CN102084054B - 可发泡水性组合物 - Google Patents

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Abstract

一种作为地毯背衬的包含聚合物粘合剂和发泡助剂的可发泡水性组合物，所述发泡助剂包含聚丙二醇，聚丙二醇醚或它们的组合，其中发泡助剂的重均分子量为130至2000。

Description

可发泡水性组合物
公开领域
本公开内容总体涉及一种可发泡水性组合物，并且特别涉及一种包含所述可发泡水性组合物的地毯背衬组合物(carpet backing composition)。
背景
大多数常规地毯包含第一背衬(primary backing)，其中纱线簇以割开或未割开的环的形式从背衬向上延伸以形成绒面。在簇绒地毯的情况下，纱线被簇绒针插入第一背衬中，然后向其涂覆预涂层或粘合剂。在非簇绒地毯或粘绒地毯的情况下，纤维被粘合剂组合物包埋并且固定在适当的位置上。
在这两种情况下，地毯结构通常还包括粘合到第一背衬上的第二背衬。第二背衬可以向地毯提供额外的填塞(padding)、吸收噪音、增加尺寸稳定性并且经常起到绝热体的作用。第二背衬，典型地为泡沫塑料板或织物，通过涂覆于簇绒撮(tuft-lock)涂布的第一背衬或直接涂覆于第二背衬的粘合剂组合物被层压到第一背衬上。类似的技术被用于制备阔幅地毯以及小方地毯中。
粘合剂的物理性质对作为地毯背衬涂层的成功使用是重要的。在这方面，存在这种涂层必须满足的许多要求。必须能够使用地毯工业中常规使用的方法和设备将涂层涂覆到地毯上并且干燥。在簇绒和非簇绒结构中，涂层都必须提供对绒头纤维优异的粘附性，以将它们牢固地固定到背衬上。涂层必须还具有低烟雾密度值和高阻燃性，并且必须接受常规填料如碳酸钙、三水合铝、重晶石和长石的高负载。此外，涂层即使具有高填料负荷或在低温下也必须保持充分的软度和挠性，从而使得地毯，如果以宽幅形式生产，在安装过程中可以被容易地卷起和展开。软度和挠性性质取决于地毯的形式而变化，但是，在所有情况下，重要的是地毯将平放而不表现出卷曲或鼓起的趋势。
在涂布组合物向地毯底层上的涂覆中，通常有利的是在涂覆之前用气体，典型地为空气使涂布组合物发泡或起泡。通过机械作用(发泡)使气体结合到涂布组合物中以形成泡沫。如果可以迅速且可重复地获得所需的化合物泡沫密度或空气含量，则涂布组合物发泡良好。在发泡涂布组合物的制备中，典型的方法涉及将所有组分混合，然后使用混合设备将气体结合到混合物中。可以将表面活性剂加入涂布组合物中以改变截留(entrap)空气的比率和程度。这样的表面活性剂的实例包括月桂基硫酸钠或月桂基硫酸铵。
涂布组合物的发泡有助于涂层重量控制。重要的是泡沫在涂布组合物的涂覆之后、但是在涂层的干燥完成之前塌陷(collapse)。这种塌陷对于获得与第二背衬的良好粘合是必需的。如果泡沫没有充分塌陷，则可能具有差得多的第二背衬粘合的泡沫结构残留。
适宜的是具有在地毯和小方地毯的生产中使用的涂布组合物，使得涂布组合物发泡或起泡良好，足够稳定以获得良好的涂层重量控制，并且在涂覆之后或干燥过程早期(在通过干燥的化合物将空隙固定在适当位置之前)的某个点充分塌陷。
概述
本公开内容涉及一种可发泡水性组合物，其包括聚合物粘合剂和发泡助剂。对于各种实施方案，发泡助剂包括聚丙二醇，聚丙二醇醚，或它们的组合。对于各种实施方案，发泡助剂具有130至2000的重均分子量。此外，聚丙二醇醚具有式R-O-[CH2CH(CH3)]n-OH，其中R可以是氢或含1至22个碳原子(C1-C22)的烷基，并且n是2至35的数。在一个实施方案中，地毯背衬组合物可以使用可发泡水性组合物形成。当用作地毯背衬组合物时，可发泡水性组合物还可以包括至少一种无机填料。本公开内容的另一方面包括使用本公开内容的地毯背衬组合物制备的地毯产品。此外，本文中还公开了一种采用地毯背衬组合物制备地毯产品的方法，以及一种用地毯背衬组合物涂布地毯的方法。本公开内容的实施方案还包括一种用如本文中公开的地毯背衬组合物产生泡沫的方法。对于各种实施方案，由于发泡助剂的存在，地毯背衬组合物表现出发泡增加以及泡沫稳定性降低，使得泡沫在涂布组合物的涂覆之后、但是在涂层的干燥完成之前逐渐地塌陷。
本公开内容的以上概述不意欲描述本公开内容的每个公开实施方案或每种实现。以下描述更具体地示例说明性实施方案。在本申请中的几处，通过实例的名单提供引导，所述实例可以以各种组合使用。在每种情况下，所述名单仅起到代表性组的作用，并不应当被理解为排他的名单。
定义
对于本公开内容而言，术语“干”表示基本上不存在水，而术语“干基”是指干材料的重量，并且″干重量份″是指干材料的重量份。
对于本公开内容而言，术语“共聚物”表示由超过一种单体得到的聚合物。
如在此所使用的，“Tg”是玻璃化转变温度的缩写。对于本公开内容而言，术语“低Tg单体”表示当均聚时产生Tg低于10℃的均聚物的单体，并且术语“高Tg单体”表示当均聚时产生Tg至少为10℃的均聚物的单体。
对于本公开内容而言，术语“(甲基)”表示甲基取代的化合物包括在由该术语修饰的化合物种类中。例如，术语(甲基)丙烯酸表示丙烯酸和甲基丙烯酸。
尽管在地毯工业中术语“泡沫(foam)”是指不含填料的材料，而术语“泡沫(froth)”通常是指填充的材料，但是在本文中术语“泡沫(foam)”和“泡沫(froth)”可互换地使用。
对于本公开内容而言，“发泡性(frothability)”可与“发泡性(foamability)”可互换地使用，是指经时间间隔的泡沫密度，以至于较大的发泡性在较短时期内产生较低的泡沫密度。
如本文中使用的，关于泡沫的“稳定性”，是指泡沫随着时间的塌陷。例如，可以在30分钟时通过将30分钟时的泡沫体积除以起始泡沫体积并且乘以100而测得泡沫的百分比(％)稳定性。保持较低的泡沫百分比(％)体积表示较低的泡沫稳定性。
如本文中使用的，“pphm”是按100重量份单体计的重量份数的缩写。
如本文中使用的，“MW”是重均分子量的缩写。
如本文中使用的，“℃”是摄氏度的缩写。
如本文中使用的，“g”是克的缩写。
如本文中使用的，“cP”是厘泊的缩写。
如本文中使用的，“cc”是立方厘米的缩写。
如本文中使用的，“烷基”是指具有通式CnH2n+1的烃基，其中n是碳原子的个数。
术语“和/或”表示一个，一个或多个，或全部所列要素。
如本文中使用的，“室温”是指20℃至25℃的环境温度。
除非另外指出，在本说明书和权利要求中使用的所有表示组分的量、重量份、温度、百分比等的数字都可以理解为被术语“约”修饰。
如本文中使用的，“一种(a)”、“一种(an)”、“所述(the)”、“至少一种”和“一种或多种”可互换地使用。术语“包括”和“包含”及其变体在这些术语在本说明书和权利要求中出现时没有限制的含义。因此，例如，包含“一种”聚合物粘合剂的地毯背衬组合物，可以被解释为表示聚合物粘合剂包括“一种或多种”聚合物粘合剂。
此外，在本文中，通过端点列举的数值范围包括在该范围内包含的全部数值(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.8、4、5等)。
详细描述
本公开内容包括一种至少具有聚合物粘合剂和发泡助剂的可发泡水性组合物，其提供增加的发泡与降低的泡沫稳定性。对于本文中讨论的各种实施方案，发泡助剂包括聚丙二醇，聚丙二醇醚或它们的组合。对于各种实施方案，用于发泡助剂的量的选择，重均分子量，和/或聚丙二醇和/或聚丙二醇醚的种类可以允许在降低泡沫稳定性的同时增加泡沫产生。
如本文中讨论的，可发泡水性组合物允许迅速且可重复地获得具有所需水平的泡沫密度的泡沫，以使泡沫充分稳定历时足以将其以所需涂层重量涂覆到底层(例如，地毯原坯布(griege))上的预定时间，然后使得泡沫在涂覆后和/或在干燥过程中早期地塌陷，从而在干燥的化合物中没有固定泡沫空隙。此外，本公开内容的发泡助剂可以用于需要水性组合物迅速发泡然后在泡沫涂覆于底层后快速塌陷的应用中。作为实例，这样的应用可以包括可发泡水性组合物作为地毯背衬组合物的应用，所述地毯背衬组合物包括聚合物粘合剂，发泡助剂和无机填料，以及其它添加剂。
对于各种实施方案，聚合物粘合剂可以以用于制造所需制品的粘合量使用。因此，例如，当与地毯产品一起使用时，地毯背衬组合物的聚合物粘合剂以粘合量存在。例如，当与地毯产品一起使用时，粘合量的聚合物粘合剂可以起到将纤维簇固定在适当的位置上、将第二背衬粘附到纤维结构上，和/或对最终的地毯结构提供尺寸稳定性的作用。
可发泡水性组合物可以包括各种的一种或多种聚合物粘合剂。例如，在地毯产品的制备中使用的聚合物粘合剂是周知的并可商购的。在一个具体实施方案中，在本公开内容的可发泡水性组合物中采用的聚合物粘合剂可以包括合成胶乳。如所熟知的，合成胶乳是通过一种或多种单体的乳液聚合制备的聚合物颗粒的水性分散体。其中，合成胶乳的实例可以包括聚烯烃和/或聚氨酯的分散体。
聚合物粘合剂的聚合物可以是均聚物，但是优选为共聚物。共聚物可以由提供预期应用所需的粘合剂性能的多种单体的组合制备。例如，聚合物粘合剂的Tg可以基于预期应用而变化。有利地，聚合物粘合剂的Tg为-20℃至30℃，优选-15℃至20℃，并且更优选-10℃至10℃。对于各种实施方案，聚合物粘合剂可以由一种或多种低Tg单体、一种或多种高Tg单体、和官能共聚单体的组合制备。
低Tg单体的实例包括Tg低于10℃的单体，它们是：二烯、丙烯酸的C1-C10烷基酯、α，β-烯键式不饱和C4-C6单羧酸的C2-C10烷基酯、α，β-烯键式不饱和C4-C8二羧酸的C4-C10二烷基酯、乙烯，和羧酸的乙烯基酯，包括而不限于：异丁酸乙烯酯、2-乙基-己酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、异辛酸乙烯酯和叔碳酸乙烯酯(vinyl versatate)。优选地，低Tg单体选自：二烯、(甲基)丙烯酸的C1-C10烷基酯，即(甲基)丙烯酸烷基酯，以及马来酸、衣康酸和富马酸的C4-C8二烷基酯。特别优选的低Tg单体包括：丁二烯、异戊二烯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸癸酯、马来酸二丁酯和马来酸二辛酯，其中丁二烯是优选的单体。
高Tg单体的实例包括：苯乙烯、α-甲基苯乙烯、偏二氯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、马来酸二甲酯、甲基丙烯酸叔丁酯、丙烯酸叔丁基异冰片酯、甲基丙烯酸苯酯、丙烯腈、乙酸乙烯酯，和Tg为10℃以上的羧酸的乙烯基酯。这种乙烯基酯的实例包括：新戊酸乙烯酯、新癸酸乙烯酯、新壬酸乙烯酯，和支链乙烯酯的混合物如可商购的VEOVA 11(分辨性能产品(Resolution Performance Products))和EXXAR NEO-12(ExxonMobilChemical)。苯乙烯是优选的高Tg单体。在一个实施方案中，聚合物粘合剂是共聚的苯乙烯和丁二烯(例如1，3-丁二烯)单体的合成胶乳。
还可以适宜的是在聚合物粘合剂中结合一种或多种官能共聚单体。合适的可共聚的官能共聚单体包括例如：丙烯酸；甲基丙烯酸；衣康酸；富马酸；马来酸的半酯，比如马来酸单乙酯、马来酸单丁酯或马来酸单辛酯；丙烯酰胺；叔辛基丙烯酰胺；N-羟甲基(甲基)丙烯酰胺；N-乙烯基吡咯烷酮；己二酸二烯丙酯；氰尿酸三烯丙酯；二丙烯酸丁二醇酯；甲基丙烯酸烯丙酯；等；以及C2-C3羟烷基酯，比如丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯和相应的甲基丙烯酸酯。取决于具体的共聚单体的性质，官能共聚单体通常以小于5pphm，优选小于3pphm的水平使用。
此外，有助于聚合物粘合剂的稳定性的一些可共聚的单体，例如乙烯基磺酸、乙烯基磺酸钠、苯乙烯磺酸钠、烯丙醚硫酸钠、2-丙烯酰胺-2-甲基-丙磺酸钠(AMPS)、甲基丙烯酸2-磺基乙酯和甲基丙烯酸2-磺基丙酯，可以用作乳液稳定剂。如果使用，则这些任选的单体有利地以0.1pphm至2pphm的量加入。
用于制备聚合物粘合剂的方法在本领域是已知的，并且可以使用这些方法。例如，聚合物粘合剂可以通过其中反应物为乳化形式的乳液聚合方法制备。
合适的自由基聚合引发剂是能够促进乳液聚合的引发剂，并且包括水溶性氧化剂，比如有机过氧化物(例如，叔丁基过氧化氢、氢过氧化枯烯等)、无机氧化剂(例如，过氧化氢、过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵等)和在水相中被水溶性还原剂活化的那些引发剂。这种引发剂以足以导致聚合的量使用。通常，足够的量为0.1pphm至5pphm。作为选择，可以使用氧化还原引发剂，特别是当聚合在较低温度进行时。例如，除了上述的过硫酸盐和过氧化物引发剂以外，还可以使用还原剂。典型的还原剂包括但不限于：碱金属的连二亚硫酸盐(hydrosulfite)、次硫酸盐、硫代硫酸盐、亚硫酸盐、亚硫酸氢盐，还原性糖如葡萄糖、山梨糖、抗坏血酸、异抗坏血酸等。通常，还原剂以0.01pphm至5pphm的水平使用。许多这样的引发剂对本领域技术人员是已知的。可以使用引发剂的混合物。
对于各种实施方案，在制备聚合物粘合剂的过程中和/或在可发泡水性组合物中可以使用表面活性剂。这种表面活性剂的实例包括通常在乳液聚合方法中使用的那些表面活性剂。表面活性剂可以是阴离子型、非离子型或它们的混合物。术语“表面活性剂”、“乳化剂(emulsifying agent)”和“乳化剂(emulsifier)”在此可互换地使用。
合适的非离子型乳化剂包括聚氧乙烯缩合物。可以使用的示例性聚氧乙烯缩合物包括：聚氧乙烯脂族醚，比如聚氧乙烯月桂基醚和聚氧乙烯油烯基醚；聚氧乙烯烷芳基醚，比如聚氧乙烯壬基苯酚醚和聚氧乙烯辛基苯酚醚；高级脂肪酸的聚氧乙烯酯，比如聚氧乙烯月桂酸酯和聚氧乙烯油酸酯，以及环氧乙烷与树脂酸和妥尔油酸的缩合物；聚氧乙烯酰胺和胺缩合物，比如N-聚氧乙烯月桂酰胺和N-月桂基-N-聚氧乙烯胺等；和聚氧乙烯硫醚，比如聚氧乙烯正十二烷基硫醚。
可以使用的非离子型乳化剂还包括可获自BASF的商品名为PLURONIC和TETRONIC的一系列表面活性剂。此外，由Air Products销售的商品名为SURFYNOL的一系列炔属二元醇的环氧乙烷加合物也适于作为非离子型乳化剂。
合适的阴离子型乳化剂包括：烷基芳基磺酸盐、碱金属烷基硫酸盐、磺化烷基酯和脂肪酸皂。具体实例包括：十二烷基苯磺酸钠、丁基萘磺酸钠、月桂基硫酸钠、十二烷基二苯基醚二磺酸二钠、N-十八烷基磺基琥珀酸盐和二辛基磺基琥珀酸钠。当在聚合物粘合剂的制备过程中使用时，乳化剂以对于获得聚合物在水相中的适当乳化并且提供所需粒度和粒度分布有效的量使用。
在本领域已知的出于各种特定目的而用于乳液聚合的其它成分，比如酸、盐、链转移剂、螯合剂、缓冲剂、中和剂、去泡剂和增塑剂，也可以用于所述聚合物粘合剂的制备。例如，如果可聚合的组分包括单烯键式不饱和羧酸单体，则优选在酸性条件(pH 2至低于pH 7，优选pH 2至pH 5)下聚合。在这种情况下，水性介质可以包含通常用于提供在所需pH范围内的缓冲体系的那些已知的弱酸及其盐。
还可以使用各种保护性胶体代替上述乳化剂，或除上述乳化剂外还可以使用各种保护性胶体。合适的胶体包括在乳液聚合技术的领域内已知的酪蛋白、羟乙基淀粉、羧乙基(carboxyxethyl)纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、阿拉伯树胶、藻酸盐、聚(乙烯醇)、聚丙烯酸酯类、聚甲基丙烯酸酯类、苯乙烯-马来酸酐共聚物、聚乙烯吡咯烷酮类、聚丙烯酰胺类、聚醚类等。通常，当使用时，基于乳液聚合反应器内容物的总重量，以0.05重量％至10重量％的水平使用这些胶体。
将用于制备聚合物粘合剂的聚合成分合并的方式可以是各种已知的单体进料方法，比如连续的单体添加、递增的单体添加或在一次进料中加入全部量的单体。水性介质与聚合添加剂的总量可以在引入单体之前就存在于聚合容器内，或作为选择，水性介质或其一部分可以在聚合的过程中连续地或递增地加入。
在聚合之后，可以通过加入水或通过蒸馏移除水，将产生的聚合物粘合剂的水性分散体的固含量调节到所需水平。通常，聚合物粘合剂固含量的所需水平基于聚合物粘合剂的总重量为40重量％至75重量％，更优选基于聚合物粘合剂的总重量为50重量％至70重量％。
当用作地毯背衬组合物时，在添加剂中，可发泡水性组合物还可以包含无机填料。适于在地毯背衬组合物中使用的无机填料是已知的且可商购的。这种无机填料或颜料的实例可以包括碳酸钙、煤飞尘、玻璃粉、粘土、高岭土、滑石、重晶石、长石、二氧化钛、钙铝颜料、缎光白、合成聚合物颜料、氧化锌、硫酸钡、石膏、二氧化硅、三水合氧化铝、云母、空心聚合物颜料和硅藻土。可以使用无机填料的混合物。
可以在地毯背衬组合物的制备中使用的无机填料的量可以根据无机填料密度和所需的涂布性能而变化。有利地，在本公开内容的地毯背衬组合物中使用的无机填料的量按100干重量份的聚合物粘合剂计为至多1000干重量份，优选按100干重量份的聚合物粘合剂计为150至约650干重量份，并且更优选按100干重量份的聚合物粘合剂计为200至600干重量份。
对于各种实施方案，本公开内容的发泡助剂包括聚丙二醇，聚丙二醇醚，或其组合，其中所述组合可以包括一种或多种的聚丙二醇与一种或多种的聚丙二醇醚。换言之，尽管可行的是，聚丙二醇或聚丙二醇醚中的任一种可以作为单一的同质化合物单独使用，但可以使用来自同源系列化合物的一种或多种的聚丙二醇和/或聚丙二醇醚的组合，其中所述组合的重均分子量在本文中提供。因此，对于各种实施方案，可发泡水性组合物的发泡助剂的重均分子量为130至2000，优选其重均分子量为190至1200。
对于各种实施方案，聚丙二醇醚具有式R-O-[CH2CH(CH3)]n-OH，其中R是氢或含1至22个碳原子(C1-C22)的烷基，并且n为2至35的数。对于n的其它优选范围包括3至20的数。优选的聚丙二醇醚是其中R是含1至8个碳原子(C1-C8)的烷基的情况，最优选的是其中R是含1至4个碳原子(C1-C4)的烷基的二醇醚。对于各种实施方案，当R为烷基时，烷基可以是直链和/或支链(含仲和/或叔烷基)。
可发泡水性组合物的发泡性和泡沫稳定性可以受聚丙二醇和/或聚丙二醇醚的重均分子量，和/或二醇醚的烷基长度的影响。例如，处于在本文中给出的重均分子量范围下端的聚丙二醇和/或聚丙二醇醚与处于重均分子量范围的上端的那些相比趋于更迅速地发泡，但是它们还趋于产生更稳定的泡沫。相反，那些处于在本文中给出的重均分子量范围的上端的聚丙二醇和/或聚丙二醇醚趋于抵抗发泡，但是它们还趋于产生与在本文中给出的重均分子量范围下端相比较不稳定的泡沫。
因此，可以根据预期应用定制使用的发泡助剂的量、重均分子量、混合物和/或聚丙二醇和/或聚丙二醇醚的比率以实现所需的来自可发泡水性组合物的泡沫密度和泡沫稳定性。例如，当将可发泡水性组合物用作地毯背衬组合物时，其适宜具有较大的发泡性以促进在涂层重量控制下更完全的泡沫覆盖率。还适宜的是泡沫具有降低的稳定性以使得泡沫在涂覆之后和干燥完成之前塌陷，以获得良好的与第二层背衬的粘附并且降低干燥化合物对空隙的固定。具有这种降低的稳定性的泡沫可以被认为是可塌陷的。
至少部分基于此理解，通过选择和使用本公开内容的发泡助剂，使用本公开内容的发泡助剂则将可以从可发泡水性组合物产生泡沫，其具有增加体积与降低稳定性的所需特性。例如，可以选择发泡助剂的聚丙二醇和聚丙二醇醚之一以降低可发泡水性组合物的泡沫的稳定性，而可以选择发泡助剂的聚丙二醇和聚丙二醇醚的另一种来增加可发泡水性组合物的泡沫的体积。在另外的实施方案中，还可以进行发泡助剂的选择以使得混合物的泡沫既增加体积又在预定时间间隔内塌陷。在一个实施方案中，预定时间间隔为2至5分钟。如认识到的，时间间隔将随涂覆和涂覆条件(例如剪切和温度)变化，因而根据预期应用的其它预定的时间间隔也是可能的。
在另外的实施方案中，发泡助剂的一种或多种聚丙二醇和/或聚丙二醇醚还可以与如本文中讨论的加入到可发泡水性组合物中的表面活性剂一起使用，其中可以定制发泡助剂和表面活性剂的组合以提供可发泡水性组合物的迅速的初始泡沫密度和随后不稳定性的类似益处。例如，本公开内容的发泡助剂可以与表面活性剂如月桂基硫酸钠等一起使用。
对于各种实施方案，可发泡水性组合物的泡沫可以具有5体积％至95体积％空气的空气含量，优选30体积％至80体积％空气的空气含量。发泡的程度通常表达为空气截留百分比或泡沫密度。例如，50％空气截留对应于这样的空气量：如果特定体积的未发泡的组合物重200克，则同样体积的发泡的组合物将重100克。备选地，泡沫密度可以通过确定特定体积的可发泡水性组合物的泡沫的质量来确定。
对于各种实施方案，以干基计，相对于100干重量份的聚合物粘合剂，在可发泡水性组合物中采用的发泡助剂的量可以为0.05至3.0重量份。优选地，以干基计，相对于100干重量份的聚合物粘合剂，在可发泡水性组合物中使用的发泡助剂的量可以为0.1至1.5重量份。
本公开内容的地毯背衬组合物可以具有各种重量百分比(％)浓度的聚合物粘合剂和无机填料。例如，基于粘合剂和填料的总重量，地毯背衬组合物可以具有11重量％至100重量％的聚合物粘合剂和至多89重量％的无机填料。优选地，基于粘合剂和填料的总重量，地毯背衬组合物含有14重量％至50重量％的聚合物粘合剂和50重量％至86重量％的无机填料。
通常，公开的可发泡水性组合物可以在4℃至57℃的温度范围内，更优选在18℃至41℃的温度范围内发泡。对于各种实施方案，还可以进行可发泡水性组合物的预调节。这种预调节步骤可以包括但不限于，可发泡水性组合物在发泡之前冷却至预定温度。
对于各种实施方案，本公开内容的地毯背衬组合物还可以包括常规添加剂。这些常规添加剂的实例包括但不限于，增稠剂、催化剂、分散剂、螯合剂、着色剂、杀生物剂等。这样的常规添加剂的实例列举在“2002McCutcheon的第二卷：功能材料(Functional Materials)”，McCutcheon’sDivision，MC Publishing Co.，175 Rock Road，Glen Rock，NJ 07452 USA中。常见的表面活性剂列举在“2002McCutcheon的第一卷：乳化剂和洗涤剂(Emulsifiers and Detergents)”中。
本公开内容的地毯背衬组合物可以有利地用于生产地毯产品。地毯背衬组合物还可以用于根据已知技术制造地毯。例如，如本文中讨论的，地毯背衬组合物可以通过混合聚合物粘合剂与其它组分中的无机填料和发泡助剂形成。将气体引入地毯背衬组合物中以形成泡沫。然后将地毯背衬组合物的泡沫以所需涂层重量涂覆到地毯背衬上的纱线上，以使背衬的纱线包埋到地毯背衬组合物中。地毯背衬组合物的泡沫还具有足够的固有不稳定性(例如，通过发泡助剂的选择)，使得泡沫在涂覆之后和干燥完成之前塌陷。这种塌陷对于获得与地毯背衬的良好粘合是必要的。
本公开内容的地毯背衬组合物可以用于生产常规簇绒地毯、非簇绒地毯、针刺地毯和编织地毯，并且可以利用本领域技术人员已知的设备，如在地毯工厂中使用的设备使其干燥。因此，地毯背衬组合物可以用于制造包含第一背衬的绒头地毯，其中绒头纱线从第一背衬延伸从而形成绒头簇绒；以及非簇绒地毯，其中纤维被包埋在已涂布到编织或非编织底层上的粘合剂组合物中。
在簇绒地毯的制备中，将纱线栽绒或针刺到第一背衬中，所述第一背衬通常为非编织聚丙烯、聚乙烯或聚酯，或编织的黄麻或聚丙烯。如果使用第二背衬，则其通常由与作为第一背衬使用的那些材料类似的编织或非编织材料形成。这种第二背衬为地毯提供尺寸稳定性。所述第二背衬可以是泡沫聚合物或共聚物的形式。合适的泡沫组合物包括氨基甲酸酯聚合物，乙烯、丙烯、异丁烯和氯乙烯的聚合物和共聚物。
当使用泡沫第二背衬时，其可以被预发泡，然后层压到第一背衬上，或其可以包含热活化性的发泡剂，并且可以在层压之前或层压之后立刻被发泡。此外，第二背衬可以表现出其自身的热塑性粘合性，并且第二背衬可以在层压前被预热以使其表面具有粘性。作为选择，第二背衬可以是热熔体、一个或多个熔融的PVC塑料溶胶层或沥青，它们通常与玻璃纤维稀松布或其它已知提供尺寸稳定性的稀松布结合。
还预期在此所公开的地毯背衬组合物可以被用作预涂层粘合剂和用作第二背衬粘合剂。预涂层可以任选地在涂覆第二背衬粘合剂之前被干燥。第二背衬粘合剂可以涂覆于预涂的原坯布或第二背衬上。
对于各种实施方案，地毯背衬组合物通常被增稠至4000cP至30000cP的粘度(在室温用Brookfield RVT粘度计，锭子#5或#6在20rpm测量)。通常，较高粘度增加发泡性和稳定性。
本公开内容的地毯背衬组合物比涂覆涂层需要昂贵和复杂的设备以及方法的热熔性的热塑性粘合剂更易于涂覆于地毯产品上，并且地毯背衬组合物还穿透地毯纱线的纤维从而产生更好的粘附性、纤维束完整性和抗起毛性能。术语“簇绒联结(tuft-bind)”表示地毯背衬组合物将绒头纱线簇绒固定和稳固在第一背衬上的能力，并且是按本文的描述所确定的。簇绒联结还用于包括在非簇绒涂层中所需的优良特性，其中纤维绒头的粘附性仅通过背衬获得。合适的簇绒联结性能可以通过对地毯产品涂覆其量在10盎司/平方码至40盎司/平方码(干基)范围内的地毯背衬组合物获得，这导致地毯具有对于圈绒地毯至少6磅力的绒头联结值(对于割绒为3磅)，而在很多情况下为15磅力以上的绒头联结值。
本公开内容还提供一种制备绒头地毯或簇绒地毯的方法，该方法可以包括：将纱线栽绒或针刺到编织或非编织背衬中；将本公开内容的发泡地毯背衬组合物涂覆到地毯背衬的背面，使得纱线被包埋在地毯背衬组合物中；和干燥涂覆到地毯背衬上的地毯背衬组合物。
在这种簇绒地毯的制造中，还适宜的是根据使用的背衬的类型，在干燥地毯预涂层之前或之后向第一背衬涂覆第二背衬。还可以在制造地毯的过程中对地毯原坯布或第二背衬使用另外的发泡或未发泡的涂层。
也可以通过可以包括以下步骤的方法使用本公开内容的地毯背衬组合物制备非簇绒地毯：将本公开的地毯背衬组合物涂布到底层上；将地毯纤维包埋在底层中；以及干燥所得到的地毯结构体。
有利地，还可以利用第二背衬制备这些非簇绒地毯，以提供额外的尺寸稳定性。
有利地，使用本公开内容的可发泡水性组合物制备的地毯产品在涂层中基本上不含多孔结构。
实施例
给出以下实施例以举例说明，而非限制本公开内容的范围。除非另外说明，所有的份数和百分比(％)是按重量计的。除非另外说明，使用的所有仪器和化学品是可商购的。
材料
聚合物粘合剂A：羧基化苯乙烯-丁二烯胶乳(XZ 92229.00 Latex，陶氏化学公司(The Dow Chemical Company))，在水中的52百分比(％)固体。
填料A：干碳酸钙(MW101，来自O-N Minerals，Filler ProductsOperation，Chatworth，GA，USA)。
增稠剂A：聚丙烯酸钠增稠剂(PARAGUM 265，来自Para-ChemStandard Division，Dalton，GA)。
发泡助剂A：聚丙二醇单烯丙醚：(UCON Lubricant APPG-200，MW200，R＝烯丙基，陶氏化学公司(The Dow Chemical Company))。
发泡助剂B：聚丙二醇单烯丙醚：(UCON Lubricant APPG-800R，MW800，R＝烯丙基，陶氏化学公司(The Dow Chemical Company))。
发泡助剂C：聚丙二醇：(POLYGLYCOL P425，MW 425，陶氏化学公司(The Dow Chemical Company))。
发泡助剂D：聚丙二醇：(POLYGLYCOL P1200，MW 1200，陶氏化学公司(The Dow Chemical Company))。
发泡助剂E：聚丙二醇：(POLYGLYCOL P2000，MW 2000，陶氏化学公司(The Dow Chemical Company))。
发泡助剂F：聚丙二醇：(POLYGLYCOL P4000，MW 4000，陶氏化学公司(The Dow Chemical Company))。
发泡助剂G：三丙二醇-单甲醚(DOWANOL TPM，MW 206，R＝甲基，陶氏化学公司(The Dow Chemical Company))。
发泡助剂H：三丙二醇-单丁醚(DOWANOL TPnB，MW 248，R＝正丁基，陶氏化学公司(The Dow Chemical Company))。
发泡助剂I：聚丙二醇-单丁醚(UCON Lubricant LB-65，MW 340，R＝正丁基，陶氏化学公司(The Dow Chemical Company))。
发泡助剂J：聚丙二醇单甲醚(DOWFROTH 250，MW 250，R＝甲基，陶氏化学公司(The Dow Chemical Company))。
发泡助剂K：聚丙二醇单甲醚(DOWFROTH 250A(PM Heavies)，R＝甲基，陶氏化学公司(The Dow Chemical Company))。
发泡助剂L：聚丙二醇单丙醚(MW 280，R＝正丙基，陶氏化学公司(The Dow Chemical Company))。
发泡助剂M：聚丙二醇单丁醚(MW 295，R＝正丁基，陶氏化学公司(The Dow Chemical Company))。
发泡助剂N：丙二醇(MW 76，陶氏化学公司(The Dow ChemicalCompany))。
发泡助剂O：二丙二醇(MW 134，陶氏化学公司(The Dow ChemicalCompany))。
发泡助剂P：三丙二醇(MW 192，陶氏化学公司(The Dow ChemicalCompany))。
发泡助剂Q：丙二醇单甲醚(DOWANOL PM Glycol Ether，MW 90，R＝甲基，陶氏化学公司(The Dow Chemical Company))。
发泡助剂R：二丙二醇单甲醚(DOWANOL DPM Glycol Ether，MW148，R＝甲基，陶氏化学公司(The Dow Chemical Company))。
发泡助剂S：丙二醇正丁基醚(DOWANOL PnB Glycol Ether，MW 132，R＝正丁基，陶氏化学公司(The Dow Chemical Company))。
发泡助剂T：二丙二醇正丁基醚(DOWANOL DPnB Glycol Ether，MW190，R＝正丁基，陶氏化学公司(The Dow Chemical Company))。
表面活性剂A：月桂基硫酸钠：(Calimulse SLS，获自Pilot ChemicalCompany，Santa Fe Springs，CA)，30％活性。
测试方法
以下测试程序评价聚合物粘合剂A和本公开内容的可发泡水性组合物的水性分散体的发泡性和泡沫稳定性。可发泡水性组合物包括但不限于聚合物粘合剂A和至少一种的发泡助剂，其中可发泡水性组合物的一种或多种发泡助剂的量为以干基计、相对于100干重量份的聚合物粘合剂的重量份。测试结果是示例性的而不应理解为限制性的。
发泡性的程度表达为泡沫密度。通过下列方法测定泡沫密度：将100cc的发泡材料转移到烧杯中，测定烧杯中发泡材料以克(g)计的质量，并且将发泡材料的质量乘以10得到以克/升计的泡沫密度。
发泡性和泡沫稳定性
将200克的聚合物粘合剂A或根据本公开内容的可发泡水性组合物的水性分散体样品在Hobart N50 Model D工业混合机(Hobart，Troy Ohio)中发泡。Hobart N50混合机具有改进的线环搅拌器(wire-loop whisk)(将5条最短的线移除)和5升不锈钢混合筒。在1分钟和6分钟时测量发泡材料的泡沫密度以得到发泡材料产生得多快和百分比空气截留量的量度。
为了测试在相等泡沫密度下的泡沫稳定性，将另外200克的聚合物粘合剂A或可发泡水性组合物的水性分散体样品发泡至155克/升的密度。测量发泡材料的体积。通过将在30分钟时的泡沫体积除以初始泡沫体积并乘以100，测量发泡材料在30分钟时的百分比稳定性。较低的保持的泡沫体积百分比表示较低的泡沫稳定性。
为了确定不同发泡助剂和/或表面活性剂的效果，在Hobart N50混合机中发泡之前，将发泡助剂和/或表面活性剂加入聚合物粘合剂A中。以干基计，相对于每100干重量份的聚合物粘合剂，以重量份测量加入的发泡助剂和/或表面活性剂的量。例如为了计算获得0.5份的在50％固体聚合物粘合剂中30％固体发泡助剂所需发泡助剂的以克计的质量，将所需发泡助剂的份数除以发泡助剂固体的百分数，然后将结果乘以聚合物粘合剂固体的百分数，然后将结果乘以聚合物粘合剂的克数，然后除以100(在此情况下，0.5份发泡助剂将为1.66克的在200克的50％固体聚合物粘合剂中的30％发泡助剂)。
下表1-7中的样品是在室温和以对于Hobart N50混合机设定为3的速度发泡的，那些有星号的结果除外，星号表示该样品是在室温和对于Hobart N50混合机设定为2的速度发泡的。
Figure BPA00001287672900161
表1的数据显示出本公开内容的发泡助剂在产生发泡性和有利地对产生的泡沫赋予不稳定性方面是有效的。此外，表1中的发泡助剂提供发泡比标准表面活性剂即月桂基硫酸钠(表面活性剂A)更容易的分散体。泡沫的泡沫稳定性还可以有利地根据本公开内容的发泡助剂的组成而改变。
Figure BPA00001287672900162
与表1的数据相比，表2的数据显示在较高的发泡助剂水平获得了相同的趋势。
Figure BPA00001287672900171
(n.a.-未获得)。
表3的数据显示了发泡助剂的重均分子量(MW)对聚合物粘合剂A和本公开内容的可发泡水性组合物的水性分散体的发泡性和泡沫稳定性的影响。如表3显示的，在较高发泡助剂MW处存在发泡性降低，这可能归因于随其MW增加发泡助剂在水中溶解性的降低。发泡助剂C是比发泡助剂J更好的发泡助剂可以由在给定MW的聚乙二醇比聚乙二醇丁基醚的更大溶解性解释。泡沫稳定性还可以通过改变聚丙二醇醚的MW和R基团而改变。表3提供结果，其显示对于改善发泡性优选的MW在190至300的范围内。例如，发泡助剂P(MW＝192)提供优异的发泡性和相对稳定的泡沫(与表面活性剂A的对照相比)，而发泡助剂K(MW＝250)提供优异的发泡性与非常不稳定的泡沫。
Figure BPA00001287672900181
(n.a.-未获得)。
表4给出数据，其显示与表3的数据相比，在较高的发泡助剂水平下获得相同的趋势。
Figure BPA00001287672900191
表5的数据显示了发泡助剂的重量份对聚合物粘合剂A和本公开内容的可发泡水性组合物的水性分散体的发泡性和泡沫稳定性的影响。表5显示发泡性通常随着更多发泡助剂的加入而升高。但是，对泡沫稳定性的影响随着发泡助剂的组成而变化。对于发泡助剂A，泡沫稳定性随着增加发泡助剂而基本保持恒定。但是，对于发泡助剂B和K，泡沫稳定性随着增加发泡助剂而降低。
Figure BPA00001287672900192
表6提供数据，其显示本公开的发泡助剂的组合的影响。表6的数据显示可以使用各种发泡助剂组合来获得中等水平的发泡性和泡沫稳定性，从而允许获得所需的发泡性与所需水平的不稳定性。例如，加入0.25份的发泡助剂A和0.25份的发泡助剂B允许提高聚合物粘合剂A的发泡性而同时降低泡沫稳定性。
Figure BPA00001287672900201
表7的数据显示，表面活性剂A(月桂酸硫酸钠)与本公开内容的发泡助剂的组合可以制备比单独使用表面活性剂A发泡更好同时还允许改变泡沫不稳定性水平的分散体。
地毯涂布组合物发泡性和泡沫稳定性
表8提供用于制备根据本公开内容的地毯涂布组合物的配方。为了制备涂布组合物，向混合容器中加入聚合物粘合剂A和足够的水以提供80重量％的最终化合物固体。分别地加入填料A和添加剂(表面活性剂A或发泡助剂)，并且在每次加入后搅拌1分钟。加入增稠剂A并且以不足以导致夹带空气的速率将得到的地毯涂布组合物缓慢搅拌5分钟。在室温用Brookfield RVT粘度计使用锭子#5在20rpm测定地毯涂布组合物的粘度。
如前所述将600克地毯涂布组合物样品在Hobart N50工业混合机中发泡。如前所述在1分钟，6分钟和15分钟测量泡沫材料的泡沫密度，以获得发泡材料产生得多快和发泡材料的最终空气含量的量度。在室温用20密耳(0.020英寸)间隙铸条(casting bar)将15分钟泡沫拉下到玻璃板上。将泡沫的稳定性视觉评级。表8提供此数据。
数据显示，与用表面活性剂A(月桂基硫酸钠)制备的那些相比，使用发泡助剂A和K的地毯涂布组合物发泡更快，达到更大空气含量(即具有较低密度)，并且具有较低稳定性。

Claims (15)

1.一种用地毯背衬组合物制造的地毯产品，所述地毯背衬组合物包含：
可发泡水性组合物，所述可发泡水性组合物含有11重量%至100重量%的聚合物粘合剂，和至多89重量%的无机填料，所述重量%基于所述聚合物粘合剂和所述无机填料的总重量；和
发泡助剂，所述发泡助剂包含聚丙二醇，聚丙二醇醚或它们的组合，其中所述发泡助剂的重均分子量为130至2000。
2.根据权利要求1所述的地毯产品，其中以干基计，相对于100干重量份的所述聚合物粘合剂，所述发泡助剂的量为0.05至3.0重量份。
3.根据权利要求1所述的地毯产品，其中基于所述聚合物粘合剂的总重量，所述聚合物粘合剂的粘合剂固体含量为40重量%至75重量%。
4.根据权利要求2所述的地毯产品，其中基于所述聚合物粘合剂的总重量，所述聚合物粘合剂的粘合剂固体含量为40重量%至75重量%。
5.根据权利要求1所述的地毯产品，其中所述聚丙二醇醚具有式R-O-[CH2CH(CH3)]n-OH，其中R是氢或含1至22个碳原子的烷基。
6.根据权利要求2所述的地毯产品，其中所述聚丙二醇醚具有式R-O-[CH2CH(CH3)]n-OH，其中R是氢或含1至22个碳原子的烷基。
7.根据权利要求3所述的地毯产品，其中所述聚丙二醇醚具有式R-O-[CH2CH(CH3)]n-OH，其中R是氢或含1至22个碳原子的烷基。
8.根据权利要求4所述的地毯产品，其中所述聚丙二醇醚具有式R-O-[CH2CH(CH3)]n-OH，其中R是氢或含1至22个碳原子的烷基。
9.根据权利要求5、6、7或8所述的地毯产品，其中R是含1至8个碳原子的烷基。
10.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的地毯产品，其中所述聚合物粘合剂的Tg为-20℃至30℃。
11.根据权利要求9所述的地毯产品，其中所述聚合物粘合剂的Tg为-20℃至30℃。
12.一种涂布地毯的方法，所述方法包括：
将可发泡水性组合物发泡以形成泡沫，所述可发泡水性组合物具有聚合物粘合剂，无机填料和发泡助剂，所述发泡助剂包含聚丙二醇，聚丙二醇醚或它们的组合，其中发泡助剂的重均分子量为130至2000；和
将泡沫涂覆到地毯上。
13.根据权利要求12所述的方法，所述方法包括选择所述聚丙二醇和所述聚丙二醇醚中的一种，以降低所述可发泡水性组合物的所述泡沫的泡沫稳定性。
14.根据权利要求13所述的方法，所述方法包括选择所述聚丙二醇和所述聚丙二醇醚中的另一种，以增加所述可发泡水性组合物的所述泡沫的体积。
15.根据权利要求12、13或14所述的方法，所述方法包括选择所述发泡助剂以使得所述可发泡水性组合物的所述泡沫在预定时间间隔内既增加体积又塌陷。
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