JPH0415251B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0415251B2
JPH0415251B2 JP2151793A JP15179390A JPH0415251B2 JP H0415251 B2 JPH0415251 B2 JP H0415251B2 JP 2151793 A JP2151793 A JP 2151793A JP 15179390 A JP15179390 A JP 15179390A JP H0415251 B2 JPH0415251 B2 JP H0415251B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
weight
foam
prepolymer
diol
sponge
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP2151793A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0314813A (en
Inventor
Reberetsuto Gusurii Jeemuzu
Yuura Aakuetsuto Suuzu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
WR Grace and Co
Original Assignee
WR Grace and Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US06/314,537 external-priority patent/US4377645A/en
Application filed by WR Grace and Co filed Critical WR Grace and Co
Publication of JPH0314813A publication Critical patent/JPH0314813A/en
Publication of JPH0415251B2 publication Critical patent/JPH0415251B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/70Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the isocyanates or isothiocyanates used
    • C08G18/72Polyisocyanates or polyisothiocyanates
    • C08G18/77Polyisocyanates or polyisothiocyanates having heteroatoms in addition to the isocyanate or isothiocyanate nitrogen and oxygen or sulfur
    • C08G18/78Nitrogen
    • C08G18/79Nitrogen characterised by the polyisocyanates used, these having groups formed by oligomerisation of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/797Nitrogen characterised by the polyisocyanates used, these having groups formed by oligomerisation of isocyanates or isothiocyanates containing carbodiimide and/or uretone-imine groups
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/28Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
    • C08G18/40High-molecular-weight compounds
    • C08G18/48Polyethers
    • C08G18/4833Polyethers containing oxyethylene units
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/28Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
    • C08G18/65Low-molecular-weight compounds having active hydrogen with high-molecular-weight compounds having active hydrogen
    • C08G18/66Compounds of groups C08G18/42, C08G18/48, or C08G18/52
    • C08G18/6666Compounds of group C08G18/48 or C08G18/52
    • C08G18/667Compounds of group C08G18/48 or C08G18/52 with compounds of group C08G18/32 or polyamines of C08G18/38
    • C08G18/6674Compounds of group C08G18/48 or C08G18/52 with compounds of group C08G18/32 or polyamines of C08G18/38 with compounds of group C08G18/3203
    • C08G18/6677Compounds of group C08G18/48 or C08G18/52 with compounds of group C08G18/32 or polyamines of C08G18/38 with compounds of group C08G18/3203 having at least three hydroxy groups
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/28Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
    • C08G18/65Low-molecular-weight compounds having active hydrogen with high-molecular-weight compounds having active hydrogen
    • C08G18/66Compounds of groups C08G18/42, C08G18/48, or C08G18/52
    • C08G18/6666Compounds of group C08G18/48 or C08G18/52
    • C08G18/667Compounds of group C08G18/48 or C08G18/52 with compounds of group C08G18/32 or polyamines of C08G18/38
    • C08G18/6681Compounds of group C08G18/48 or C08G18/52 with compounds of group C08G18/32 or polyamines of C08G18/38 with compounds of group C08G18/32 or C08G18/3271 and/or polyamines of C08G18/38
    • C08G18/6688Compounds of group C08G18/48 or C08G18/52 with compounds of group C08G18/32 or polyamines of C08G18/38 with compounds of group C08G18/32 or C08G18/3271 and/or polyamines of C08G18/38 with compounds of group C08G18/3271
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/70Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the isocyanates or isothiocyanates used
    • C08G18/72Polyisocyanates or polyisothiocyanates
    • C08G18/721Two or more polyisocyanates not provided for in one single group C08G18/73 - C08G18/80
    • C08G18/725Combination of polyisocyanates of C08G18/78 with other polyisocyanates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2110/00Foam properties
    • C08G2110/0008Foam properties flexible
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2110/00Foam properties
    • C08G2110/0041Foam properties having specified density
    • C08G2110/005< 50kg/m3
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2110/00Foam properties
    • C08G2110/0041Foam properties having specified density
    • C08G2110/0058≥50 and <150kg/m3
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2110/00Foam properties
    • C08G2110/0083Foam properties prepared using water as the sole blowing agent

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は、湿つているとき最小の膨潤と乾燥期
間中カールしない特性を有するセルローススポン
ジの一般的外観及びふき取り特性を有するスポン
ジをつくることができるポリウレタンプレポリマ
ーに関する。 ふき取りスポンジ又は洗浄パツドもしくは浴室
用マツトの如きスポンジをベースとする複合体
(composites)に使用するセルロースフオームを
ポリウレタンフオームで代替することはスポンジ
工業の最終目標であつた。一般に、十分有用に新
水性である先行技術のポリウレタンフオームはそ
れらが例え75〜100容量%より多い程度湿つてい
る場合大幅に膨潤する傾向がある。それらはゆつ
くりと且つ不均一に乾燥してそれらが乾燥するに
つれてカール又はしわ寄りを生じる。この特性は
家庭スポンジ用途には好ましくはない。フロツク
ド壁カバー(flocked wall coverings)に対する
代替物としてポリウレタンフオームを使用するこ
とが提唱された。しかしながら、これらのフオー
ム及び得られるバツクリング(buchling)のカー
ル及びしわ寄りを生じるという性質の点からみ
て、これ等のフオームは、フロツクド壁カバー用
代替物として使用するのに適していない。 米国特許第3806474号においては、親水性ポリ
エステルウレタンフオームが開示されている。し
かしながら、このフオームは急速に完全湿潤
(wet out)せず清浄な表面が得られるようにふ
き取り(wiping)をしない。 米国特許第4160076号において、親水性ポリウ
レタンをベースとする疑似天然スポンジが開示さ
れている。しかしながら、これが天然スポンジに
疑似するとしても、それらが湿潤すると大巾に膨
潤するというポリウレタンスポンジの問題を依然
として有する。 常用のポリウレタンフオームは、メチレン−ビ
ス(フエニルイソシアネート)であるMDIから
つくられた。これらのフオームはMDIが結晶性
を付与するため硬質又は半硬質である。 それらはMDIそれ自体が疎水性である故に一
般に疎水性である。英国特許第874430号におい
て、柔軟なポリウレタンフオームは、少くとも二
つのヒドロキシル基を有するポリエーテルポリオ
ールと、ジアリールメタンジイソシアネート及び
2よりい大きい官能性を有するポリイソシアネー
ト5〜10重量%から成るポリイソシアネート混合
物との少量の水の存在下における反応によつて製
造される。触媒は任意の態様において使用するこ
とができる。これらのフオームは親水性ではなく
且つ、大量のフアイバー、充填剤、防腐剤又は他
の水溶性もしくは水分散性成分をフオーム内に移
送させるのに十分な量の水を使用して製造されな
いことそして任意の触媒の場合に望ましくない触
媒残留物が残存することがあるという欠点を有す
る。 米国特許第4237240号において、高い荷重支持
及び高いエネルギー吸収容量を有する柔軟な
MDIをベースとするフオームが、ポリエステル
ポリオール又はポリエステルポリオール含有率が
ポリオール混合物の少くとも60重量%であるポリ
エステルポリオール及びポリエーテルポリオール
の混合物及び少量の水とジフエニレンメタンジイ
ソシアネートの反応によつてつくられる。特許請
求の範囲に記載の如く、触媒が使用される、これ
らのフオームはフオームにおける望ましくない触
媒残留物を含む上記英国特許第874430号の欠点と
同じ欠点を有し、更にそれらはより高価なポリエ
ステルポリオールの使用を必要とする。 英国特許第1209058号においては、柔軟な親水
性ポリウレタンフオームは、加水分解安定性が得
られるように酸化プロピレンでキヤツプされた酸
化エチレンのブロツク共重合体少くとも10重量%
を含有するポリエーテルポリオールとポリイソシ
アネートを反応させることによつて製造すること
ができる。この方法は脂肪酸の少くとも一つの二
価錫塩及び/又は少くとも一つの三級アミンを触
媒として使用することを必要とする。この方法に
よつて製造されたフオーム生成物は親水性である
が、少量の水を使用してしかつくられないという
欠点を有する。更に、親水性フオーム生成物を製
造するのに疎水性であるMDIを使用するという
教示はなく、得られるフオームは望ましくない触
媒残留物を含有するであろう。 本発明の最終的目的は、良好な水保持及びふき
取り安定性(wiping stability)を有するが収縮
が15容量%より少なく、カール発生が無く迅速に
乾燥する32.5〜65.0Kg/m3(2〜4lb/ft3)の密
度を有する改良されたポリウレタンフオームを提
供することである。 本発明の他の最終的目的は、フロツクド壁カバ
ー又は種々の他のフオーム用途に対する基質とし
て並びにスポンジ用として使用できる良好な寸法
安定性を有する改良されたポリウレタンフオーム
を提供することである。 本発明の基本的目的は、水と混合されたときセ
ルロースをベースとするフオームと同様の上記の
ような特性を有するポリウレタンフオームを形成
し得るプレポリマーを提供することである。 これらの目的及び他の目的は本発明の説明が進
行するにつれて明らかとなるであろう。 本発明によれば、発泡剤として水を用いてポリ
ウレタンスポンジを製造するためのプレポリマー
の製造方法であつて、 a 少くとも50重量%のオキシエチレン基と多く
ても1100の公称数平均分子量を有し、公称モル
当り2−ヒドロキシル当量を有するポリ(オキ
シC24アルキレン)ジオールと、 b 優勢量の純粋なジフエニルメタンジイソシア
ネートと劣勢量のジフエニルメタンジイソシア
ネートのカルボジイミド及び三官能性環状アダ
クトとの混合物より成る2.0より大きい官能性
を有するジフエニルメタンジイソシアネート含
有イソシアネート生成物と、 c モル当り3又は4ヒドロキシル当量を有する
モノメリツクポリオール架橋剤と、 を反応させることより成り、該イソシアネート生
成物b)が成分a),b)及びc)の合計重量に
基いて50重量%より多く、該ジオールa)対ポリ
オール架橋剤c)のモル比が4:1乃至8:1の
範囲であり、イソシアネート当量対全ヒドロキシ
ル当量の割合が3:1乃至4:1の範囲であるよ
うな比率で、成分a),b)及びc)を使用する
ことを特徴とする方法が提供される。 新規なポリウレタンプレポリマーは、少なくと
も50重量%のオキシエチレン基を有するポリ(オ
キシC2〜4アルキレン)ジオール、MDIとMDIの
誘導体を含有するイソシアネートの混合物より成
る2.0より大きい官能性を有するジフエニルメタ
ンジイソシアネート含有イソシアネート、及び3
又は4のヒドロキシ官能性を有するモノメリツク
ポリオール架橋剤から誘導された。このプレポリ
マーは触媒の不存在下に水と反応してセルロース
スポンジの多くの特性を有する耐久性ポリウレタ
ンスポンジを生成することができる。これらのフ
オームは白色であり、従つて審美学上快いいもの
であり、医療及び健康監督用途(medical and
health care applications)にとつて望ましい。 好ましい成分はカーボワツクス1000
(carbowax1000)の如き80重量%より多くのオ
キシエチレン基を有するジオール、架橋剤として
トリメチロールプロパン(TMOP)及びイソシ
アネートとして、約2.1の官能性を有するアプジ
ヨーンポリマーケミカル(Upjohn Polymer
Chemicals)のイソシアネート生成物をベースと
する、以後MDIと称するメチレン−ビス(フエ
ニルイソシアネート)であるイソネート143L
(isocyanate Isonate 143L)を含む。 好ましい処法においては、ユニオンカーバイド
のポリ(オキシエチレン)ジオール生成物である
カーボワツクス(Carbowax)が最終生成物に水
吸収特性を付与するように使用される。上記好ま
しいTMOPが加えられて架橋剤としてのその作
用によつてフオーム生成物に強度を与える。ジオ
ール(カーボワツクスの如き)対モノメリツクポ
リオール架橋剤(TMOPの如き)のモル比がほ
ぼ4:1乃至8:1好ましくは約6:1の範囲に
あることは重要である。同時に、プレポリマーに
おけるイソシアネート当量対ヒドロキシ当量の比
は3〜4:1、好ましくは3.3〜3.7:1の範囲に
あるべきである。 イソシアネート生成物は全体のプレポリマーの
50重量%より多くするべきであり、それは2.0よ
り大きい官能性を有するべきである。これは単一
のイソシアネートのみとして2.0にすぎない官能
性を有する純粋なMDIを排除するであろう。好
ましいイソシアネート源としてのイソシアネート
143Lの使用は望ましい。何故ならばそれはダイ
マー、トリマー及び2.0より大きい水準まで官能
性を増加させ、且つプレポリマーの貯蔵安定性並
びにフオームの強度及び寸法安定性に貢献すると
考えられるカルボジイミド成分を含有するからで
ある。 遊離MDIの実際の含有率は、官能性が2.0より
大きい限りこのイソシアネート含有生成物におい
て上下に調節することができる。たとえば、追加
の純粋なMDIを加えることができる。 スポンジの耐久性を更に改良するために、約10
%又はそれ以下の量の相対的に短い約1.27cm(1/
2インチ)又はそれ以下のフアイバを水性懸濁液
に加える。好ましいフアイバーはポリエステルフ
アイバーである。フオーム形成機械を通して混合
物をポンプ送りできるように、増粘剤又は懸濁剤
を水性相に加えることができる。たとえば、高分
子量アクリル酸重合体であるカルボポール941を
加えることができ、それは水酸化アンモニウムの
如き塩基によつてPH7の水準に中和することがで
きる。 スポンジフオームは水とプレポリマーを好まし
くは両者を加熱しながら反応させることによつて
つくられる。フオーム気泡(form cell)を制御
するように表面活性剤を水に加えることができ
る。 2.0より大きい官能性を有するイソシアネート
生成物としては、例えば、カルボジイミドを形成
するようにMDIを反応させ次いで三官能性環状
アダクトを形成するように反応させて得られるイ
ソシアネート143L、すなわち、MDI、カルボジ
イミド及び環状アダクトが平衡にある混合物、が
好ましい。この混合物は、優勢量の純水なジフエ
ニルメタンジイソシアネートと劣勢量のジフエニ
ルメタンジイソシアネートのカルボジイミド及び
三官能性環状アダクトを含んでいる。下記A及び
B成分の混合物は143Lシステムを構成する。 式中R=
The present invention relates to polyurethane prepolymers from which sponges can be made that have the general appearance and wiping properties of cellulose sponges with minimal swelling when wet and non-curling properties during drying. It has been a goal of the sponge industry to replace cellulose foam with polyurethane foam in sponge-based composites such as wiping sponges or cleaning pads or bath mats. In general, prior art polyurethane foams that are sufficiently water-based to be useful tend to swell significantly if they are wetted by more than 75-100% by volume. They dry slowly and unevenly and curl or wrinkle as they dry. This characteristic is not desirable for household sponge applications. The use of polyurethane foam as an alternative to flocked wall coverings has been proposed. However, in view of the curling and wrinkling nature of these foams and the resulting buchling, these foams are not suitable for use as replacements for flocked wall coverings. In US Pat. No. 3,806,474 a hydrophilic polyester urethane foam is disclosed. However, this foam does not wet out quickly and does not wipe to obtain a clean surface. In US Pat. No. 4,160,076 a pseudo-natural sponge based on hydrophilic polyurethane is disclosed. However, even though this simulates a natural sponge, polyurethane sponges still have the problem of swelling extensively when they get wet. A commonly used polyurethane foam is made from MDI, which is methylene-bis(phenylisocyanate). These forms are rigid or semi-rigid due to the crystallinity imparted by MDI. They are generally hydrophobic since MDI itself is hydrophobic. In British Patent No. 874430, the flexible polyurethane foam is a polyisocyanate mixture consisting of a polyether polyol having at least two hydroxyl groups, a diarylmethane diisocyanate and 5 to 10% by weight of a polyisocyanate with a functionality greater than 2. It is produced by reaction with a small amount of water. Catalysts can be used in any embodiment. These foams are not hydrophilic and are not manufactured using sufficient amounts of water to transport large amounts of fibers, fillers, preservatives, or other water-soluble or water-dispersible ingredients into the foam; The disadvantage with any catalyst is that undesirable catalyst residues may remain. In U.S. Pat. No. 4,237,240, a flexible
MDI-based foams are formed by reacting diphenylenemethane diisocyanate with a polyester polyol or a mixture of polyester polyols and polyether polyols in which the polyester polyol content is at least 60% by weight of the polyol mixture and a small amount of water. It will be done. Catalysts are used as claimed, these foams have the same drawbacks as that of GB 874,430, including undesirable catalyst residues in the foam, and in addition they are more expensive than the more expensive polyesters. Requires the use of polyols. In British Patent No. 1209058, a flexible hydrophilic polyurethane foam is comprised of at least 10% by weight of a block copolymer of ethylene oxide capped with propylene oxide to provide hydrolytic stability.
It can be produced by reacting a polyether polyol containing polyisocyanate. This process requires the use of at least one divalent tin salt of a fatty acid and/or at least one tertiary amine as a catalyst. The foam products produced by this method are hydrophilic, but have the disadvantage that they can only be made using small amounts of water. Furthermore, there is no teaching of using MDI, which is hydrophobic, to produce hydrophilic foam products, and the resulting foam would contain undesirable catalyst residues. The ultimate objective of the present invention is to have good water retention and wiping stability, shrinkage less than 15% by volume, no curling and quick drying . An object of the present invention is to provide an improved polyurethane foam having a density of 1/ft 3 ). Another ultimate object of this invention is to provide an improved polyurethane foam having good dimensional stability that can be used as a substrate for flocked wall coverings or various other foam applications as well as for sponge applications. The basic object of the present invention is to provide a prepolymer which, when mixed with water, is capable of forming polyurethane foams having the above-mentioned properties similar to cellulose-based foams. These and other objects will become apparent as the description of the invention proceeds. According to the invention, there is provided a process for producing a prepolymer for producing polyurethane sponges using water as blowing agent, comprising: a at least 50% by weight of oxyethylene groups and a nominal number average molecular weight of at most 1100; a poly( oxyC2-4 alkylene) diol having a nominal 2-hydroxyl equivalents per mole; b a predominant amount of pure diphenylmethane diisocyanate and a minor amount of a carbodiimide and trifunctional cyclic adduct of diphenylmethane diisocyanate; and a monomeric polyol crosslinking agent having 3 or 4 hydroxyl equivalents per c mole; substance b) is greater than 50% by weight based on the total weight of components a), b) and c), and the molar ratio of diol a) to polyol crosslinker c) is in the range 4:1 to 8:1. A method is provided, characterized in that components a), b) and c) are used in such a ratio that the ratio of isocyanate equivalents to total hydroxyl equivalents ranges from 3:1 to 4:1. A novel polyurethane prepolymer consists of a poly( oxyC2-4 alkylene) diol having at least 50% by weight of oxyethylene groups, a diphenyl with a functionality greater than 2.0 and a mixture of isocyanates containing MDI and derivatives of MDI. isocyanate containing methane diisocyanate, and 3
or derived from a monomeric polyol crosslinker with a hydroxy functionality of 4. This prepolymer can be reacted with water in the absence of a catalyst to produce a durable polyurethane sponge that has many of the properties of cellulose sponge. These foams are white in color and are therefore aesthetically pleasing and suitable for medical and health supervision applications.
desirable for health care applications). Preferred ingredient is Carbo Wax 1000
Diols with more than 80% by weight of oxyethylene groups such as (carbowax 1000), trimethylolpropane (TMOP) as a crosslinking agent and Upjohn Polymer chemical with a functionality of about 2.1 as an isocyanate.
Isonate 143L, methylene-bis(phenyl isocyanate), hereinafter referred to as MDI, based on the isocyanate products of
(isocyanate Isonate 143L). In a preferred formulation, Union Carbide's poly(oxyethylene) diol product, Carbowax, is used to impart water absorption properties to the final product. The preferred TMOP is added to impart strength to the foam product through its action as a crosslinking agent. It is important that the molar ratio of diol (such as Carbowax) to monomeric polyol crosslinker (such as TMOP) is in the range of approximately 4:1 to 8:1, preferably about 6:1. At the same time, the ratio of isocyanate equivalents to hydroxyl equivalents in the prepolymer should be in the range 3-4:1, preferably 3.3-3.7:1. The isocyanate product is the total prepolymer
It should be more than 50% by weight and it should have a functionality greater than 2.0. This would exclude pure MDI with a functionality of only 2.0 as only a single isocyanate. Isocyanates as preferred isocyanate sources
Use of 143L is preferred. This is because it contains dimers, trimers, and carbodiimide components that increase functionality to levels greater than 2.0 and are believed to contribute to the storage stability of the prepolymer and the strength and dimensional stability of the foam. The actual content of free MDI can be adjusted up or down in this isocyanate-containing product as long as the functionality is greater than 2.0. For example, you can add additional pure MDI. To further improve the durability of the sponge, approx.
% or less relatively short approximately 1.27 cm (1/
2 inches) or less of fiber is added to the aqueous suspension. The preferred fiber is polyester fiber. Thickening or suspending agents can be added to the aqueous phase to allow the mixture to be pumped through a foaming machine. For example, Carbopol 941, a high molecular weight acrylic acid polymer, can be added, which can be neutralized to a pH level of 7 with a base such as ammonium hydroxide. Sponge foam is made by reacting water and a prepolymer, preferably while heating both. Surfactants can be added to the water to control form cells. Isocyanate products with functionality greater than 2.0 include, for example, isocyanate 143L obtained by reacting MDI to form a carbodiimide and then reacting to form a trifunctional cyclic adduct, i.e. MDI, carbodiimide and Mixtures in which the cyclic adducts are in equilibrium are preferred. The mixture includes a predominant amount of pure diphenylmethane diisocyanate and a minor amount of the carbodiimide and trifunctional cyclic adduct of diphenylmethane diisocyanate. The mixture of components A and B below constitutes the 143L system. In the formula R=

【式】 プレポリマーを製造するのに使用されるジオー
ルは少なくとも50重量%オキシエチレン基好まし
くは少なくとも80重量%のオキシエチレン基を有
するポリ(オキシC2〜4アルキレン)ジオールであ
る。かくしてジオールがオキシプロピレン又はオ
キシブチレン又はその混合物を含有する場合に
は、この最小量のオキシエチレンも又存在しなけ
ればならない。好ましいジオールは少なくとも80
重量%のオキシエチレン基を有し、そして製品名
カーボワツクス下にユニオンカーバイドによつて
つくられた親水性ポリ(オキシエチレン)ジオー
ルである。単一イソシアネート源としてイソシア
ネート143Lを使用する場合には、分子量約1000
のカーボワツクスを使用することが好ましい。
600乃至1100の分子量を有する他のカーボワツク
ス処法を使用することができるが最も好ましい形
態は950乃至1050の分子量を有する。カーボワツ
クス1000の商業銘柄を製造する場合に製造される
のはこの範囲の生成物である。約600より低い分
子量型が使用されるならば、プレポリマーから製
造された得られるスポンジ処法も大量の相対的に
疎水性イソシアネートを必要とするでであろう。 同様に、1100より高い分子量形態のカーボワツ
クスを使用する場合には、得られるスポンジはそ
の架橋密度及びその寸法安定性及び剛性を大巾に
失うであろう。 プレポリマーから製造されるべき最終フオーム
生成物に架橋強度を与えるために、モル当り3又
は4ヒドロキシル当量を有する相対的に短い、低
分子量の単量体ポリオールが加えられる。実施例
はトリメチロールエタン、トリメチロールプロパ
ン、グリセロール、トリエタノールアミン、ペン
タエリスリトール又はその混合物である。好まし
いポリオールは式 を有するトリメチロールプロパン、TMOPであ
る。 プレポリマーを製造するのに、カーボワツクス
の如きジオール対短い架橋ポリオールの比を制御
することも望ましい。一般に、モル比は約4:1
乃至8:1の範囲にあるべきであり、好ましい割
合は約6:1である。余りにも多すぎるポリオー
ルが存在するように割合が余りにも低すぎるなら
ば、プレポリマーから製造された得られるスポン
ジはその親水性を失いそしてフオームも又貧弱な
フオーム構造を有するであろう。他方、もし割合
がTMOPの如きポリオールが少なく存在するよ
うに増加するならば、その場合には弱い、砕けや
すいフオームが得られ、これは微細な気泡及び部
分的に閉じた気泡により特徴付けられている。こ
れらの二つの物質に対して表わされるモル比は各
材料からの存在するヒドロキシ当量の相対的数を
規定する。かくして好ましいジオールカーボワツ
クス1モル対好ましいポリオールTMOP1モルの
割合では、カーボワツクスはTMOPからの3当
量に対して12当量のヒドロキシルを寄与する。 カーボワツクス1000は、ヒドロキシル基当り
500の当量を有するが、134の分子量を有する
TMOPはヒドロキシル基当り45の当量を有する。
イソネート143Lはヒドロキシル基と組合わすの
に使用されるので、必要とされるイソネートの量
はTMOPの量、に対して非常に鋭敏であり、従
つてTMOPの量は相対的に注意深く制御される。 反応体におけるイソシアネート対ヒドロキシル
基の割合は3〜4の範囲にあるべきであり、更に
好ましくは約3.3乃至3.7であるべきである。プレ
ポリマーが製造されるとき、ポリイソシアネート
成分の一つのイソシアネート基はヒドロキシル基
と反応して未反応の残留イソシアネート基を残
す。プレポリマーのこれらの遊離イソシアネート
基は水と反応してポリ尿素結合を形成し、分子量
の同時的増加と発泡したスポンジを形成するのを
助長するCO2の放出を伴なう。 スポンジに必要な剛性を与えるためには、50重
量%より多くのイソシアネート生成物を使用する
べきである。 成分を反応させてプレポリマーを生成する場合
に、反応が約1時間行なわれた後滴定によつてイ
ソシアネート水準を測定することは有用である。 この読み取り及びその後の滴定から、ヒドロキ
シル基のすべてがイソシアネートと反応するであ
ろう理論的点である水準の下ないし付近にイソシ
アネート水準を減じるのに必要な追加の反応時間
を決定することができる。反応を更に多く続けす
ぎると、イソシアネート水準は更に減じ、その場
合にはプレポリマー粘度は増加し、その後のプレ
ポリマーを水と混合することをより困難ならしめ
る。プレポリマー成分を過剰に反応させることは
フオーム密度を増加させそして得られるフオーム
の水吸収性を減じさせる。 フアイバーは、好ましくはフオーム組成物に挿
入するため水性相に加えられて十分な構造剛性を
与える。ポリエステルフアイバーは特に有利であ
り、そしてそれらは約1.27cm(1/2インチ)又は
それ以下の長さに切断することができる。水性懸
濁液に関して、フアイバーは、好ましくは約10重
量%より多くを構成しないけれども種々の量で加
えることができる。何故ならばそのレベルより上
では、懸濁液はポンプ送りするのに余りにも困難
であるからである。 高分子量の懸濁剤又は増粘剤は二つの機能を果
すように加えられる。第一に、それは、成分を懸
濁状態に保持し、その故に水がフアイバから排出
されず、フアイバは浮上しない。第二には、増粘
剤はフアイバに対する潤滑剤として作用し、その
故にそれらはからまず、脱水せずそして混合ポン
プを通つて進むとき詰まらせる(jam up)。増粘
剤の例はポリオツクスWSR(Polyox WSR)、ナ
トロゾル(Natrosol)、キサンタンゴム
(Xanthan gums)、及び約百万等の高い分子量を
有するダウノセパランAP30(Dow′s Separan
AP30)の如きポリアクリルアミドである。 好ましい懸濁剤又は増粘剤又は増粘剤はカルボ
ポール934(Carbopol934)、カルボポール940
(Carbopol940)及び特にカルボポール941
(Carbopol941)の如きB.F.Goodrich Chemical
Co.によつて製造されたカルボポール樹脂
(Carbopol resins)である。カルボポール樹脂は
酸部分(acid moiety)を有するアクリル酸ポリ
マーであるので、水酸化ナトリウム又はアンモニ
ウムの如き中和剤を加えることができる。カルボ
ポールに対する中和剤の如き水酸化アンモニウム
を加えると、水性相の粘度の有利な増加がある。
水酸化アンモニウムはカルボポールより安定であ
るので同じ量の増粘を有するより経済的処法をつ
くることができ、これはより少ないカルボポール
を使用する。 懸濁剤又は増粘剤の一部は表面活性特性を有す
ることができ、故にそれらは得られるスポンジの
気泡寸法を制御する表面活性剤システムの一部で
あることもできる。 表面活性剤は、正しい気泡寸法、形状を有し、
潰れ(collapse)又は裂け目(splits)のない良
好な外観を有するフオームを与えるように選ばれ
る。ポリウレタンフオームに有用であることが知
られている表面活性剤をこの場合に使用すること
ができる。好ましい表面活性剤の例はミシガン
州、ワイアンドツト(Wyandotte,Michigan)
のBASFワイアンドツト社(BASF Wyandotte
Corp)によつて製造されたプルロニツクポリオ
ール(Pluronic Polyol)表面活性剤の如きオキ
シエチレン及びオキシプロピレンのブロツク共重
合体である。好ましい表面活性剤はプルロニツク
L−62(Pluronic L−62)である。 ポリウレタンフオームを製造する際に、好まし
い工程はほぼ等量の水性懸濁液をプレポリマー混
合物と共に加え、次いで二つを相互に混合するこ
とである。水性懸濁液の組成はプレポリマー樹脂
100部を基準として表わすこともできる。かくし
て樹脂100部当り水100部は100phr水と書かれる。
プレポリマー混合物対水性懸濁液の量の割合は広
い範囲にわたつて変えることができる。しかしな
がら、もし水性懸濁液の量が余りにも大きけれ
ば、得られるフオームの強度は低下する。他方も
し水性懸濁液の量が余りにも減少すると水性懸濁
液を介して供給されるフアイバ及び充填剤を十分
に加えることは不可能であろう。 プレポリマーを発泡させる好ましい方法は水性
懸濁液、たとえばプルロニツクL−62表面活性剤
の2%溶液及びプレポリマーを約35℃の温度に加
熱することである。これらは水性懸濁液約100重
量部対プレポリマー約80重量部の割合で一緒に注
ぎ又はポンプで送り込み、ドリルモータに取付け
られたプレードの如き機械的攪拌機によつて15〜
30秒までの間ただちに攪拌する。この時間の長さ
は完全な混合を可能とするが認め得る程度の化学
反応が起こさせない。この混合物は金型にただち
に注がれ、金型においてフオーム生成物の膨らみ
(rising)及び硬化(curing)が起こる。 添加されるフアイバー、顔料、増粘剤に依存し
て、最善の表面活性剤はL−520(Union
Carbide)の如き高度に疎水性シリコン型又は他
のシリコーン表面活性剤からBrij−58(ICI−
America)又ICIの他のBrij,Span又はTween製
品の如き非常に親水性タイプまで変わることがで
きる。一般用途に対してプルロニツクス、特にL
−62、L−72、L−92、P−75又はP−85
(BASF−Wyandotte)の如き非イオン性表面活
性剤が好ましい。これらの表面活性剤の使用はポ
リウレタンフオーム製品の処法における当業者に
とつてはなじみ深いものであろう。 これらのフオームは発泡の条件に依存して、米
国特許第4160176号に開示されたSEA SPONGER
と同様な有利な構造を有することができる。その
スポンジはセルロース性スポンジの外観及びふき
取り特性を有する。それは直系が数ミリメートル
である大きい気泡(細孔)を有するがこれらの気
泡の壁は多数のピンホールが開いている。これ
は、厚い気泡壁であるが開口の毛細管作用によつ
て水を吸上げそして吸収するすぐれた能力の故に
高度の強度及び剛性をスポンジに与える。それ
は、微細気泡(finel−celled)(滑らか)又は網
状(reticulated)であると等級づけられる他の
柔軟なウレタンフオームとは異なる。網状フオー
ムはそれらが繊維状外観を有するように気泡膜の
大部分は除去されている。それらは炉及び空気調
和機におけるフイルタとして使用される。SEA
SPONGE フオーム及び本発明のフオームは、
対照的に無傷のしかし穴の開いた気泡膜を有す
る。これは市場でのなじみ深いポリウレタンスポ
ンジとも異なる。何故ならばそれらは重合体それ
自体の中へと水を吸収しそして乾燥状態でふきと
りをするからである。 本発明の基本的観点を述べてきたが、下記実施
例によりその特定の態様を説明する。 スポンジを評価するのに使用される試験 下記試験方法を使用する。試験すべきすべての
フオーム試料を乾燥状態で均一な2.54cm×7.62cm
×12.7cm(1″×3″×5″)寸法に切断し、そして
105±5℃で水分を含まない一定重量に乾燥する。
試料の重量はほぼ0.1グラムである。10個の代表
的試料の群を試験に使用した。 A 乾燥状態からの完全湿潤時間(Wet−
Outtime) 水を満たしたパンの中に、十分に乾燥したフオ
ームを表面に浮上させる。全試料が湿潤する、即
ち水が現われ、そして試料の全頂部表面を湿潤す
るのに必要な時間を秒で記録する。 B 湿潤状態からの完全湿潤時間 フオームは完全に湿潤され、そして洗浄絞り機
(washing machine wringer)を通過して均一な
湿り気を得る。湿つたフオームは水を満たしたパ
ンの表面に浮上する。全試料が完全に湿潤するの
に必要な時間は0.1秒と記録される。 C 洗浄機耐久性の決定 2.54cm×7.62cm×12.7cm(1″×3″×5″)試料を
105℃±5℃で1時間乾燥した後、その重量を±
0.02グラムまで秤る。メイタグタイプ(Maytag
type)においては、水を満たした鉛直方向洗浄機
に48個の試料を入れ、そして72時間攪拌する。試
料を乾燥し、再び重量を測定する。 重量%損失= (始めの乾燥重量−最終乾燥重量)×100/始めの乾
燥重量 たとえフオームが72時間の期間一つのピースに
て存続しないとしても、この試験は非常に厳しい
試験であるのでスポンジとしての使用又は他のフ
オーム用途に対しては満足すべきものであり得
る。もしスポンジが72時間の期間存続しないなら
ば、結果は目に見える劣化が観察される観測期間
を時間で記録する。 D 引裂き強度の決定 2.54cm×7.62cm×12.7cm(1″×3″×5″)試料を
6.35cm(2−1/2″の距離で2.54cm×7.62cm(1″×
3″)面において裂く。スコツトテスター、モデル
J−1(Scott Tester,Model J−1)(又は均
等物のジヨウを上部ジヨウ及び下部ジヨウ間の1
インチ開口に設定する。裂け目区域の一つをスコ
ツトテスタのジヨウの各々にクランプする。テス
ターを作動し、引裂抵抗をポンドで記録する。 E 破断応力の決定 スポンジ又は同様な材料を試験するためのジヨ
ウを備えたインストロンテスタ(Instron
Tester)を使用して靭性(tenacity)を決定す
る。インストロンテスタのジヨウを上部ジヨウ及
び下部ジヨウ間の2.54cm(1インチ)開口に設定
する。各ジヨウにおける7.62cm(3インチ)寸法
をクランプし、そしてテスタを作動する。靭性を
ポンプで記録する。この値を試料と接触している
ジヨウの巾で靭性を割ることによりKg/cm2(ポン
ド/平方インチ)に転化する。 F 空気透過性の決定 使用される試験装置は管の端部上に位置した試
料の部分によつて管に接続されたフアンから成
る。スポンジの上流側の空気圧を測定する。空気
ゲージ圧はもし材料が不浸透性であるならば読み
が0.60であるように構成される。もし読みがゼロ
であるならば非常に高い多孔性と非常に解放した
気泡構造を示しスポンジを横切る圧力降下は殆ど
ない。 G 弾性率 これは1%伸びにおいて応力−歪曲線から測定
する。 実施例 1 この実施例は本発明に従うプレポリマーの製造
を説明する。 カーボワツクス1000(412g、0.4モル)及びト
リメチロールプロパン(9.05g、0.0675モル)の
混合物を0.003気圧(2Torr)の減圧下に70℃で
2時間加熱することによつて乾燥した。乾燥し、
脱ガスしたポリオール混合物にイソシアネート
143L(3.55当量のイソシアネート)507.5gを加え
た。温度を2−1/2時間70℃に保持し、この時間
の後生成物のイソシアネート含有率はグラム当り
2.67ミリ当量であることが見出された。それは25
℃における19000cpの初期粘度を有していた。80
℃での2週間の貯蔵試験の後粘度は30000cpにし
か増加しなかつた。 実施例2 (参考例) この実施例は実施例1のプレポリマーを使用す
るフオームの製造を説明する。 ビーカーに35℃に加熱したプレポリマー700g
及び35℃に加熱され、そしてプルロニツクL−
62、ワイアンドツト社の非イオン性表面活性剤14
gを含有する水溶液686gを加えた。それらをド
リルモータで15秒一緒に攪拌し、次いで金型に注
いだ。乾燥したフオーム生成物は立方メートル当
り34.05Kg(立方フイート当り2.1ポンド)の密度
を有していた。 ほぼ2.54cm×7.62cm×13.97cm(1″×3″×5−1/
2″)の寸法を有するスポンジをフオームブロツク
から切断した。水で飽和すると、その重量の8〜
9倍の水をしたたり落ちることなく保持し、容量
は275.35cm3から308.13cm3(16.8立方インチから
18.8立方インチ)にしか増加しなかつた(12%増
加)。手で絞ると、その乾燥重量の約90%を除い
て全ての水を放出した。それは同じ寸法のセルロ
ーススポンジに似た外観及びふき取り特性を有し
ていた。 実施例 3 このプレポリマーは生成物がグラム当り2.61ミ
リ当量のイソシアネート含有率を持つた後反応を
停止したことを除いて実施例1と同じ反応体及び
条件を使用して製造した。 実施例 4 このプレポリマーは、生成物がグラム当り2.70
ミリ当量のイソシアネート含有率を持つた後反応
を停止したことを除いて実施例1と同じ反応体及
び条件を使用して製造した。 実施例5および6 (参考例) これらの実施例は実施例3および4のプレポリ
マーを使用すること及び強化フアイバを加えるこ
との効果を説明する。 実施例5において、実施例3のプレポリマー
700gを水686g及び表面活性剤プルロニツクL−
62 14gを含有する水溶液を混合した。 実施例6において、実施例4のプレポリマー
700gを水683.2g、表面活性剤プルロニツクL−
62 14g、バージニア州のウエバー市(Weber
City Virginia)のミニフアイバー社(Mini
Fiber,Inc)によつて製造された1.27cm(1/2イ
ンチ)フアイバである35gのポリエステルフアイ
バ2、水酸化アンモニウムの33%溶液7.0gで中
和された増粘剤カルボポール941 2.8gを含有す
る水溶液と混合した。結果を表1に記載する。
The diol used to prepare the prepolymer is a poly( oxyC2-4 alkylene) diol having at least 50% by weight oxyethylene groups, preferably at least 80% by weight oxyethylene groups. Thus, if the diol contains oxypropylene or oxybutylene or mixtures thereof, this minimum amount of oxyethylene must also be present. Preferred diols are at least 80
% by weight of oxyethylene groups, and is a hydrophilic poly(oxyethylene) diol made by Union Carbide under the product name Carbowax. When using Isocyanate 143L as the sole isocyanate source, the molecular weight is approximately 1000.
It is preferable to use a carbo wax of
The most preferred form has a molecular weight of 950-1050, although other carbo wax formulations having a molecular weight of 600-1100 can be used. It is this range of products that is produced when manufacturing the commercial grade Carbo Wax 1000. If a molecular weight type lower than about 600 is used, the resulting sponge formulation made from the prepolymer will also require large amounts of relatively hydrophobic isocyanate. Similarly, if a molecular weight form higher than 1100 is used, the resulting sponge will significantly lose its crosslink density and its dimensional stability and stiffness. Relatively short, low molecular weight monomeric polyols having 3 or 4 hydroxyl equivalents per mole are added to provide crosslinking strength to the final foam product to be produced from the prepolymer. Examples are trimethylolethane, trimethylolpropane, glycerol, triethanolamine, pentaerythritol or mixtures thereof. Preferred polyols have the formula is trimethylolpropane, TMOP. It is also desirable to control the ratio of diols such as carbowaxes to short crosslinked polyols in making the prepolymers. Generally, the molar ratio is about 4:1
The ratio should be in the range from 8:1 to 8:1, with a preferred ratio of about 6:1. If the proportion is too low such that too much polyol is present, the resulting sponge made from the prepolymer will lose its hydrophilicity and the foam will also have poor foam structure. On the other hand, if the proportion is increased such that less polyol such as TMOP is present, then a weak, brittle foam is obtained, which is characterized by fine and partially closed cells. There is. The molar ratio expressed for these two materials defines the relative number of hydroxy equivalents present from each material. Thus, at a ratio of 1 mole of preferred diol carbowax to 1 mole of preferred polyol TMOP, the carbowax contributes 12 equivalents of hydroxyl to 3 equivalents from TMOP. Carbo Wax 1000 is based on hydroxyl groups.
has an equivalent weight of 500 but has a molecular weight of 134
TMOP has an equivalent weight of 45 per hydroxyl group.
Since isonate 143L is used in combination with the hydroxyl group, the amount of isonate required is very sensitive to the amount of TMOP, so the amount of TMOP is relatively carefully controlled. The ratio of isocyanate to hydroxyl groups in the reactants should be in the range of 3 to 4, more preferably about 3.3 to 3.7. When the prepolymer is prepared, one isocyanate group of the polyisocyanate component reacts with the hydroxyl groups leaving unreacted residual isocyanate groups. These free isocyanate groups of the prepolymer react with water to form polyurea bonds, with a concomitant increase in molecular weight and the release of CO2 , which facilitates the formation of a foamed sponge. To give the sponge the necessary stiffness, more than 50% by weight of the isocyanate product should be used. When reacting the components to form a prepolymer, it is useful to measure the isocyanate level by titration after the reaction has been conducted for about one hour. From this reading and subsequent titration, the additional reaction time required to reduce the isocyanate level below or near the theoretical point at which all of the hydroxyl groups would react with the isocyanate can be determined. If the reaction continues for too long, the isocyanate level is further reduced, in which case the prepolymer viscosity increases, making subsequent mixing of the prepolymer with water more difficult. Overreacting the prepolymer components increases the foam density and reduces the water absorption of the resulting foam. The fibers are preferably added to the aqueous phase for insertion into the foam composition to provide sufficient structural rigidity. Polyester fibers are particularly advantageous, and they can be cut to lengths of about 1/2 inch or less. For aqueous suspensions, the fibers can be added in varying amounts, although preferably they constitute no more than about 10% by weight. This is because above that level the suspension is too difficult to pump. High molecular weight suspending or thickening agents are added to serve two functions. First, it keeps the ingredients in suspension so water does not drain out of the fibers and the fibers do not float. Second, the thickener acts as a lubricant to the fibers so they do not tangle, dehydrate and jam up as they pass through the mixing pump. Examples of thickeners are Polyox WSR, Natrosol, Xanthan gums, and Dow's Separan AP30 with a high molecular weight such as approx.
AP30). Preferred suspending agents or thickening agents are Carbopol 934, Carbopol 940
(Carbopol940) and especially Carbopol 941
BFGoodrich Chemical such as (Carbopol941)
Carbopol resins manufactured by Co. Since Carbopol resins are acrylic acid polymers with acid moieties, neutralizing agents such as sodium or ammonium hydroxide can be added. There is an advantageous increase in the viscosity of the aqueous phase when adding ammonium hydroxide as a neutralizing agent for carbopol.
Since ammonium hydroxide is more stable than carbopol, a more economical formulation with the same amount of thickening can be created, which uses less carbopol. Some of the suspending agents or thickeners may have surface-active properties, so they may also be part of a surfactant system that controls the cell size of the resulting sponge. The surfactant has the correct cell size, shape,
It is chosen to give a form with good appearance without collapse or splits. Surfactants known to be useful with polyurethane foams can be used in this case. An example of a preferred surfactant is Wyandotte, Michigan.
BASF Wyandotte
oxyethylene and oxypropylene block copolymers, such as the Pluronic Polyol surfactants manufactured by Co., Ltd. A preferred surfactant is Pluronic L-62. In producing polyurethane foams, the preferred process is to add approximately equal amounts of the aqueous suspension with the prepolymer mixture and then mix the two together. The composition of the aqueous suspension is a prepolymer resin
It can also be expressed based on 100 copies. Thus, 100 parts water per 100 parts resin is written as 100 phr water.
The ratio of amounts of prepolymer mixture to aqueous suspension can vary over a wide range. However, if the amount of aqueous suspension is too large, the strength of the resulting foam will be reduced. On the other hand, if the amount of aqueous suspension is reduced too much, it will be impossible to add enough fiber and filler to be delivered via the aqueous suspension. A preferred method of foaming the prepolymer is to heat an aqueous suspension, such as a 2% solution of Pluronic L-62 surfactant, and the prepolymer to a temperature of about 35°C. These are poured or pumped together in a ratio of about 100 parts by weight of aqueous suspension to about 80 parts by weight of prepolymer and are mixed with a mechanical agitator, such as a blade attached to a drill motor, for 15 to 10 minutes.
Stir immediately for up to 30 seconds. This length of time allows complete mixing but does not allow any appreciable chemical reaction to occur. This mixture is immediately poured into a mold, where rising and curing of the foam product occurs. Depending on the fibers, pigments, and thickeners added, the best surfactant is L-520 (Union
from highly hydrophobic silicone type or other silicone surfactants such as Brij-58 (ICI-
America) or even very hydrophilic types such as ICI's other Brij, Span or Tween products. Pluronics for general use, especially L
-62, L-72, L-92, P-75 or P-85
Nonionic surfactants such as (BASF-Wyandotte) are preferred. The use of these surfactants will be familiar to those skilled in the art of formulating polyurethane foam products. Depending on the conditions of foaming, these foams may be
can have a similar advantageous structure. The sponge has the appearance and wiping properties of a cellulosic sponge. It has large cells (pores) that are several millimeters in diameter, but the walls of these cells are perforated with numerous pinholes. This gives the sponge a high degree of strength and stiffness due to the thick cell walls but excellent ability to wick and absorb water through the capillary action of the openings. It differs from other flexible urethane foams that are graded as fine-celled (smooth) or reticulated. The reticulated foams have most of the cell membrane removed so that they have a fibrous appearance. They are used as filters in furnaces and air conditioners. SEA
The SPONGE foam and the foam of the present invention are
In contrast, it has an intact but perforated cell membrane. This is different from the familiar polyurethane sponges on the market. This is because they absorb water into the polymer itself and wipe dry. Having described the basic aspects of the invention, the following examples illustrate specific aspects thereof. Tests Used to Evaluate Sponges The following test methods are used. All foam samples to be tested are dry and uniform 2.54 cm x 7.62 cm.
Cut to x12.7cm (1″ x 3″ x 5″) dimensions, and
Dry at 105±5°C to a constant weight without moisture.
The weight of the sample is approximately 0.1 grams. A group of 10 representative samples were used for testing. A Complete wet time from dry state (Wet-
Outtime) In a pan filled with water, float the sufficiently dry foam to the surface. The time required for the entire sample to become wet, ie, for water to appear and wet the entire top surface of the sample, is recorded in seconds. B. Complete wetting time from wet condition The foam is fully wetted and passed through a washing machine wringer to obtain uniform wetness. The wet foam rises to the surface of the water-filled pan. The time required for complete wetting of all samples is recorded as 0.1 seconds. C Determination of washing machine durability A 2.54cm x 7.62cm x 12.7cm (1″ x 3″ x 5″) sample
After drying at 105℃±5℃ for 1 hour, the weight was
Weigh to the nearest 0.02 grams. Maytag type (Maytag
(type), 48 samples are placed in a vertical washer filled with water and stirred for 72 hours. Dry the sample and reweigh it. Weight % loss = (Initial dry weight - Final dry weight) x 100 / Initial dry weight Even though the foam does not last in one piece for a period of 72 hours, this test is very demanding and the sponge or other foam applications may be satisfactory. If the sponge does not persist for a period of 72 hours, the results record the observation period in hours during which visible deterioration is observed. D Determination of tear strength A 2.54cm x 7.62cm x 12.7cm (1″ x 3″ x 5″) sample
6.35cm (2-1/2″ distance) 2.54cm x 7.62cm (1″ x
3"). Tear the tube of a Scott Tester, Model J-1 (or equivalent) between the upper and lower tubes.
Set to inch opening. Clamp one of the tear areas to each of the jaws of the Scott tester. Activate the tester and record the tear resistance in pounds. E. Determination of breaking stress An Instron tester equipped with an instrument for testing sponges or similar materials.
Determine tenacity using a tester. Set the Instron tester's jaws to a 2.54 cm (1 inch) opening between the upper and lower jaws. Clamp the 7.62 cm (3 inch) dimension in each tube and activate the tester. Record the toughness at the pump. Convert this value to kg/cm 2 (pounds per square inch) by dividing the toughness by the width of the tube in contact with the sample. F. Determination of air permeability The test apparatus used consists of a fan connected to the tube by a part of the sample located on the end of the tube. Measure the air pressure upstream of the sponge. The air gauge pressure is configured to read 0.60 if the material is impermeable. If the reading is zero, it indicates very high porosity and a very open cell structure with very little pressure drop across the sponge. G Modulus of Elasticity This is measured from the stress-strain curve at 1% elongation. Example 1 This example illustrates the preparation of a prepolymer according to the invention. A mixture of Carbo Wax 1000 (412 g, 0.4 mol) and trimethylolpropane (9.05 g, 0.0675 mol) was dried by heating at 70° C. for 2 hours under a vacuum of 0.003 atm (2 Torr). dry,
Isocyanate to degassed polyol mixture
507.5 g of 143 L (3.55 equivalents of isocyanate) were added. The temperature was held at 70°C for 2-1/2 hours and after this time the isocyanate content of the product per gram
It was found to be 2.67 meq. That's 25
It had an initial viscosity of 19000 cp at °C. 80
After a two week storage test at 0.degree. C. the viscosity increased only to 30,000 cp. Example 2 (Reference Example) This example describes the preparation of a foam using the prepolymer of Example 1. 700g of prepolymer heated to 35℃ in a beaker
and heated to 35°C, and Pluronic L-
62, Wyandot's nonionic surfactant 14
686 g of an aqueous solution containing g. They were stirred together with a drill motor for 15 seconds and then poured into molds. The dried foam product had a density of 34.05 Kg per cubic meter (2.1 pounds per cubic foot). Approximately 2.54cm x 7.62cm x 13.97cm (1″ x 3″ x 5-1/
A sponge with dimensions of 2") was cut from the foam block. When saturated with water, the
Holds 9 times more water without dripping, capacity ranges from 275.35 cm3 to 308.13 cm3 (16.8 cubic inches
18.8 cubic inches) (12% increase). When squeezed by hand, all but about 90% of its dry weight was released. It had a similar appearance and wiping properties to a cellulose sponge of the same dimensions. Example 3 This prepolymer was made using the same reactants and conditions as Example 1, except that the reaction was stopped after the product had an isocyanate content of 2.61 milliequivalents per gram. Example 4 This prepolymer has a product yield of 2.70 g/g.
It was prepared using the same reactants and conditions as Example 1, except that the reaction was stopped after having milliequivalent isocyanate content. Examples 5 and 6 (Reference Examples) These examples illustrate the effect of using the prepolymers of Examples 3 and 4 and adding reinforcing fibers. In Example 5, the prepolymer of Example 3
700g of water and 686g of surfactant Pluronic L-
An aqueous solution containing 14 g of 62 was mixed. In Example 6, the prepolymer of Example 4
700g, water 683.2g, surfactant Pluronic L-
62 14g, Weber, Virginia
Mini Fiber Co., Ltd. (City Virginia)
35 g of Polyester Fiber 2, a 1.27 cm (1/2 inch) fiber manufactured by Fiber, Inc., 2.8 g of the thickener Carbopol 941 neutralized with 7.0 g of a 33% solution of ammonium hydroxide. mixed with the containing aqueous solution. The results are listed in Table 1.

【表】 実施例5の生成物は水と水性相からの表面活性
剤のみ含有していた。これらのスポンジは異常な
性質を有していた。それらは輝白色と十分に発達
した(developed)均一なSEA SPONGE 型構
造を有していた。密度は34.54Kg/m3(2.13lb/
ft3)と云う非常に低い値であつた。このスポン
ジが乾燥すると、それは周囲の条件に依存して剛
性であつてもよいが湿つていると軟質である。初
期の完全乾燥時間は相対的に長いけれども、湿つ
ているときはそれは高度に吸収性である。スポン
ジは大量の水を保持し、十分に洗浄し、十分にふ
き取りを行なうことができ、そして適度な洗浄機
耐久値を有する。空気透過性は適度であるが、容
量膨潤は非常に低い。このスポンジは良好な外観
及び表面感触を有する。 実施例6からの試料は、カルボポール941およ
びスポンジを製造するのに使用される水性懸濁液
中の5phrフアイバを含有する実施例5のフオー
ムの繊維強化体である。このスポンジは非常に激
しい72時間洗浄機試験に0重量%損失で通ること
ができた。湿つた及び乾燥状態に対する引裂強度
は高かつた。非常に良好な空気透過性であつて、
開放気泡構造を示す。気泡構造は実施例5におけ
るフオームとして審美学上快いものと考えられな
いかも知れないがこのフオームは十分に洗浄し、
そして満足できるようにふき取りをする。これは
非常に耐久性であり、そして大きなスポンジであ
る。 実施例7 (参考例) この実施例は水に何らの表面活性剤を加えない
スポンジフオームの製造を説明する。 表面活性剤が水中に存在しないことを除いて実
施例2における方法に従つてフオームは製造され
た。得られる親水性フオームは48.64Kg/m3(3
ポンド/立方フイート)の密度を有し、そしてそ
れは、小さくて部分的に閉じた気泡構造の故に微
細なテキスチヤー(finer texture)を有するこ
とを除いて実施例2におけるフオームと類似して
いた。
Table: The product of Example 5 contained only water and surfactant from the aqueous phase. These sponges had unusual properties. They had a bright white color and a well-developed uniform SEA SPONGE type structure. The density is 34.54Kg/ m3 (2.13lb/
ft 3 ), which was a very low value. When this sponge is dry, it may be rigid depending on the surrounding conditions, but when wet it is soft. Although the initial drying time is relatively long, it is highly absorbent when wet. Sponges hold large amounts of water, clean well, wipe well, and have reasonable machine durability values. Air permeability is moderate, but volume swelling is very low. This sponge has a good appearance and surface feel. The sample from Example 6 is a fiber reinforcement of the foam of Example 5 containing Carbopol 941 and 5 phr fibers in the aqueous suspension used to make the sponge. This sponge was able to pass a very aggressive 72 hour washer test with 0% weight loss. Tear strength for wet and dry conditions was high. Very good air permeability,
Shows open cell structure. Although the cellular structure may not be considered aesthetically pleasing as the foam in Example 5, this foam can be thoroughly cleaned and
Then wipe it off to your satisfaction. This is very durable and has a large sponge. Example 7 (Reference Example) This example describes the production of sponge foam without adding any surfactant to the water. The foam was prepared according to the method in Example 2, except that no surfactant was present in the water. The hydrophilic foam obtained is 48.64Kg/m 3 (3
lbs/cubic foot) and was similar to the foam in Example 2 except that it had a finer texture due to the small, partially closed cell structure.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 発泡剤として水を用いてポリウレタンスポン
ジを製造するためのプレポリマーの製造方法であ
つて、 a 少くとも50重量%のオキシエチレン基と多く
ても1100の公称数平均分子量を有し、公称モル
当り2−ヒドロキシル当量を有するポリ(オキ
シC24アルキレン)ジオールと、 b 優勢量の純粋なジフエニルメタンジイソシア
ネートと劣勢量のジフエニルメタンジイソシア
ネートのカルボジイミド及び三官能性環状アダ
クトとの混合物より成る2.0より大きい官能性
を有するジフエニルメタンジイソシアネート含
有イソシアネート生成物と、 c モル当り3又は4ヒドロキシル当量を有する
モノメリツクポリオール架橋剤と、 を反応させることより成り、該イソシアネート生
成物b)が成分a),b)及びc)の合計重量に
基いて50重量%より多く、該ジオールa)対ポリ
オール架橋剤c)のモル比が4:1乃至8:1の
範囲であり、イソシアネート当量対全ヒドロキシ
ル当量の割合が3:1乃至4:1の範囲であるよ
うな比率で、成分a),b)及びc)を使用する
ことを特徴とする方法。 2 ポリ(オキシC2〜4アルキレン)ジオールの分
子量は600乃至1100であり、該ジオールは少くと
も80重量%のオキシエチレン基を有する特許請求
の範囲第1項記載の方法。 3 該ポリオール架橋剤はトリメチロールプロパ
ン、トリメチロールエタン、グリセロール、トリ
エタノールアミン、ペンタエリスリトール及びそ
の混合物から成る群から選ばれる特許請求の範囲
第1項記載の方法。
[Scope of Claims] 1. A process for producing a prepolymer for producing polyurethane sponges using water as a blowing agent, comprising: a) at least 50% by weight of oxyethylene groups and a nominal number average molecular weight of at most 1100; a poly( oxyC2-4 alkylene) diol having a nominal 2- hydroxyl equivalent per mole; b a carbodiimide and trifunctional cyclic of a predominant amount of pure diphenylmethane diisocyanate and a minor amount of diphenylmethane diisocyanate; a monomeric polyol crosslinking agent having 3 or 4 hydroxyl equivalents per c mole; The product b) is greater than 50% by weight based on the total weight of components a), b) and c), and the molar ratio of the diol a) to the polyol crosslinker c) is in the range from 4:1 to 8:1. A process characterized in that components a), b) and c) are used in such a ratio that the ratio of isocyanate equivalents to total hydroxyl equivalents ranges from 3:1 to 4:1. 2. The method of claim 1, wherein the poly( oxyC2-4 alkylene) diol has a molecular weight of 600 to 1100, and the diol has at least 80% by weight of oxyethylene groups. 3. The method of claim 1, wherein the polyol crosslinker is selected from the group consisting of trimethylolpropane, trimethylolethane, glycerol, triethanolamine, pentaerythritol, and mixtures thereof.
JP2151793A 1980-12-29 1990-06-12 Sponge-forming prepolymers Granted JPH0314813A (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US22056280A 1980-12-29 1980-12-29
US220562 1980-12-29
US06/314,537 US4377645A (en) 1980-12-29 1981-10-26 Dimensionally-stable polyurethane sponge and sponge-forming prepolymer
US314537 1989-02-23

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP56215978A Division JPS57133113A (en) 1980-12-29 1981-12-29 Size-stable polyurethane sponge and sponge forming prepolymer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0314813A JPH0314813A (en) 1991-01-23
JPH0415251B2 true JPH0415251B2 (en) 1992-03-17

Family

ID=26914985

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2151793A Granted JPH0314813A (en) 1980-12-29 1990-06-12 Sponge-forming prepolymers

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JPH0314813A (en)
AU (1) AU535668B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4514874B2 (en) * 2000-01-28 2010-07-28 日本エンバイロケミカルズ株式会社 Water treatment carrier, method for producing water treatment carrier and water treatment device

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS50155592A (en) * 1974-06-06 1975-12-15
JPS51129467A (en) * 1974-05-22 1976-11-11 Union Carbide Corp Polyurethane foam composition and method of producing same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS51129467A (en) * 1974-05-22 1976-11-11 Union Carbide Corp Polyurethane foam composition and method of producing same
JPS50155592A (en) * 1974-06-06 1975-12-15

Also Published As

Publication number Publication date
AU535668B2 (en) 1984-03-29
JPH0314813A (en) 1991-01-23
AU7909281A (en) 1982-07-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4377645A (en) Dimensionally-stable polyurethane sponge and sponge-forming prepolymer
JP3012300B2 (en) Water-absorbent, high-capacity polyurethane foam
US5650450A (en) Hydrophilic urethane foam
US4137200A (en) Crosslinked hydrophilic foams and method
US3903232A (en) Dental and biomedical foams and method
KR910004899B1 (en) Hydrophilic polyurethane/polyurea sponge
US4160076A (en) Simulated natural sponge based on hydrophilic polyurethane
US4384051A (en) Flexible polyurethane foam based on MDI
US4384050A (en) Flexible polyurethane foam based on MDI
US4638017A (en) Hydrophilic polyurethane/polyurea sponge
US3890254A (en) Method of reticulating urethane foam and product
US3959191A (en) Novel hydrophobic polyurethane foams
US4314034A (en) Polyurea polyurethane foamed sponge with high wet strength
TW200302845A (en) Hydrophilic ester polyurethane foams
JP2702772B2 (en) Method for producing molded article of water-absorbing polyurethane foam
US3457203A (en) Hydrophilic polyurethane foams and a process for preparing them
US3405217A (en) Method for making open cell polyurethane foams
US4456685A (en) Microorganisms immobilized with hydrolysis resistant polyurethane foam
US4201846A (en) Dimensionally stable polyurethane foam
CA1194642A (en) Flexible polyurethane foam based on mdi
JPH0415251B2 (en)
JPH037690B2 (en)
AU749640B2 (en) Sponge
JP2670725B2 (en) Manufacturing method of hydrophilic / water-absorbent rigid urethane foam
GB2260543A (en) Hydrophilic foamed plastics