CN106687494A - 亲水性开孔泡沫 - Google Patents

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Abstract

本文的实施方案与亲水性开孔泡沫相关。在一个实施方案中，包括了具有开孔泡沫结构的制品。所述开孔泡沫结构可包含亲水性聚氨酯聚合物，所述亲水性聚氨酯聚合物包含多元醇和/或聚胺组分与异氰酸酯的反应产物，所述多元醇和/或聚胺组分以官能化对非官能化的重量比为约5∶95至约95∶5包含官能化和非官能化多元醇和/或聚胺的混合物。

Description

亲水性开孔泡沫
背景技术
亲水性泡沫具有许多工业应用和消费应用。以举例的方式，具有开孔结构的亲水性泡沫可用于吸收水。一些类型的亲水性泡沫可表现出可逆吸水性。例如，在水吸收到开孔网络中之后，可通过向开孔结构施加压力来释放水。这样，此类亲水性泡沫可用于吸收水，接着将水释放，并用作用于各种清洁应用的海绵。
亲水性泡沫可由各种材料(包括天然材料和合成材料两种)形成。具体地，聚合物材料可用于形成亲水性泡沫。以举例的方式，纤维素是用于形成亲水性泡沫的常用材料。
发明内容
本文的实施方案与亲水性开孔泡沫相关。在一个实施方案中，包括了具有开孔泡沫结构的制品。开孔泡沫结构可包含亲水性聚氨酯聚合物，所述亲水性聚氨酯聚合物包含多元醇和/或聚胺组分与异氰酸酯的反应产物，所述多元醇和/或聚胺组分包含官能化和非官能化多元醇和/或聚胺的混合物，其中官能化对非官能化的重量比为约5∶95至约95∶5。
在一个实施方案中，包括了具有开孔泡沫结构的制品，所述开孔泡沫结构包含聚氨酯聚合物，所述聚氨酯聚合物包含多元醇组分与异氰酸酯的反应产物，所述多元醇组分包含至少约10重量％的含有在中性pH水溶液中带电的官能团的多元醇和至少约40重量％的不含在中性pH水溶液中带电的官能团的多元醇的混合物。
在一个实施方案中，包括了具有包括开孔泡沫结构的制品，所述开孔泡沫结构包括聚氨酯聚合物，所述聚氨酯聚合物包含多元醇组分与异氰酸酯的反应产物，所述多元醇组分包含至少约10重量％的磺化多元醇和至少约40重量％的非磺化多元醇的混合物。
本发明内容是本申请的一部分教导内容的概述，而并不旨在作为本发明主题的排他性或穷举性说明。更多细节见于具体实施方式和所附权利要求书中。本领域的技术人员在阅读和理解下文具体实施方式，并查阅构成其一部分的附图之后(其中每一项均不应被视为具有限制意义)，本发明的其它方面将变得显而易见。本发明的范围由所附的权利要求书及其合法等同物来限定。
附图说明
结合以下附图可有助于更全面地理解实施方案，其中：
图1是根据本文的各种实施方案的制品的示意性剖视图。
图2是根据本文的各种实施方案的制品的示意性剖视图；并且
图3是根据本文的各种实施方案的制品的示意性剖视图。
虽然本文的实施方案易于具有各种修改形式和替代形式，但其具体形式已在附图中以举例的方式示出，并将作详细描述。然而，应当理解，这些实施方案并不局限于所描述的具体实施方案。相反，本发明的目的在于涵盖属于本文所公开的实质和范围内的修改形式、等同物及替代形式。
具体实施方式
如上所述，具有开孔结构的亲水性泡沫具有许多应用。许多现有泡沫产品依赖基于纤维素的亲水性泡沫。其它类型的亲水性泡沫可能比基于纤维素的亲水性泡沫更经济。然而，许多先前的非纤维素亲水性泡沫一直没有足够的功能特性来代表基于纤维素的亲水性泡沫的可行替代物。
本文的实施方案涉及表现出所需功能特性的具有开孔结构的亲水性泡沫。以举例的方式，在本文的各种实施方案中，亲水性泡沫可包括一种或多种特性，诸如即使在干燥时仍保持柔性和柔软、表现出高强度、表现出高稳定性和低收缩率。
除非上下文另外指出，否则如本文所用的术语“聚氨酯聚合物”应包括其中包含氨基甲酸酯基团的那些聚合物，并因此包括聚氨酯/聚脲聚合物。
现将详细描述各种实施方案，其中在整个若干视图中相同的参考数字表示相同的部件和组件。所涉及的各种实施方案并不限制本文所附权利要求书的范围。此外，本说明书中示出的任何实施例并非旨在进行限制，而只是示出所附权利要求书的许多可能实施方案中的一些。
本文的亲水性泡沫可包括聚氨酯泡沫、聚脲泡沫、聚氨酯/聚脲泡沫、聚酯型聚氨酯泡沫等。
亲水性泡沫可以多种方式制备。在制备聚氨酯的情况中，一种方法是一步法(或“一步发泡法”)，在这种方法中同时混合所有组分，并将该混合物通过异氰酸酯与多元醇(或多羟基化合物)反应得到聚合物而转变为泡沫产品以及异氰酸酯与水反应以得到CO2气体以使泡沫发泡。本文所用的示例性多元醇可包括聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚酯-聚醚多元醇、聚亚烷基多元醇和聚己内酯多元醇。另选地，可以使用两步法(或“预聚物法”)，其中多元醇组分可与过量的异氰酸酯反应以得到异氰酸酯封端的预聚物。然后在第二步中，预聚物与短链多元醇、水或聚胺(所谓的增链剂)或固化剂反应以得到泡沫产品。胺催化剂通常用于催化异氰酸酯-水反应(“发泡催化剂”)，并且锡或其它金属催化剂可用于调节异氰酸酯-多元醇反应的速率(“凝胶催化剂”)。聚脲可通过二或多异氰酸酯与聚胺的反应类似地形成。聚氨酯/聚脲混合物可通过二或多异氰酸酯与胺封端的聚合物树脂和含羟基多元醇的共混物的反应而形成。
本文的实施方案包括由官能化和非官能化多元醇和/或聚胺的组合制成的泡沫。在各种实施方案中，多元醇和/或聚胺组分可包含约1∶99、5∶95、10∶90、20∶80、30∶70、40∶60、50∶50、60∶40、70∶30、80∶20、90∶10、95∶5或99∶1比率的官能化(诸如但不限于磺化)多元醇和/或聚胺对非官能化(诸如但不限于非磺化)多元醇和/或聚胺的比率。在各种实施方案中，亲水性泡沫中的多元醇和/或聚胺组分可包括一定范围的官能化和非官能化多元醇或聚胺的混合物，在该范围中任何前述比率都可充当该范围的上限或下限。以举例的方式，在各种实施方案中，亲水性泡沫中的多元醇组分可以约10∶90至约90∶10的官能化多元醇对非官能化多元醇的重量比包含官能化多元醇和非官能化多元醇的混合物。
在各种实施方案中，官能化多元醇和非官能化多元醇和/或聚胺的混合物可包含在约5重量％和约95重量％之间的量的官能化多元醇和/或聚胺。在各种实施方案中，官能化多元醇和非官能化多元醇和/或聚胺的混合物可包含在约10重量％和约90重量％之间的量的官能化多元醇和/或聚胺。在各种实施方案中，官能化多元醇和非官能化多元醇和/或聚胺的混合物可包含在约15重量％和约85重量％之间的量的官能化多元醇和/或聚胺。在各种实施方案中，官能化多元醇和非官能化多元醇和/或聚胺的混合物可包含在约20重量％和约80重量％之间的量的官能化多元醇和/或聚胺。在各种实施方案中，官能化多元醇和非官能化多元醇和/或聚胺的混合物可包含在约20重量％和约60重量％之间的量的官能化多元醇和/或聚胺。在各种实施方案中，官能化多元醇和非官能化多元醇和/或聚胺的混合物可包含在约25重量％和约75重量％之间的量的官能化多元醇和/或聚胺。在各种实施方案中，官能化多元醇和非官能化多元醇和/或聚胺的混合物可包含在约30重量％和约70重量％之间的量的官能化多元醇和/或聚胺。在各种实施方案中，官能化多元醇和非官能化多元醇和/或聚胺的混合物可包含在约30重量％和约50重量％之间的量的官能化多元醇和/或聚胺。在各种实施方案中，官能化多元醇和非官能化多元醇和/或聚胺的混合物可包含在约35重量％和约65重量％之间的量的官能化多元醇和/或聚胺。
在各种实施方案中，多元醇组分可包括至少约10重量％的磺化多元醇、或至少约15重量％的磺化多元醇、或至少约20重量％的磺化多元醇、或至少约25重量％的磺化多元醇、或至少约30重量％的磺化多元醇、或至少约35重量％的磺化多元醇、或至少约40重量％的磺化多元醇、或至少约45重量％的磺化多元醇、或至少约50重量％的磺化多元醇。在各种实施方案中，多元醇组分可包括至少约40重量％的非磺化多元醇、或至少约45重量％的非磺化多元醇、或至少约50重量％的非磺化多元醇、或至少约55重量％的非磺化多元醇、或至少约60重量％的非磺化多元醇、或至少约65重量％的非磺化多元醇、或至少约70重量％的非磺化多元醇、或至少约75重量％的非磺化多元醇。
官能化多元醇和聚胺
本文的实施方案可具体包括具有各种官能团的多元醇、聚胺和/或异氰酸酯封端的预聚物。同样地，本文的多元醇、聚胺和/或预聚物可包括官能化多元醇、官能化聚胺和/或官能化预聚物。例如，本文的多元醇、聚胺和/或预聚物可包括在中性pH下与带负电的基团官能化的那些。作为具体示例，本文的多元醇、聚胺和/或预聚物可包括磺化多元醇(例如，具有磺酸官能团的多元醇)、磺化聚胺和/或磺化预聚物。在各种实施方案中，所得的亲水性聚合物可为磺化聚氨酯聚合物、磺化聚脲聚合物或磺化聚胺/聚脲聚合物。
示例性磺化多元醇、磺化聚胺、磺化预聚物以及所得的磺化聚氨酯和聚脲聚合物在美国专利4,638,017中有所描述，该专利申请的内容以引用的方式并入本文。
应当理解，可根据各种方法形成此类化合物。在下方以如下反应流程图示出了一种方法：
其中
R1为具有(b+1)化合价的直链脂族基团，其由至多110个碳原子的饱和链组成，采用2至12个-CH2基团单元的形式，并且可被单个氧原子、
基团隔开，脂族基团具有至多2000的分子量，其中b为1、2或3；并且
R2具有(d+2)的化合价且为具有6至20个碳原子的多价芳烃基团或具有2至20个碳原子的多价烷烃基团，其中d为1、2或3，
X独立地为-O-或-NH-，并且
M为阳离子。
此类反应的其它方面在美国专利4,638,017中有所描述，该专利申请的内容以引用的方式并入本文。
在各种实施方案中，官能化多元醇或聚胺可具有结构(III)：
其中
R1为具有(b+1)化合价的直链脂族基团，其由至多110个碳原子的饱和链组成，碳原子采用2至12个-CH2基团单元的形式，并且可被单个氧原子、
基团隔开，脂族基团具有至多2000的分子量，其中b为1、2或3；并且
R2具有(d+2)的化合价且为具有6至20个碳原子的多价芳烃基团或具有2至20个碳原子的多价烷烃基团，其中d为1、2或3，
X独立地为-O-或-NH-，并且
M为阳离子。
在各种实施方案中，官能化多元醇或聚胺可具有介于约60和约10,000之间的分子量。在各种实施方案中，官能化多元醇或聚胺可具有介于约2,000和约10,000之间的分子量。在各种实施方案中，官能化多元醇或聚胺可具有介于约1,000和约6,500之间的分子量。在各种实施方案中，官能化多元醇或聚胺可具有约200至约2000的分子量。在各种实施方案中，官能化多元醇或聚胺可具有约300至约1200的分子量。
在各种实施方案中，官能化多元醇的磺酸盐当量(例如，分子量除以官能度)可小于约6000。在各种实施方案中，官能化多元醇的磺酸盐当量(例如，分子量除以官能度)可小于约3000。在各种实施方案中，官能化多元醇的磺酸盐当量(例如，分子量除以官能度)可为约2600。
非官能化多元醇和聚胺
本文的实施方案还可具体包括不含除羟基和胺基之外的官能团的多元醇、聚胺和/或异氰酸酯封端的预聚物。在各种实施方案中，本文的多元醇可包括不含除羟基之外的官能团的那些。在各种实施方案中，本文的多元醇可包括不含除羟基、醚基和酯基之外的官能团的那些。在各种实施方案中，本文的多元醇可包括不含除胺基之外的官能团的那些。在各种实施方案中，本文的多元醇、聚胺和/或异氰酸酯封端预聚物可包括不含在中性pH下带电的官能团的那些。在各种实施方案中，本文的多元醇、聚胺和/或异氰酸酯封端的预聚物可包括不含在中性pH下带负电的官能团的那些。作为具体示例，本文的多元醇和/或预聚物可包括非磺化多元醇、聚胺和/或预聚物。各种多元醇、聚胺和/或预聚物均可商购获得，包括但不限于可以商品名TERATE、CARADOL、BiOH、TERRIN、POLYMEG等获得的那些。
在各种实施方案中，非官能化多元醇或聚胺可具有介于约60和约10,000之间的分子量。在各种实施方案中，非官能化多元醇或聚胺可具有介于约2,000和约10,000之间的分子量。在各种实施方案中，非官能化多元醇或聚胺可具有介于约1,000和约6,500之间的分子量。在各种实施方案中，非官能化多元醇或聚胺可具有约1500至约4500的分子量。在各种实施方案中，非官能化多元醇或聚胺可具有约2000至约4000的分子量。在各种实施方案中，非官能化多元醇或聚胺可具有约2500至约3500的分子量。
在非官能化多元醇的情况下，每分子多元醇的异氰酸酯反应性羟基数量可为约2.0至约8.0。在一些实施方案中，每分子多元醇的异氰酸酯反应性羟基数量可为约2.0至约4.0。在一些实施方案中，每分子多元醇的异氰酸酯反应性羟基数量可为约2.0至约3.0。
在各种实施方案中，非官能化多元醇或聚胺可为相对疏水性的。在各种实施方案中，非官能化多元醇或聚胺可比官能化多元醇或聚胺更疏水。
在各种实施方案中，非官能化多元醇或聚胺可具有结构(IV)：
HX-R3(XH)b
IV
其中
b为1、2或3；
R3为具有(b+1)化合价的脂族碳链或芳族碳链，其不含磺酸官能团且被零个或更多个杂原子间断，并且
X独立地为-O-或-NH-。
异氰酸酯
异氰酸酯可包括二或多异氰酸酯。异氰酸酯可为芳族或脂族异氰酸酯。异氰酸酯可为单体、聚合物或异氰酸酯的任何变体反应物、半预聚物或预聚物。示例性异氰酸酯可具体包括六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯(TDI)、异佛乐酮二异氰酸酯、3，5，5-三甲基-1-异氰酸基-3-异氰酸基甲基环己烷、4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、4，4，4″-三异氰酸基三苯基甲烷以及聚亚甲基聚苯基异氰酸酯。其它多异氰酸酯可包括在美国专利3,700,643和3,600,359等等中所描述的那些。也可使用多异氰酸酯的混合物。示例性异氰酸酯可以商品名VORALUX从陶氏化学公司(Dow Chemical Company)商购获得；以商品名CORONATE从日邦聚氨酯公司(Nippon Polyurethane)商购获得；以商品名LUPRANAT从巴斯夫公司(BASF Corp.)商购获得；等等。
催化剂
可以使用不同的催化剂。在一些实施方案中，催化剂可包括胺催化剂，包括但不限于叔胺催化剂。催化剂可包括三亚乙基二胺、双(2-二甲基氨乙基)醚、N，N-二甲基乙醇胺、1，3，5-三(3-[二甲氨基]丙基)-六氢-均三嗪、N，N，N’，N”，N”-五甲基二乙烯三胺、N，N-二甲基环己胺、N，N-二甲氨基乙氧基乙醇、2，2′-二吗啉基二乙基醚以及N，N’-二甲基哌嗪等。在一个具体实施方案中，催化剂可为根据GC分析纯度大于97％的N-乙基吗啉(NEM)叔胺催化剂(以产品目录号04500从美国密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇公司(Sigma-AldrichCo.，LLC，St.Louis，MO，USA)商购获得)。示例性胺催化剂也可包括可以商品名TEGOAMIN从赢创工业集团(EVONIK Industries)商购获得的那些。
附加组分
应当理解，亲水性泡沫可包括除上文所述的那些之外的各种其它组分。以举例的方式，表面活性剂可用于本文的各种实施方案中。不希望受理论的束缚，表面活性剂可用于帮助调节所得开孔结构的泡孔尺寸。表面活性剂可单独地或组合地为非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性离子表面活性剂或两性表面活性剂。表面活性剂可包括但不限于十二烷基硫酸钠、硬脂醇硫酸酯钠、月桂基硫酸钠、普朗尼克等。可用于亲水性泡沫中的表面活性剂的示例在美国专利申请2008/0305983中有所描述，该专利中有关表面活性剂的内容以引用方式并入本文。示例性表面活性剂可以商品名TEGOSTAB、ORTEG从赢创高施米特公司(Evonik Goldschmidt Corp.)商购获得；以商品名DYNOL从空气化工产品公司(Air Products&Chemicals，Inc.)商购获得；以商品名PLURONIC从巴斯夫公司(BASF Corp.)商购获得；以商品名TETRONIC从巴斯夫公司(BASF Corp.)商购获得以及以商品名TRITON X-100从陶氏化学公司(DOW Chemical Company)商购获得。
在一些实施方案中，可包含发泡剂。发泡剂可包括但不限于：C1至C8烃，C1和C2氯化烃诸如二氯甲烷、二氯乙烷、单氟三氯甲烷、二氟二氯甲烷、丙酮以及非反应性气体如二氧化碳、氮气或空气。
在各种实施方案中，染料或其它着色剂可用于本文的亲水性泡沫中。在各种实施方案中，耐火或阻燃材料可包含在本文的亲水性泡沫中。在各种实施方案中，抗微生物、抗菌或防腐材料可包含在本文的亲水性泡沫中。其它组分可包括纤维、颗粒(包括但不限于纳米二氧化硅颗粒、纳米淀粉颗粒、其它多糖颗粒、纤维素颗粒、羧甲基纤维素颗粒以及木质颗粒或木粉)除臭剂、药物、酒精等。
制品和方法
在本文的各种实施方案中，包括一种制品。该制品可包括开孔泡沫结构。在各种实施方案中，开孔泡沫结构可为平面层的形式。然而，应当理解，开孔泡沫结构也可呈各种其它形状。现在参见图1，示出了根据各种实施方案的制品100的示意性剖视图。制品100可包括开孔泡沫结构102。开孔泡沫结构102包括多个互连孔104，流体诸如水可被吸收到互连孔104中随后被释放。在该实施方案中，开孔泡沫结构102被构造为平面层。
在一些实施方案中，制品可在制品的一侧或多侧上包括一个或多个另外的层。此类层可包括各种材料，包括但不限于织造材料、非织造材料、针织材料、织物、泡沫、海绵、膜、印制材料、气相沉积材料、塑料网等。
在一些实施方案中，本文的制品可包括擦洗层。现在参见图2，示出了根据本文的各种实施方案的制品200的示意性剖视图。制品200可包括开孔泡沫结构202。开孔泡沫结构202可包括多个互连孔204，流体诸如水可被吸收到互连孔204中随后被释放。制品200还可包括擦洗层206。在一些实施方案中，开孔泡沫结构202可设置在擦洗层206上。
擦洗层可由各种材料制成。擦洗层可由各种材料制成，包括但不限于：织造材料、非织造材料、针织材料、织物、泡沫、海绵、膜、印制材料、气相沉积材料、塑料网等。在一些实施方案中，擦洗层可为涂覆磨料层，图案涂覆的或印有磨料树脂的织物或结构化磨料膜。用于擦洗层的示例性材料在美国专利4,055,029；7,829,478和美国专利申请2007/0212965中有所描述。
在一些实施方案中，擦洗层可包括膨松的纤维非织造磨料产品。示例性擦洗层材料在美国专利4,991,362和8,671,503中有所描述，这些专利的内容以引用方式并入本文。擦洗层可包括限定孔的多孔结构。
在各种实施方案中，擦洗层直接粘结到开孔泡沫结构。以举例的方式，在亲水性泡沫的材料凝固之前(例如，在凝胶时间之前)，可将形成亲水性泡沫的组合物倾倒在擦洗层上，使得亲水性泡沫将混入擦洗层的孔中，从而导致开孔泡沫结构直接粘结到擦洗层。开孔泡沫结构可至少部分地设置在多孔结构的孔内。
在其它实施方案中，擦洗层可间接粘结到开孔泡沫结构。以举例的方式，可使用粘合剂将擦洗层粘结到开孔泡沫结构。粘合剂可覆盖擦洗层与开孔泡沫结构之间的接合部的一些或整个表面。在一些实施方案中，制品可包括设置在擦洗层与开孔泡沫结构的平面层之间的粘合剂层。现在参见图3，示出了根据本文的各种实施方案的制品300的示意性剖视图。制品300可包括开孔泡沫结构302。开孔泡沫结构302可包括多个互连孔304，流体诸如水可被吸收到互连孔204中随后被释放。制品300还可包括擦洗层306。还可在擦洗层306与开孔泡沫结构302的层之间设置粘合剂层308。
在各种实施方案中，开孔泡沫结构和/或包括开孔泡沫结构的制品可表现出相对高的最大拉伸载荷。在一些实施方案中，开孔泡沫结构和/或包括开孔泡沫结构的制品可表现出大于约0.5kN/m、或大于约0.6kN/m、或大于约0.7kN/m、或大于约0.8kN/m、或大于约0.9kN/m、或大于约1.0kN/m的最大拉伸载荷(ASTM D3574-11，测试-E)。
在一些实施方案中，开孔泡沫结构和/或包括开孔泡沫结构的制品可表现出期望的湿擦拭持水量。以举例的方式，在一些实施方案中，开孔泡沫结构可表现出大于约1.0g/g泡沫、或大于约1.5g/g泡沫、或大于约2.0g/g泡沫、或大于约2.5g/g泡沫、或大于约3.0g/g泡沫、或大于约3.5g/g泡沫的湿擦拭持水量。在各种实施方案中，开孔泡沫结构可表现出一定的湿擦拭持水量，该持水量大于不含颗粒填料材料但其它方面相同的开孔泡沫结构的持水量。
实施例
实施例1-3(样本1-12)中所使用的材料示于表1中。
表1
亲水性测试过程：
借助于弓锯水平切割制得的泡沫样本，露出新鲜的泡沫表面。然后，用移液管滴一小滴水在切割表面上。在放置后的10秒内目视观察水滴。如果水滴在10秒内被泡沫吸收，则样本被认定为亲水性的。如果水滴没有被泡沫吸收而是停留在表面上，则样本不被认定为亲水性的。
实施例1：磺化多元醇的形成
为一升烧瓶配备机械搅拌器、氮气吹扫、冷凝器和冷凝物接收器。将1.0摩尔(600g)环氧乙烷多元醇(Carbowax 600TM，购自康涅狄格州丹伯里的联合碳化物公司(UnionCarbide，Danbury，Conn.))、0.25摩尔(24.0g)间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠(预先在真空炉中以超过100℃的温度进行干燥)和100g甲苯装入烧瓶。在武德金属浴中将烧瓶加热至130℃，以蒸馏出甲苯并因此干燥反应物。去除所有甲苯之后，将反应物加热至200℃，并在此温度下加入0.2g的Zn(OAc)2(0.03重量％)。发生伴有甲醇逸出的酯化反应。将温度升高至245℃并持续4小时的时间，此时压力减小至1mm并持续30至60分钟。然后在干燥的N2中将热树脂倾倒在干燥容器中并盖上盖子，以防止吸水。如NCO方法所测定，该二醇的OH当量通常为约465g/摩尔OH。
实施例2：亲水性泡沫的形成
对于每个实验，共使用了15克包含多元醇、异氰酸酯、水、催化剂和表面活性剂的混合物。称量这些成分并将它们放入塑料容器中。按如下方式获得第一混合物：在塑料杯中称量所需量的多元醇、水、催化剂和表面活性剂。然后在第二个杯子中称量异氰酸酯。在即将离心混合之前，向第一混合物中加入称量量的异氰酸酯，并在离心式混合器(Speedmixer混合器，购自FlakTek公司(FlacTek Inc))中以2000rpm的速率混合所得的最终混合物15秒。然后，将装有混合物的塑料容器从混合器中取出，打开盖子，目视观察到泡沫突起。据测定，泡沫突起通常在2至5分钟内完成。测试的配方(样本1-6)示于下表2中。
表2
每个泡沫的回弹力的测量方式：在两根手指之间压缩泡沫，并且目视观察所压缩泡沫的恢复情况。如上所述测试亲水性。
据观察，样本4表现出泡沫突起程度、回弹力和视觉外观的最佳结合。样本1、2和3观察到受限制的泡沫突起。样本5和6未观察到合适的泡沫突起。
样本4的亲水性质通过在样本4和EXPRESSIONS SCRUBBER(可以产品目录号9752-E从美国明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company，St.Paul，Minnesota，USA)商购获得)的泡沫层(作为对照实验)上缓慢倾倒展示。倾倒的水没有被商购泡沫吸收，但相同量的倾倒水立刻被样本4吸收了。
实施例3：具有不同量官能化和非官能化多元醇的亲水性泡沫的形成
对于每个实验，共使用了15克包含多元醇、异氰酸酯、水、催化剂和表面活性剂的混合物。称量这些成分并将它们放入塑料容器中。按如下方式获得第一混合物：在塑料杯中称量所需量的多元醇、水、催化剂和表面活性剂。然后在第二个杯子中称量异氰酸酯。在即将离心混合之前，向第一混合物中加入称量量的异氰酸酯，并在离心式混合器(Speedmixer，FlacTek Inc)中以2000rpm的速率混合所得的最终混合物15秒。然后，将装有混合物的塑料容器从混合器中取出，打开盖子，目视观察到泡沫突起。据测定，泡沫突起通常在2至5分钟内完成。测试的配方(样本7-12)示于下表3中。
表3
回弹力的测量方式：在两根手指之间压缩泡沫，目视观察所压缩泡沫的恢复情况。如上所述测试亲水性。
据观察，多元醇比率为30/70和40/60的样本11和12为亲水性的。放置在这些样本上的水滴在几秒内即被泡沫吸收。放置在其它配方上的水滴在泡沫表面停留了至少10秒而未被吸收。结果示于下表4中。
表4
实施例4：具有预聚物的亲水性泡沫的形成
该实施例(样本13-17)所使用的材料示于表5中。
表5：
根据以下过程制备该实施例的样本：
1.将催化剂和去离子水置于玻璃烧杯中，并手动混合5分钟，以得到包含20重量％催化剂的混合物。该混合物被称为催化剂混合物。
2.制备自来水和其它添加剂(诸如表面活性剂、催化剂混合物、颜料和填料)的第一混合物。称量这些成分(精确至0.01克)并将它们放入玻璃烧杯中。然后手动混合烧杯中的混合物3-5分钟直至溶液均匀。
3.在单独的聚乙烯刚性容器中，称量预聚物，精确至0.01克。
4.在实验中使用配备有4片螺旋桨叶片的实验室台式混合器，并且其具有10.2cm的叶片直径。将最大混合器速度设定为3000rpm。
5.为制备由第一混合物和预聚物制成的第二混合物，启动混合器并将旋转叶片浸入已经装有预聚物的聚乙烯刚性容器中。小心操作以防止叶片接触容器的侧面和底部。一旦混合器的旋转速度达到3000rpm之后，迅速将第一混合物加入刚性聚乙烯容器，以开始混合预聚物和第一混合物。制备具有不同预聚物1和预聚物2含量的配方，如表6所示。
6.将第一混合物和预聚物混合30秒，以得到第二混合物。在混合过程中使叶片围绕容器以圆周运动方式运动。小心操作以防止叶片接触容器的侧面和底部。
7.30秒之后，停止混合器，从容器移除叶片，将容器中的第二混合物放在实验室工作台上不要移动。目视监控第二混合物的发泡情况。
8.将由第二混合物制备的泡沫在25℃下静置至少5分钟，然后将其切成样本用于后续测试。切割出大致尺寸为12cm长、7.6cm宽、1.5cm厚的矩形棱柱形泡沫样本，以用于后续测试。
保存在实验室环境温度和湿度下的如上述方式所制备的泡沫样本被认定为干燥泡沫样本。任何对干燥泡沫样本采取的测量被认定为干法测量。测得的实验室环境温度为约25℃，测得的环境湿度为约50％RH。然后根据以下测试过程评估样本：
干密度：
本文的泡沫可具有不同的干密度。在一些应用中，需要与市售纤维素泡沫的密度具有相同数量级的密度。根据以下过程评估泡沫的密度。
1.借助卡尺测量如此制得的泡沫样本的长度、宽度和厚度，精确至0.01mm。如果样本的形状不均匀，则记录长度、宽度和厚度的多次测量值。在样本体积的计算中使用每个参数(长度、宽度和厚度)的多次测量的算术平均值作为代表值。通过将泡沫的长度、宽度和厚度值相乘来计算体积。
2.测定如此制得的泡沫样本的重量，精确至0.01克。
3.通过将所测重量除以所计算体积来计算干密度。
干润湿时间：
将一滴自来水液滴完全被干燥泡沫样本吸收的持续时间命名为“干润湿时间”。对于一些应用可能期望相对较短的干润湿时间，因为较短的持续时间可指示较快的吸水率。根据以下过程评估干润湿时间。
1.借助移液管将一滴自来水液滴慢慢滴在干燥泡沫的表面上。
2.目视观察水滴。水滴完全润湿泡沫表面的持续时间时用秒表测得，该时间被视为“干润湿时间”。
3.放置在一些样本上的水滴几乎瞬时被样本吸收，因此不可能测量适当的干润湿时间。在这种情况下，样本的干润湿时间被记录为“瞬时”。
溶胀百分比：
将在干燥泡沫样本完全浸入自来水中，然后使其在自来水中浸泡一分钟之后的溶胀程度定义为溶胀百分比。应当理解，本文的泡沫可表现出不同的溶胀量。然而，对于一些应用可能期望相对较低的溶胀百分比。
1.借助卡尺测量如此制得的泡沫样本的长度、宽度和厚度，精确至0.25mm。如果样本的形状不均匀，则记录长度、宽度和厚度的多次测量值。在样本体积的计算中使用每个参数(长度、宽度和厚度)的多次测量的算术平均值作为代表值。通过使干泡沫的长度、宽度和厚度值相乘来计算干体积。
2.在刚性塑料容器中装入自来水。将干燥泡沫样本完全浸入装有自来水的容器中。然后，从水中取出泡沫样本，用手压方式挤压以挤出尽可能多的浸渍水。然后，将挤压过的泡沫样本再次浸入自来水中。重复这种浸入/挤压/再次浸入循环五次。
3.在完成五次循环之后，从水中取出泡沫样本，用手压方式挤压以挤出尽可能多的浸渍水。然后，丢弃容器中的水并向容器中装入新鲜自来水。
4.将泡沫样本完全浸入容器中的自来水中，并使其在水中浸泡一分钟。
5.然后，从容器中取出泡沫样本并置于实验室工作台上，同时小心不挤压泡沫样本。
6.借助卡尺测量泡沫样本的长度、宽度和厚度，精确至0.25mm。这些值被称为湿尺寸。如果样本的形状不均匀，则记录长度、宽度和厚度的多次测量值。在样本体积计算中使用每个参数(长度、宽度和厚度)的多次测量的算术平均值作为代表值。通过将泡沫的湿长度、湿宽度和湿厚度值相乘来计算湿体积。
7.通过将湿体积和干体积之间的差值除以干体积再乘以100来计算溶胀百分比。
湿擦拭持水量：
湿擦拭持水量可指示泡沫如何形成并可逆地保持在水上。相对较高的湿擦拭持水量可用于各种应用中，包括但不限于清洁应用。使用以下过程测定湿擦拭持水量。
1.将25克自来水慢慢倒在抛光的不锈钢板上。
2.在刚性塑料容器中装入自来水。将干燥泡沫样本完全浸入装有自来水的容器中。然后，从水中取出泡沫样本，用手压方式挤压以挤出尽可能多的浸渍水。然后，将挤压过的泡沫样本再次浸入自来水中。重复这种浸入/挤压/再浸入循环五次。
3.在完成五次循环之后，从水中取出泡沫样本，用手压方式挤压以挤去尽可能多的浸渍水。然后，用在手压下操作的手动轧辊将手挤泡沫样本拧干。重复多次挤压动作，直至观察不到有挤出的水。然后测定挤干的泡沫样本的重量。该重量值被称为“拧干重量”。
4.拧干的泡沫样本慢慢通过倒在抛光不锈钢板上的水，同时慢慢抬起泡沫的前端以利于进行擦拭操作。
5.在泡沫样本通过水之后，测定吸收水的泡沫样本的重量。该重量值被称为“第一通过重量”。
6.通过将“第一通过重量”和“拧干重量”之间的差值除以“拧干重量”来计算湿擦拭持水量。
有效吸收百分比：
有效吸收百分比为初始潮湿泡沫在其达到水吸收饱和水平之后和其在除水五分钟之后保留的水的体积百分比。相对较高的有效吸收百分比在各种应用中可为有用的特性，包括但不限于清洁应用。根据其体积和其潮湿重，使用以下过程测定泡沫样本可保持的总水量。
1.在刚性塑料容器中装入自来水。将干燥泡沫样本完全浸入装有自来水的容器中。然后，从水中取出泡沫样本，用手压方式挤压以挤出尽可能多的浸渍水。然后，将挤压过的泡沫样本再次浸入自来水中。重复这种浸入/挤压/再浸入循环五次。
2.在完成五次循环之后，从水中取出泡沫样本，用手压方式挤压以挤去尽可能多的浸渍水。然后，用在手压下操作的手动轧辊将手挤泡沫样本拧干。重复多次挤压动作，直至观察不到有挤出的水。然后测定挤干的泡沫样本的重量。该重量值被称为“拧干重量”。
3.将拧干的泡沫样本完全浸入自来水中，同时挤压样本以除去任何滞留空气。
4.当泡沫样本仍然完全浸在水中时其是松弛的，因此它可吸收水。使松弛的泡沫完全浸在水中，保持大约一分钟。
5.一分钟之后，从水中取出泡沫样本。将装订夹轻轻附接到样本的边缘，并使样本悬在除水杆上保持五分钟。在抓握海绵时应小心谨慎以防意外挤出任何水。
6.5分钟之后，测定样本的重量，精确至0.01克，并记录为“湿重”。
7.通过将湿重和拧干重量之间的差值除以拧干重量再乘以100来计算有效吸收百分比。
吸收速率：
相对较高的吸收速率可用于各种应用中，包括但不限于清洁应用。在本测试中，将泡沫样本的最大面朝下放置在具有3.2mm深自来水的容器中。测定泡沫样本在5秒内吸收的水量，然后计算吸收速率。使用以下过程。
1.在刚性塑料容器中装入自来水。将干燥泡沫样本完全浸入装有自来水的容器中。然后，从水中取出泡沫样本，用手压方式挤压以挤出尽可能多的浸渍水。然后，将挤压过的泡沫样本再次浸入自来水中。重复这种浸入/挤压/再浸入循环五次。
2.在完成五次循环之后，从水中取出泡沫样本，用手压方式挤压以挤出尽可能多的浸渍水。然后，用在手压下操作的手动轧辊将手挤泡沫样本拧干。重复多次挤压动作，直至观察不到有挤出的水。然后测定挤干的泡沫样本的重量。该重量值被称为“拧干重量”。
3.将穿孔金属板置于刚性塑料容器中。水连续流入和流出容器有利于保持水深度恒定在高于预穿孔金属板大约3.2mm处。
4.将泡沫样本的最大面朝下放置在穿孔金属板上，并在该位置处保持五秒。
5.五秒之后，移除泡沫样本并测定其重量，精确至0.01克。该值被记录为“湿重”。
6.通过将湿重和拧干重量之间的差值除以拧干重量再乘以100来计算吸收速率。
拉伸测试：
相对高的拉伸强度是亲水性泡沫的期望特性。在各种实施方案中，更高的拉伸强度和更高的极限伸长率值可指示更好的耐久性。测定泡沫样本的最大拉伸载荷和极限伸长率值，测试依据为针对柔性多孔材料(块、粘合的及模塑的聚氨酯泡沫)的ASTM标准测试方法D3574-11，测试-E：拉伸测试。
测试的配方(样本13-17)示于下表6中。根据上述测试过程测试泡沫样本的特性，并且所测定的特性示于表6中。
表6
据观察，除第一预聚物(“预聚物-1”)之外的第二预聚物(“预聚物-2”)的存在显著改善了所测试的泡沫样本的拉伸特性。
上文所述的各种实施方案仅以例示方式提供且不应理解为限制本文所附的权利要求书。应当理解，在不存在随后本文举例说明和描述的示例性实施例和应用的情况下且在不脱离权利要求书的真实实质和范围的情况下，可做出各种改变和变化。
应当注意，除非上下文另有清楚指示，否则如本说明书以及所附权利要求中所使用，“一种”、“一个”和“该/所述”包括多个指代物。因此，例如，含有“化合物”的组合物这一表达方式包括两种或多种化合物的混合物。还应注意，除非术语“或”另外明确指出，否则该内容通常采用的含义包括“和/或”。
本说明书中的所有出版物和专利申请指示本发明所属领域的普通技术人员的水平。所有出版物和专利申请均以引用方式并入本文中，就如同每个单独的出版物或专利申请均以引用方式具体地且单独地指示一样。

Claims (28)

1.一种制品，所述制品包括：
开孔泡沫结构，所述开孔泡沫结构包含
亲水性聚氨酯聚合物，所述亲水性聚氨酯聚合物包含多元醇和/或聚胺组分与异氰酸酯的反应产物，所述多元醇和/或聚胺组分以官能化对非官能化的重量比为约5∶95至约95∶5包含官能化和非官能化多元醇和/或聚胺的混合物。
2.根据权利要求1所述的制品，所述官能化多元醇和/或聚胺包含在中性pH下带电的官能团。
3.根据权利要求1所述的制品，所述官能化多元醇和/或聚胺包含在中性pH下带负电的官能团。
4.根据权利要求1所述的制品，所述官能化多元醇和/或聚胺包含磺酸基团。
5.根据权利要求1所述的制品，所述官能化多元醇和/或聚胺具有约200至约2,000的分子量。
6.根据权利要求1所述的制品，所述官能化多元醇或聚胺具有约300至约1,200的分子量。
7.根据权利要求1所述的制品，所述官能化多元醇和/或聚胺具有结构(III)：
其中：
R1为具有(b+1)化合价的直链脂族基团，其由至多110个碳原子的饱和链组成，采用2至12个-CH2基团单元的形式，并且可被单个氧原子、
基团隔开，所述脂族基团具有至多2000的分子量，其中b为1、2或3；并且
R2具有(d+2)的化合价且为具有6至20个碳原子的多价芳烃基团或具有2至20个碳原子的多价烷烃基团，其中d为1、2或3，
X独立地为-O-或-NH-，并且
M为阳离子。
8.根据权利要求1所述的制品，所述非官能化多元醇和/或聚胺不含在中性pH下带电的官能团。
9.根据权利要求1所述的制品，所述非官能化多元醇和/或聚胺不含在中性pH下带负电的官能团。
10.根据权利要求1所述的制品，所述非官能化多元醇和/或聚胺不含磺酸官能团。
11.根据权利要求1所述的制品，所述非官能化多元醇和/或聚胺具有约1,000至约6,500的分子量。
12.根据权利要求1所述的制品，所述非官能化多元醇和/或聚胺具有约1,500至约4,500的分子量。
13.根据权利要求1所述的制品，所述非官能化多元醇和/或聚胺具有结构(IV)：
HX-R3(XH)b
IV
其中：
b为1、2或3；
R3为具有(b+1)化合价的脂族碳链或芳族碳链，其不含磺酸官能团且被零个或更多个杂原子间断，并且
X独立地为-O-或-NH-。
14.根据权利要求1所述的制品，所述多元醇和/或聚胺组分以官能化对非官能化的重量比为约10∶90至约90∶10包含官能化和非官能化多元醇和/或聚胺的混合物。
15.根据权利要求1所述的制品，所述官能化和非官能化多元醇和/或聚胺的混合物包含大于10重量％且小于90重量％的量的官能化多元醇和/或聚胺。
16.根据权利要求1所述的制品，所述官能化和非官能化多元醇和/或聚胺的混合物包含大于20重量％且小于60重量％的量的官能化多元醇和/或聚胺。
17.根据权利要求1所述的制品，所述官能化和非官能化多元醇和/或聚胺的混合物包含大于30重量％且小于50重量％的量的官能化多元醇和/或聚胺。
18.根据权利要求1所述的制品，所述制品包括海绵。
19.根据权利要求1所述的制品，所述亲水性聚氨酯聚合物包含聚脲聚氨酯聚合物。
20.根据权利要求1所述的制品，所述开孔泡沫结构包括平面层。
21.根据权利要求20所述的制品，所述制品还包括擦洗层，其中所述开孔泡沫结构设置在所述擦洗层上。
22.根据权利要求21所述的制品，其中所述擦洗层直接粘结到所述开孔泡沫结构。
23.根据权利要求21所述的制品，所述擦洗层包括限定孔的多孔结构，其中所述开孔泡沫结构至少部分地设置在所述多孔结构的所述孔内。
24.根据权利要求21所述的制品，所述制品还包括设置在所述擦洗层与所述开孔泡沫结构的所述平面层之间的粘合剂层。
25.根据权利要求1所述的制品，所述开孔泡沫结构表现出大于约0.5kN/m的最大拉伸载荷(ASTM D3574-11，测试-E)。
26.根据权利要求1所述的制品，所述开孔泡沫结构表现出大于约0.7kN/m的最大拉伸载荷(ASTM D3574-11，测试-E)。
27.一种制品，所述制品包括：
开孔泡沫结构，所述开孔泡沫结构包含
包含多元醇组分与异氰酸酯的反应产物的聚氨酯聚合物，所述多元醇组分包含以下物质的混合物：
至少约10重量％的包含在中性pH水性溶液中带电的官能团的多元醇；以及
至少约40重量％不含在中性pH水性溶液中带电的官能团的多元醇。
28.一种制品，所述制品包括：
开孔泡沫结构，所述开孔泡沫结构包含
包含多元醇组分与异氰酸酯的反应产物的聚氨酯聚合物，所述多元醇组分包含以下物质的混合物
至少约10重量％的磺化多元醇；以及
至少约40重量％的非磺化多元醇。
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