JP2013534877A - 使用済みカーペット繊維を用いるポリウレタンフォーム床材製造物の作製方法 - Google Patents

Abstract

ポリウレタン床材製造物が、少なくとも３０重量％の繊維を含有するウエブ層から形成される。少なくとも１つのポリイソシアナートと、水と、当量重量が少なくとも５００である少なくとも１つのポリオールとを含む冷却されたポリウレタンフォーム配合物がウエブ層に加えられる。湿潤化されたウエブ層がその後、機械的に繊維を完全に湿潤化するために圧縮され、一定の規格に合わせられ、そして、フォーム配合物を硬化させるために加熱される。

Description

本発明は、ポリウレタンフォーム床材製造物を作製するための方法に関連する。

使用され、廃棄されたカーペット製造物は、オフィスビル、施設環境及び住宅から毎年除去されるこれらの製造物の量のために、大きな処分問題を引き起こしている。これらの廃棄された製造物は主に、それらが埋め立て容量の大きな量を占める埋め立て地に送られる。カーペット重量の多くを構成する繊維が生分解性であることはまれであり、従って、廃棄されたカーペットは、何世紀にもわたって埋め立て地においてほぼ無傷のままであることが予想される。

従って、廃棄されたカーペット製造物に残っている繊維有用物の一部又はすべてを再利用することに向けた刺激がある。この目的のために、様々な取り組みが、廃棄されたカーペット製造物を機械的に破砕し、それに含まれる繊維有用物の一部又はすべてを回収するために開発されている。そのような取り組みの一例が米国特許第５，８９７，０６６号に記載されている。

繊維有用物が回収されると、それらを用いることで必要とする問題が依然として存在する。回収された繊維は、いくつかの理由のために、新しいカーペット表面材を製造するためには適していない。回収された繊維は、摩耗及び回収方法自体のためにひどく損傷している傾向がある。回収された繊維には多くの場合、カーペット製造物の他の成分（例えば、ラテックスバインダーの小さい粒子、及び、無機フィラー粒子など）が混入しており、これらは、繊維から完全に分離することが困難である。加えて、繊維は染色されていることが多く、また、多くの場合、汚れているか、又は、他の吸収した混入物を含有する。

従って、代替となる用途が、これらの回収された繊維のために必要となる。

これらの繊維のための１つの可能性のある用途が下敷き緩衝材においてである。下敷きが、緩衝作用を提供するためにカーペット材の下側に広く設置される。下敷きは、上に重なるカーペットの下側に隠されるので、その外観は通常、重要ではない。消費者は、大きな金額を目にすることのない材料のために支払うことには抵抗があり、その結果、低コストであることが最も重要な関心事である。従って、下敷きは多くの場合、「反発弾性（ｒｅｂｏｕｎｄ）」材料に形成及び接合されるスクラップフォーム片を含めて、安価な出発材料から作製される。従って、下敷きへの適用は、使用済み（ｐｏｓｔｃｏｎｓｕｍｅｒ）カーペット製造物から回収される繊維のための可能性のある適用である。

例えば、米国特許出願公開第２００８／００７５９１５号は、使用済みカーペット繊維を使用するカーペット下敷きを記載する。繊維がフォーム片及びサーマルバインダーと混合され、バットに形状化され、そして、バインダーを融解させ、それにより、様々な構成成分を相互に接着させるために加熱される。米国特許出願公開第２００８／００７５９１５号における好ましいバインダーがシース／コア型の二成分繊維である。

他の繊維含有カーペット下敷き製造物が、繊維に様々なタイプのバインダーを含浸することによって形成されている。例えば、米国特許第４，０１４，８２６号は、米国特許出願公開第２００８／００７５９１５号の方法と類似する類似方法を記載しており、だが、この方法では、特別なタイプの繊維（これは使用済み繊維ではない）が使用される。非発泡性のラテックス又はウレタンが米国特許第４，０１４，８２６号におけるバンダーとして使用される。英国特許第５９９６８２号、同第１，１４５，９３２号、米国特許第３４８０４５６号及び米国特許出願公開第２００６−０１４４０１２号では、ニードリング処理（ｎｅｅｄｌｅｄ）繊維バットが、様々な熱硬化性バインダー材及び／又は熱可塑性バインダー材により含浸される。米国特許第３，９５２，１２６号では、ポリウレタン粉末及びステープルファイバーの混合物が、バットを形成するためにニードリング処理される。米国特許第４，６８３，２４６号では、繊維フィラメント及びフォーム粉末がポリウレタンプレポリマーと混合され、バンに水蒸気硬化させられる。米国特許第６，５９６，３８７号及び米国特許出願公開第２００５−０１２６６８１号は、ポリウレタンフォーム又はラテックスフォームと、繊維バットとの二層物を形成することによってパッド製造物を形成することを記載する。

米国特許第４，２６９，８８９号及び同第４，２９６，０５４号は、様々な適用（例えば、自動車用シート材など）のための成形フォーム製造物を製造するためにポリマー繊維により強化される成形ポリウレタンフォームを記載する。ポリウレタンフォーム配合物が鋳型に導入され、その後、大量の特別なタイプの絡まった繊維が導入される。ポリウレタンが鋳型内で部分的に硬化させられ、その後、鋳型から出され、後硬化させられる。この成形方法は、ポリウレタンフォームと、繊維とのコンポジットを製造することができ、しかし、大きい表面積の製造物（例えば、カーペット下敷きなど）を作製するためには適用することができない。これは、要求される大きさの鋳型を何ら妥当なコストで入手することができず、また、硬化時間が非常に長く、床材製造方法において実現可能とすることができないからである。加えて、特別なタイプの繊維が、米国特許第４，２６９，８８９号及び同第４，２９６，０５４号に記載される方法では必要である。

今日まで、前記方法はどれも、満足のいくものであることは見出されていない。床緩衝用製造物は安価に製造されなければならないだけではなく、いくつかの性能基準もまた満たさなければならない。性能基準には、許容され得る引裂き強度、低い圧縮永久ひずみ、十分な耐荷重性、及び、その緩衝性能を歩行者往来時において保持できることが含まれる。

米国特許第５，８９７，０６６号 米国特許出願公開第２００８／００７５９１５号 米国特許第４，０１４，８２６号 英国特許第５９９６８２号 英国特許第１，１４５，９３２号 米国特許第３４８０４５６号 米国特許出願公開第２００６−０１４４０１２号 米国特許第３，９５２，１２６号 米国特許第４，６８３，２４６号 米国特許第６，５９６，３８７号 米国特許出願公開第２００５−０１２６６８１号 米国特許第４，２６９，８８９号 米国特許第４，２９６，０５４号

本発明は、発泡ポリウレタン床材製造物を調製するための方法である。本方法は、
ａ）ウエブ層が１５０ｇ／ｍ^２〜６００ｇ／ｍ^２の重量を有し、かつ、ウエブ層における繊維が０．７５ｃｍ〜４０ｃｍの平均長さを有するように、少なくとも３０重量％の繊維を含有するウエブ層を形成すること；
ｂ）少なくとも１つのポリイソシアナートと、水と、当量重量が少なくとも５００である少なくとも１つのポリオールとを含む冷却されたポリウレタンフォーム配合物を前記ウエブ層に連続的に加え、前記ウエブ層及び加えられたポリウレタンフォーム配合物を一緒に圧縮して、前記ウエブ層における前記繊維を機械的に完全に湿潤化すること；及び、その後、
ｃ）前記湿潤化されたウエブ層を０．２５インチ〜１．０インチの厚さの規格に合わせ、そして、前記規格を維持しながら、前記ポリウレタンフォーム配合物を８０℃〜１６０℃の温度に加熱して、前記ポリウレタンフォーム配合物を硬化させて、５重量％〜５０重量％の前記繊維を含有する硬化及び規格化されたポリウレタンフォーム緩衝材を製造すること を含む。

本方法はいくつかの利点をもたらす。使用済み繊維（例えば、廃棄されたカーペットから得られる繊維など）が、本方法における使用に完全に適している。ポリウレタンフォーム及び繊維が本方法において密接かつ非常に均一に分布させられ、これにより、非常に均一かつむらのない性質を有する製造物がもたらされる。そのような製造物を安価に製造することができる。具体的には、フォーム配合物が多くの場合、（より詳しくは下記で記載されるように）最小限のロールセットを示すフォームを製造するために５分以下で完全に硬化する。この速い硬化は、本方法を、工業的規模（この場合には、大量の製造物が連続して、かつ、商業的に妥当なライン速度で作製されなければならない）で運転するために経済的に実行可能なものにする。この速い硬化はまた、本方法を、６フィート以上の幅を有する広幅織り製造物を作製するために実行可能なものにする。加えて、稠密なポリウレタン表皮層が多くの場合、製造物の一方又は両方の表面に生じる。この表皮層は、先行技術の下敷き製造物に関しては多くの場合、先行技術の下敷き製造物が流体を吸収することを防止するために、又は、他の理由のために行われるような、別個のフィルム層を製造物の表面に取り付けることを不要にすることができる。本方法はまた、万能的であり、また、従来の下敷き製造物、同様にまた、取り付けられた緩衝材カーペット製造物を含めて、様々な緩衝材製造物を製造するために適合化することができる。

本発明の方法は、繊維を含有するウエブ層を形成することにより始まる。繊維は、任意の好都合な方法（例えば、様々なブローイング（ｂｌｏｗｉｎｇ）法及びレイダイン（ｌａｙｄｏｗｎ）法など）を使用して、又は、カーディング（ｃａｒｄｉｎｇ）によってウエブ層にすることができる。「カーディング」はその通常の意味合いで本明細書では使用されて、繊維のもつれを幾分かほどき、かつ、個々の繊維を配置し、その結果、繊維が互いにおおよそ平行になるようにする方法を繊維が経ていることを意味する。その結果が、綿ボールと事実上類似している軽い「毛羽立ち」材料であり、だが、これは典型的には、単位体積あたり一層より少ない重量である。繊維自体は、重量平均長さが０．３インチ〜１５インチ（０．７５ｃｍ〜約４０ｃｍ）（好ましくは０．７５インチ〜１０インチ（１．９ｃｍ〜２５ｃｍ））である短い繊維である。繊維の少なくとも８０重量パーセント（より好ましくは少なくとも９０重量パーセント）が０．７５インチ〜１０インチ（１．９ｃｍ〜２５ｃｍ）の間の長さを有することが好ましい。

繊維は、単位面積あたりの層の重量が１５０ｇ／ｍ^２〜６００ｇ／ｍ^２であるようなウエブ層にされる。ウエブ層の高さは、当然のことながら、ウエブ層の密度に依存するであろう。一方、この場合、ウエブ層の密度は、個々の繊維がどのくらい密に詰められるかに主に依存する。一般には、ウエブ層の厚さは一般に、最終的製造物の厚さとほぼ等しいか、又は、最終的製造物の厚さよりもわずかに大きく、すなわち、約０．２５インチ〜１．０インチの厚さであり、だが、厚さは幾分か変動してもよく、また、層全体にわたって幾分か変動してもよい。

ウエブ層は、繊維を十分な幅の好適な表面に堆積させることによって形成されてもよい。繊維は、ポリウレタンフォーム配合物が層に加えられる直前に連続様式でそのように堆積させられてもよく、これにより、ウエブ層を形成する工程が、方法全体の残り工程とともに１回の操作に事実上統合される。代替では、ウエブ層を予備工程において作製することができる（その場合の事前に形成されたウエブ層は、必要になるまで貯蔵される）。

ウエブ層は、ニードルパンチ処理、熱硬化処理、又は、他の場合には、繊維を絡ませるために処理し、従って、その機械的一体性を増大させるために供することができる。同様に、様々なタイプのバインダーを同じ理由のためにウエブ層に加えることができる。好適なタイプのバインダーには、様々なタイプのバインダー繊維、同様にまた、液状の熱可塑性バインダー及び／又は熱硬化性バインダーが含まれる。しかしながら、本発明の利点は、それらの処理（例えば、絡み合い、及び／又は、バインダーの適用など）が、良質な製造物を製造するために必要ではなく、それらの工程が方法から省略され得ること、好ましくは、それらの工程が方法から省略されることである。

ウエブ層を作製するために使用される繊維は、カーディング工程において遭遇する温度に耐えることができるタイプのどれもが可能である。様々なポリマー繊維が、例えば、ナイロン又は他のポリアミド、ポリプロピレン、ポリエチレン及びポリエステルなどが、天然繊維（例えば、綿、麻又は羊毛など）が有用であるように、すべて有用である。炭素繊維も同様に使用することができる。産業方法からの廃繊維もまた使用することができる、これには、例えば、耳断ち落し部及び糸屑などが含まれる。しかしながら、主として費用及び生態学の理由のために、使用済みのカーペット材製造物から得られる繊維を使用することが非常に好ましい。これらの繊維は好ましくは、パイルカーペットの切断されたループパイル又は連続ループパイルから得られる繊維からなるか、或いは、これらの繊維は主として、パイルカーペットの切断されたループパイル又は連続ループパイルから得られる繊維である。これらのパイル繊維には、繊維を裏地材料又はスクリム材料に接着するために元のカーペットにおいて有用なバインダー材の粒子、同様にまた、パイルカーペットを組み立てるために使用されるバインダー組成物においてフィラーとして多くの場合に使用される無機材料（例えば、粘土など）の粒子が混入している可能性がある。繊維にはまた、元のカーペットに由来する裏地材料又はスクリム材料の一部が含有している可能性がある。繊維のデニールは好適には５〜５０であり、より好ましくは１０〜２５である。

ウエブ層はまた、繊維に加えて、他の材料を含有することができる。そのような材料は好ましくは、製造物の緩衝特性を妨げないように柔らかく、柔軟であり、また、好ましくは低い密度を有する。そのような他の材料は、存在する場合、最大寸法が最大でも約１インチ（２．５ｃｍ）（好ましくは最大でも１／２インチ（１．２５ｃｍ））である粒子の形態でなければならない。ポリマーフォームが、それらが小片物に粉砕されるか、又は、そうでない場合には小片物にされる場合、有用なさらなる材料である。発泡させた天然ゴム又は合成ゴムが、好ましいタイプであり、これらには、ポリウレタンフォームが含まれる。これらのポリマーフォームは未使用材料であることが可能であり、しかし、費用及び生態学の理由のために、屑材料又は使用済み材料を使用することが好ましい。これらのさらなる材料がウエブ層に存在する場合、繊維はウエブ層の重量の少なくとも３０％（好ましくは少なくとも５０％）を構成しなければならない。

ポリウレタンフォーム配合物がウエブ層に加えられ、その後、湿潤化されたウエブ層が、繊維を機械的にポリウレタンフォーム配合物により完全に湿潤化させるために圧縮される。これを行う様式は、ポリウレタンフォーム配合物がウエブ層内に十分に分布させられる場合、本発明にとって重要でないと考えられる。これらの工程を行うための便利な方法が工業的には、ウエブ層をポリウレタンフォーム配合物の適用点に対して長さ方向に移動させ、そして、ポリウレタンフォーム配合物を移動しているウエブ層に加えることを可能にする可動プラットフォーム（例えば、コンベヤベルト、幅出機又は類似の装置など）の上にウエブ層を置くことである。横切る分配ヘッド（これは繊維ウエブ層の幅全体を往復する）を、ポリウレタンフォーム配合物をウエブ層の上に分配するために使用することができる。層は、層をローラーの下に、又は、ローラーの間に、又は、ドクターブレードの下に通すことによって容易に機械的に圧縮することができる。ウエブ層は、個々の繊維をポリウレタンフォーム配合物と接触させるために、その元の厚さの５％〜３５％に圧縮されてもよい。保護フィルムの層を、湿潤化されたウエブ層を圧縮する前に、又は、湿潤化されたウエブ層が圧縮されるにつれ、湿潤化されたウエブ層の上部に適用し、その結果、フィルムを圧縮するために使用されるデバイスがポリウレタンフォーム配合物により汚染されないようにすることが多くの場合、有用である。同様に、保護フィルムの別の層が、ウエブ層と、可動プラットフォームとの間に置かれることがある。

約１重量部〜約１９重量部（好ましくは１重量部〜９重量部、一層より好ましくは２重量部〜５重量部）のポリウレタンフォーム配合物をこの工程で加えることができる（これらはウエブ層の単位重量部あたりである）。

ポリウレタンフォーム配合物は、少なくとも１つのポリイソシアナートと、水と、当量重量が少なくとも５００である少なくとも１つのポリオールとを含有し、また、より詳しくは下記で記載されるように、他の成分も同様に含有することができる。このタイプのポリウレタンフォーム配合物は非常に反応性である。従って、ポリウレタンフォーム配合物は、前もっては多くても一部のみが配合されるだけであり、この場合、ポリイソシアナートは、分注直前まで、水、ポリオール及び他のイソシアナート反応性化合物から分離されたままにされる。ポリイソシアナートが水及びポリオールと混合されると、フォームを形成するゲル化及び発泡反応が数秒以内に生じ始める。ポリウレタンフォーム配合物を繊維ウエブ層に加える工程、及び、湿潤化された繊維ウエブ層を機械的に圧縮する工程は、発泡反応及びゲル化反応が有意な程度にまで進行しないうちに行われなければならない。ほとんどの場合において、これらの工程は、ポリイソシアナートがポリウレタンフォーム配合物における水及びポリオールと接触させられるときから１５秒以内に行われなければならない。これらの工程をそのようなときから１０秒以内又は７秒以内に行うことがより好ましい。

ポリウレタンフォーム配合物の成分は、一緒に混合し、フォーム配合物をウエブ層に加える前に冷却される。成分は好ましくは、それらが混合されるとき、それぞれが１５℃未満（より好ましくは１０℃以下）の温度を有する。成分が液体のままであり、かつ、容易に加工するために粘性が大きすぎない場合、どのようなより低い温度も好適である。成分を０℃未満に冷却することは通常、必要ない。この冷却は発泡反応及びゲル化反応の初期進行を遅らせ、その結果、適用工程及び湿潤化工程を行うための方法窓を広げる。成分が混合され、フォーム配合物が反応し始めると、発熱反応が生じ、これにより、配合物の温度が上がることになる。フォーム配合物の温度は、フォーム配合物が最初にウエブ層と接触するとき、２０℃を超えてはならず、好ましくは１５℃を超えてはならず、さらにより好ましくは１２℃を超えてはならない。

湿潤化されたウエブ層はその後、０．２５インチ〜１．０インチの厚さの規格に合わせられる。正確な厚さは、作製されている具体的な製造物、同様にまた、所望される製造物密度に依存するであろう。規格に合わせることが、湿潤化されたウエブ層をローラー又はブレードの下に、或いは、一対のニップローラーの間に、或いは、より好ましいが、所望される厚さで事前に設定されるダブル・バンド・ラミネーター（ｄｏｕｂｌｅ ｂａｎｄ ｌａｍｉｎａｔｏｒ）の中に通すことによって都合よく行われる。

規格に合わせられると、湿潤化されたウエブ層は、ポリウレタンフォーム配合物を硬化させて、５重量％〜５０重量％のカーディング処理（ｃａｒｄｅｄ）繊維ウエブを含有する硬化及び規格化されたポリウレタンフォーム緩衝材を製造するために、８０℃〜１６０℃の温度に加熱される。規格は、硬化方法の期間中を通して、少なくとも、フォーム配合物が十分に硬化して、緩衝材が、加えられた圧力がなくてもその規格を維持することができ、かつ、１０％未満の即時ロールセット（これは下記で記載されるように測定される）を示すようなときまでは維持される。規格を「維持する」ことによって、湿潤化されたウエブ層が、その厚さが所望の値で保たれるような機械的圧力のもとで保たれることが意味される。これは、例えば、湿潤化されたウエブ層を２つの加熱されたプラテンの間に必要な時間にわたって保持することによって行われてもよく、或いは、より好ましいが、湿潤化されたウエブ層を、連続製造を可能にするダブル・バンド・ラミネーター又は類似のデバイスに通すことによって行われてもよい。ダブル・バンド・ラミネーターは、必要とされる硬化温度を提供する加熱されたプラテンを有してもよく、或いは、オーブン又は他の加熱デバイスに設置されてもよい。

好ましい硬化温度が１００℃〜１３０℃である。温度を、良好なフォーム気泡構造を維持する様式で発泡反応及びゲル化反応を均衡させるために一定の期間にわたって上昇させることが望ましい場合がある。

硬化時間は、できる限り短くしなければならない。これは、より短い硬化時間は、より速い稼働速度、及び、より低い製造費用につながるからである。ポリウレタン発泡配合物の成分及び硬化時間を一緒に選択し、その結果、ポリウレタンフォーム配合物が硬化して、製造物の緩衝材が、加えられた圧力がなくてもその規格を維持することができ、かつ、１０％未満の即時ロールセット（これは下記で記載されるように測定される）を示す点に達することが、ポリウレタンフォーム配合物が最初にウエブ層と接触したときから１０分以内、好ましくは５分以下内であるようにすることが一般に好ましい。好ましい方法、すなわち、湿潤化されたウエブ層が、湿潤化されたウエブ層を規格化装置及び加熱装置に連続して通すことによって硬化させられる方法において、ライン速度及び加熱帯域の長さは、硬化に影響を与えるための十分な時間を提供するために互いに連携して選択されるであろう。

所望される場合、装飾的又は機能的なパターンを硬化工程の期間中に緩衝材に型押しすることができる。

硬化させられた製造物はその後、巻き取る状態になっているか、又は、他の下流側の操作に移すことができる。数多くの下流側の操作が、製造されている緩衝用製造物の具体的なタイプに依存して可能である。例えば、製造方法で使用され得る剥離フィルムが廃棄又は再使用のために取り除かれる可能性がある。１つ又はそれ以上のさらなる層が、様々な方法（例えば、火炎貼合わせ又は接着など）を使用して、又は、何らかの機械的方法により、緩衝材に取り付けられる可能性がある。これらのさらなる層は、例えば、強化層、剥離層（これは、緩衝材がグルーダウン（ｇｌｕｅ−ｄｏｗｎ）設置での床から容易に取り除かれることを可能にする）、カーペットパイル層、合成芝層又は他のタイプの外観表面、水分バリア層、及び、接着層などであり得る。これらのさらなる層はまた、ウエブ層をさらなる層の上に置き、そして、湿潤化、規格化、及び、そのさらなる層の上での分配のその後の方法工程を行うことによってフォーム緩衝材の製造と同時に取り付けることができる。代替において、又は、加えて、湿潤化された繊維ウエブ層を形成することができ、そして、さらなる層を、規格化工程の前又は後で、しかし、ポリウレタンフォーム配合物が硬化してしまう前に、この湿潤化された繊維ウエブ層の上に置くことができる。良好な一体的表皮層が通常、製造物の表面に生じるので、水分バリア材又は他の表皮層材を適用することは通常、不要であり、また、埋め込まれた繊維により、良好な引裂き強度がもたらされるので、強化層が多くの場合、製造物から省略され得ることは注目される。

他の可能な下流側の操作には、断ち落し、長さに合わせた切断、所望される形状への切断（例えば、床タイル製造物を作製するために）、及び、様々な局所的処理の適用などが含まれる。

これらの随意的なさらなる層を除いて、製造物である緩衝材は典型的には、嵩密度が約２．５ポンド／立方フィート〜１５ポンド／立方フィート（４０ｋｇ／ｍ^３〜２４０ｋｇ／ｍ^３）であり、好ましくは３ポンド／立方フィート〜１０ポンド／立方フィート（４８ｋｇ／ｍ^３〜１６０ｋｇ／ｍ^３）であり、より好ましくは４ポンド／立方フィート〜８ポンド／立方フィート（６４ｋｇ／ｍ^３〜１２８ｋｇ／ｍ^３）である。繊維含有量は５重量％から５０重量％にまで及んでもよく、より好ましくは１０重量％〜５０重量％であり、さらにより好ましくは１６重量％〜３３重量％である。

本発明に従って製造され、かつ、記述したとおり嵩密度及び繊維含有量を有する緩衝材製造物はまた、本発明によるそのような緩衝材製造物を様々な床材適用のために好適にする他の望ましい性質を有する。本発明によるそのような緩衝材製造物は多くの場合、下記に記載される方法に従って７０℃で測定される場合、１５％未満の５０％圧縮永久ひずみを有する。本発明によるそのような緩衝材製造物は多くの場合、下記に記載される方法に従って測定される場合、少なくとも１４ｋＰａ（好ましくは少なくとも２０ｋＰａ）で、４１ｐＫａまでの２５％押込加重撓み（ＩＬＤ）を示す。本発明によるそのような緩衝材製造物は多くの場合、下記に記載される模擬歩行者往来試験に供されたとき、その２５％ ＩＬＤ値の３０％超を保持し、より典型的には５０％超を保持する。

ポリウレタン形成混合物は、芳香族イソシアナート、脂環式イソシアナート又は脂肪族イソシアナートであり得る少なくとも１つの有機ポリイソシアナートを含む。芳香族ポリイソシアナートが好ましく、中でも、ジフェニルメタンジイソシアナート（ＭＤＩ）及び／又はポリメチレンポリフェニルイソシアナート（ＰＭＤＩ）が、一般にはより大きい反応性、入手性及び費用に基づいて好ましい。ＭＤＩは、その２，４’−異性体、その４，４’−異性体、又は、それらの何らかの混合物であり得る。ＰＭＤＩは一般に、１つ又はそれ以上のポリメチレンポリフェニルイソシアナートと、何らかのＭＤＩとの混合物であり、この場合、混合物のＭＤＩ部分はその２，４’−異性体及びその４，４’−異性体のどちらか又は両方であり得る。プレポリマーを、過剰なポリイソシアナートをポリオール、アミノアルコール又はポリアミンと反応させることによって前記ポリイソシアナートのどれからでも形成することができる。好ましいタイプのプレポリマーが欧州特許第４８５，９５３号Ｂに記載される。ポリイソシアナートは一般に、約０．８５〜１．５（好ましくは０．９〜１．２５）のイソシアナートインデックスを与えるために十分な量で使用される。

ポリウレタンフォーム配合物はまた、（ヒドロキシル基あたりの）当量重量が少なくとも５００である少なくとも１つのポリオールを含む。２つ以上のそのようなポリオールが存在してもよい。このポリオールの当量重量は好ましくは約７５０〜３０００であり、より好ましくは１０００〜２０００である。ポリオールは、分子あたり平均して約１．８個〜４個（好ましくは約２個〜約３個）のヒドロキシル基を有しなければならない。ポリオールは、第二級ヒドロキシル基又は第一級ヒドロキシル基、或いは、それらの何らかの組み合わせを有することができる。しかしながら、ヒドロキシル基の少なくとも５０％、より好ましくは、ヒドロキシル基の少なくとも８０％が第一級ヒドロキシル基であることが好ましい。これは、これらがイソシアナート基に対してより大きい反応性を有しており、従って、配合物をより速く硬化させることができるからである。これらのポリオールは、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、植物油及び／又は脂肪酸から調製されるポリオール、或いは、他のタイプであり得る。ポリエーテルポリオールが好ましく、とりわけ、５重量％〜２５重量％の末端ポリ（エチレンオキシド）ブロックを含有するプロピレンオキシドのポリマーが好ましい。

とりわけ好ましいタイプのポリオールが、主に第一級ヒドロキシル基を含有するアミン開始ポリオールであり、例えば、米国特許第６，７６２，２７４号に記載されるポリオールなどである。

ポリウレタンフォーム配合物はまた、水を含み、この場合、この水はポリイソシアナートと反応して、発泡ガス（二酸化炭素）を同時に生じさせ、分子量をウレア結合の形成により組み立てる。水は一般に、当量重量が５００以上であるポリオール（１つ又はそれ以上）の１００重量部あたり約２重量部〜約７重量部の量で存在する。好ましい量が、同じ基準で３部〜６部である。

ポリウレタンフォーム配合物は、上記のポリイソシアナート、ポリオール及び水に加えて、様々な他の成分を含有することができる。

触媒が好ましくは存在する。広範囲の様々なアミン触媒及び有機スズ触媒が好適であり、これらには、ジ−ｎ−ブチルスズビス（メルカプト酢酸イソオクチルエステル）、ジメチルスズジラウラート、ジブチルスズジラウラート、ジブチルスズジアセタート、ジブチルスズスルフィド、オクタン酸第一スズ、オクタン酸鉛、ニッケルアセチルアセトナート、第二鉄アセチルアセトナート、ビスマスのカルボン酸塩、トリエチレンジアミン、Ｎ−メチルモルホリン、同様な化合物、及び、それらの混合物が含まれる。アミンブロック型のスズ（ＩＶ）触媒（例えば、米国特許第５，４９１，１７４号に記載される触媒など）を使用することができる。湿潤化工程が完了すると、迅速な硬化が必要であるということを考慮して、遅効性触媒を使用することは一般に望ましくない。有機金属触媒が用いられる場合、有機金属触媒は一般に、重量比でポリウレタンフォーム配合物の１００部あたり約０．０１部〜約０．５部の量で存在する。第三級アミン触媒が用いられる場合、この触媒は一般に、重量比でポリウレタンフォーム配合物の１００部あたり約０．０１部〜約３部の第三級アミン触媒の量で存在する。

ポリウレタンフォーム配合物は少なくとも１つの界面活性剤を含むことができ、この場合、界面活性剤は、組成物が硬化し終わるまでフォームの泡を安定化させるために働く。有機シリコーン系界面活性剤、例えば、米国特許第４，４８３，８９４号に記載される有機シリコーン系界面活性剤などが好ましい。界面活性剤が存在する場合、１００重量部のポリオールあたり約３部までの界面活性剤を含むことが典型的である。しかしながら、本発明の１つの驚くべき利点が、界面活性剤が多くの場合、正確で均一な気泡構造を有する良質なフォームを依然として製造しながら、省略できることである。

１つ又はそれ以上の架橋剤（これにより、少なくとも３つのイソシアナート反応基を有し、かつ、イソシアナート反応基あたりの当量重量が４９９までであり、好ましくは２５０までである化合物が意味される）をポリウレタンフォーム配合物に存在させることができる。鎖延長剤（これにより、ちょうど２つのイソシアナート反応基を有し、かつ、イソシアナート反応基あたりの当量重量が４９９までであり、好ましくは２５０までである化合物が意味される）もまた存在させることができる。架橋剤及び鎖延長剤は通常、少量で、例えば、当量重量が５００以上であるポリオール（１つ又はそれ以上）の１００重量部あたり２０重量部までの量（好ましくは５重量部までの量、より好ましくは２重量部までの量）で使用される。好適な架橋剤及び鎖延長剤の例には、トリエタノールアミン、ジエタノールアミン、モノエタノールアミン、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリトリトール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、１，４−ジメチロールシクロヘキサン、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、１，３−プロパンジオール、ジエチルトルエンジアミン、アミン末端ポリエーテル（例えば、Ｊｅｆｆａｍｉｎｅ Ｄ−４００（これは、Ｈｕｎｔｓｍａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから得られる）など）、アミノエチルピペラジン、２−メチルピペラジン、１，５−ジアミノ−３−メチルペンタン、イソホロンジアミン、エチレンジアミン、ヘキサンジアミン、ヒドラジン、ピペラジン、及び、それらの混合物などが含まれる。アミン系の架橋剤及び鎖延長剤は、配合物の初期反応性を低下させ、そして、フォーム層を加え、規格に合わせるためのより多くの作業時間を提供するために、ブロックすることができ、又は、カプセル封入することができ、又は、他の方法により、反応性をより小さくすることができる。

ポリウレタンフォーム配合物はフィラーを含むことができ、この場合、フィラーは全体的な費用を下げ、また、耐燃性、堅さ、及び、製造物に対する他の物理的性質を改善する可能性がある。フィラーはポリウレタンフォーム配合物の総重量の約５０パーセントまでを構成することができる。好適なフィラーには、タルク、雲母、モンモリロナイト、大理石、硫酸バリウム（バライト）、ミルド・グラス・グラナイト（ｍｉｌｌｅｄ ｇｌａｓｓ ｇｒａｎｉｔｅ）、ミルド・グラス、炭酸カルシウム、アルミニウム三水和物、炭素、アラミド、シリカ、シリカ−アルミナ、ジルコニア、タルク、ベントナイト、三酸化アンチモン、カオリン、フライアッシュ及び窒化ホウ素が含まれる。

他の添加物を使用することができ、これには、難燃剤、顔料、帯電防止剤、強化用繊維、酸化防止剤、保存剤及び酸スカベンジャーなどが含まれる。

緩衝用製造物は、家庭用、事務所用、産業用、施設用又は他の状況において、カーペット下敷きとして使用することができる。これに関連して、緩衝用製造物は、従来のカーペット詰め物用製造物と同じ様式で設置及び使用することができる。述べられたように、緩衝用製造物は、織物カーペット製造物又はタフテッド（ｔｕｆｔｅｄ）カーペット製造物の下面において、取り付けられた緩衝材の形態を取る可能性がある。緩衝用製造物はまた、例えば、家具パッド及び様々な包装適用を含めて、他の詰め物適用及び緩衝適用のために有用である。

配合されたポリオール混合物が、当量重量が１７００であり、公称的には三官能性であるアミン開始ポリオール（これは米国特許第６，７６２，２７４号の一般的方法に従って調製される）の１２００重量部と、ジエタノールアミンの水における８５％溶液の１２部と、４３．７部の水と、トリエチレンジアミンのジプロピレングリコールにおける３３％溶液の１８部とを混合することによって調製される。これらは完全に混合され、７℃に冷却される。

破砕された使用済みカーペット繊維（これは主にナイロン繊維を含有し、長さが約８．５±４．８ｃｍである）をカーディング処理し、２０．９ｇの重量を有する３０．５×３０．５の層にする。このウエブ層をポリエチレン剥離フィルムの２つの層の間に挟み、１２１℃に予熱される３０．５ｃｍ×３０．５ｃｍ×１．１１ｃｍの上部開放鋳型の中に置く。ウエブ層を鋳型内で３０分間加熱して、残留水分を層から追い出し、その後、冷却して周囲温度に戻す。上部の剥離フィルム層を引き戻し、直径が４．５ｃｍである、３５００ｇの、長さ３０．４ｃｍのローラーを開放鋳型の一方の端に置く。１０４．６４ｇの冷却されたポリオール混合物を、イソシアナート含有量が２９．４％である冷却された（７℃の）ＰＭＤＩ製造物（ＳＰＥＣＦＬＥＸ（商標）ＮＥ１３４イソシアナート、これは、Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから得られる）の６６．０８ｇと混合し、６５ｇの得られたポリウレタンフォーム配合物を鋳型内のカーディング処理繊維ウエブの上に直ちに注ぐ。剥離フィルムを元に戻し、ローラーを剥離フィルムの上に鋳型全面に引き下げ、これにより、繊維ウエブを圧縮し、個々の繊維をポリウレタンフォーム配合物により湿潤化させる。その後、上部を鋳型の上に置き、鋳型を１２１℃のオーブンに入れ、ポリウレタンフォーム配合物を１２１℃で５分間硬化させる。鋳型をオーブンから取り出し、サンプルを取り出す。サンプルを、性能特性試験のために、ＡＳＴＭ３６７５−７８において指定される条件のもとで７日間、時効処理する。密度、圧縮永久ひずみ及びサンプル厚さをＡＳＴＭ３６７５−７８に従って測定する。ＩＬＤをＡＳＴＭ３５７４−７８に従って測定する。

圧縮永久ひずみが下記のように測定される。２インチ×２インチ（５ｃｍ×５ｃｍ）のフォーム試料を、それぞれがおよそ１インチ（２．５ｃｍ）の厚さである積層試料の２つの積み重ね体にする。積み重ね体を、面積が１平方インチ（６．４５ｃｍ^２）である円形の押さえを備えるＩｎｓｔｒｏｎ引張り試験装置に置き、試料の厚さを１００グラム／平方インチ（１００ｇ／６．４５ｃｍ^２）の加荷重で測定する。

その後、試料を、それぞれが試料面積よりも大きい２つの平行するプレートの間でその元の厚さの５０％に圧縮する。その後、試料をこの圧縮された厚さで保ち、循環式エアーオーブンにおいて７０℃で２２時間加熱する。

その後、試料をオーブンから取り出し、再膨張させる。試料をオーブンに０．５時間戻し、その後、５分間〜１０分間冷却する。その後、厚さを前述のように再測定する。圧縮永久ひずみが下記のように計算される：
Ｃ_ｆ＝１００（ｔ_ｏ−ｔ_ｆ）／ｔ_ｏ
式中、Ｃ_ｆは圧縮永久ひずみであり、ｔ_ｏは元の厚さであり、ｔ_ｆは最終の試料厚さである。

ボール反発が、ＡＳＴＭ Ｄ３５７４−８６の試験方法Ｈに従って求められる。但し、この試験方法は、サンプルサイズが２インチ×６インチ（２．５ｃｍ×１５ｃｍ）であり、かつ、サンプルの高さが、コンポジットの多数の層を積み重ねることによって約１インチ（２．５ｃｍ）にまで増やされる点で変更される。

２５％ ＩＤＬが下記のように測定される。十分な２インチ×６インチ（２．５ｃｍ×１５ｃｍ）の削られたコンポジット試料を積み重ねて、それぞれがおよそ１インチ（２．５ｃｍ）の厚さである積層試料の積み重ね体を形成する。積み重ね体を、面積が１平方インチ（６．４５ｃｍ^２）である円形の押さえを備えるＩｎｓｔｒｏｎ引張り試験装置に置き、試料の厚さを１００グラム／平方インチ（１００ｇ／６．４５ｃｍ^２）の加荷重で測定する。試料を、１平方インチの押さえを使用してその元の厚さの７５％に圧縮し、試料をそのように圧縮するために要求される荷重を求める。この読み取り値がフォームの圧縮抵抗である。この手順を二連の積み重ね体に対して繰り返し、結果を平均化する。

２５％ ＩＬＤの保持が下記のように求められる。２５％ ＩＬＤが上記のようにサンプルに対して測定される。その後、サンプルは、サンプル上で繰り返し歩行者往来をシミュレートするＨｅｘａｐｏｄ試験機での１２，０００回の圧縮サイクルに供され、２５％ ＩＬＤが前記のように再測定される。２５％ ＩＬＤの保持が、最初の２５％ ＩＬＤ測定値の百分率としての２番目の２５％ ＩＬＤ測定値として計算される。

前記試験の結果が表１に示される。市販されている反発性のカーペット下敷き製造物の性質が比較のために示される。

表１におけるデータは、密度及び詰め物重量が実施例１についてはより低いとしても、また、実施例１が著しい使用済み繊維含有量を含有するとしても、実施例１が、市販の反発性材料のＩＤＬ値、圧縮永久ひずみ値及びボール反発値にごく近いＩＤＬ値、圧縮永久ひずみ値及びボール反発値を有することを示す。実施例１についてのＩＬＤ保持もまた、市販の反発性材料のＩＬＤ保持よりも良好である。

界面活性剤が存在しないにもかかわらず、緩衝材は良好な均一気泡構造及び良好な性質を有する。

実施例１が、下記の配合されたポリオール混合物を実施例１で記載されるポリオール混合物の代わりに使用して繰り返される：
８７％のプロピレンオキシド及び１３％のエチレンオキシドの、当量重量が１０３０であり、公称的には三官能性であるランダムコポリマー：１９部
８８％の第一級ヒドロキシル基を有する、当量重量が１５５０であり、公称的には三官能性であるエチレンオキシドキャップドポリ（プロピレンオキシド）：８１部
ジエタノールアミンの水における８５％溶液：０．６部
シリコーン界面活性剤：１．５部
水：３．６１部
トリエチレンジアミンのジプロピレングリコールにおける３３％溶液：０．１７部
ジプロピレングリコールにおける３０％のビス（ジメチルアミノエチル）エーテル：０．１２部

条件はそれら以外の点では、鋳型の温度がほんの１００℃であることを除いて実施例１の条件と同一である。

性質が実施例の場合と同様に測定され、結果が表２に示される通りである：

Claims (10)

1. 発砲ポリウレタン床材製造物(floor covering product)を調製するための方法であって、
   ａ）ウエブ層が１５０ｇ／ｍ^２〜６６０ｇ／ｍ^２の重量を有し、かつ、前記ウエブ層における繊維が７ｃｍ〜１４０ｃｍの平均長さを有するように、少なくとも３０重量％の繊維を含有するウエブ層を形成すること；
   ｂ）少なくとも１つのポリイソシアナートと、水と、当量重量が少なくとも５００である少なくとも１つのポリオールとを含む冷却されたポリウレタンフォーム配合物を前記ウエブ層に連続的に加え、前記ウエブ層及び加えられたポリウレタンフォーム配合物を一緒に圧縮して、前記ウエブ層における前記繊維を機械的に完全に湿潤化すること；及び、その後、
   ｃ）前記湿潤化されたウエブ層を０．２５インチ〜１．０インチの厚さの規格に合わせ、そして、前記規格を維持しながら、前記ポリウレタンフォーム配合物を８０℃〜１６０℃の温度に加熱して、前記ポリウレタンフォーム配合物を硬化させて、５重量％〜５０重量％の前記繊維を含有する硬化及び規格化されたポリウレタンフォーム緩衝材を製造することを含む方法。
2. 前記冷却されたポリウレタンフォーム配合物が、前記ウエブ層に加えられるとき、１５℃以下の温度を有する、請求項１に記載の方法。
3. 前記冷却されたポリウレタンフォーム配合物が、前記ウエブ層に加えられるとき、１０℃以下の温度を有する、請求項２に記載の方法。
4. 前記ウエブ層が、少なくとも５０重量％の繊維を含有する、請求項１から２のいずれかに記載の方法。
5. 前記ウエブ層がさらに、少なくとも５０重量％の繊維を含有する、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
6. 前記ウエブ層がカーディング処理(carded)繊維を含有する、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
7. 前記繊維が使用済み(postconsumer)カーペット材製造物から得られる、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
8. 前記発泡ポリウレタン床材製造物が３ポンド／立方フィート〜１０ポンド／立方フィート（４８ｋｇ／ｍ^３〜１６０ｋｇ／ｍ^３）の密度を有する、請求項１から６のいずれかに記載の方法。
9. 請求項１から７のいずれかに記載される方法によって製造される発泡ポリウレタン床材製造物。
10. ５％〜３０％の繊維を含有する、請求項８に記載の製造物。