KR20180019639A - 수성 폴리머 분산제를 갖는 점탄성 폴리우레탄 포옴 - Google Patents

수성 폴리머 분산제를 갖는 점탄성 폴리우레탄 포옴 Download PDF

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토마스 에이치. 카랜터
청호 멍
존 케일러
안토니 케이. 반 다이크
게리 더블유. 돔브로우스키
조셉 자콥스
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다우 글로벌 테크놀로지스 엘엘씨
롬 앤드 하스 캄파니
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Abstract

점탄성 폴리우레탄 포옴을 형성하는 반응 시스템은 이소시아네이트 성분 및 적어도 폴리올 성분, 첨가제 성분, 및 사전형성된 수성 폴리머 분산제를 포함하는 이소시아네이트-반응성 성분을 포함한다. 혼합물은 50.0 wt% 내지 99.8 wt%의 폴리올 성분, 0.1 wt% 내지 49.9 wt%의 첨가제 성분, 및 0.1 wt% 내지 6.0 wt%의 사전형성된 수성 폴리머 분산제를 포함한다. 수성 폴리머 분산제는 6.0 내지 12.0의 pH를 가지고 그리고 5 wt% 내지 60 wt%의 폴리머 성분 및 40 wt% 내지 95 wt%의 유체 매질을 포함한다. 폴리머 성분은 적어도 1개의 카보닐 기, 포스페이트 기, 포스포네이트 기, 또는 설포닐 기를 갖는 20 wt% 내지 100 wt%의 적어도 1종의 친수성 산 모노머로부터 유래되고 그리고 선택적으로 적어도 1종의 소수성 말단으로 불포화된 탄화수소 모노머로부터 유래된 적어도 1종의 기재 폴리머를 포함한다.

Description

수성 폴리머 분산제를 갖는 점탄성 폴리우레탄 포옴
구현예는 사전형성된 수성 산 폴리머 분산제를 사용하여 제조된 점탄성 폴리우레탄 포옴과 이러한 점탄성 폴리우레탄 포옴을 제작하는 방법에 관한 것이다.
가요성, 점탄성 폴리우레탄 포옴 (완만-회복 포옴 및 고-감쇠 포옴로도 공지 됨)는 압축으로부터 상대적으로 느리고 점진적인 회복을 특징으로 하며, 점탄성 포옴은 상대적으로 더 낮은 복원력을 가질 수 있다. 점탄성 포옴의 예시적인 적용은 포옴의 특징 예컨대 형상 순응, 에너지 감쇠 및/또는 소음 감쇠를 이용한다. 예를 들면, 점탄성 폴리우레탄 포옴은 안락 용도 (예컨대 침구 및 베개), 충격 흡수 용도 (예컨대 운동용 패딩 및 헬멧에), 및 방음 용도 (예컨대 자동차 인테리어)에 사용될 수 있다.
구현예는 ASTM D 3574에 따라 측정될 때 20%이거나 또는 그 미만의 복원력을 갖는 점탄성 폴리우레탄 포옴을 형성하기 위한 반응 시스템과 상기 점탄성 폴리우레탄 포옴을 형성하는 방법을 제공함에 의해 실현될 수 있다. 본 반응 시스템은 50 내지 110으로 되는 반응 시스템의 이소시아네이트 지수로, 적어도 1종의 이소시아네이트를 포함하는 이소시아네이트 성분과, 적어도 폴리올 성분, 첨가제 성분, 및 사전형성된 수성 폴리머 분산제를 포함하는 혼합물인 이소시아네이트-반응성 성분을 갖는다. 혼합물은 혼합물의 총 중량을 기준으로 50.0 wt% 내지 99.8 wt%의 폴리올 성분을 포함하고, 상기 폴리올 성분은, 적어도 1종의 촉매 및 혼합물의 총 중량을 기준으로 0.1 wt% 내지 6.0 wt%의 사전형성된 수성 폴리머 분산제를 포함하는, 혼합물의 총 중량을 기준으로 0.1 wt% 내지 49.9 wt%의 첨가제 성분인 적어도 1종의 폴리에테르 폴리올을 포함한다. 상기 사전형성된 수성 폴리머 분산제는 6.0 내지 12.0의 pH를 가지고 그리고 5 wt% 내지 60　wt%의 폴리머 성분 및 40 wt% 내지 95 wt%의 적어도 물을 포함하는 유체 매질을 포함한다. 상기 폴리머 성분은 적어도 1개의 카보닐 기, 포스페이트 기, 포스포네이트 기, 또는 설포닐 기를 갖는 20 wt% 내지 100 wt%의 적어도 1종의 친수성 산 모노머로부터 유래되고 그리고 선택적으로 적어도 1종의 소수성 말단으로 불포화된 탄화수소 모노머로부터 유래된 적어도 1종의 기재 폴리머를 포함한다.
점탄성 폴리우레탄 포옴은 ASTM D 3574 (또한, 볼 반동 시험으로 지칭될 수 있음)에 따라 측정된 바와 같이 20%이거나 또는 그 미만인 복원력을 갖는 것으로 특성규명될 수 있다. 예를 들면, 복원력은 15% 미만, 10% 미만, 8% 미만 및/또는 7 wt% 미만일 수 있다. 복원력은 1% 초과일 수 있다. 점탄성 폴리우레탄 포옴은 이소시아네이트 성분 및 이소시아네이트-반응성 성분을 포함하는 반응 시스템을 사용하여 제조될 수 있다. 특히, 점탄성 포옴은 이소시아네이트 성분 및 이소시아네이트-반응성 성분의 반응 생성물로 형성된다. 이소시아네이트 성분은 적어도 1종의 이소시아네이트 예컨대 이소시아네이트-말단화된 예비중합체 및/또는 폴리이소시아네이트를 포함한다. 이소시아네이트-반응성 성분은 이소시아네이트 반응성 수소 원자 기, 예컨대 하이드록실 기 및/또는 아민 기를 갖는 적어도 1종의 화합물을 포함한다. 이소시아네이트 성분 및/또는 이소시아네이트-반응성 성분은 촉매, 경화제, 계면활성제, 발포제, 폴리아민, 및/또는 충전제와 같은 첨가제를 포함할 수 있다.
구현예에 따르면, 이소시아네이트-반응성 성분은 적어도 세 가지 성분을 포함한다. 특히, 이소시아네이트-반응성 성분은 폴리올 성분, 첨가제 성분, 및 사전형성된 수성 폴리머 분산제를 포함한다.
폴리올 성분은 이소시아네이트-반응성 성분의 50.0 wt% 내지 99.8 wt% (예를 들면, 점탄성 폴리우레탄 포옴을 형성하기 위한 반응 시스템에서 다수 성분이 되도록 60.0 wt% 내지 99.8 wt%, 70.0 wt% 내지 99.5 wt%, 80.0 wt% 내지 99.0 wt%, 90.0 wt% 내지 99.0 wt%, 등)를 차지한다
폴리올 성분은 적어도 1종의 폴리에테르 폴리올을 포함하고 그리고 선택적으로 적어도 1종의 폴리에스테르 폴리올을 포함할 수 있다.
첨가제 성분은 촉매, 경화제, 계면활성제 (예컨대 실리콘 계면활성제), 발포제, 폴리아민, 물, 및/또는 충전제를 포함할 수 있다. 첨가제 성분은 이소시아네이트-반응성 성분의 총 중량을 기준으로 0.1 wt% 내지 49.9 wt% (예를 들면, 0.1 wt% 내지 40.0 wt%, 0.1 wt% 내지 30.0 wt%, 0.1 wt% 내지 20.0 wt%, 0.1 wt% 내지 15.0 wt%, 0.1 wt% 내지 10.0 wt%, 0.1 wt% 내지 5.0 wt%, 등)의 첨가제 성분을 차지한다. 예시적인 구현예에서 첨가제 성분은 적어도 1종의 촉매 및 적어도 1종의 계면활성제를 포함한다.
사전형성된 수성 폴리머 분산제는 이소시아네이트-반응성 성분 중 0.1 wt% 내지 6.0 wt% (예를 들면, 0.1 wt% 내지 5.0 wt%, 0.1 wt% 내지 4.1 wt%, 0.1 wt% 내지 4.0 wt%, 0.1 wt% 내지 3.5 wt%, 0.1 wt% 내지 3.0 wt%, 0.4 wt% 내지 2.5 wt%, 0.5 wt% 내지 2.4 wt%, 등)를 차지한다. 사전형성된 수성 폴리머 분산제는 폴리머가 1,000 g/mol 내지 25,000 g/mol의 수 평균 분자량을 갖는 적어도 1종의 친수성 산 모노머로부터 유래된 수성 산-폴리머 분산제이다. 사전형성된 수성 폴리머 분산제는 사전형성된 수성 폴리머 분산제의 총 중량을 기준으로 10 wt% 내지 80 wt%의 고형분을 갖는다. 수성 폴리머 분산제는 점탄성 폴리우레탄 포옴을 형성하기 위해 사용되는 1종 이상의 수성 폴리머 분산제의 조합일 수 있다. 분산제는 2 성분의 혼합물의 형성 및/또는 안정화를 증진할 수 있다.
사전형성된 수성 폴리머 분산제 첨가제를 사용하여 제조된 점탄성 포옴은 표준 조건하에서 분당 4.0 표준 입방 피트 (scfm) (대략 2.4 L/s)보다 더 큰 기류를 가질 수 있다. 예를 들면, 기류는 4.5 scfm 초과 및/또는 5.0 scfm 초과일 수 있다. 기류는 15 scfm 미만일 수 있다. 예를 들면, 복원력을 희생시키지 않으면서 증가된 기류를 갖는 점탄성 폴리우레탄 포옴이 제조될 수 있다.
사전형성된 수성 폴리머 분산제
사전형성된 수성 폴리머 분산제는 적어도 (a) 적어도 1개의 카보닐 기, 포스페이트 기, 포스포네이트 기, 또는 설포닐 기, 또는 (이들의 임의의 조합을 포함하는) 다른 산성 기를 갖는 20　wt% 내지 100 wt% (예를 들면, 30 wt% 내지 100 wt%, 40 wt% 내지 100 wt%, 50 wt% 내지 100 wt%, 등)의 적어도 1종의 친수성 산 모노머로부터 유래되고, 선택적으로 적어도 1종의 소수성 말단으로 불포화된 탄화수소 모노머로부터 유래된 기재 폴리머를 포함하는 폴리머 성분; 및 (b) 적어도 물을 포함하는 유체 매질을 포함하고, 여기서 상기 기재 폴리머는 유체 매질 분산된다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 폴리머는 동일한 유형이든 상이한 유형이든 모노머를 중합함에 의해 제조된 화합물을 의미한다. 따라서, 용어 폴리머는 단지 하나의 유형의 모노머로부터 제조된 폴리머를 지칭하기 위해 일반적으로 이용된 용어 호모폴리머 및 용어 인터폴리머를 포용한다. 이것은 또한 모든 형태의 인터폴리머, 예를 들면, 랜덤, 블록, 균질한, 불균일, 등을 포용한다. 코폴리머/인터폴리머로는 이것은 적어도 2개의 상이한 유형의 모노머의 중합에 의해 제조된 폴리머로 의미된다. 이들 용어들 고전적 코폴리머, 즉, 2개의 상이한 유형의 모노머로부터 제조된 폴리머, 및 2개 초과의 상이한 유형의 모노머로부터 제조된 폴리머, 예를 들면, 삼원중합체, 사원중합체, 등 모두를 포함한다. 기재 폴리머는 하나의 모노머로부터 유래될 수 있거나 또는 적어도 2개의 상이한 모노머로부터 유래된 코폴리머일 수 있다. 기재 폴리머는 제어된 미세구조, 분자량 분포, 및/또는 분자량을 가질 수 있다. 기재 폴리머는 1000 내지 25,000　g/mol의 수 평균 분자량 (Mn)을 가질 수 있다.
Mn은 예를 들면, 임의의 하기 방법에 의해 결정된 바와 같은, 분산제의 수 평균 분자량을 지칭한다: 분산제를 pH 7에서 나트륨 디하이드로젼 포스페이트의 20mM 용액 내 2 mg/mL의 농도로 용해하고 0.45 μm 필터를 통과시키고 100 μL를 1 mL/분의 유량으로 TSKgel G2500PW XL 충전 칼럼 (7.5mm × 30cm, Tosoh)과 일렬로 된 TSKgel GMPW XL 충전 칼럼 (7.5mm × 30cm, Tosoh)에 주입하였다. 용출은 분자량이 216 g/mol 내지 1,100,000 g/mol의 범위인 폴리(아크릴산) 참조 표준에 대비해 평가된 굴절률 검출기와 분자량 프로파일에 의해 모니터링되었다.
예를 들면, 기재 폴리머는 적어도 1개의 카보닐 기를 갖는 적어도 1종의 친수성 산 모노머로부터 유래될 수 있거나, 예를 들면, 에틸렌성으로 불포화된 카복실레이트화된 모노머로부터 유래되거나 또는 다중 카복실산 작용기를 제공하기 위해 가수분해될 수 있는 모노머로부터 유래될 수 있다. 에틸렌성으로 불포화된 카복실레이트화된 모노머의 예는 아크릴산, 크로톤산, 메타크릴산, 신남산, 알파-클로로아크릴산, 말레산, 이타콘산, 푸마르산, 글루타콘산, 트라우마틴산, 시트라콘산, 메사콘산, 및 아코니트산을 포함한다. 다중 카복실산 작용기를 제공하기 위해 가수분해될 수 있는 모노머의 예는 말레산 무수물, 시트라콘산 무수물, 이타콘산 무수물, 테트라하이드로프탈산 무수물, 트라우마틴산 무수물, 및 글루타콘산 무수물을 포함한다. 예를 들면, 다중 카복실산 작용기를 제공하기 위해 가수분해될 수 있는 모노머는 산 무수물일 수 있다. 예시적인 구현예에서, 친수성 산 모노머는 1 초과 카보닐 기를 갖는 카복실산 또는 산 무수물일 수 있다.
기재 폴리머는 적어도 1종의 포스페이트 기를 갖는 적어도 1종의 친수성 산 모노머로부터 유래될 수 있고, 예를 들면, 인산 또는 이들의 에스테르 (예를 들면, 당해 분야의 숙련가에게 공지된 것)로부터 유래될 수 있다. 기재 폴리머는 적어도 1종의 포스포네이트 기를 갖는 적어도 1종의 친수성 산 모노머로부터 유래될 수 있고, 예를 들면, 포스폰산 또는 이들의 에스테르 (예를 들면, 당해 분야의 숙련가에게 공지된 것)로부터 유래될 수 있다. 기재 폴리머는 적어도 1종의 설포닐 기를 갖는 적어도 1종의 친수성 산 모노머로부터 유래될 수 있고, 예를 들면, 설폰산 또는 설폰산으로부터 수득된 치환체 (예를 들면, 당해 분야의 숙련가에게 공지된 것)로부터 유래될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 기재 폴리머는 적어도 1개의 카보닐 기 (예컨대 산 무수물 기) 포스페이트 기, 포스포네이트 기, 또는 설포닐 기를 갖는 친수성 산 모노머의 임의의 조합으로부터 유래될 수 있다. 예를 들면, 기재 폴리머는 2개의 상이한 친수성 산 모노머로부터 유래된, 예를 들면, 2개의 상이한 에틸렌성으로 불포화된 카복실레이트화된 모노머로부터 유래된, 다중 카복실산 작용기를 제공하기 위해 가수분해될 수 있는 2개의 상이한 모노머로부터 유래된 코폴리머일 수 있다. 예를 들면, 기재 폴리머는 하나의 에틸렌성으로 불포화된 카복실레이트화된 모노머 및 다중 카복실산 작용기를 제공하기 위해 가수분해될 수 있는 하나의 모노머로부터 유래될 수 있다.
추가의 예시적인 구현예에서, 기재 폴리머는 적어도 1개의 카보닐 기 (예컨대 산 무수물 기), 포스페이트 기, 포스포네이트 기, 또는 설포닐 기를 갖는 친수성 산 모노머와 소수성 말단으로 불포화된 탄화수소 모노머의 임의의 조합으로부터 유래될 수 있다. 예를 들면, 기재 폴리머는 다중 카복실산 작용기를 제공하기 위해 가수분해될 수 있는 하나의 모노머와 하나의 소수성 말단으로 불포화된 탄화수소 모노머로부터 유래될 수 있다.
소수성 말단으로 불포화된 탄화수소 모노머의 예는 C2 내지 C20 알파-올레핀, 에틸렌성으로 불포화된 방향족 화합물 (예컨대 스티렌), 및 에틸렌성으로 불포화된 카복실레이트화된 모노머 (예컨대 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 및 부틸 메타크릴레이트)의 알킬 에스테르를 포함한다. 예를 들면, 소수성 말단으로 불포화된 탄화수소 모노머는 C2 내지 C10 알파-올레핀으로부터 선택된 하나일 수 있거나 또는 스티렌일 수 있다. 설폰화된 에틸렌성으로 불포화된 모노머의 비제한적인 예는 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 설폰산 및 그것의 염을 포함한다. 포스페이트화된 에틸렌성으로 불포화된 모노머의 비제한적인 예는 2-(포스포노옥시)에틸 메타크릴레이트 및 그것의 염을 포함한다. 포스포네이트화된 에틸렌성으로 불포화된 모노머의 비제한적인 예는 비닐포스폰산 및 그것의 염을 포함한다. 예시적인 구현예는 적어도 1종의 에틸렌성으로 불포화된 카복실레이트화된 모노머를 포함한다.
사전형성된 수성 폴리머 분산제는 5 wt% 내지 60 wt% (예를 들면, 5 wt% 내지 50 wt%, 10 wt% 내지 50 wt%, 15 wt% 내지 45 wt%, 15 wt% 내지 40 wt%, 20 wt% 내지 36 wt%, 등)의 폴리머 성분 및 40 wt% 내지 95 wt%의 적어도 물을 포함하는 유체 매질을 포함한다. 예를 들면, 사전형성된 수성 폴리머 분산제는 본질적으로 폴리머 성분 및 유체 매질로 구성될 수 있다. 폴리머 성분은 본질적으로 기재 폴리머로 구성될 수 있다. 사전형성된 수성 폴리머 분산제는 다른 성분을 함유할 수 있고, 비-제한적인 예는 계면활성제, 유기 용매, 개시제 및 사슬 이동 잔기, 및 충전제를 포함한다.
사전형성된 수성 폴리머 분산제는 6.0 내지 12.0 (예를 들면, 6.5 내지 12.0, 8.0 내지 12.0, 8.0 내지 11.5, 8.0 내지 11.0, 8.0 내지 10.5, 8.0 내지 10.0, 등)의 pH를 갖는다. 사전형성된 수성 폴리머 분산제는 실온 및 대기압의 주위 조건에서 연속 액상 성분일 수 있고 그리고 액상 (즉, 유체 매질) 및 고상 (즉, 기재 폴리머)으로부터 유래된다. 사전형성된 수성 폴리머 분산제는 사전형성된 수성 폴리머 분산제의 총 중량을 기준으로 10 wt% 내지 80 wt% (예를 들면, 25 wt% 내지 75 wt%, 등)의 고형분을 가질 수 있다.
수성 폴리머 분산제는 중화제를 사용함에 의해 제조될 수 있다. 예시적인 중화제는 암모니아, 수산화암모늄, 수산화칼륨, 수산화나트륨, 수산화리튬, 수산화칼슘, 수산화마그네슘, 아연 수산화물, 산화칼슘, 산화마그네슘, 산화아연, 및 이들의 조합을 포함한다. 예를 들면, 기재 폴리머의 극성 기가 특성에서 산성 또는 염기성인 경우, 폴리머는 중화제로 부분적으로 또는 완전히 중화되어 대응하는 염을 형성할 수 있다. 예를 들면, 아크릴산을 사용하여 제조된 분산제의 경우, 중화제는 염기, 예컨대 수산화암모늄, 수산화칼륨, 및/또는 수산화나트륨이다. 당해 분야의 숙련가는 적절한 중화제의 선택이 제형화된 특정한 조성물에 좌우될 수 있으며, 그와 같은 선택은 당해 분야의 숙련가의 지식 범위 내에 있음을 알 수 있을 것이다.
사전형성된 수성 폴리머 분산제는 이소시아네이트-반응성 성분 중 0.1 wt% 내지 6.0 wt% (예를 들면, 0.1 wt% 내지 5.0 wt%, 0.1 wt% 내지 4.1 wt%, 0.1 wt% 내지 4.0 wt%, 0.1 wt% 내지 3.5 wt%, 0.1 wt% 내지 3.0 wt%, 0.4 wt% 내지 2.5 wt%, 0.5 wt% 내지 2.4 wt%, 등)를 차지한다. 수성 폴리머 분산제는 점탄성 폴리우레탄 포옴을 형성하기 위해 사용되는 1종 이상의 수성 폴리머 분산제의 조합일 수 있다.
점탄성 포옴을 형성하기 위해 사용된 반응 시스템에 대해 계산된 총 수분 함량은 점탄성 폴리우레탄 포옴을 형성하기 위한 반응 시스템의 총 중량을 기준으로 5 wt% 미만, 3 wt% 미만, 2.0 wt% 미만, 및/또는 1.6 wt% 미만일 수 있다. 계산된 총 수분 함량은 제형에 첨가된 DI (탈이온화된) 물 더하기 사전형성된 수성 폴리머 분산제의 일부로 제형에 첨가된 물의 양의 총량으로 계산된다. 예를 들면, 계산된 총 수분 함량은 0.5 wt% 내지 1.6 wt%, 0.5 wt% 내지 1.5 wt%, 및/또는 1.0 wt% 내지 1.5 wt%일 수 있다.
예시적인 수성 폴리머 분산제는 The Dow Chemical Company로부터 이용가능한 제품인 TAMOL™ 및 OROTAN™, BYK gmbh로부터 이용가능한 BYK 및 DISPERBYK 제품, 및 Rhodia Group으로부터 이용가능한 Rhodaline® 제품 및 Arkema로부터 이용가능한 Coadis™ 제품, 및 BASF로부터 이용가능한 Hydropalat® 제품으로 판매된다.
폴리올 성분
폴리올 성분은 적어도 1종의 폴리에테르 폴리올 및/또는 폴리에스테르 폴리올을 포함한다. 예시적인 폴리에테르 폴리올은 분자당 2 내지 8개의 활성 수소 원자를 함유하는 개시제와 알킬렌 옥사이드 (예컨대 적어도 1종의 에틸렌 옥사이드, 프로필렌 옥사이드, 및/또는 부틸렌 옥사이드)의 반응 생성물이다. 예시적인 개시제는 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 부탄 디올, 글리세롤, 트리메틸올프로판, 트리에탄올아민, 펜타에리트리톨, 소르비톨, 에틸렌 디아민, 톨루엔 디아민, 디아미노디페닐메탄, 폴리메틸렌 폴리페닐렌 폴리아민, 에탄올아민, 디에탄올아민, 및 이러한 개시제의 혼합물을 포함한다. 예시적인 폴리올은 The Dow Chemical Company로부터 이용가능한 VORANOL™ 제품을 포함한다. 폴리올 성분은 점탄성 폴리우레탄 포옴을 형성하기 위해 사용할 수 있는 폴리올을 포함할 수 있다.
예를 들면, 폴리올 성분은 적어도 50 wt%의 에틸렌 옥사이드 함량을 가지고, 2 내지 6 (예를 들면, 2 내지 4)의 공칭 하이드록실 작용가를 가지고 그리고 500 g/mol 내지 5000 g/mol (예를 들면, 500 g/mol 내지 4000 g/mol, 600 g/mol 내지 3000 g/mol, 600 g/mol 내지 2000 g/mol, 700 g/mol 내지 1500 g/mol, 및/또는 800 g/mol 내지 1200 g/mol)의 수 평균 분자량을 가지는 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌 폴리에테르 폴리올을 포함할 수 있다. 적어도 50 wt%의 에틸렌 옥사이드 함량을 가지는 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌 폴리에테르 폴리올. 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌 폴리에테르 폴리올은 이소시아네이트-반응성 성분 중 5 wt% 내지 90 wt% (예를 들면, 10 wt% 내지 90 wt%, 35 wt% 내지 90 wt%, 40 wt% 내지 85 wt%, 50 wt% 내지 85 wt%, 50 wt% 내지 80 wt%, 및/또는 55 wt% 내지 70 wt%)를 차지할 수 있다. (폴리올이 유래되는 알킬렌 옥사이드 단위의 총 중량을 기준으로) 적어도 50 wt%의 에틸렌 옥사이드 함량을 가지는 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌 폴리에테르 폴리올은 이소시아네이트-반응성 성분에서 대다수 성분일 수 있다.
폴리올 성분은 2 내지 6 (예를 들면, 2 내지 4)의 공칭 하이드록실 작용가를 가지고 1000 g/mol보다 크고 (또는 1500 g/mol보다 크고) 그리고 6000 g/mol보다 작은 수 평균 분자량을 갖는 (폴리올이 유래되는 알킬렌 옥사이드 단위의 총 중량 기준으로) 20 wt% 미만의 에틸렌 옥사이드 함량을 갖는 폴리옥시프로필렌-폴리옥시에틸렌 폴리에테르 폴리올을 포함할 수 있다. 예를 들면, 분자량은 1500 g/mol 내지 5000 g/mol, 1600 g/mol 내지 5000 g/mol, 2000 g/mol 내지 4000 g/mol, 및/또는 2500 g/mol 내지 3500 g/mol일 수 있다. 20 wt% 미만의 에틸렌 옥사이드 함량을 갖는 폴리옥시프로필렌-폴리옥시에틸렌 폴리에테르 폴리올은 이소시아네이트 반응성 성분 중 5 wt% 내지 90 wt% (예를 들면, 5 wt% 내지 70 wt%, 5 wt% 내지 50 wt%, 10 wt% 내지 40 wt%, 및/또는 10 wt% 내지 30 wt%)를 차지할 수 있다. 20 wt% 미만의 에틸렌 옥사이드 함량을 갖는 폴리옥시프로필렌-폴리옥시에틸렌 폴리에테르 폴리올은 적어도 50 wt%의 에틸렌 옥사이드 함량을 갖는 폴리옥시프로필렌 폴리에테르 폴리올과의 블렌드일 수 있고, 반면에 그것의 후자가 다량으로 포함된다.
폴리올 성분은 2 내지 6 (예를 들면, 2 내지 4)의 공칭 하이드록실 작용가를 가지고 500 g/mol 내지 5000 g/mol (예를 들면, 500 g/mol 내지 4000 g/mol, 600 g/mol 내지 3000 g/mol, 600 g/mol 내지 2000 g/mol, 700 g/mol 내지 1500 g/mol, 및/또는 800 g/mol 내지 1200 g/mol)의 수 평균 분자량을 가지는 폴리옥시프로필렌 폴리에테르 폴리올을 포함할 수 있다. 폴리옥시프로필렌 폴리에테르 폴리올은 이소시아네이트 반응성 성분 중 5 wt% 내지 90 wt% (예를 들면, 5 wt% 내지 70 wt%, 5 wt% 내지 50 wt%, 10 wt% 내지 40 wt%, 및/또는 10 wt% 내지 30 wt%)를 차지할 수 있다. 폴리옥시프로필렌 폴리에테르 폴리올은 적어도 50 wt%의 에틸렌 옥사이드 함량을 갖는 폴리옥시프로필렌 폴리에테르 폴리올과의 블렌드일 수 있고, 반면에 그것의 후자가 다량으로 포함된다.
예시적인 구현예에서, 폴리올 성분은 적어도 50 wt%의 에틸렌 옥사이드 함량을 갖는 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌 폴리에테르 폴리올, 20 wt% 미만의 에틸렌 옥사이드 함량을 갖는 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌 폴리에테르 폴리올, 및 폴리옥시프로필렌 폴리에테르 폴리올의 블렌드를 포함할 수 있다.
폴리올 성분은 이소시아네이트 성분과 접촉하기 전에 사전형성된 수성 폴리머 분산제 (및 선택적으로 첨가제 성분의 적어도 일부)와 혼합될 수 있다.
첨가제 성분
첨가제 성분은 사전형성된 수성 분산제 및 폴리올 성분을 형성하는 성분과는 별개이다. 첨가제 성분은 이소시아네이트-반응성 성분의 일부이지만, 다른 첨가제는 이소시아네이트 성분 안으로 편입될 수 있다. 첨가제 성분은 촉매, 경화제, 가교결합제, 계면활성제, 발포제 (수성 폴리머 분산제와는 별개로, 수성 및 비-수성), 폴리아민, 가소제, 방향, 안료, 산화방지제, UV 안정제, 물 (수성 폴리머 분산제와 별개임), 및/또는 충전제를 포함할 수 있다. 다른 예시적인 첨가제는 사슬 연장제, 난연제, 연기 억제제, 건조제, 탈크, 분말, 금형 이형제, 고무 폴리머 ("겔") 입자, 및 점탄성 포옴 및 점탄성 포옴 생성물에서의 용도에 대해 당해 기술에 공지되어 있는 다른 첨가제를 포함한다.
첨가제 성분은 주석 촉매, 아연 촉매, 비스무트 촉매, 및/또는 아민 촉매를 포함할 수 있다. 이소시아네이트-반응성 성분 내 촉매의 총량은 0.1 wt% 내지 3.0 wt%일 수 있다.
계면활성제는, 예를 들면, 포옴이 팽창되고 경화될 때 이를 안정화하는데 도움이 되도록 첨가제 성분에 포함될 수 있다. 계면활성제의 예는 비이온성 계면활성제 및 습윤제 예컨대 프로필렌 글리콜, 고체 또는 액체 유기규소, 및 장쇄 알코올의 폴리에틸렌 글라이콜 에테르에 프로필렌 옥사이드 및 그 다음 에틸렌 옥사이드의 순차적 첨가에 의해 제조된 것을 포함한다. 장쇄 알킬 산 설페이트 에스테르, 알킬 설폰산 에스테르, 및 알킬 아릴설폰산의 알칸올아민 염 또는 3차 아민과 같은 이온성 계면활성제가 사용될 수 있다. 예를 들면, 제형은 계면활성제 예컨대 유기규소 계면활성제를 포함할 수 있다. 이소시아네이트-반응성 성분 내 유기규소 계면활성제의 총량은 0.1 wt% 내지 5.0 wt%, 0.1 wt% 내지 3.0 wt%, 0.1 wt% 내지 2.0 wt%, 및/또는 0.1 wt% 내지 1.0 wt%일 수 있다. 사용된 계면활성제의 양은 사용된 사전형성된 수성 폴리머 분산제의 양보다 적을 수 있다.
첨가제 성분은 사전형성된 수성 폴리머 분산제와는 별개로 되는 물을 포함할 수 있다. 물은 이소시아네이트-반응성 성분의 총 중량의 2.0 wt% 미만을 차지할 수 있다. 사전형성된 수성 폴리머 분산제로부터의 물 및 첨가제 성분으로부터의 물을 포함하는 총 물은 이소시아네이트-반응성 성분의 총 중량의 5 wt% 미만을 차지할 수 있다.
첨가제 성분은 수성 폴리머 분산제의 용도에 기초하여 임의의 통상적인 폴리우레탄 포옴 화학 셀 오프너를 배제할 수 있다. 첨가제 성분은 낮은 복원력 포옴에서 통상적으로 사용되는 셀 오프너인 폴리부텐, 폴리부타디엔, 및 왁스성 지방족 탄화수소 예컨대 오일 (예를 들면, 광유, 파라핀 오일, 및/또는 나프텐성 오일)을 배제할 수 있다. 첨가제 성분은 예를 들면, 미국 특허 번호 4,596,665에 논의된 바와 같이, 적어도 4개의 탄소 원자를 갖는 α,β-알킬렌 옥사이드의 알콕실화로부터 주로 유래된 폴리올인 셀 오프너를 배제할 수 있다. 첨가제 성분은 예를 들면, 미국 특허 번호 4,863,976의 배경 부문에서 논의된 바와 같이, 에틸렌 옥사이드 또는 부틸렌 옥사이드로부터 유래된 단위의 높은 비율 (일반적으로 50퍼센트 또는 그 초과)을 함유하는 최대 약 3500 분자량의 폴리에테르인 셀 오프너를 배제할 수 있다. 첨가제 성분은 예를 들면, 미국 특허 번호 4,863,976의 청구항에 논의된 바와 같이, 적어도 5000의 분자량을 갖고 적어도 50 wt%의 옥시에틸렌 단위를 갖는 폴리에테르 폴리올인 셀 오프너를 배제할 수 있다.
이소시아네이트 성분
이소시아네이트 성분은 적어도 1종의 이소시아네이트를 포함한다. 이소시아네이트 성분은 50 내지 110 (예를 들면, 60 내지 100, 65 내지 100, 70 내지 100, 74 내지 100, 70 내지 90, 70 내지 85, 및/또는 74 내지 85)의 이소시아네이트 지수로 존재한다. 이소시아네이트 지수는 이소시아네이트-반응 단위 (이소시아네이트 모이어티와의 반응에 이용가능한 활성 수소)의 몰수에 대한 반응 혼합물 중의 이소시아네이트 모이어티의 몰의 화학양론적 과잉으로서, 100이 곱하여진 것으로 정의된다. 100의 이소시아네이트 지수는 1.0 몰의 이소시아네이트-반응성 기당 1.0 몰의 이소시아네이트 기가 있도록 되고, 100이 곱하여진, 화학양론적 과잉이 없음을 의미한다.
이소시아네이트 성분은 1종 이상의 이소시아네이트 예컨대 폴리이소시아네이트 및/또는 이소시아네이트-말단화된 예비중합체를 포함할 수 있다. 이소시아네이트는 지방족, 지환족, 지환족, 아릴지방족, 및/또는 방향족 폴리이소시아네이트 또는 그것의 유도체인 이소시아네이트-함유 반응물일 수 있다. 예시적인 유도체는 알로파네이트, 뷰렛, 및 NCO (이소시아네이트 모이어티) 종료된 예비중합체를 포함한다. 예를 들면, 이소시아네이트 성분은 적어도 1종의 방향족 이소시아네이트, 예를 들면, 적어도 1종의 방향족 폴리이소시아네이트 또는 방향족 폴리이소시아네이트로부터 유래된 적어도 1종의 이소시아네이트-말단화된 예비중합체를 포함할 수 있다. 이소시아네이트 성분은 톨루엔 디이소시아네이트 (TDI)의 적어도 1종의 이성질체, 조물질 TDI, 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트 (MDI)의 적어도 1종의 이성질체, 조물질 MDI, 및/또는 고차 작용성 폴리메틸렌 폴리페닐 폴리이소시아네이트 (폴리머 MDI 또는 PMDI로도 공지됨)로서 포함할 수 있다. 그 예는 그것의 2,4 및 2,6-이성질체 및 이들의 혼합물의 형태로 TDI 및 그것의 2,4'-, 2,2'- 및 4,4'-이성질체 및 이들의 혼합물의 형태로 MDI를 포함한다. MDI의 혼합물 및 그것의 올리고머는 조물질 또는 폴리머 MDI 및/또는 우레탄, 알로파네이트, 우레아, 뷰렛, 카보디이미드, 우레톤이민 및/또는 이소시아누레이트 기를 포함하는 MDI의 공지된 변이체일 수 있다. 예시적인 이소시아네이트는 VORANATE™ M 220 (The Dow Chemical Company로부터 이용가능한 폴리머 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트)을 포함한다. 다른 예시적인 폴리이소시아네이트는 톨루엔 디이소시아네이트 (TDI), 이소포론 디이소시아네이트 (IPDI) 및 자일렌 디이소시아네이트 (XDI), 및 그것의 변형을 포함한다.
점탄성 포옴
점탄성 폴리우레탄 포옴은 다양한 패키징 적용, 안락 적용 (예컨대 매트리스 - 매트리스 토퍼를 포함함, 베개, 가구, 시트 쿠션, 등) 쇼크 흡수제 적용 (예컨대 범퍼 패드, 스포츠 및 의료 설비, 헬멧 라이너, 등), 및 소음 및/또는 진동 감쇠 적용 (예컨대 귀마개, 자동차 패널, 등)에 유용할 수 있다.
점탄성 폴리우레탄 포옴은 슬랩재 가공 (예를 들면, 프리 라이즈 포옴으로), 성형 가공 (예컨대 박스 발포화 가공에서) 또는 당해 기술에 공지된 임의의 다른 가공으로 제조될 수 있다. 슬랩재 가공에서, 성분들은 혼합되어, 제형이 반응하고, 적어도 하나의 방향으로 자유롭게 팽창하고, 그리고 경화되는 트러프 또는 다른 영역 안에 부어 넣을 수 있다. 슬랩재 가공은 일반적으로 상업적 규모로 계속해서 작동된다. 성형 가공에서, 성분은 혼합되어, 제형이 반응하고, 적어도 하나의 방향으로 주형 없이 팽창하고, 그리고 경화되는 주형/박스 (가열되거나 가열되지 않음) 안에 부어 넣을 수 있다.
점탄성 폴리우레탄 포옴은 초기 주위 조건 (즉, 20℃ 내지 25℃의 범위인 실온 및 대략 1 atm의 표준 대기압)에서 제조될 수 있다. 예를 들면, 점탄성 폴리우레탄 포옴은 이소시아네이트-반응성 성분에 압력의 적용 또는 가열을 필요하지 않는 산 폴리머 및/또는 산-변형된 폴리올레핀 폴리머 (예를 들면, 100℃ 이상의 용융점을 갖는 폴리머)를 포함할 수 있다. 포옴 밀도를 감소하고 포옴을 부드럽게 하기 위해 대기 조건 이하의 압력에서 발포화가 또한 수행될 수 있다. 포옴 밀도를 증가하고 그리고 따라서 압입력 편향 (IFD)에 의해 측정될 때 포옴 하중을 증가하기 위해 대기 조건 이상의 압력에서 발포화가 수행될 수 있다. 성형 가공처리에서, 점탄성 폴리우레탄 포옴은 주위 조건, 예를 들면, 50℃ 및 그 초과의 초기 금형 온도에서 제조될 수 있다. 주형의 오버팩킹, 즉 추가의 발포화 물질로 주형을 충진하는 것은 포옴 밀도를 증가시키기 위해 수행될 수 있다.
점탄성 포옴을 형성하기 위해 사용된 반응 시스템에 대해 계산된 총 수분 함량은 점탄성 폴리우레탄 포옴을 형성하기 위한 반응 시스템의 총 중량을 기준으로 5.0 wt% 미만, 3.0 wt% 미만, 2.0 wt% 미만 및/또는 1.6 wt% 미만일 수 있다. 계산된 총 수분 함량은 제형에 첨가된 DI (탈이온수) 더하기 사전형성된 수성 폴리머 분산제의 일부로서 제형에 첨가된 물의 양의 총량으로 계산된다. 예를 들면, 계산된 총 수분 함량은 0.5 wt% 내지 1.6 wt%, 0.5 wt% 내지 1.5 wt%, 및/또는 1.0 wt% 내지 1.5 wt%일 수 있다.
얻어진 점탄성 폴리우레탄 포옴은 개선된 위킹 효과 및/또는 개선된 수분/열 관리를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 점탄성 폴리우레탄 포옴 매트리스 또는 베개에 대한, 얻어진 포옴의 수분 및 열 관리와 관련하여, 양호한 위킹 효과는 땀이 사용자의 피부로부터 빠르게 이동할 수 있게 할 수 있다. 안락 온도를 유지하기 위한 인간 몸체의 주요 측면은 땀흘리기에 의한 수분 증기를 통해서이다. 땀흘리기는 우리를 시원하게 유지하는 신체의 기전이다. 양호한 위킹 효과는 사용자가 건조하게 유지하고 차가워져서 증가된 안락을 제공하게 할 수 있다. 양호한 위킹 효과는 또한 증발하는 더 많은 표면적을 가진 땀/물을 제공할 수 있다. 또 다른 방법으로 언급하면, 땀/물이 더 큰 영역에 걸쳐 분산되기 때문에 물이 작은 표면적 위로 함께 모일 때보다 이것은 더 빠르게 증발할 수 있다. 또한, 양호한 수분 투과도는 수분이 사용자의 피부를 떠날 수 있게 하고 그리고 천연 수분 증기가 사용자의 피부로부터 열을 방출할 수 있게 한다.
모든 부 및 백분율은 달리 나타내지 않는 한 중량에 의한다. 모든 분자량 데이터는, 달리 나타내지 않는 한 수 평균 분자량에 기초된다.
실시예
본 명세서에서 제공된 데이터 및 서술적인 정보는 근사치에 기초된다. 또한, 주요하게 사용된 물질은 하기와 같다:
AD 1 21.0% 내지 23.0%의 전매 폴리카복실레이트, 암모늄 염 및 77.0% 내지 79.0%의 물을 포함하고, 8.5 내지 9.0의 pH를 가지고 그리고 소수성 코폴리머 고분자전해질 (The Dow Chemical Company로부터 TAMOL™ 165A 분산제로 이용가능함)로 지칭되는 액체 사전형성된 수성 폴리머 분산제.
AD 2 24.0% 내지 26.0% 이하의 전매 폴리카복실레이트, 나트륨 염 및 74.0% 내지 76.0%의 물을 포함하고, 9.5 내지 10.8의 pH를 가지고 그리고 말레산 무수물 코폴리머의 나트륨 염 (The Dow Chemical Company로부터 TAMOL™ 731A 분산제로 이용가능함)로 지칭되는 액체 사전형성된 수성 폴리머 분산제.
AD 3 34.0% 이상 내지 36.0%의 전매 아크릴 폴리머, 0.2% 이하의 수성 암모니아, 26.0% 이상 내지 28.0%의 프로판디올, 및 37.0% 이상 내지 39.0%의 물을 포함하고, 9.3 내지 9.8의 pH를 가지고 그리고 소수성 코폴리머 고분자전해질 (The Dow Chemical Company로부터 TAMOL™ 681 분산제로 이용가능함)로 지칭되는 액체 사전형성된 수성 폴리머 분산제.
AD 4 29.0% 내지 31.0%의 전매 폴리카복실레이트, 나트륨 염 및 69.0% 내지 71.0%의 물을 포함하고, 9.0 내지 10.8의 pH를 가지고 그리고 음이온성 고분자전해질 (The Dow Chemical Company로부터 TAMOL™ 851 분산제로 이용가능함)로 지칭되는 액체 사전형성된 수성 폴리머 분산제.
AD 5 34.0% 내지 36.0%의 전매 폴리카복실산의 염 및 64.0% 내지 66.0%의 물을 포함하고, 6.5 내지 7.5의 pH를 가지고 그리고 음이온성 고분자전해질 (The Dow Chemical Company로부터 TAMOL™ 1254 분산제로 이용가능함)로 지칭되는 액체 사전형성된 수성 폴리머 분산제.
AD 6 25.0% 내지 29.0% 이하의 전매 스티렌/아크릴 코폴리머, 0.25% 이하의 수성 암모니아, 1.0% 이상 내지 2.0% 이하의 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 및 71.0% 내지 75.0% 이하의 물이고, 8.2 내지 8.6의 pH를 가지고 그리고 소수성 코폴리머 분산제 (The Dow Chemical Company로부터 OROTAN™ CA-2500 분산제로 이용가능함)로 지칭되는 액체 사전형성된 수성 폴리머 분산제.
폴리올 1 3의 공칭 하이드록실 작용가 및 대략 1000 g/mol의 수 평균 분자량을 갖는 폴리옥시프로필렌 폴리에테르 폴리올 (The Dow Chemical Company로부터 VORANOL™ 3150로 이용가능함).
폴리올 2 대략 60 wt%의 에틸렌 옥사이드 함량, 3의 공칭 하이드록실 작용가, 대략 35%의 1차 하이드록실 함량, 및 대략 1000 g/mol의 수 평균 분자량을 갖는, 글리세린 개시된 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌 폴리에테르 폴리올.
폴리올 3 20 wt% 미만의 에틸렌 옥사이드 함량, 3의 공칭 하이드록실 작용가, 및 대략 3100 g/mol의 수 평균 분자량을 갖는, 글리세린으로 개시된 폴리옥시프로필렌-폴리옥시에틸렌 폴리에테르 폴리올 (The Dow Chemical Company로부터 VORANOL™ 3136으로 이용가능함).
이소시아네이트 폴리머 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트 - PMDI (The Dow Chemical Company로부터 PAPI™ 94로 이용가능함).
계면활성제 유기규소 계면활성제 (Momentive Performance Materials로부터 Niax™ L-618로 이용가능함).
아민 1 3차 아민 촉매 (Air Products로부터 Dabco® BL-11로 이용가능함).
아민 2 3차 아민 촉매 (Air Products로부터 Dabco® 33-LV로 이용가능함).
주석 주석 촉매 (Evonik Industries로부터 KOSMOS® 29로 이용가능한 주석 (II) 옥토에이트).
DI 탈이온수.
작업 실시예 1 내지 6 및 비교 실시예 A가 하기 표 1의 근사치 제형에 따라 제조된다. 하기 실시예에서, 총 제형 질량은 1900그램이 되도록 설정된다. 작업 실시예 1 내지 6은 각각 사전형성된 수성 폴리머 분산제인 AD 1, AD 2, AD 3, AD 4, AD 5 및 AD 6 중 하나를 사용하여 제조된다. 비교 실시예 A는 물만을 사용하여, 즉 수성 폴리머 분산제를 사용하지 않고 제조된다. 샘플의 밀도는 (ASTM D 3574에 따라) 대략 2.7 내지 3.2 lb/ft3의 범위이다.
Ex. 1 Ex. 2 Ex. 3 Ex.4 Ex. 5 Ex. 6 Ex. A
이소시아네이트-반응성 성분 (중량부에 기반된 양)
AD 1 1.40 -- -- -- -- -- --
AD 2 -- 1.40 -- -- -- -- --
AD 3 -- -- 1.40 -- -- -- --
AD 4 -- -- -- 1.40 -- -- --
AD 5 -- -- -- -- 1.40 -- --
AD 6 -- -- -- -- -- 1.40 --
DI 1.12 1.15 1.48 1.22 1.30 1.17 2.20
폴리올 1 20.00 20.00 20.00 20.00 20.00 20.00 20.00
폴리올 2 60.00 60.00 60.00 60.00 60.00 60.00 60.00
폴리올 3 20.00 20.00 20.00 20.00 20.00 20.00 20.00
계면활성제 0.80 0.80 0.80 0.80 0.80 0.80 0.80
아민 1 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15
아민 2 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05
주석 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05
이소시아네이트 성분 (중량부에 기반된 양)
이소시아네이트 52.01 52.01 52.01 52.01 52.01 52.01 52.01
조성물 특성
근사치 총 부 156 156 156 156 156 156 155
지수 78 78 78 78 78 78 78
이소시아네이트-반응성 성분 내 AD wt% 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 --
계산된 총 수분 함량 (중량부) 2.20 2.20 2.20 2.20 2.20 2.20 2.20
포옴 특성
기류 (scfm) 5.9 5.8 4.6 5.8 4.8 9.5 3.6
평균 복원력 (%) 4 7 4 4 4 4 3
인장 강도 (psi) 10.8 14.9 10.5 9.2 9.9 10.2 8.5
퍼센트 연신 94 87 92 83 92 90 92
인열 강도 (psi) 1.32 1.53 1.38 1.02 1.06 1.20 1.10
IFD @ 25% 편향 (lb) 14 15 19 9 9 12 14
IFD @ 65% 편향 (lb) 28 31 37 19 19 24 27
IFD @ 25% 복원 (lb) 12 10 17 8 8 10 13
각각의 작업 실시예 1 내지 6 및 비교 실시예 A에 대해, 포옴 샘플은 38cm × 38cm × 24 cm (15" × 15" × 9.5")의 투명한 플라스틱 필름으로 라이닝된 목재 박스를 사용하여, 가스배출 후드 하에서 주위 조건하에서 박스 발포화에 의해 제조된다. 높은 회전 속도에서 16-핀 (90°로 분리된 4개의 방사상 방향으로 각각 4개의 핀) 혼합기가 높은 회전 속도 설정에서 1 갤론 컵 (직경 16.5cm, 높이 18cm)과 함께 사용된다. 주석 촉매의 예외로, 이소시아네이트-반응성 성분 내의 성분은 먼저 2400 rpm에서 15초 동안 혼합된다. 그런 다음, 주석 촉매가 첨가되고 즉시 2400 rpm에서 또 다른 15초 동안 혼합된다. 다음으로, 이소시아네이트 성분이 첨가되고 즉시 3000 rpm에서 또 다른 3초 동안 혼합된다. 그런 다음, 혼합된 이소시아네이트-반응성 성분 및 이소시아네이트 성분은 플라스틱 필름으로 라이닝된 박스 안으로 부어 진다. 포옴은 거품이 포옴의 최상부 표면에 나타날 때 도달된 최대 높이를 갖는 것으로 관측된다. 일단 발포화가 완료되면, 포옴은 더욱이 가스배출 후드 하에서 밤새 경화되도록 한다. 포옴 샘플 벽은 폐기되고 나머지 샘플이 특성규명된다.
계산된 총 수분 함량 (중량부)은 제형에 첨가된 DI (탈이온수) 더하기 수성 분산제의 일부로서 제형에 첨가된 물의 양의 총량으로서 계산된다.
기류는 소정의 인가된 공기 압력하에서 포옴을 통과할 수 있는 공기의 척도이다. 기류는 125 Pa (0.018 psi)의 압력에서 1.0 인치 (2.54cm) 두께 × 2 인치 × 2 인치 (5.08cm) 정사각형 단면의 포옴을 통과하는 공기의 용적으로 측정된다. 단위는 분당 표준 입방 피트 (scfm)로 표시된다. 기류를 측정하기 위한 대표적인 상업적 장치는 스위스 취리히 소재의 TexTest AG에 의해 제조되었으며 TexTest Fx3300으로 확인된다. 여기서, 기류는 ASTM D 3574에 따라 측정된다.
평균 복원력은 ASTM D 3574에 따라, 특히 볼 반동 시험을 사용하여 측정된다. 회복 시간은 75% 위치 (즉, 포옴 샘플이 샘플의 최초 두께의 100%에서 75%로 압축됨)에서 포옴 압축이 10% 위치 (포옴 샘플의 최초 두께에 기초됨)로 되는 위치의 압축 하중 헤드를 해제/반환함에 의해 측정된다. 회복 시간은 압축 하중 헤드를 해제/반환하는 것으로부터 포옴이 적어도 1 뉴턴의 힘으로 하중 헤드에 대해 뒤로 미는 순간까지의 시간으로 정의된다.
인장 강도 및 퍼센트 연신은 ASTM D 3574에 따라 측정된다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "인열 강도"는 본 명세서에서 포옴 샘플 내에 길이방향으로 슬릿 컷으로 사전-노치된 포옴 샘플을 인열하는데 요구된 최대 평균 힘을 지칭하기 위해 사용된다. 시험 결과는 ASTM D3574-F의 절차에 따라 선형 인치당 파운드-힘 (lbf/in) 또는 미터당 뉴턴 (N/m)으로 결정된다.
IFD는 압입력 편향으로 지칭되며, ASTM D 3574에 따라 측정된다. IFD는 50 제곱 인치 원형 플레이트를 사용하여 샘플의 최초 두께의 특정 백분율로 샘플에 자국을 내기 위해 요구되는 파운드로서 힘의 양으로 정의된다. 여기서, IFD는 포옴 샘플에 대해 25% 편향 및 65% 편향에서의 파운드 수로서 지정된다. 더 낮은 IFD 값이 점탄성 포옴에 대해 모색된다. 예를 들면, 6 내지 12의 25%에서 IFD는 침대 베개, 두꺼운 등 베개 등에 사용될 수 있다. 12 내지 18의 25%에서 IFD는 중간 두께의 등 베개, 실내장식 패딩 등에 사용될 수 있다. 18 내지 24의 25%에서 IFD는 얇은 등 베개, 누빈 매트릭스, 매우 두꺼운 시트 쿠션 등에 사용될 수 있다. 24 초과의 25%에서 IFD는 평균 내지 보다 단단한 시트 쿠션, 단단한 매트리스, 충격 흡수 포옴, 패키징 포옴, 카페트 패드, 및 초고-단단한 포옴을 요하는 다른 용도에 사용될 수 있다.
25% 복원에서 IFD는 회복하는 포옴의 능력이다. 특히, 25% 복원에서의 IFD는 65% 측정에서 IFD를 통해 반복과 25% 압축으로 복원한 후 회복되는 25%에서 IFD의 백분율로 측정된다.

Claims (11)

  1. ASTM D 3574에 따라 측정될 때 20% 이하의 복원력을 갖는 점탄성 폴리우레탄 포옴을 형성하기 위한 반응 시스템으로, 상기 반응 시스템은:
    50 내지 110으로 되는 반응 시스템의 이소시아네이트 지수인, 적어도 1종의 이소시아네이트를 포함하는 이소시아네이트 성분; 및
    적어도 폴리올 성분, 첨가제 성분, 및 사전형성된 수성 폴리머 분산제를 첨가함에 의해 형성된 혼합물인 이소시아네이트-반응성 성분을 포함하고, 상기 혼합물은:
    상기 혼합물의 총 중량을 기준으로 50.0 wt% 내지 99.8 wt%의 폴리올 성분으로서, 상기 폴리올 성분은 적어도 1종의 폴리에테르 폴리올을 포함하는, 상기 폴리올 성분,
    적어도 1종의 촉매를 포함하는, 상기 혼합물의 총 중량을 기준으로 0.1 wt% 내지 49.9 wt%의 첨가제 성분, 및
    상기 혼합물의 총 중량을 기준으로, 6.0 내지 12.0의 pH를 가지는 0.1 wt% 내지 6.0 wt%의 사전형성된 수성 폴리머 분산제를 포함하고, 상기 수성 폴리머 분산제는 5 wt% 내지 60　wt%의 폴리머 성분 및 40 wt% 내지 95 wt%의 적어도 물을 포함하는 유체 매질을 포함하고, 상기 폴리머 성분은 적어도 1개의 카보닐 기, 포스페이트 기, 포스포네이트 기, 또는 설포닐 기를 갖는 20 wt% 내지 100 wt%의 적어도 1종의 친수성 산 모노머로부터 유래되고 그리고 선택적으로 적어도 1종의 소수성 말단으로 불포화된 탄화수소 모노머로부터 유래된 적어도 1종의 기재 폴리머를 포함하는, 반응 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 사전형성된 수성 폴리머 분산제는 실온 및 대기압의 주위 조건에서 연속 액상 성분인, 반응 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 사전형성된 수성 폴리머 분산제는 상기 폴리올 성분 및 상기 첨가제 성분과는 별도로 제공되는, 반응 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 첨가제 성분은 적어도 1종의 계면활성제를 포함하는, 반응 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 첨가제 성분은 혼합물의 총 중량 중 2.0 wt% 미만을 차지하는 물을 포함하는, 반응 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 친수성 산 모노머는 산 무수물 기의 형태로 적어도 1개의 카보닐 기를 갖는, 반응 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사전형성된 수성 폴리머 분산제는 적어도 1개의 카보닐 기, 포스페이트 기, 포스포네이트 기, 또는 설포닐 기를 갖는 2개의 상이한 친수성 산 모노머를 포함하거나, 또는 적어도 1개의 카보닐 기, 포스페이트 기, 포스포네이트 기, 또는 설포닐 기를 갖는 하나의 친수성 산 모노머와 적어도 1종의 소수성 말단으로 불포화된 탄화수소 모노머를 포함하는 코폴리머인, 반응 시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리올 성분은 적어도 50 wt%의 에틸렌 옥사이드 함량을 가지고, 2 내지 4의 공칭 하이드록실 작용가를 가지며, 그리고 상기 이소시아네이트-반응성 성분의 35 wt% 내지 90 wt%를 차지하는 적어도 1종의 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌 폴리에테르 폴리올을 포함하는 반응 시스템.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리올 성분은 적어도 세 가지 폴리올의 블렌드를 포함하고, 상기 블렌드는:
    (i) 적어도 50 wt%의 에틸렌 옥사이드 함량을 가지고, 2 내지 4의 공칭 하이드록실 작용가를 가지고, 700 g/mol 내지 1500 g/mol의 분자량을 가지고, 그리고 상기 이소시아네이트-반응성 성분의 35 wt% 내지 90 wt%를 차지하는 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌 폴리에테르 폴리올,
    (ii) 20 wt% 미만의 에틸렌 옥사이드 함량을 가지고, 2 내지 4의 공칭 하이드록실 작용가를 가지고, 1500 g/mol 초과 내지 6000 g/mol 미만의 분자량을 가지고, 그리고 상기 이소시아네이트-반응성 성분의 5 wt% 내지 50 wt%를 차지하는 폴리옥시프로필렌-폴리옥시에틸렌 폴리에테르 폴리올, 및
    (iii) 2 내지 4의 공칭 하이드록실 작용가를 가지고, 700 g/mol 내지 1500 g/mol의 분자량을 가지고, 그리고 상기 이소시아네이트-반응성 성분의 5 wt% 내지 50 wt%를 차지하는 폴리옥시프로필렌 폴리에테르 폴리올을 포함하는 반응 시스템.
  10. 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에서 청구된 바와 같은 반응 시스템을 사용하여 제조된, ASTM D 3574에 따라 측정될 때 20% 이하의 복원력을 갖는 점탄성 폴리우레탄 포옴으로서, 상기 점탄성 포옴은 ASTM D3574에 따라 측정될 때 적어도 4.5 ft3/분의 기류를 갖는, 점탄성 폴리우레탄 포옴.
  11. ASTM D 3574에 따라 측정될 때 20% 미만의 복원력을 갖는 점탄성 폴리우레탄 포옴을 형성하는 방법으로서, 상기 방법은:
    적어도 폴리올 성분, 첨가제 성분, 및 사전형성된 수성 폴리머 분산제를 첨가하고 혼합함에 의해 이소시아네이트-반응성 성분을 제조하는 단계로서, 얻어진 혼합물은:
    상기 혼합물의 총 중량을 기준으로 50.0 wt% 내지 99.8 wt%의 폴리올 성분으로서, 상기 폴리올 성분은 적어도 1종의 폴리에테르 폴리올을 포함하는, 상기 폴리올 성분,
    적어도 1종의 촉매 및 적어도 1종의 계면활성제를 포함하는, 상기 혼합물의 총 중량을 기준으로 0.1 wt% 내지 49.9 wt%의 첨가제 성분, 및
    상기 혼합물의 총 중량을 기준으로, 0.1 wt% 내지 6.0 wt%의 사전형성된 수성 폴리머 분산제를 포함하고, 상기 사전형성된 수성 폴리머 분산제는 6.0 내지 12.0의 pH를 가지고, 그리고 5 wt% 내지 60　wt%의 폴리머 성분 및 40 wt% 내지 95 wt%의 적어도 물을 포함하는 유체 매질을 포함하고, 상기 폴리머 성분은 적어도 1개의 카보닐 기, 포스페이트 기, 포스포네이트 기, 또는 설포닐 기를 갖는 20 wt% 내지 100 wt%의 적어도 1종의 친수성 산 모노머로부터 유래되고 그리고 선택적으로 적어도 1종의 소수성 말단으로 불포화된 탄화수소 모노머로부터 유래된 적어도 1종의 기재 폴리머를 포함하는 단계;
    상기 반응 시스템의 이소시아네이트 지수가 50 내지 110이 되도록 적어도 1종의 이소시아네이트를 포함하는 이소시아네이트 성분을 제공하는 단계; 및
    상기 점탄성 폴리우레탄 포옴을 형성하도록 상기 이소시아네이트 성분이 상기 이소시아네이트-반응성 성분과 반응되도록 하는 단계를 포함하는, 방법.
KR1020187000174A 2015-06-18 2016-06-09 수성 폴리머 분산제를 갖는 점탄성 폴리우레탄 포옴 KR102636460B1 (ko)

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US201562181367P 2015-06-18 2015-06-18
US62/181,367 2015-06-18
PCT/US2016/036603 WO2016205054A1 (en) 2015-06-18 2016-06-09 Viscoelastic polyurethane foam with aqueous polymer dispersant

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