表了由它们制成的隔音功能的基础。与纯基于聚醚或聚酯多元醇的已知反应体系相比，本发明使用复合配方，其中常规的基于石油的聚醚多元醇任选地与基于可再生原料这里为CNSL(腰果壳油)的聚酯二醇组合，从而显著提高材料的声学效果。

首先，基于CNSL的聚酯二醇的特殊结构，特别是可通过羟基直接进入的芳环形式的硬链段的特征性天然存在，以及这些聚酯多元醇相对较高的反应性意味着即使在低MDI指数下，结合相对低的弹性模量，也可以实现相对显著更高的损耗因子。与使用传统纯系统相比，即使整体系统调整相同-即相同的MDI指数以及相同的成型密度，也会导致声学材料性能明显更好。例如，这使得可以将单位面积的重量减少到消除所有阻尼箔或在至少具有相同声学特性的典型弹簧质量元件中显著减轻重量的质量层，或显著提高了在高端应用中的性能，其中特别关注噪音舒适度，而结构重量则起着相当次要的作用。

同时，它使用户能够为可持续性做出贡献，因为起始材料基于可再生原材料，然而，与许多其他基于植物油的产品不同，它不与食品采购竞争，而是作为天然副产品获得。

本发明的配制剂基于聚醚多元醇。与基于CNSL的聚酯多元醇共混产生所述复合配方。在汽车领域的声学部件应用领域，通常使用纯种类的配方，即聚醚或聚酯组合物，根据预期用途，它们具有典型的优点和缺点。

用于制备复合配方的聚酯多元醇优选是源自CNSL(腰果壳油)的聚酯二醇。型号名称

根据本发明的聚醚多元醇b)、c)和d)优选地通过环氧化物(例如环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷、四氢呋喃、氧化苯乙烯或环氧氯丙烷)与其自身的聚合反应，或通过将这些环氧化物任选地以混合物或一个接一个的形式添加到具有反应性氢原子的起始组分中(例如如水、醇、氨或胺)来制备。

上述环氧化物中特别优选的是环氧乙烷和环氧丙烷。非常优选地，所使用的聚醚多元醇仅由环氧丙烷作为环氧化物组分组成。

如果几种环氧化物用于合成聚醚多元醇，后者可以具有任何所需的氧化烯单元排列。即它们可以是均聚物(如果仅使用一种环氧化物)、共聚物d)、“随机”共聚物、“封端”聚合物或依次用不同环氧化物的混合物“封端”的聚合物以达到所需的伯羟基含量。

本发明含义内的可再生原材料应理解为自然界中存在的化合物，其也可以以这种形式分离。

就本发明而言，不衍生自可再生原料意味着在组分(b)的聚醚多元醇中不再包含所讨论的可再生原料的碳骨架。特别地，这意味着所述聚醚多元醇不是通过例如可再生原料与环氧化物反应形成聚醚多元醇而获得。

可能的可再生原料的例子是蓖麻油、多羟基脂肪酸、蓖麻油酸、用羟基改性的油，例如葡萄籽油、黑孜然油、南瓜籽油、琉璃苣籽油、大豆油、小麦胚芽油、菜籽油、葵花油、花生油、杏仁油、开心果油、扁杏仁油、橄榄油、澳洲坚果油、鳄梨油、沙棘油、芝麻油、大麻油、榛子油、月见草油、野玫瑰油、红花油、核桃油、羟基修饰的脂肪酸和基于肉豆蔻酸的脂肪酸酯、棕榈油酸、油酸、异油酸、过硒酸、钆油酸

上述可再生原料还包括化学改性的化合物，其中碳骨架本身的连接性保持不变(例如用羟基改性的可再生原料，例如通过化合物或氢化产物的羟基化产生)。

可能的起始化合物是例如二羧酸，例如琥珀酸、己二酸、邻苯二甲酸和对苯二甲酸。

可以使用的其他可能的起始化合物包括例如氨或脂族和/或芳族胺，其可以任选地被取代，例如N-单烷基-、N,N-二烷基-和/或N,N'-二烷基取代的二胺。它们具有至少一个伯氨基或仲氨基，例如1,2-二氨基乙烷、1,2-二氨基乙烷的低聚物(例如二亚乙基三胺、三亚乙基四胺或五亚乙基六胺)、1,3-二氨基丙烷、1,3-二氨基丁烷、1,4-二氨基丁烷、1,2-二氨基己烷、1,3-二氨基己烷、1,4-二氨基己烷、1,5-二氨基己烷、1,6-二氨基苯、2,3-二氨基甲苯、2,4-二氨基甲苯、3,4-二氨基甲苯、2,5-二氨基甲苯、2,6-二氨基甲苯、2,2'-二氨基二苯基甲烷、2,4'-二氨基二苯基甲烷、4,4'-二氨基二苯基甲烷或通过苯胺与甲醛酸催化缩合获得的芳香胺。其他合适的起始分子包括链烷醇胺，例如乙醇胺、N-甲基-和N-乙基乙醇胺，二链烷醇胺，例如二乙醇胺、N-甲基-和N-乙基二乙醇胺和三链烷醇胺，例如三乙醇胺。

其他合适的起始化合物是具有两个或更多个羟基的那些，例如水、1,2-乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、二甘醇、二丙二醇、三甘醇、三丙二醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,2-己二醇、1,3-己二醇、1,4-己二醇、1,5-己二醇、1,6-己二醇、甘油、三羟甲基丙烷、季戊四醇、山梨醇和蔗糖、蓖麻油、改性大豆油。起始化合物可以单独使用或作为混合物使用。

优选地，组分(a)至(d)(任选地彼此独立)的质量分数为以下量：(a)10至45重量％，特别优选20至30重量％；(b)0至55重量％，特别优选5至20重量％；(c)40至75重量％，特别优选50至70重量％；(d)5至50重量％，特别优选5至20重量％。在每种情况下，以上重量百分比表示的数据均指多元醇组合物的总质量。这些重量比例是优选的，因为它们在根据本发明的聚氨酯泡沫中产生特别高的粘弹性。

特别优选地，三醇用作组分(b)和(c)中的起始分子，特别是甘油。在组分(d)的情况下，优选使用1,2-二醇作为起始分子，特别是丙二醇。

模塑件制造：

地板覆盖阻隔：

用于具有较高阻隔要求/省略或减少单位面积抗鼓膜重量的区域。

考虑到声学效能的相关性-可用安装空间/重量/脚步阻力，此处调整泡沫特性。在调整泡沫表面的附着力时，必须考虑地板镶板的安装条件。

内舱壁：

更强大的发动机的发展同时导致更高的噪音产生，这些噪音必须在内部隔离，特别是通过舱壁包层。这需要更强大的组件，这些组件可以通过弹簧质量结构有效地表示，尤其是质量层中单位面积重量较高的组件。与此同时，随着自动化和智能概念以及为此所需的额外组件的日益复杂的网络趋势，导致可用于实际隔板阻隔的安装空间越来越小。结果，这些组件变得越来越薄，并且(在这种情况下)缺乏(在这种情况下为泡沫)体积或层厚需要(在声学上)特别有效的泡沫系统。基于所述复合配方的粘弹性柔性泡沫由于非常高的损耗因子补偿了由此导致的阻隔体积缺失，从而实现了传统系统无法实现的相对紧凑的阻隔概念。此外，可以实现使用相同尺寸的泡沫阻隔材料显著减轻质量层的概念。

(e)-发动机舱：

用于电动机的声学有效的电机舱，例如在特斯拉，S型，是众所周知的，它由PUR柔性泡沫和厚箔组成。为了达到弹簧质量结构所需的效果，厚箔的单位面积重量必须很高。尤其是由于氢化物配方的损耗因子(相比之下可以设置得非常高)，实现了声学效果的显著改善。同时，可以减轻厚箔部分的重量，这也是电动汽车的重要要求。通过CNSL聚酯二醇及其环结构可提高温度稳定性，并且改善了与安全相关的燃烧行为。

可调节材料特性的高变化范围，其中主要使用所选的聚酯二醇

整个组件概念的重量减轻、通过减轻重量和(按比例)使用可再生原材料来减少CO

使用包含传统聚醚和聚酯多元醇，尤其是基于CNSL的聚酯二醇的混合(复合)体系，用于优化粘弹性模塑软泡沫，并且特殊粘弹性材料特性由所用的聚酯二醇(

具体实施方式

设计实施例

基础多元醇是

此外，使用了基于甘油的聚氧化烯三醇(取决于实施例)，商品名

实施例1：

根据本发明的高粘弹性模制柔性泡沫的实施方案的实施例(以重量份计的数量)。

多元醇组分(复合配方)

异氰酸酯组分(

实施例2：

在本发明的意义上，粘弹性改性的模制柔性泡沫的实施方案的实施例(由于在相同密度下更高的损耗因子而改善了阻尼行为/避免-从声学角度来看不希望的泡沫硬度增加)。

多元醇组分：

异氰酸酯组分(