CN112703282A

CN112703282A - 亲水性复合物

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Publication number: CN112703282A
Application number: CN201980060695.3A
Authority: CN
Inventors: C·舍恩内; Y·N·斯里瓦斯塔瓦; V·K·沙哈
Original assignee: Dow Global Technologies LLC
Current assignee: Dow Global Technologies LLC
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2019-09-17
Publication date: 2021-04-23
Also published as: WO2020068496A1; BR112021004818A2; EP3856968A1; US20210347988A1; KR20210064319A; JP2022501468A

Abstract

亲水性复合结构通过以下方式制成：用聚氨基甲酸酯泡沫调配物浸渍3DL结构并固化所述调配物以产生占据所述3DL结构中的空间的泡沫。复合结构即使在压缩力下也具有非常好的保水能力。当充满水时，它们也显示出至多中等的膨胀。所述泡沫可用作如绿色屋顶或蓝色屋顶系统的水容载系统的层。

Description

亲水性复合物

本发明涉及亲水性复合物，制造亲水性复合物的方法以及含有亲水性复合物组分的水管理系统。

在建筑物或其它结构的屋顶上或在其它较大水平表面(例如道路和停车结构)上聚集的降水经常排入当地下水道系统中。这会给下水道系统带来压力，甚至超过其容量，特别是在暴雨或雪或冰迅速融化的情况下。这可能导致溢流、未经处理的径流的排放和其它问题。

针对这些问题，有人提出将这些水部分或全部收集起来，使得水要么根本不被送入下水道系统，要么可以在较长的时间内较缓慢地排出。

因此，正在开发所谓的“蓝色”和“绿色”屋顶结构。“蓝色”屋顶结构包括收集和保持水的集水机制，使水可以随时间以受控的速率释放。“绿色”屋顶结构收集水并将其中至少一部分提供给种植有活植物的植物层。植物在新陈代谢过程中使用到水，并且此外还通过蒸腾将水消散回大气中。蓝色和绿色屋顶系统二者通常还包括用于控制水的排放超过植物可利用或超过系统存储容量的机制。

收集到的水常常是固定的；通常不希望在建筑结构的顶部有大量积水。此外，屋顶结构的上部表面应是承重的，以承受步行(例如，用于维修和保养)；建筑机械的重量(如HVAC、电力和其它系统)；休闲甲板；支撑结构和设备以及(对于绿色屋顶)土壤、其容器和植物的重量。

已经提出了亲水性泡沫用于固定收集到的水。这些泡沫充当吸收和保持水的“海绵”。在蓝色屋顶系统中，亲水性泡沫在整个或部分屋顶结构中形成连续或不连续的层。由于泡沫柔软且可压缩，通常直接或间接在亲水性泡沫的顶部构造硬的承重层，使得屋顶结构可以承受重量而不会损坏泡沫层。在绿色屋顶系统中，亲水性泡沫层通常也位于可以包括这种承重层以及上部植物层的其它屋顶结构下方。

当亲水性泡沫层被掩埋时，它必须承受上覆结构的重量。因此，泡沫常常处于某种压缩状态。如同许多海绵材料，已提出用作这种亲水性泡沫层的亲水性泡沫在置于压缩力下时往往会释放水。这降低了其持水能力。

期望一种亲水性聚氨基甲酸酯泡沫和构造层材料，其即使在压缩力下时也表现出高的持水能力并且保持较大比例的持水能力。进一步期望提供一种多层结构，所述多层结构能够吸收其一个或多个层中的水，且即使在这种层处于压缩状态下时也能保持吸收到的水，并提供一种包括这种多层结构的水管理系统。

在一方面，本发明是一种复合结构，其包含：(a)三维无规环(3DL)结构，其包含多个热塑性聚合物的无规环，所述无规环在三维方向上排列和结合在一起并在所述3DL结构内限定空间；以及(b)亲水性聚氨基甲酸酯泡沫，其占据所述3DL结构内的基本上所有空间。

在第二方面，本发明是一种通过执行以下步骤来制造复合结构的方法：

(I)形成包含以下的反应混合物：i)至少一种多异氰酸酯，ii)水，iii)泡沫稳定表面活性剂和iv)任选地一种或多种不同于水的至少双功能性异氰酸酯反应性材料，其中按组分i)和iv)的组合重量计，所述反应混合物含有30重量％至75重量％的氧化乙烯单元，

(II)用所述反应混合物浸渍3DL结构，所述3DL结构包含多个热塑性聚合物的无规环，所述无规环在三维方向上排列和结合在一起并在所述3DL结构内限定空间；以及

(III)固化所述反应混合物，使得所述反应混合物膨胀并固化以形成亲水性聚氨基甲酸酯泡沫，其占据所述3DL结构内的基本上所有空间。

本发明还是一种单层或多层垫，其中所述垫包括至少一个本发明的第一方面的复合结构和/或根据本发明的第二方面制成的复合结构的层。

本发明还是一种包含本发明的复合结构的水容载系统。水容载系统可以是例如蓝色屋顶、绿色屋顶、蓝绿色屋顶，或用于收集和容纳落在如停车场、停车库、停机坪、道路、桥梁等的其它结构上和/或从其它结构上流下的雨水的系统。

在特定方面，本发明的水容载系统包含至少一个防水层，至少一个直接或间接地在所述防水层的至少一部分的顶部上的本发明的复合结构的层，以及直接或间接地位于复合结构层的至少一部分的顶部上的至少一个顶部表面层，所述水容载系统包含用于将沉积在所述顶部表面层上的水排放到所述复合结构层的构件。

3DL材料包含形成无规环的热塑性聚合物纤维。无规环状纤维在三维方向上排列并在接触点处结合在一起以形成三维结构。制造这种3DL材料的方法在美国专利第5,639,543号、美国专利第6,378,150号、美国专利第7,625,629号和WO 2016/130602中描述，所述美国专利均以全文引用的方式并入本文中。在这种过程中，热塑性树脂通过以三维阵列(可以是规则的，不规则的和/或无规的)排列的多个孔口向下挤出以形成多个纤维。当处于很小的张力或没有张力时，挤出的纤维会自发地卷曲，形成无规环结构。接触无规环结构并使其冷却会使相邻的环结构在接触点处彼此结合，从而形成3DL材料。

3DL材料优选地具有至少0.005至0.2g/cm³、0.016至0.1g/cm³或0.016至0.05g/cm³的表观松密度。构成无规环的纤维可以具有例如100至5000、200至3000或300至3000的旦尼尔。环可以具有0.1至3mm、0.25至1.6mm或0.4至1.6mm的直径。

3DL材料由热塑性有机聚合物制成。热塑性聚合物可以是在固化反应混合物以形成亲水性聚氨基甲酸酯泡沫的条件下不会熔化、溶解或降解的任何聚合物。热塑性聚合物可以是弹性的(对于本发明而言，其表现出至少50％的断裂伸长率，并且当伸长至其原始长度的至少50％时，其将恢复其原始尺寸)、非弹性的或一种或多种弹性与一种或多种非弹性聚合物的组合。

合适的热塑性聚合物的实例包括聚酯，如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸环己烷二甲醇酯、聚萘二甲酸环己烷二甲醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸丁二醇酯、聚己内酯、二醇/己二酸酯聚酯、二醇丁二酸酯聚酯、二醇马来酸酯聚酯等。其它合适的热塑性聚合物包括聚氨基甲酸酯和聚酰胺，如聚己内酰胺、聚六亚甲基己二酰胺、聚六亚甲基癸二酰胺等。

其它合适的热塑性聚合物包括烯烃聚合物和共聚物。其中有低密度聚乙烯；线性低密度聚乙烯；高密度聚乙烯；乙烯-α-烯烃互聚物，其包括在美国专利第7,622,179号和WO2016/130602中描述的那些；乙烯-丙烯酸共聚物和聚丙烯。

可以被加工成3DL结构的其它热塑性聚合物也是有用的。

亲水性聚氨基甲酸酯泡沫的特征在于，具有根据以下所述的方法测量的至少为150g/2.54cm厚度的持水能力。亲水性聚氨基甲酸酯泡沫优选地含有按泡沫总重量计的30重量％至75重量％的氧化乙烯单元。其优选地具有根据ASTM D3574测量的16至144kg/m³，优选地20至80kg/m³，更优选地20至64kg/m³的泡沫密度。

本发明的复合结构可以通过包括以下步骤的方法制得：

(II)使所述反应混合物与3DL材料接触以用所述反应混合物浸渍所述3DL结构；以及

反应混合物的组分i)和iv)(如果存在的话)中的至少一种含有氧化乙烯基团。氧化乙烯基团占组分i)和iv)的组合重量的至少30重量％，并且可以占至少40重量％、至少45重量％、至少50重量％或至少55重量％。氧化乙烯基团占组分i)和iv)的组合重量的至多75重量％，并且可以占至多70重量％、至多65重量％或至多60重量％。

在一些实施例中，多异氰酸酯包括异氰酸酯封端的预聚物，其是过量的一种或多种具有350或更低当量(通过滴定法所测量)的多异氰酸酯与环氧乙烷的含羟基聚合物的反应产物。在这种情况下，多异氰酸酯的异氰酸酯含量可以为例如至少1重量％、至少3重量％或至少5重量％，并且例如至多20重量％、至多15重量％。在这种情况下，多异氰酸酯可以是半预聚物，其是预聚物和未反应的起始多异氰酸酯的混合物。

用于制备这种预聚物的多异氰酸酯可以是下文所述的任何一种。

环氧乙烷的羟基封端聚合物可以是环氧乙烷的均聚物或环氧乙烷和1，2-环氧丙烷的羟基封端的无规或嵌段共聚物。按羟基封端的聚合物的重量计，环氧乙烷的羟基封端的聚合物的平均氧化乙烯含量可以为至少50％(在共聚物的情况下)或至多100％(在环氧乙烷均聚物的情况下)。环氧乙烷聚合物或混合物的氧化乙烯含量为聚合物或混合物中的氧化乙烯(-O-CH₂-CH₂-)单元相对于聚合物或混合物总重量的重量比的100％倍。

在特定实施例中，环氧乙烷聚合物或混合物的氧化乙烯含量可以例如为至少92重量％或至少94重量％，并且可以为至多100重量％、至多99重量％、至多98重量％或至多97重量％。环氧乙烷聚合物的平均当量可以为例如至少350、至少400或至少450，并且在一些实施例中可以为至多3000、至多2000、至多1500、至多1200、至多1000或至多750。通过使用公认的滴定数测量以mg KOH/g为单位的聚合物中的羟基数，并根据关系当量＝56,100÷羟基数由羟基数计算当量来确定当量。环氧乙烷聚合物的平均标称羟基官能度可以为至少2.0或至少2.1，并且可以为例如至多3.0、至多2.7、至多2.5、至多2.4或至2.3。

多异氰酸酯可以是或包括一种或多种异氰酸酯当量为最多200的多异氰酸酯。这些可以是芳香族、脂族和/或环脂族多异氰酸酯。分子量为200或更低的有用的多异氰酸酯的具体实例包括间亚苯基二异氰酸酯、甲苯-2,4-二异氰酸酯、甲苯-2，6-二异氰酸酯、伸萘基-1，5-二异氰酸酯、甲氧基苯基-2，4-二异氰酸酯、二苯基甲烷-4，4′-二异氰酸酯、二苯基甲烷-2，4′-二异氰酸酯、4，4′-亚联苯二异氰酸酯、3，3′-二甲氧基-4，4′-联苯二异氰酸酯、3，3′-二甲基-4-4′-联苯二异氰酸酯、3，3′-二甲基二苯基甲烷-4，4′-二异氰酸酯、4，4′4″-三苯基甲烷三异氰酸酯、聚亚甲基聚苯基异氰酸酯(PMDI)、甲苯-2，4，6-三异氰酸酯、4，4′-二甲基二苯基甲烷-2，2′，5，5′-四异氰酸酯环己烷二异氰酸酯、1，3-和/或1，4-双(异氰酸基甲基)环己烷、1-甲基-环己烷-2，4-二异氰酸酯、1-甲基-环己烷-2，6-二异氰酸酯、亚甲基二环己烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯。含有氨基甲酸酯、脲、缩二脲、碳化二亚胺、脲酮亚胺、脲基甲酸酯或通过异氰酸酯基团的反应而形成的其它基团的经改性多异氰酸酯也适用。优选的芳香族多异氰酸酯是MDI或PMDI(或其通常称为“聚合MDI”的混合物)和所谓的“液体MDI”产物，所述“液体MDI”产物是具有缩二脲键、碳化二亚胺键、脲并亚胺键和/或脲基甲酸酯键的MDI和MDI衍生物的混合物。

反应混合物含有至少一种泡沫稳定表面活性剂。泡沫稳定表面活性剂有助于稳定在发泡过程中形成的气泡，直至聚合物固化。常用于制造聚氨基甲酸酯泡沫的多种硅酮表面活性剂可以用于制造本发明的复合物。在水中可自分散或可溶于水的表面活性剂是优选的。这种硅酮表面活性剂的实例为可以以商品名Tegostab^TM(戈尔德施密特公司(Th.Goldschmidt and Co.))、Niax^TM(通用电气公司(GE OSi Silicones))和Dabco^TM(空气化工产品有限公司(Air Products and Chemicals))商购的。其它有用的表面活性剂包括环氧乙烷与环氧丙烷和/或环氧丁烷的嵌段共聚物，其中一种或多种聚(环氧乙烷)嵌段占嵌段共聚物总重量的35％至75％。这样的嵌段共聚物可以具有一个或多个羟基。(一种或多种)表面活性剂可以按每100重量份反应混合物0.25至5或0.5至2.5重量份的量存在。

反应混合物的组分iv)是任选的，除非其中多异氰酸酯不含氧化乙烯单元或不含足够的氧化乙烯单元。在那种情况下，需要组分iv)并将包括至少一种如上文所述的环氧乙烷聚合物，其量应使得氧化乙烯单元占组分i)和iv)的组合重量的30重量％至75重量％。

替代地或除了这种环氧乙烷聚合物之外，组分iv)可以包括一种或多种其它的至少双功能性异氰酸酯反应性材料，如含有低于50重量％的氧化乙烯单元的多元醇、多胺和氨基醇。这种其它异氰酸酯反应性材料的实例包括增链剂、交联剂、含有低于50重量％的氧化乙烯单元的聚醚多元醇、含有低于50％的氧化乙烯单元的胺封端的聚醚、聚酯多元醇等。如果存在这种额外异氰酸酯反应性材料，则它们优选地以少量存在，如为水和组分iv)的总组合重量的至多25％，优选地至多10％。可以不存在额外异氰酸酯反应性材料。

反应混合物可以含有用于异氰酸酯基团与水和/或羟基反应的催化剂。合适的催化剂包括，例如，叔胺、环脒、叔膦、各种金属螯合物、酸性金属盐、强碱、各种金属醇盐和酚盐以及有机酸的金属盐。含金属的催化剂的实例为锡、铋、钴和锌盐。最重要的催化剂为叔胺催化剂、环脒、锌催化剂和锡催化剂。叔胺催化剂的实例包括三甲胺、三乙胺、N-甲基吗啉、N-乙基吗啉、N，N-二甲基苄胺、N，N-二甲基乙醇胺、N，N，N′，N′-四甲基-1，4-丁二胺、N，N-二甲基哌嗪、1，4-重氮双环-2，2，2-辛烷、双(二甲氨基乙基)醚、三亚乙基二胺和二甲基烷基胺，其中所述烷基含有4至18个碳原子。常常使用这些叔胺催化剂的混合物。

也可以使用如二甲基乙醇胺(DMEA)或二甲氨基丙基胺(DMAPA)或充当自催化多元醇的胺引发多元醇的反应性胺催化剂。

锡催化剂包括氯化锡、氯化亚锡、辛酸亚锡、油酸亚锡、二月桂酸二甲基锡、二月桂酸二丁基锡、蓖麻油酸锡和式SnR_n(OR)_4-n的其它锡化合物等，其中R为烷基或芳基，并且n为0至4，等。如果使用的话，锌和锡催化剂一般与一种或多种叔胺催化剂结合使用。

催化剂通常以少量使用，例如，每种催化剂的用量为每100重量份的半预聚物(如果存在的话)约0.0015至约5或0.1至0.5重量份。可以省略催化剂。

反应混合物还可以含有各种液体功能性成分，如着色剂、杀真菌剂、杀虫剂、颜料、选择性除草剂等。如果存在的话，那么这些优选地占反应混合物的总重量的至多10％或至多5％。

选择成分的比例以得到0.5至150的异氰酸酯指数。异氰酸酯指数是提供给反应混合物的(在任何反应之前)异氰酸酯基团与异氰酸酯反应性基团的比率的100倍，其中水被认为具有两个异氰酸酯反应性基团。异氰酸酯指数可以为例如0.5至50、0.5至25、1至20或1至15。

反应混合物中的水指数可以为例如至少25或至少50。在一些实施例中，存在过量的水，并且在这样的实施例中，水指数可以为至少400、至少500或至少650，并且可以为例如至多20,000、至多15,000、至多12,000、至多10,000、至多5,000、至多2500、至多1000、至多500或至多100。水指数是提供给反应混合物(在任何反应之前)的水当量与异氰酸酯基团当量的比率的100倍。

在将水和多异氰酸酯组合以形成反应混合物之前，方便地将(一种或多种)表面活性剂与水混合。或者，可以在将水和多异氰酸酯组合的同时将(一种或多种)表面活性剂与其它成分组合。(一种或多种)表面活性剂可以在与水和多异氰酸酯的其余部分组合之前与一部分水组合。

用反应混合物浸渍3DL结构。“浸渍”是指将反应混合物掺入由3DL结构的环限定的至少一部分空间中，使得当反应混合物固化并膨胀时，所得泡沫占据3DL结构内的基本上所有这种空间。泡沫可以占据3DL结构内的至少90％、至少95％、至少98％、至少99％或甚至100％的这种空间。

浸渍步骤可以按不同方式执行。3DL结构可以安置在模具、凹槽或其它限制区域内。然后将反应混合物倒入、喷涂或以其它方式引入到含有3DL结构的区域中，反应混合物渗透到3DL结构的开口中，在所述开口中所述反应混合物膨胀并固化以形成泡沫。如果需要，可以在与反应混合物接触以润湿3DL结构的内表面后将3DL结构压缩，然后再进行反应膨胀和固化。

固化通常在将水与多异氰酸酯混合后自发地发生，并且因此广泛范围的条件适合于进行反应。固化温度可以低至0℃或高达例如100℃。接近室温的温度或略微高温完全适合并且通常优选。因此，固化温度可以是至少15℃或至少20℃并且至多50℃、40℃或35℃。固化反应产生二氧化碳气体，其形成泡孔且在发生固化时使反应混合物膨胀。

固化步骤可以在如先前所述的如模具或凹槽的限制区域中进行，所述限制区域限制反应混合物的膨胀，使得其在3DL结构的开放空间内膨胀和固化。经固化泡沫可以包封3DL结构，即覆盖其外表面。

固化步骤可以通过将反应混合物分配到带有3DL结构的传送带或移动基材上，调整以达到所要厚度，并在传送带上或基材上固化以形成垫或卷材来进行。

在反应混合物中的水的量超过多异氰酸酯的异氰酸酯基团的量的情况下，经固化泡沫通常含有大量的水分，所述水分至少部分以液体的形式含于泡沫的泡孔中。可以进行干燥步骤以去除一些或全部这种过量的水。

可以例如通过使干燥气体穿过泡沫、通过使泡沫在干燥气氛下静置和/或通过将泡沫加热到例如50到150℃的温度来进行此类干燥步骤。可以进行干燥直至达到任何所要水分含量。在一些实施例中，进行干燥直至达到恒定泡沫重量，这指示从泡沫中去除所有残余水。

亲水性聚氨基甲酸酯泡沫可以占亲水性聚氨基甲酸酯泡沫和3DL结构的组合重量的例如至少25％或至少50％。泡沫可以占其例如至多90％、至多80％、至多75％或至多70％。

如根据ASTM D3574所测量，本发明的复合结构可以具有例如40至288kg/m³的密度。通常，复合结构的密度可以比亲水性聚氨基甲酸酯泡沫本身的密度稍高。在一些实施例中，复合结构的密度为48至160kg/m³或48至128kg/m³。

本发明的复合结构一般以如上文关于亲水性聚氨基甲酸酯泡沫本身所述的量吸收水。嵌入式3DL结构的存在对吸水率影响很小。

亲水性聚氨基甲酸酯泡沫吸收水。当在10.16cm×10.16cm×2.54cm厚的泡沫样品上测量时，所述泡沫优选地表现出至少150g水/2.54cm厚度的持水率。泡沫可以表现出至少165g水/2.54cm厚度或至少180g水/2.54cm厚度的持水率。

当根据以下实例中所述的方法测量时，当充满水时，泡沫优选地表现出至多150％，优选地至多125％的溶胀率。

通过在100℃下干燥长方体泡沫样品(约4英寸×4英寸×1英寸厚(10.16cm×10.16cm×2.54cm))，直至得到恒重(至少15小时)并测量经干燥泡沫的尺寸和重量来测量持水率和溶胀率。然后在22±3℃下将泡沫浸入水中至少12小时，将其去除，并且使其在22±3℃下静置在栅格上或沥干2小时，以排出多余的水。然后重新称重样品，并重新测量其尺寸。溶胀率计算为所获得的体积(润湿和沥干的样品的体积减去干燥的样品的体积)除以干燥的样品的体积的100％倍。

持水率计算为样品厚度的函数，计算公式如下：

持水率(克/英寸)＝(重量_{2小时，干燥}-重量_干燥)÷厚度_{2小时，干燥}

其中，重量_{2小时，干燥}是指浸没和沥干2小时后的样品的重量，重量_干燥是指浸没前经干燥样品的重量，以及厚度_{2小时，干燥}是指浸没和沥干2小时后的样品的厚度。

本发明的亲水性泡沫的一个优点是即使在经受压缩力的情况下也能保持被吸收的水的能力。当泡沫被用作水容载系统的组分时，所述特征是非常有益的，在所述系统中泡沫承受位于泡沫上方的一个或多个层或其它结构的重量。优选地，当根据持水率测量方法测量时，在施加的压缩力为75lb/ft²(3.591kPa)时，泡沫保持至少90％，更优选地至少95％的被吸收的水。在一些实施例中，当施加的压缩力为1501b/ft²(7.182kPa)时，泡沫保持至少75％的被吸收的水。

保水率以与持水率相同的一般方式测量。称重并测量浸没和沥干的样品后，将样品置于连续的载荷下3分钟。在施加和去除每个载荷之后，测量泡沫的重量，其中重量损失归因于由于泡沫压缩而引起的水损失。在任何给定的压缩力下的保水率计算为浸没和沥干的泡沫的水重量的百分比，所述重量又等于重量_{2小时，干燥}-重量_干燥。

由于即使在压缩力下也能保持被吸收的水，因此本发明的复合结构在用作水容载系统的组分时具有特别的优势。在这样的水容载系统中，进入系统的水通过例如沥干、泵送或其它方式转移到复合结构中，在所述复合结构中吸收和保持水。水被可逆地吸收，并且可以通过各种机制从复合结构中去除，如在重力的作用下；通过容载系统的其它层和/或组分的芯吸；干燥；等。

本发明的水容载系统可以是例如蓝色屋顶、绿色屋顶、蓝绿色屋顶，或用于收集和容纳落在如停车场、停车库、停机坪、道路、桥梁等的其它结构上和/或从其它结构上流下的雨水的系统。

在特定实施例中，水容载系统包含本发明的复合结构，所述复合结构呈包含于所述水容载系统内的一或多个层或主体的形式。如果以层的形式，则复合结构可以具有例如为至少10mm、至少25mm或至少50mm，并且例如至多1米或更大、至多250cm、至多100cm、至多50cm或至多25cm的厚度。

水容载系统可以包括直接或间接地位于复合结构的至少一部分的顶部上的至少一个顶部表面层。如在建筑物、停车场、道路等室外结构的情况下，顶部表面层可以对大气开放，使得降水(例如，雨、冰雹、雨夹雪和雪)落在其上。复合结构可以直接或间接地承受顶部表面层和/或可能存在的任何中间层的一些或全部重量。

顶部表面层的组成和结构当然将根据特定设备的功能来选择。顶部表面层可以是例如人行道或道路。这样的人行道或道路可以由例如混凝土、钢筋混凝土、石材、瓷砖、碎石、聚合物混凝土、钢、铝、其它金属、木材或其它合适的材料构成。

顶部表面层可以是植物层。这样的植物层将包括至少一个土壤层，并且可以含有一个或多个用于容纳土壤以及植物本身(至少在生长季节期间)的容器。土壤层和/或其容器可以直接位于本发明的复合结构的顶部。替代地，一个或多个额外层或结构可以位于顶部表面层和复合结构的层之间。这些可以包括各种结构层，如用于顶部层的支撑，或其它结构或功能特征。

水容载系统可以包含用于将落在顶部表面层上的水排放到本发明的复合结构的构件。在一些实施例中，这样的构件包括在那些层中的孔或其它开口，从而使得水穿过(一个或多个)层到达下方的复合结构。例如，当水容载系统形成绿色屋顶系统的全部或一部分时，水可能会通过渗入土壤和土壤容器(如果有的话)到达底层复合结构而从顶部植物层中排出。在其它实施例中，这样的构件可以包括排水口或其它开口，所述排水口或其它开口任选地连接至一个或多个管道，水可以通过所述管道向下流至复合结构。

水容载系统可以进一步包含直接或间接地在复合结构下方的至少一个防水层，以收集从所述复合结构渗透的水且防止其进一步向下渗透至底层结构。例如，在绿色或蓝色屋顶中，此防水材料可以是例如屋顶膜本身或其它阻隔层。

图说明了本发明的水容载系统的实施例。水容载系统9通常包括支撑结构1；任选的绝缘/阻根结构2；防水层3；排水层4；过滤或分离织物5；生长介质层6和植物层7。本发明的复合结构形成排水层4的全部或一部分。

支撑结构1是支撑上覆结构的承载层。它可以是混凝土、钢筋混凝土、木材或其它能够承受叠加重量的建筑材料。例如，它可以是屋顶、铺砌区域、地面或承受其它部件重量的其它底层结构。

当存在时，任选的绝缘/阻根结构2用于防止水向下流至支撑结构1和/或防止植物层7中生长的植物的根部穿透到且进入支撑结构1中。在所示的说明性实施例中，绝缘/阻根结构2包括防水膜2A和板绝缘层2B。防水膜2A通常是热塑性橡胶，如热塑性烯烃、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物和聚氯乙烯。板绝缘层2B可以是例如泡沫硬质聚合物板，如泡沫聚苯乙烯、泡沫聚氨基甲酸酯、泡沫聚异氰脲酸酯等。

防水层3可以是例如参照防水膜2A描述的防水膜。

在所示的说明性实施例中，排水系统4包括土工布的层4A，即半多孔织物，其功能是促进水流入一个或多个排水构件中(未示出)，通过所述构件可以将水从水容载系统中去除，以排入下水道或其它系统中。排水构件可以包括任何排水系统或其它管道系统，通过所述系统从水容载系统中去除穿过排水系统4的水。它可以由排水口、管线、凹槽或其它流体管道以及相关的流体管理设备(例如塞子、阀、泵、流体控制系统等)组成。

土工布可以是例如美国国家公路和运输官员协会1级或2级土工布。合适的土工布的一个实例是重量为50至500g/m²的聚丙烯织物，如可商购的Optigreen分离织物。层4A是任选的，并且其功能可以由复合结构4B执行。例如，可以制造在其底部表面上具有一个或多个通道的复合结构4B，这些通道形成路径，水可以通过所述路径流向排水构件并从水容载系统中去除。

在所示的说明性实施例中，排水系统4进一步包括多孔织物4C和机械储集系统4D，它们中的每一个都是任选的，并且每一个都可以由复合结构4B代替。机械储集系统4D可以是例如凹片或织物，其中水被收集在凹坑中。这种凹片有时被称为“蛋盒(egg carton)”结构，并且可以被设计成具有开口，当凹坑已经被填充时，过量水可以通过这些开口流到较低层。

因此，排水系统4可以仅由复合结构4B组成，或者可以包含具有层4A、4C和4D中的任何一个或多个以及可能期望的其它任选层的复合结构4B。

在所示的说明性实施例中，水容载系统9的层5是分离织物，其作用是防止土壤在水流过的同时被冲刷到较低层。因此，分离织物对水是多孔的，但是其开口是足够小的以防止土壤通过。分离织物5可以是如上文所述的土工布，或者是其它纺织或非纺织纤维材料。

层6是包括有机物质并且可以包括无机物质的生长介质层。在根据ASTM E2399测量的每种情况下，层6优选地具有在最大保持能力下的至少35％的水分含量和在最大持水能力下的至少6％的孔隙率。

提供以下实例来说明本发明，但并不意在限制其范围。除非另有指示，否则所有份数和百分比均以重量计。

实例1和比较样品A至B

3DL A是乙烯-α-烯烃共聚物三维环结构，其密度为每立方英尺2磅。其根据WO2016/130602中所述的一般方法来制造。

3DL B是乙烯-α-烯烃共聚物三维环结构，其密度为每立方英尺3磅。其根据WO2016/130602中所述的一般方法来制造。

泡沫调配物A(FF-A)含有异氰酸酯封端的半预聚物、水和表面活性剂。半预聚物含有40％的氧化乙烯单元，且异氰酸酯含量为约7％。水指数为大约10,000。

泡沫调配物B(FF-B)含有异氰酸酯封端的半预聚物、水和表面活性剂。半预聚物含有63％的氧化乙烯单元，且异氰酸酯含量为约7％。水指数为大约10,000。

泡沫调配物C(FF-C)含有异氰酸酯封端的半预聚物、水和表面活性剂。半预聚物含有58％的氧化乙烯单元，且异氰酸酯含量为约10％。水指数为大约2,000。

比较泡沫A至C和泡沫实例1至6是通过将各泡沫调配物的成分混合以形成反应混合物而制备的。在每种情况下，将所得反应混合物倒入11.2cm×11.2cm×2.54cm的敞口模具中，且使其自由上升。对于实例1至6，当将反应混合物倒入模具中时，模具含有3DLA或3DLB，其被切割以拟合模具的内部空腔。3DL材料被原位保持在模具内，因此它不会随着泡沫调配物的上升而上升。泡沫调配物上升并固化以形成泡沫，所述泡沫占据3DL材料(如果存在)的整个内部空间并填充模具。发泡完成后，将复合物静置10分钟。去除凸部(crown)以产生11.2cm×11.2cm×2.54cm的复合结构。

在进行特性测试之前，将复合结构在环境温度和湿度下调节过夜。如上文所述测量持水率、保水率和溶胀率。测试结果如表1至3中所指示。

表1-用泡沫调配物A制造的复合结构

表2-用泡沫调配物B制造的复合结构

表3-用泡沫调配物C制造的复合结构

如表1至3中的数据所示，将3DL结构掺入由泡沫调配物A至C中任一者生产的泡沫中对保水率几乎没有影响。然而，与相应的比较样品相比，实例1至6的总溶胀率显著降低。同样，即使当泡沫调配物被调适为(如泡沫调配物B)在压力下具有非常好的持水能力时，在所有情况下持水率都相同或得到改进。初始持水能力、在压力下保持水的能力和低溶胀率的组合是高度有益的，并且在单独使用任何亲水性泡沫下无法获得。

Claims

1.一种复合结构，其包含：(a)三维无规环(3DL)结构，其包含多个热塑性聚合物的无规环，所述无规环在三维方向上排列和结合在一起并在所述3DL结构内限定空间；以及(b)亲水性聚氨基甲酸酯泡沫，所述泡沫占据所述3DL结构中的基本上所有空间。

2.根据权利要求1所述的复合结构，其中所述3DL结构具有0.005g/cm³至0.2g/cm³的表观松密度。

3.根据权利要求1或2所述的复合结构，其中所述亲水性聚氨基甲酸酯泡沫是包含以下的反应混合物的反应产物：i)至少一种多异氰酸酯，ii)水，iii)泡沫稳定表面活性剂和iv)任选地一种或多种不同于水的至少双功能性异氰酸酯反应性材料，其中按组分i)和iv)的组合重量计，所述反应混合物含有30重量％至75重量％的氧化乙烯单元。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的复合结构，其中所述热塑性聚合物是烯烃聚合物或共聚物。

5.一种制造复合结构的方法，其包含以下步骤：

(II)用所述反应混合物浸渍3DL结构，所述3DL结构包含多个热塑性聚合物的无规环，所述无规环在三维方向上排列和结合在一起并在所述3DL结构内限定空间以用所述反应混合物浸渍所述3DL结构；以及

(III)固化所述反应混合物，使得所述反应混合物膨胀并固化以形成亲水性聚氨基甲酸酯泡沫，所述泡沫占据所述3DL结构中的基本上所有空间。

6.一种单层或多层垫，其中所述垫包括至少一个权利要求1至4中任一项所述的复合物和/或根据权利要求5所述的方法制成的复合物的层。

7.一种水容载系统，其包含权利要求1至4中任一项所述的复合物和/或根据权利要求5所述的方法制得的复合物。

8.一种水容载系统，其包含至少一个防水层，至少一个直接或间接地在所述防水层的至少一部分的顶部上的根据权利要求1至4中任一项所述的复合结构和/或根据权利要求5所述的方法制成的复合结构的层，以及直接或间接地位于亲水性泡沫层的至少一部分的顶部上的至少一个顶部表面层，所述水容载系统包含用于将落在所述顶部表面层上的水排放到所述亲水性泡沫层的排水构件。

9.根据权利要求8所述的水容载系统，其中所述顶部表面层包括土壤层和植物层，并且所述排水构件包括所述土壤层中与所述复合结构流体连通的孔。

10.根据权利要求8或9所述的水容载系统，其中所述亲水性聚氨基甲酸酯泡沫层在底部表面上具有一个或多个通道，所述通道形成路径，水可以流动通过所述路径并从所述水容载系统中去除。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的水容载系统，其进一步包含直接或间接地在所述防水层下方的支撑结构。

12.根据权利要求11所述的水容载系统，其中所述支撑结构是屋顶结构。

13.一种水容载系统，其包含支撑结构，直接或间接地在所述支撑结构的至少一部分上方的至少一个防水层，至少一个直接或间接地在所述防水层的至少一部分的顶部上的根据权利要求1至4中任一项所述的复合结构和/或根据权利要求5所述的方法制成的复合结构的层，直接或间接地在所述亲水性聚氨基甲酸酯泡沫层的至少一部分的顶部上的分离织物以及直接或间接地位于所述分离织物的至少一部分的顶部上的至少一个顶部表面层，所述水容载系统包含用于将落在所述顶部表面层上的水排放到所述亲水性泡沫层的排水构件。

14.根据权利要求13所述的水容载系统，其中所述亲水性聚氨基甲酸酯泡沫层在底部表面上具有一个或多个通道，所述通道形成路径，水可以通过所述路径流动并从所述水容载系统中去除。