TWI553029B - 單層撓性發泡材及形成單層撓性發泡材之方法 - Google Patents
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Description
本發明大體上係關於一種包括聚胺酯凝膠之單層撓性發泡材。更特定言之,單層撓性發泡材包括複數種由聚胺酯凝膠形成且分散於撓性發泡材中之聚結凝膠基質。
某些發泡材(諸如黏彈性記憶發泡材)包括凝膠、薄片及/或粒子之層,利用該等層致力於增加觸覺性質,諸如堅實度、支撐性、回彈性及抗壓縮性。然而,該等發泡材可能難以製造。舉例而言,若該等發泡材以板材發泡材形式製造,則可能難以將該等發泡材切割成塊。亦難以使用成本有效且時間有效的方法形成該等發泡材。此外,在不破壞發泡體(從而損害結構完整性)的情況下且在不形成包括不合需要之單塊凝膠、薄片及/或粒子(例如在發泡材之底部)之產物的情況下,難以將凝膠、薄片及/或粒子之層併入發泡材中。因此,仍有機會開發改良之發泡材。
本發明提供一種單層撓性發泡材。該單層撓性發泡材典型地包括異氰酸酯成分與異氰酸酯反應性成分的反應產物。異氰酸酯成分與異氰酸酯反應性成分在聚胺酯凝膠存在下反應。聚胺酯凝膠在25℃下具有約3,000 cps至約12,000 cps之黏度。聚胺酯凝膠亦包括多元醇成分與第二異氰酸酯成分之反應產物。多元醇成分與第二異氰酸酯成分在約10至約70之異氰酸酯指數下反應。單層撓性發泡材
亦包括複數種由聚胺酯凝膠形成且分散於單層撓性發泡材中之聚結凝膠基質。本發明亦提供一種形成單層撓性發泡材之方法。該方法包括以下步驟:提供(A)異氰酸酯成分,提供(B)異氰酸酯反應性成分,提供(C)聚胺酯凝膠,及合併(C)聚胺酯凝膠與(A)及(B),使得(A)及(B)在(C)存在下反應形成單層撓性發泡材。
聚胺酯凝膠允許單層撓性發泡材維持極佳物理性質、疲勞性質及阻燃性質,同時在使用時改良壓縮永久變形且降低壓力點之形成。聚胺酯凝膠亦允許單層撓性發泡材以時間有效且成本有效之方式典型地在不破壞發泡體的情況下製造。
本發明的其他優勢將容易瞭解,因為參考以下實施方式在結合隨附圖式考慮時將更好地瞭解本發明。
本發明提供一種單層撓性發泡材及一種形成該單層撓性發泡材之方法。術語「單層撓性發泡材(single layer flexible foam)」描述撓性發泡材為單層(例如由單層組成或具有單層)。換言之,單層撓性發泡材典型地為一整體且未劃分成離散層。換言之,單層撓性發泡材不具有兩個或超過兩個離散(例如可識別的)層。單層撓性發泡材典型地具有頂部、底部及一或多個側面,其中頂部界定第一最外層表面,底部界定第二最外層表面,且一或多個側面各自界定第三及/或額外的最外層表面。
單層撓性發泡材未受到特定限制且可進一步定義為黏
彈性單層撓性發泡材、傳統單層撓性發泡材、高回彈性單層撓性發泡材、封閉氣室式單層撓性發泡材、開放氣室式單層撓性發泡材、模製單層撓性發泡材、板材單層撓性發泡材及/或以上之組合。類似地,單層撓性發泡材可進一步定義為聚胺酯單層撓性發泡材、聚脲單層撓性發泡材、聚合物單層撓性發泡材、單層撓性發泡橡膠及其類似物。在一個具體實例中,單層撓性發泡材進一步定義為聚胺酯單層撓性發泡材。在另一具體實例中,單層撓性發泡材進一步定義為聚脲單層撓性發泡材。單層撓性發泡材可以板材發泡材、麵包狀物等形式形成/提供。單層撓性發泡材之各種適合但非限制性一般實例包括Pluracel® VE及Pluracel® HR,均可購自BASF公司。
術語「撓性(flexible)」發泡材為此項技術中之人員所瞭解,且典型地排除經瞭解為剛性發泡材之發泡材。舉例而言,本發明之撓性發泡材可具有根據ASTM、ISO及/或BIFMA標準(或此項技術中認可的任何其他標準)量測之特定物理性質及/或突出特性。可量測的及/或突出的各種物理性質之非限制性實例包括密度、支撐係數(壓縮模數)、空氣流量、鋼球回跳、壓縮模數、壓縮永久變形、耐久性、動態疲勞、撓曲疲勞、滯後性(hysteresis)、壓痕力偏移(indentation force deflection,IFD)、恢復、回彈性、靜態疲勞、表面堅實度、撕裂強度、拉伸強度及/或總垂直運動(total vertical motion,TVM)。本發明之撓性發泡材可具有上述物理性質中之一些而非其他性質。類似地,在各種具
體實例中,本發明之撓性發泡材可由熟習此項技術者基於一或多種上述物理性質之量測值來瞭解或辨別。
單層撓性發泡材關於物理性質並未受到特定限制。在各種具體實例中,單層撓性發泡材之玻璃轉移溫度(Tg)小於30℃、25℃、20℃、15℃、10℃、9℃、8℃、7℃、6℃、5℃、4℃、3℃、2℃、1.5℃或1℃,例如在圖3中。或者,單層撓性發泡材可描述為具有上述任何一或多個值之間的玻璃轉移溫度。亦預期單層撓性發泡材可具有如實施例之一或多個表中所描述及/或如上述值±1%、2%、3%、4%、5%、10%、15%、20+%等的一或多種物理性質。然而,實施例之一或多個表中所闡述之物理性質不需要且不意欲限制本發明。
單層撓性發泡材典型地為(A)異氰酸酯成分與(B)異氰酸酯反應性成分在(C)聚胺酯凝膠存在下反應的反應產物,包括該反應產物,基本上由該反應產物組成,或由該反應產物組成。術語「基本上由……組成(consists essentially of)」描述一具體實例,其中單層撓性發泡材不含並非藉由(A)與(B)在(C)存在下之反應而形成的聚合物。(A)、(B)及(C)各自在下文更詳細地描述。
預期在其他具體實例中,單層撓性發泡材可為如此項技術中已知之一或多種有機單體、聚合物、預聚物等之反應產物,包括該反應產物,基本上由該反應產物組成,或由該反應產物組成,以形成一或多種上述類型之上述發泡材,例如聚脲發泡材、聚合物發泡材、撓性發泡橡膠等。
本文中為簡明目的而未描述此等各種單體、聚合物、預聚物等,但仍然考慮使用且可由熟習此項技術者選擇。在此等具體實例中,一或多種有機單體、聚合物、預聚物等典型地在(C)聚胺酯凝膠存在下反應。術語「基本上由……組成」描述一具體實例,其中單層撓性發泡材不含並非藉由以上一或多種有機單體、聚合物、預聚物等之反應而形成的聚合物。
(A)異氰酸酯成分可為單種異氰酸酯或兩種或多於兩種異氰酸酯之組合,包括單種異氰酸酯或兩種或多於兩種異氰酸酯之組合,基本上由單種異氰酸酯或兩種或多於兩種異氰酸酯之組合組成,或由單種異氰酸酯或兩種或多於兩種異氰酸酯之組合組成。任何異氰酸酯均可進一步定義為傳統異氰酸酯、多異氰酸酯、異氰酸酯及多異氰酸酯之縮二脲、異氰酸酯及多異氰酸酯之異氰尿酸酯及其組合。在一個具體實例中,(A)異氰酸酯成分為n-官能性異氰酸酯,包括n-官能性異氰酸酯,基本上由n-官能性異氰酸酯組成,或由n-官能性異氰酸酯組成。在此具體實例中,n典型地為2至8、2至7、2至6、2至5、2至4、2至3、3至8、3至7、3至6、3至5、3至4、4至8、4至7、4至6、4至5、5至8、5至7、5至6、6至8、6至7或7至8之數字。應瞭解,n可為整數或可具有任何上述範圍內之2至8之中間值。或者,(A)異氰酸酯成分可為選自芳族異氰酸酯、脂族異氰酸酯及其組合之群的異氰酸酯,包括該
異氰酸酯,基本上由該異氰酸酯組成,或由該異氰酸酯組成。在一個具體實例中,(A)異氰酸酯成分為脂族異氰酸酯,包括脂族異氰酸酯,基本上由脂族異氰酸酯組成,或由脂族異氰酸酯組成。(A)異氰酸酯成分亦可為改質之多價脂族異氰酸酯(亦即經由脂族二異氰酸酯及/或脂族多異氰酸酯之化學反應獲得之產物),包括改質之多價脂族異氰酸酯,基本上由改質之多價脂族異氰酸酯組成,或由改質之多價脂族異氰酸酯組成。(A)異氰酸酯成分亦可為以下物質,包括以下物質,基本上由以下物質組成,或由以下物質組成,或由以下物質形成:脲、縮二脲、脲基甲酸酯、碳二醯亞胺、脲并亞胺、異氰尿酸酯、胺酯基團、二聚體、三聚體及其組合。(A)異氰酸酯成分亦可為(但不限於)個別使用或以與以下物質之反應產物形式使用的改質之二異氰酸酯:聚氧伸烷基二醇、二乙二醇、二丙二醇、聚氧乙二醇、聚氧丙二醇、聚氧伸丙基聚氧乙二醇、聚酯醇、聚己內酯及其組合,包括該等改質之二異氰酸酯,基本上由該等改質二之異氰酸酯組成,或由該等改質二異氰酸酯組成。
或者,(A)異氰酸酯成分可為芳族異氰酸酯,包括芳族異氰酸酯,基本上由芳族異氰酸酯組成,或由芳族異氰酸酯組成。芳族異氰酸酯可對應於式R'(NCO)z,其中R'為芳族的且z為與R'之價數對應之整數。典型地,z至少為2。(A)異氰酸酯成分可為(但不限於):四甲基二甲苯二異氰酸酯(TMXDI)、1,4-二異氰酸基苯、1,3-二異氰酸基-鄰二
甲苯、1,3-二異氰酸基-對二甲苯、1,3-二異氰酸基-間二甲苯、2,4-二異氰酸基-1-氯苯、2,4-二異氰酸基-1-硝基-苯、2,5-二異氰酸基-1-硝基苯、二異氰酸間伸苯酯、二異氰酸對伸苯酯、2,4-甲苯二異氰酸酯、2,6-甲苯二異氰酸酯、2,4-甲苯二異氰酸酯與2,6-甲苯二異氰酸酯之混合物、1,5-萘二異氰酸酯、二異氰酸1-甲氧基-2,4-伸苯酯、4,4'-二苯基甲烷二異氰酸酯、2,4'-二苯基甲烷二異氰酸酯、二異氰酸4,4'-伸聯苯酯、3,3'-二甲基-4,4'-二苯基甲烷二異氰酸酯、3,3'-二甲基二苯基甲烷-4,4'-二異氰酸酯;三異氰酸酯,諸如4,4',4"-三苯基甲烷三異氰酸酯、聚亞甲基聚伸苯基多異氰酸酯及2,4,6-甲苯三異氰酸酯;四異氰酸酯,諸如4,4'-二甲基-2,2'-5,5'-二苯基甲烷四異氰酸酯、甲苯二異氰酸酯、2,2'-二苯基甲烷二異氰酸酯、2,4'-二苯基甲烷二異氰酸酯、4,4'-二苯基甲烷二異氰酸酯、聚亞甲基聚伸苯基多異氰酸酯、其相應的異構體混合物、及其組合,包括該等物質,基本上由該等物質組成,或由該等物質組成。或者,芳族異氰酸酯可為間-TMXDI與1,1,1-三羥甲基丙烷之三異氰酸酯產物、甲苯二異氰酸酯與1,1,1-三羥甲基丙烷之反應產物及其組合,包括該等物質,基本上由該等物質組成,或由該等物質組成。
在一個具體實例中,(A)異氰酸酯成分進一步定義為習知脂族、環脂族、芳脂族及芳族異氰酸酯,包括該異氰酸酯,基本上由該異氰酸酯組成,或由該異氰酸酯組成。在其他具體實例中,(A)異氰酸酯成分為選自以下之群的
異氰酸酯:二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)、聚合二苯基甲烷二異氰酸酯(PMDI)及其組合,包括該異氰酸酯,基本上由該異氰酸酯組成,或由該異氰酸酯組成。聚合二苯基甲烷二異氰酸酯在此項技術中亦稱為聚亞甲基聚伸苯基多異氰酸酯。在其他具體實例中,(A)異氰酸酯成分為可乳化MDI(eMDI),包括eMDI,基本上由eMDI組成,或由eMDI組成。其他適合之異氰酸酯之實例可為(但不限於)甲苯二異氰酸酯(TDI)、二異氰酸六亞甲酯(HDI)、異佛酮二異氰酸酯(IPDI)、萘二異氰酸酯(NDI)及其組合,包括該等物質,基本上由該等物質組成,或由該等物質組成。
在某些具體實例中,(A)異氰酸酯成分為異氰酸酯封端之預聚物,包括異氰酸酯封端之預聚物,基本上由異氰酸酯封端之預聚物組成,或由異氰酸酯封端之預聚物組成。異氰酸酯封端之預聚物典型地為異氰酸酯與多元醇及/或多元胺之反應產物。或者,(A)異氰酸酯成分可為熟習聚胺酯或聚脲技術者所瞭解的任何類型之異氰酸酯(諸如以上描述及例示之多異氰酸酯之一),包括該異氰酸酯,基本上由該異氰酸酯組成,或由該異氰酸酯組成。適合之異氰酸酯的特定非限制性實例可在以下商標下購自新澤西州Florham Park之BASF公司:LUPRANATE®,諸如LUPRANATE® M、LUPRANATE® MI、LUPRANATE® MM103、LUPRANATE® M20SB、LUPRANATE® M20HB及LUPRANATE® M20FB、LUPRANATE® 280及LUPRANATE®
T-80 TDI異氰酸酯。應瞭解,(A)異氰酸酯成分可為上述異氰酸酯及/或異氰酸酯封端之預聚物之任何組合,包括上述異氰酸酯及/或異氰酸酯封端之預聚物之任何組合,基本上由上述異氰酸酯及/或異氰酸酯封端之預聚物之任何組合組成,或由上述異氰酸酯及/或異氰酸酯封端之預聚物之任何組合組成。(A)異氰酸酯成分可描述為具有任何NCO%含量及任何黏度。
(A)異氰酸酯成分亦可以如由熟習此項技術者所確定的任何量與(B)異氰酸酯反應性成分反應。(A)異氰酸酯成分與(B)異氰酸酯反應性成分典型地在30至150、40至130、50至120、60至110、70至100、80至90、70至90、75至85、85至95、80至90或75至95之異氰酸酯指數下反應。以上段落中所使用之術語「基本上由……組成」典型地描述(A)異氰酸酯成分可不含聚合物(例如非異氰酸酯聚合物)、不含多元醇等。
(B)異氰酸酯反應性成分亦未受到特定限制且可進一步定義為多元醇、胺、醇或此項技術中已知之任何其他成分,包括該等成分,基本上由該等成分組成,或由該等成分組成,以與(A)異氰酸酯成分反應形成單層撓性發泡材。在一個具體實例中,(B)異氰酸酯反應性成分進一步定義為多元醇。在另一具體實例中,(B)異氰酸酯反應性成分\進一步定義為胺。(B)異氰酸酯反應性成分可使用此項技術中已知之任何方法(包括(但不限於)DMC催化)來形
成。
多元醇及/或胺亦未受到特定限制且可由任何起始劑形成且可具有任何官能基。在各種具體實例中,多元醇及/或胺係由2官能引發劑、3官能引發劑、4官能引發劑、5官能引發劑、6官能引發劑、7官能引發劑或8官能引發劑形成。適合之起始劑之各種非限制性實例包括複數個活性氫原子,且為水、丁二醇、乙二醇、丙二醇、二乙二醇、三乙二醇、二丙二醇、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、甲苯二胺、二乙基甲苯二胺、苯基二胺、二苯基甲烷二胺、乙二胺、環己烷二胺、環己烷二甲醇、間苯二酚、雙酚A、甘油、三羥甲基丙烷、1,2,6-己三醇、季戊四醇及其組合,包括該等物質,基本上由該等物質組成,或由該等物質組成。在一個具體實例中,多元醇進一步定義為三醇且可由諸如(但不限於)以下之起始劑形成:甘油、三羥甲基丙烷及其類似物。在其他具體實例中,多元醇可進一步定義為具有20 mg KOH/g至200 mg KOH/g、25 mg KOH/g至190 mg KOH/g、30 mg KOH/g至180 mg KOH/g、40 mg KOH/g至170 mg KOH/g、50 mg KOH/g至160 mg KOH/g、60 mg KOH/g至150 mg KOH/g、70 mg KOH/g至140 mg KOH/g、80 mg KOH/g至130 mg KOH/g、90 mg KOH/g至120 mg KOH/g或100 mg KOH/g至110 mg KOH/g之羥基數目。
在其他具體實例中,(B)異氰酸酯反應性成分進一步定義為聚酯多元醇、聚醚多醇、聚醚/酯多元醇或其組合,包括該等物質,基本上由該等物質組成,或由該等物質組
成。多元醇可選自但不限於以下之群:脂族多元醇、環脂族多元醇、芳族多元醇、雜環多元醇、接枝多元醇及其組合。適合之多元醇之更特定實例選自但不限於以下之群:丙二醇、蔗糖起始之多元醇、蔗糖/甘油起始之多元醇、三羥甲基丙烷起始之多元醇、生物多元醇及其組合。
適合之聚醚多元醇可為(但不限於)藉由環氧化物(例如環氧乙烷(EO)、環氧丙烷(PO)、環氧丁烷(BO)或四氫呋喃)在一或多種起始劑存在下之聚合獲得之產物,包括該等產物,基本上由該等產物組成,或由該等產物組成。適合之起始劑包括(但不限於)上述起始劑。
其他適合之聚醚多元醇可為聚醚二醇及三醇(諸如藉由同時或依序將環氧乙烷及環氧丙烷加成至二官能性或三官能引發劑而獲得之聚氧伸丙基二醇及三醇及聚(氧伸乙基-氧伸丙基)二醇及三醇),包括該等聚醚二醇及三醇,基本上由該等聚醚二醇及三醇組成,或由該等聚醚二醇及三醇組成。亦可使用氧伸乙基含量為以多元醇成分之重量計約5重量%至約90重量%之共聚物,其中多元醇可為嵌段共聚物、無規/嵌段共聚物或無規共聚物。其他適合之聚醚多元醇包括藉由四氫呋喃之聚合獲得之聚丁二醇。
適合之聚酯多元醇可為(但不限於)多元醇(諸如乙二醇、丙二醇、二乙二醇、1,4-丁二醇、新戊二醇、1,6-己二醇、環己烷二甲醇、甘油、三羥甲基丙烷、季戊四醇或聚醚多元醇)或該等多元醇之混合物與聚羧酸(尤其二羧酸或其酯形成性衍生物,例如丁二酸、戊二酸及己二酸或
其二甲酯、癸二酸、鄰苯二甲酸酐、四氯鄰苯二甲酸酐或對苯二甲酸二甲酯或其混合物)之羥基封端之反應產物,包括該等反應產物,基本上由該等反應產物組成,或由該等反應產物組成。亦可使用藉由內酯(例如己內酯)與多元醇或羥基羧酸(例如羥基己酸)之聚合而獲得之聚酯多元醇。
適合之聚酯醯胺多元醇可藉由在聚酯化混合物中包括胺基-醇(諸如乙醇胺)而獲得。適合之聚硫醚多元醇可為藉由硫代二乙二醇單獨或與其他二醇、環氧烷、二羧酸、甲醛、胺基-醇或胺基-羧酸縮合而獲得之產物,包括該等產物,基本上由該等產物組成,或由該等產物組成。適合之聚碳酸酯多元醇包括或為藉由使二醇(諸如1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、二乙二醇或四乙二醇)與碳酸二芳酯(例如碳酸二苯酯)或與光氣反應而獲得之產物。適合之聚縮醛多元醇包括或為藉由使二醇(諸如二乙二醇、三乙二醇或己二醇)與甲醛反應製備之多元醇。其他適合之聚縮醛多元醇亦可藉由聚合環狀縮醛來製備。適合之聚烯烴多元醇可為羥基封端之丁二烯均聚物及共聚物,包括羥基封端之丁二烯均聚物及共聚物,基本上由羥基封端之丁二烯均聚物及共聚物組成,或由羥基封端之丁二烯均聚物及共聚物組成,且適合之聚矽氧烷多元醇包括聚二甲基矽氧烷二醇及三醇。
在某些具體實例中,多元醇進一步定義為天然油多元醇(NOP)。在此等具體實例中,多元醇不為基於石油之多
元醇,亦即來源於石油產物及/或石油副產物之多元醇。NOP典型地來源於此項技術中所瞭解之天然油且最典型地來源於植物油或堅果油。適合之天然油之實例可為(但不限於)蓖麻油及來源於大豆油、油菜籽油、椰子油、花生油、菜籽油等之NOP,包括該等油,基本上由該等油組成,或由該等油組成。使用該等天然油可用於降低環境足跡。在上述段落中,術語「基本上由……組成」典型地描述(B)異氰酸酯反應性成分及/或起始劑等不含將影響其與(A)之反應性之額外單體或聚合物。
如以上最先所述,(A)異氰酸酯成分與(B)異氰酸酯反應性成分典型地在(C)聚胺酯凝膠存在下反應形成單層撓性發泡材。(A)與(B)可藉由任何已知機制來反應。最典型地,(A)與(B)以聚胺酯及/或聚脲形成反應之形式反應。然而,(A)與(B)可藉由此項技術中已知之任何其他機制(例如異氰酸酯反應性機制)來反應。
現參看(C)聚胺酯凝膠,此凝膠典型地為(1)多元醇成分與(2)第二異氰酸酯成分之反應產物。在其他具體實例中,(C)聚胺酯凝膠可為(1)與(2)之反應產物,包括(1)與(2)之反應產物,基本上由(1)與(2)之反應產物組成,或由(1)與(2)之反應產物組成。術語「基本上由……組成」典型地描述(C)不含其他單體及/或聚合物之反應產物。
(1)多元醇成分可與上述(B)異氰酸酯反應性成分相
同或不同。類似地,(2)第二異氰酸酯成分可與上述(A)(第一)異氰酸酯成分相同或不同。然而,(1)多元醇成分與(2)第二異氰酸酯成分均未受到特定限制且可為此項技術中已知之任何成分。在一個具體實例中,(1)多元醇成分為或包括Pluracol® 4156、Elastopan® S40650R及/或Elastopan® S40657R,其各自可購自BASF公司。在另一具體實例中,(2)第二異氰酸酯成分為或包括Lupranate® 280、Elastopan® S40641T異氰酸酯及/或Elastopan® S40642T異氰酸酯,各自亦可購自BASF公司。
(1)多元醇成分與(2)第二異氰酸酯成分典型地在約10至約70之異氰酸酯指數下反應以形成(C)聚胺酯。在其他具體實例中,異氰酸酯指數為約15至約65、約20至約60、約25至約55、約30至約50、約35至約45或約40至約45。在各種具體實例中,異氰酸酯指數進一步定義為約25至約60、約25至約50或約30至約45。
(C)聚胺酯凝膠可進一步定義為完全反應或固化的。舉例而言,全部量(例如95%、96%、97%、98%、99%或99+%)之(1)可與全部量之(2)反應,使得無額外實質性反應發生。或者,(C)聚胺酯凝膠可進一步描述為(1)與(2)之部分或非完全反應產物。在此情形中,(C)聚胺酯凝膠中可存在過量之(1)及/或(2)。預期在此情形中,(C)聚胺酯凝膠可描述為部分反應或部分固化的。
亦預期若(C)聚胺酯凝膠包括過量之(1)及/或(2),則在反應及形成單層撓性發泡材期間(1)及(2)之一者
或兩者可部分地與(A)及/或(B)反應。換言之,若(C)聚胺酯凝膠中存在過量之(1)及/或(2),則經由與(A)及/或(B)反應,部分之(C)聚胺酯凝膠可能經由交聯反應形成單層撓性發泡材,例如反應形成單層撓性發泡材之胺酯或尿素基質。或者,即使(C)聚胺酯發泡材中可能存在過量之(1)及/或(2),亦無併入或交聯發生。換言之,即使存在過量之(1)及/或(2),(1)及/或(2)與(A)及/或(B)亦有可能不發生可辨識的反應。
如使用具有#63軸之布洛克菲爾德數位黏度計(Brookfield Digital Viscometer with a #63 Spindle)所量測,(C)聚胺酯凝膠在25℃下典型地具有約3,000 cps至約12,000 cps之黏度。或者,如使用具有#63軸之布洛克菲爾德數位黏度計所量測,(C)在25℃下可具有約4,000 cps至約11,000 cps、約5,000 cps至約10,000 cps或約6,000 cps至約9,000 cps或約7,000 cps至約8,000 cps之黏度。亦預期在一個具體實例中,聚胺酯凝膠可描述為使用具有#63軸之布洛克菲爾德數位黏度計量測黏度在25℃下為約3,000 cps至約12,000 cps之黏性液體。在不欲受任何特定理論限制的情況下,在一個具體實例中,聚胺酯凝膠可進一步定義為經改質以改變最終(最後)形式之物理狀態的懸浮於液體中之固相網路。或者,聚胺酯凝膠可在視覺上描述為類似於濃稠液體、黏性膏狀物、軟膠狀形式或韌性橡膠狀材料。
(C)聚胺酯凝膠可以任何量存在於單層撓性發泡材
中。然而,在各種具體實例中,(C)係以每100重量份之單層撓性發泡材達至約30重量份、達至約25重量份、達至約20重量份、達至約15重量份、達至約10重量份或達至約5重量份之量存在。在其他具體實例中,(C)聚胺酯凝膠係以每100重量份之單層撓性發泡材約0.01重量份至約30重量份、約1重量份至約5重量份、約5重量份至約10重量份、約5重量份至約30重量份、約8重量份至約25重量份或約10重量份至約20重量份之量存在於單層撓性發泡材中。此處亦明確地涵蓋上述量之間的所有值及值之範圍。
典型地,(C)聚胺酯凝膠不均勻地分散於單層撓性發泡材中。換言之,(C)聚胺酯凝膠典型地非均相地分散於單層撓性發泡材中。在一個具體實例中,(C)聚胺酯凝膠自單層撓性發泡材中分異。單層撓性發泡材典型地包括複數種由(C)聚胺酯凝膠形成且分散於單層撓性發泡材中之聚結凝膠基質。術語「凝膠基質(gel substrate)」典型地描述一系列凝膠粒子及/或凝膠分子之集合。術語「聚結(agglomerated)」典型地描述凝膠基質安置於所收集之群中且未隨機分散在整個單層撓性發泡材中。預期(C)聚胺酯凝膠及/或凝膠基質可聚結在一起且凝膠、凝膠基質及/或聚結物可以漩渦狀模式分佈於單層撓性發泡材中。或者,(C)聚胺酯凝膠、凝膠基質及/或聚結物可以可進一步描述為以下之模式分佈於單層撓性發泡材中:非均勻模式、輪狀模式、帶狀模式、雲紋模式、旋渦狀模式、線圈狀模式、波
紋狀模式、擰扭模式、環繞模式、螺旋模式、蛇形模式、正弦模式、彎曲模式及/或隨機模式及其類似模式。或者,預期(C)聚胺酯凝膠、凝膠基質及/或聚結物可以幾何及/或對稱模式、以梯度模式及/或以塊狀模式及其類似模式分散於單層撓性發泡材中。在一個具體實例中,(C)聚胺酯凝膠、凝膠基質及/或聚結物安置在單層撓性發泡材之某些區域中且不存在於單層撓性發泡材之其他區域中。適合之模式之一種非限制性選擇闡述於圖1中。
亦預期單層撓性發泡材可不含多於一種類型之聚胺酯凝膠基質。換言之,單層撓性發泡材可包括上述聚胺酯凝膠基質,排除其他凝膠基質。
單層撓性發泡材及/或(C)聚胺酯凝膠可在一或多種添加劑存在下形成,或可不含一或多種添加劑。該一或多種添加劑可選自以下之群:增鏈劑、用於影響壓縮後發泡材之恢復的恢復添加劑、消泡劑、加工添加劑、塑化劑、鏈終止劑、表面活性劑、黏著促進劑、阻燃劑、抗氧化劑、水清除劑、霧狀二氧化矽、染料、紫外光穩定劑、填充劑、觸變劑(thixotropic agent)、矽酮、過渡金屬、催化劑、發泡劑、界面活性劑、交聯劑、惰性稀釋劑及其組合。一或多種添加劑可以如熟習此項技術者所需要的任何量包括在內。
一或多種添加劑可包括胺。或者,一或多種添加劑可包括界面活性劑以穩定化樹脂組成物。界面活性劑可為陰
離子性、陽離子性或非離子性界面活性劑或可包括一或多種界面活性劑(諸如可用於控制氣室尺寸之單層撓性發泡材界面活性劑)之混合物。另外,一或多種添加劑可包括發泡劑及/或發泡催化劑。另外,一或多種添加劑亦可包括膠凝催化劑。在另一具體實例中,一或多種添加劑包括非鄰苯二甲酸酯塑化劑。
在各種具體實例中,使用錫催化劑、胺催化劑或該等催化劑之組合。亦預期可使用有機金屬催化劑,例如錫、鐵、鉛、鉍、汞、鈦、鉿及/或鋯催化劑。適合之非限制性錫催化劑包括有機羧酸之錫(II)鹽,例如乙酸錫(II)、辛酸錫(II)、乙基己酸錫(II)及月桂酸錫(II)。在一個具體實例中,有機金屬催化劑包括二月桂酸二丁基錫,其為有機羧酸之二烷基錫(IV)鹽。有機金屬催化劑亦可包括其他有機羧酸之二烷基錫(IV)鹽,諸如二乙酸二丁基錫、順丁烯二酸二丁基錫及二乙酸二辛基錫。
其他適合但非限制性催化劑之實例包括氯化鐵(II)、氯化鋅、辛酸鉛、參(二烷基胺基烷基)-s-六氫三(諸如但不限於參(N,N-二甲基胺基丙基)-s-六氫三)、四烷基銨氫氧化物(諸如但不限於四甲基銨氫氧化物)、鹼金屬氫氧化物(諸如但不限於氫氧化鈉及氫氧化鉀)、鹼金屬醇鹽(諸如但不限於甲醇鈉及異丙醇鉀),及具有10個至20個碳原子及/或側鏈OH官能基之長鏈脂肪酸之鹼金屬鹽。額外之適合催化劑包括三聚化催化劑,諸如N,N,N-二甲基胺基丙基六氫三、鉀、乙酸鉀、N,N,N-三甲基異丙基胺/甲酸鹽
及其組合。適合催化劑之其他實例包括三級胺催化劑,諸如二甲基胺基乙醇、二甲基胺基乙氧基乙醇、三乙胺、N,N,N',N'-四甲基乙二胺、N,N-二甲基胺基丙胺、N,N,N',N',N"-五甲基二伸丙基三胺、參(二甲基胺基丙基)胺、N,N-二甲基哌、四甲基亞胺基-雙(丙胺)、二甲基苯甲胺、三甲胺、三乙醇胺、N,N-二乙基乙醇胺、N-甲基吡咯啶酮、N-甲基嗎啉、N-乙基嗎啉、雙(2-二甲胺基-乙基)醚、N,N-二甲基環己胺(DMCHA)、N,N,N',N',N"-五甲基二伸乙基三胺、1,2-二甲基咪唑、3-(二甲胺基)丙基咪唑及其組合。
在各種具體實例中,添加劑包括著色劑,諸如反應性著色劑(reactint)、顏料及/或染料。著色劑可以液體或粉末形式使用。著色劑可具有任何顏色,諸如白色、黑色、紅色、綠色、藍色、黃色、綠色、棕色等。著色劑之各種摻合物可用於為單層撓性發泡材及/或(C)聚胺酯凝膠賦予不同顏色、色度及陰影。
本發明亦提供一種形成單層撓性發泡材之方法。該方法可包括以下步驟,基本上由以下步驟組成,或由以下步驟組成:提供(A)異氰酸酯成分,提供(B)異氰酸酯反應性成分,提供(C)聚胺酯凝膠,及合併(C)聚胺酯凝膠與(A)及(B),使得(A)與(B)在(C)存在下反應形成單層撓性發泡材。提供(A)、(B)及/或(C)之步驟未受到特定限制。一或多者可經由噴霧、澆注及其類似方
法來提供。類似地,(A)、(B)及(C)可使用此項技術中已知之任何方法來合併。在一個具體實例中,(C)係在反應器中經由一或多個泵添加至(A)或(B)或(A)及(B)之混合物中。在其他具體實例中,(A)、(B)及/或(C)係使用全混合技術、波技術、雲紋/旋渦技術及/或原地傾倒技術來提供及/或合併。該方法可僅包括上述步驟,或可包括如由熟習此項技術者所選擇之一或多個額外步驟。
一系列單層撓性發泡材((本發明)發泡材1至(本發明)發泡材5)係根據本發明形成且包括本發明之聚胺酯凝膠。亦形成兩種比較性單層撓性發泡材(比較性發泡材1及比較性發泡材2)且其不包括本發明之聚胺酯凝膠。更特定言之,發泡材1至發泡材5及比較性發泡材1及比較性發泡材2各自係使用下表1中所陳述之成分來形成,其中除非另外說明,否則所有值均為近似重量份。
多元醇1為可購自BASF公司之Pluracol® 2100。
多元醇2為可購自BASF公司之Pluracol® 3424。
多元醇3為可購自BASF公司之Pluracol® 593。
多元醇4為可購自BASF公司之Pluracol® 5132。
多元醇5為可購自BASF公司之Pluracol® 1603。
界面活性劑1為可購自Evonik Industries之Tegostab® B8418。
界面活性劑2為可購自Evonik Industries之Tegostab® B8707。
增鏈劑為可購自Air Products and Chemicals公司之DABCO® DEOA-LF-二乙醇胺/水(85/15)。
恢復單醇添加劑為苯甲醇。
催化劑1為可購自Air Products and Chemicals公司之DABCO® 33 LV。
催化劑2為可購自Air Products and Chemicals公司之DABCO® BL11。
催化劑3為可購自Air Products and Chemicals公司之DABCO® T-12。
異氰酸酯1為可購自BASF公司之Lupranate® 280。
異氰酸酯2為可購自BASF公司之Lupranate® T-80 TDI。
在發泡材1至發泡材5之形成中所使用之聚胺酯凝膠係使用以下成分形成,其中所有值均以重量份計。
著色劑為可購自Milliken Chemical之Reactint Blue X8515。
T-9為可購自Air Products and Chemicals公司之DABCO® T-9辛酸亞錫催化劑。
GBL為可購自BASF公司之γ丁內酯。
形成之後,如下表2中所陳述使用標準ASTM D3574方法評估上述發泡材之各種樣品以測定一系列物理性質、疲勞性質及可燃性。
以上所闡述之數據表明本發明之聚胺酯凝膠不會使其他方面可接受之撓性發泡材(亦即比較性發泡材1及比較性發泡材2)之性質降級。實際上,與比較性發泡材相比,本發明之發泡材展示改良(亦即較低)之壓縮永久變形。
亦使用壓力測繪技術評估本發明之發泡材2、發泡材4及發泡材5及比較性發泡材1及比較性發泡材2,以確定當經受向下施加之各種負荷時本發明之發泡材是否降低壓力點之存在。
更特定言之,黏彈性記憶發泡材之頂層安置於高回彈性發泡材之底層上。發泡材之頂層與底層皆具有2"×18×20"之尺寸。組裝之後,將發泡材之頂層及底層置放於Swick或Instron IFD測試儀中且經受200牛頓、400牛頓及600牛頓之不同負荷。Swick或Instron IFD測試儀經由使用經組態呈模擬坐立位置中之人體形態之形狀的金屬板在發泡材上施加向下的力。壓力圖係由Swick或Instron IFD測試儀產生且顏色代碼如圖2中所展示,其中約零至約5.1與5.9之間的壓力為大部分消費者感覺舒適之壓力,而大於約5.9之壓力為大部分消費者發現不適之壓力。
在圖2中,自左至右,頂層及底層如下:比較性發泡材1(頂層)安置於比較性發泡材2(底層)上;比較性發泡材1(頂層)安置於本發明發泡材4(底層)上;本發明發泡材2(頂層)安置於比較性發泡材2(底層)上;本發明發泡材2(頂層)安置於本發明發泡材4(底層)上;及本發明發泡材2(頂層)安置於本發明發泡材5(底層)上
經由測試上述發泡材產生之此等壓力圖大體上指示壓力點之存在及強度降低5%至25%,其係使用壓力圖中產生之式子及特定數據點來確定。
亦產生額外發泡材樣品並加以評估以測定溫度上升隨時間之變化。此等評估經設計以模擬當觸摸發泡材時其保持冷卻之能力。在不欲受任何特定理論束縛的情況下,咸信吸熱及/或需要較長時間使溫度上升(如與其他發泡材相比)之發泡材在觸摸時感覺較冷。評估三個發泡材樣品以測定溫度上升隨時間之變化。評估發泡材2之樣品並與比較性發泡材1之樣品(不具有聚胺酯凝膠)及比較性發泡材3之樣品比較。比較性發泡材3係藉由將用於形成發泡材2之聚胺酯凝膠樣品嵌入比較性發泡材1之樣品中而形成。更特定言之,為形成比較性發泡材3,切下額外的比較性發泡材1樣品之頂部之一部分並以用於形成發泡材2之聚胺酯凝膠樣品填充。因此,比較性發泡材3與比較性發泡材1相同,除了嵌入本發明聚胺酯凝膠之一個具體實例。形成之後,暴露各樣品以加熱及/或超過體溫(約37℃)。接著在將樣品暴露於熱量的同時隨時間推移量測樣品本身之溫度,且將結果繪於圖4中。圖4之結果表明本發明之發泡材2表現優於比較性發泡材1,因為隨時間推移溫度上升明顯小於發泡材2。結果亦表明發泡材2表現類似於比較性發泡材3,尤其當時間增加時。然而且如上文所描述,與比較性發泡材(例如比較性發泡材1及比較性發泡材3)相比,本發明之發泡材(例如發泡材2)係典型地以時間及成本更有效性之方式形成。
應瞭解,上述一或多個值可變化±5%、±10%、±15%、
±20%、±25%、±30%等,只要差異保持在本發明範疇之內。亦應瞭解,隨附申請專利範圍不限於實施方式中所述之確切且特定的化合物、組成物或方法,其可隨特定具體實例而變化,該等特定具體實例屬於隨附申請專利範圍之範疇內。關於本文中描述各種具體實例之特定特徵或態樣所依賴之任何馬庫西群組(Markush group),應瞭解不同、特定及/或出乎意料的結果可由各別馬庫西群組中獨立於所有其他馬庫西成員的各成員獲得。馬庫西群組之各成員可個別地及/或以組合形式提供依據並為屬於隨附申請專利範圍之範疇內的特定具體實例提供足夠支持。
亦應瞭解,在描述本發明之各種具體實例中所依賴的任何範圍及子範圍個別地且共同地屬於隨附申請專利範圍之範疇內,且應瞭解為描述並涵蓋所有範圍,包括其中的整數及/或分數值,即使該等值在本文中未明確寫出。熟習此項技術者容易承認,所列舉之範圍及子範圍充分地描述本發明之各種具體實例並使得該等具體實例能夠進行,且該等範圍及子範圍可進一步描述成相關的一半、三分之一、四分之一、五分之一等。僅舉一例,「0.1至0.9之」範圍可進一步描述為下部三分之一(亦即0.1至0.3)、中間三分之一(亦即0.4至0.6)及上部三分之一(亦即0.7至0.9),其個別地且共同地屬於隨附申請專利範圍之範疇內,且可個別地及/或共同地提供依據並對屬於隨附申請專利範圍之範疇內的特定具體實例提供足夠支持。另外,關於界定或修飾一個範圍之語言,諸如「至少」、「大於」、「小於」、「不
大於」及其類似語言,應瞭解該等語言包括子範圍及/或上限或下限。另舉一例,「至少10」之範圍本質上包括至少10至35之子範圍、至少10至25之子範圍、25至35之子範圍等,且各子範圍可個別地及/或共同地提供依據並對屬於隨附申請專利範圍之範疇內的特定具體實例提供足夠支持。最後,所揭示範圍內之個別數字可提供依據並對屬於隨附申請專利範圍之範疇內的特定具體實例提供足夠支持。舉例而言,「1至9」之範圍包括各個別整數(諸如3),以及包括小數點(或分數)之個別數字(諸如4.1),其可提供依據並對屬於隨附申請專利範圍之範疇內的特定具體實例提供足夠支持。
申請專利範圍獨立項與附屬項(單項附屬與多項附屬)之所有組合的標的物明確地涵蓋於本文中,但為簡潔起見並未詳細描述。已以說明性方式描述本發明,且應瞭解已使用之術語意欲具有字語之描述而非限制性質。根據以上教示,本發明之許多修改及變化形式為可能的,且可以除如特定描述之外的其他方式來實踐本發明。
圖1為單層撓性發泡材之一個具體實例的照片,其中複數種聚結凝膠基質(著色為灰色)以非均勻模式分散於單層撓性發泡材(著色為白色)中。
圖2包括一系列顏色壓力圖及相應的圖例,其表示在實施例中描述之壓力圖。
圖3為各自包括不同聚胺酯凝膠之兩種相同單層撓性
發泡材之玻璃轉移溫度的線圖。A/B凝膠係如熟習此項技術者所瞭解,用在兩成分系統中以適當比率混合在一起之第二異氰酸酯成分及多元醇成分製備。RM凝膠亦如熟習此項技術者所瞭解,用包括與A/B凝膠相同的第二異氰酸酯成分及多元醇成分之原料配方製備。然而,在RM凝膠中,第二異氰酸酯成分與多元醇成分一次性地摻合在一起。玻璃轉移溫度闡述為隨單層撓性發泡材之凝膠濃度(以重量份計)變化。
圖4為線圖,其表示與發泡材2、比較性發泡材1及比較性發泡材3之溫度上升有關的實施例中所描述之數據隨時間之變化。
Claims (26)
- 一種單層撓性發泡材,其包含以下反應產物:A.異氰酸酯成分;與B.異氰酸酯反應性成分;在以下物質存在下反應:C.聚胺酯凝膠,其在25℃下具有約3,000cps至約12,000cps之黏度,且包含以下各物之反應產物:(1)多元醇成分,及(2)第二異氰酸酯成分,在約10至約70之異氰酸酯指數下,其中該單層撓性發泡材包含複數種聚結凝膠基質,該複數種聚結凝膠基質係由該聚胺酯凝膠形成且非均相地分散於該單層撓性發泡材中。
- 如申請專利範圍第1項之單層撓性發泡材,其中該(B)異氰酸酯反應性成分包含多元醇,使得該單層撓性發泡材進一步定義為單層聚胺酯撓性發泡材。
- 如申請專利範圍第1項之單層撓性發泡材,其進一步定義為板材黏彈性記憶單層聚胺酯撓性發泡材。
- 如申請專利範圍第1項之單層撓性發泡材,其進一步定義為高回彈性單層聚胺酯撓性發泡材。
- 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項之單層撓性發泡材,其中該聚胺酯凝膠係以每100重量份該單層聚胺酯撓性發泡材達至約30重量份之量存在。
- 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項之單層撓性發泡材,其中該複數種聚結凝膠基質係以非均勻模式非均 相地分散於該單層聚胺酯撓性發泡材中。
- 如申請專利範圍第6項之單層撓性發泡材,其中該非均勻模式進一步定義為漩渦模式。
- 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項之單層撓性發泡材,其中該多元醇成分包含三醇。
- 如申請專利範圍第8項之單層撓性發泡材,其中該三醇具有約20mg KOH/g至約200mg KOH/g之羥基數。
- 如申請專利範圍第8項之單層撓性發泡材,其中該三醇係在雙金屬氰化物催化劑存在下形成。
- 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項之單層撓性發泡材,其中該聚胺酯凝膠係以每100重量份該單層聚胺酯撓性發泡材約5重量份至15重量份之量存在,且其中該單層聚胺酯撓性發泡材具有小於30℃之玻璃轉移溫度。
- 如申請專利範圍第1項之單層撓性發泡材,其中該(B)異氰酸酯反應性成分進一步定義為在雙金屬氰化物催化劑存在下形成之三醇,使得該單層撓性發泡材進一步定義為單層聚胺酯撓性發泡材,其中該複數種聚結凝膠基質係以非均勻模式非均相地分散於該單層聚胺酯撓性發泡材中,其中該聚胺酯凝膠係以每100重量份該單層聚胺酯撓性發泡材約5重量份至15重量份之量存在,且其中該單層聚胺酯撓性發泡材具有小於30℃之玻璃轉移溫度。
- 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項之單層撓性發泡材,其中該(1)多元醇成分及該(2)第二異氰酸酯成分之反應產物包含過量之該(1)多元醇成分。
- 一種形成單層撓性發泡材之方法,該方法包含以下步驟:(I)提供(A)異氰酸酯成分;(H)提供(B)異氰酸酯反應性成分;(III)提供(C)聚胺酯凝膠;及(IV)合併該(C)聚胺酯凝膠與(A)及(B),使得(A)及(B)在(C)存在下反應形成該撓性發泡材,其中該(C)聚胺酯凝膠在25℃下具有約3,000cps至約12,000cps之黏度且包含(1)多元醇成分與(2)第二異氰酸酯成分在約10至約70之異氰酸酯指數下之反應產物,且其中該單層撓性發泡材包含複數種由該聚胺酯凝膠形成且非均相地分散於該單層撓性發泡材中之聚結凝膠基質。
- 如申請專利範圍第14項之方法,其中該(B)異氰酸酯反應性成分包含多元醇,使得該單層撓性發泡材進一步定義為單層聚胺酯撓性發泡材。
- 如申請專利範圍第15項之方法,其中該單層聚胺酯撓性發泡材進一步定義為板材黏彈性單層聚胺酯撓性發泡材。
- 如申請專利範圍第15項之方法,其中該單層聚胺酯撓性發泡材進一步定義為高回彈性單層聚胺酯撓性發泡材。
- 如申請專利範圍第14項至第17項中任一項之方 法,其中該聚胺酯凝膠係以每100重量份該單層聚胺酯撓性發泡材達至約30重量份之量存在。
- 如申請專利範圍第14項至第17項中任一項之方法,其中該複數種聚結凝膠基質係以非均勻模式非均相地分散於該單層聚胺酯撓性發泡材中。
- 如申請專利範圍第19項之方法,其中該非均勻模式進一步定義為漩渦模式。
- 如申請專利範圍第14項至第17項中任一項之方法,其中該多元醇成分包含三醇。
- 如申請專利範圍第21項之方法,其中該三醇具有約20mg KOH/g至約200mg KOH/g之羥基數。
- 如申請專利範圍第22項之方法,其中該三醇係在雙金屬氰化物催化劑存在下形成。
- 如申請專利範圍第14項至第17項中任一項之方法,其中該聚胺酯凝膠係以每100重量份該單層聚胺酯撓性發泡材約5重量份至15重量份之量存在,且其中該單層聚胺酯撓性發泡材具有小於30℃之玻璃轉移溫度。
- 如申請專利範圍第14項之方法,其中該(B)異氰酸酯反應性成分進一步定義為在雙金屬氰化物催化劑存在下形成之三醇,使得該單層撓性發泡材進一步定義為單層聚胺酯撓性發泡材,其中該複數種聚結凝膠基質係以非均勻模式非均相地分散於該單層聚胺酯撓性發泡材中,其中該聚胺酯凝膠係以每100重量份該單層聚胺酯撓性發泡材約5重量份至15重量份之量存在,且其中該單層聚胺酯撓 性發泡材具有小於30℃之玻璃轉移溫度。
- 如申請專利範圍第14項至第17項中任一項之方法,其中該(1)多元醇成分及該(2)第二異氰酸酯成分之反應產物包含過量之該(1)多元醇成分。
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