TWI582145B - The method of making the surface of the foam - Google Patents

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Description

表面平整之發泡體之製造方法
本發明係有關於一種製造發泡體之製造方法，尤指一種表面結構平整發泡體之製造方法。
聚氨酯(Polyurethane,PU)是一種主鏈中帶有氨基甲酸酯(-NH(CO)O-)特徵單元之一縮合聚合物，係由異氰酸酯類(Isocyanate)及多元醇類(polyol)之物質作為反應物所聚合而成，一般應用於黏合劑、塗層、低速輪胎、墊圈或車墊中。於工業應用上，通常會加入發泡劑(Foaming Agent)共同反應，與異氰酸酯類反應生成二氧化碳氣體逸散之後，形成一發泡體，聚氨酯發泡體由於保温性好、抗溼性佳、耐磨抗震度高及且能耐腐蝕老化，加上其工業處理容易，且物質特性可隨原料配方不同而改變，因此於日常生活中的應用相當廣泛，如：鞋底、護具、車用設備、田徑運動跑道及醫用製品等，與人類生活之關係有著密不可分的關係。
乙烯-乙酸乙烯酯(Ethylene Vinyl Acetate,EVA)是一種由乙烯和醋酸乙烯酯共聚合而成的高分子聚合材料，其特點是可藉由控制共聚物中乙酸乙烯酯的含量(Vinyl Acetate content,VA content)使聚合材料兼顧良好的柔軟性及彈性，特別是在低溫條件下仍具有極佳之可撓性，除此之外，其透明性、表面光澤度、 抗氧化性及化學穩定性等性質在高分子材料中都相當優秀，特別是應用於發泡製品之使用上時，其良好的緩衝、抗震、隔熱、防潮及抗化學腐蝕之特性，更是作為鞋材、建築材料、坐墊或緩衝墊等物品相當實用之材料。
依照EVA內含之乙酸乙烯酯(Vinyl Acetate,VA)的含量，其應用於工業設計之範疇可劃分成幾大類：如VA含量60%~90%之EVA乳膠可作為黏合塗料及改性劑，VA含量為40%~60%之EVA彈性體可作為增韌劑及汽車配件之用，以及應用範圍最廣、VA含量5%~40%之EVA樹脂，其可運用於製造薄膜、電線電纜、發泡製品、模塑製品、熱熔膠等，係目前塑料纖維產業中相當倚重之共聚物材料。經由上述內容，可以得知發泡體可藉由調整聚合單體材料及相關助劑之比例而達到各種不同之應用效果，儘管各種發泡體之應用層面上具有上述之優點，但仍有其不可避免之缺陷存在，特別是由於發泡體之發泡反應門檻較低，發泡體成形速度較快，因此發泡反應之均勻度不易控制，此一現象於發泡反應末端之發泡體表面尤其明顯，致使加熱發泡後之發泡體具有凹凸不平之狀況實屬常態，尤其是從微觀角度觀察時，表面平整程度十分不理想。
有鑑於提升發泡體表面之平整度對於發泡工業製品之應用有相當重要的影響，加上目前發泡產業對於發泡體表面不平整之現況並無提出有效之解決方案，因此如何製備表面平整之發泡體，是目前發泡產業亟欲開發突破的一個議題。
本發明之主要目的，在於提供製備表面平整之發泡體之製造方法，透過此一製造方法，無須繁瑣之步驟即可生成利用價值更鉅之 發泡體。
本發明之次要目的，在於提供製備表面平整之發泡體之製造方法，透過此一製造方法，可將不限材料比例來源，各種軟硬程度之發泡體皆製備成表面平整之發泡體。
本發明之另一目的，在於提供製備表面平整之發泡體之製造方法，透過此一製造方法，生產耗時短暫，可以針對產品及加工品進行一體化之後續加工。
為了達到上述所指稱之各目的與功效，本發明係揭示了一種表面平整發泡體之製備方式，其步驟包含提供一第一發泡體，其中該第一發泡體表面具有一不平整之結構，於該第一發泡體表面設置一架橋劑，形成一中間物，烘乾該中間物且靜置至常溫後，將該烘乾後之中間物浸漬於一聚氨酯液體並生成一表面結構平整第二發泡體。
本發明之一實施例中，其亦揭示了一種表面平整發泡體之製備方式，可藉由設置一光交聯劑，形成一中間物後，進行紫外光照射，作為光交聯反應，而後將該光交聯後之中間物浸漬於一聚氨酯液體，生成一表面結構平整之第二發泡體。
本發明之一實施例中，其亦揭露該製造方法所使用發泡體之材料可為聚氨酯發泡體(Polyurethane,PU)、乙烯-乙酸乙烯酯發泡體(Ethylene Vinyl Acetate,EVA)、聚烯烴發泡體(Polyolefin,POF)、氯丁橡膠發泡體(Chloroprene rubber,CR)及一三元乙丙發泡體(Ethylene-Propylene-Diene Monomer,EPDM)之其中之一者或上述任意組合。
本發明之一實施例中，其亦揭露該製造方法之設置步驟中，該架橋劑設置方式可為噴塗或浸泡該架橋劑。
本發明之一實施例中，其亦揭露該製造方法之烘乾步驟後，可再進行一次或一次以上之設置架橋劑及烘乾中間物步驟。
本發明之一實施例中，其亦揭露該製造方法所使用之架橋劑可選自於聚氨酯(Polyurethane，PU)、聚氮丙啶(Polyaziridine)、可分散聚異氰酸酯(dispersible Polyisocyanate)、碳二醯亞胺(Carbodiimide)、環氧矽烷(Epoxy Silane)、聚氰胺甲醛(Melamine Formaldehyde)及鋯鹽(Zirconium Salt)之其中之一者或上述任意組合。
本發明之一實施例中，其亦揭露該製造方法所使用之光交聯劑可為丙烯酸酯、苯乙烯或鄰苯二甲酸二烯丙酯之其中之一者或上述任意組合。
第一圖：其係為本發明之一表面結構平整之發泡體之第一製備流程圖。
第二圖：其係為本發明之一表面結構平整之發泡體之第二製備流程圖。
為使 貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：在本發明中，針對目前發泡體無法製備出表面平整之結構之技術 限制，提供一種製造表面平整的發泡體的製備方法。藉由此發明，提升發泡體之物理性質，進行加工時表面硬度、抗拉強度、伸長率及撕裂強度等素質穩定，產品特性一致，提升其應用性及效能。
因此，考量到目前發泡體表面不平整的原因是因為發泡成形速度過快，若變更配方將連帶影響發泡體性質之因素，因此，本發明另闢蹊徑進行突破，揭示一種能適用於各種配方之發泡體的平整表面製備過程。其係利用將發泡體表面設置一層或一層以上之架橋劑，或是設置一層光交聯劑並進行紫外光照射，使發泡體表面具有交聯能力之後，將發泡體浸漬於一聚氨酯液體中，而後生成一表面平整之發泡體。
以下搭配發明圖示第一圖的流程圖說明表面平整之發泡體之製備方法，其步驟如下：步驟S11：提供一第一發泡體；步驟S13：於該第一發泡體表面設置一架橋劑，形成一中間物；步驟S15：烘乾該中間物，並靜置至室溫；步驟S17：將該烘乾後之中間物浸漬於一聚氨酯液體；及步驟S19：生成一第二發泡體。
如圖示S11之步驟，本發明提供之發泡體製備方法中，所使用發泡體組合物其特徵在於其表面係為一不平整之結構。其中，本發明所提供之發泡體，係由各種類別之聚合單體做為主體，輔以發泡劑及其他發泡反應所需助劑，經由聚合、交聯之乳化反應以及氣體逸散之發泡反應後，所獲得之縮合發泡體。其中，該發泡體層之聚合單體材料可選自於聚氨酯發泡體(Polyurethane,PU)、 乙烯-乙酸乙烯酯發泡體(Ethylene Vinyl Acetate,EVA)、聚烯烴發泡體(Polyolefin,POF)、氯丁橡膠發泡體(Chloroprene rubber,CR)及三元乙丙發泡體(Ethylene-Propylene-Diene Monomer,EPDM)之其中之一者或上述任意組合。藉由調整聚合單體材料及相關佐劑之用量，可獲得不同物理性質之發泡體，密度低且高回彈率之軟質發泡體可做為墊材材料或織物複合材料。
其中，於上述發泡體製備步驟中，可於製備該第一發泡體時，於一模具表面先行設置至少一聚氨酯層，再行灌注一聚合材料以進行發泡反應，藉由此一製備過程，可增強第一發泡體之結構，減少發泡體表面孔洞之生成，以利後續表面結構平整之發泡體製備。其中所述之聚合材料選自於由聚氨酯(Polyurethane,PU)、乙烯-乙酸乙烯酯(Ethylene Vinyl Acetate,EVA)、聚烯烴(Polyolefin,POF)、氯丁二烯(Chloroprene)與乙烯-丙烯-非共轭二烯烃聚合單體(Ethylene-Propylene-Diene Monomer,EPDM)之其中之一者或上述任意組合。
惟上述內容僅為發泡體生產過程相關之一簡單描述，本發明實際可操作之範圍及發泡體製備來源不應受限於此。
如圖示S13之步驟所進行的於發泡體表面設置架橋劑步驟，係將上述步驟所提供表面不平整之發泡體，利用一設置步驟將架橋劑均勻塗佈於其上，形成一發泡體中間物。
其中，上述設置步驟可進一步為一噴塗步驟或一浸泡步驟。所述之噴塗步驟，係將架橋劑放置於一噴塗設備中，藉由提供一壓力予該噴塗設備，使架橋劑自噴出孔噴出，均勻噴灑於前述之表面 不平整之發泡體之上，形成一均勻之架橋劑層。此外，所述之浸泡步驟，係將前述之表面不平整之發泡體浸漬於一容置有架橋劑之容器中，放置一適當時間後取出，使其表面形成一均勻之架橋劑層。
其中，本發明所提供之架橋劑，係為一將高分子架橋材料分布於水相溶劑之一架橋劑，藉由提供一高分子物質產生交互作用，形成一網狀交聯結構，使高分子鏈延伸並結合兩個或兩個以上之顆粒，達到結合之效果。本發明適用之架橋劑可包含：聚氨酯(Polyurethane，PU)、聚氮丙啶(Polyaziridine)、可分散聚異氰酸酯(dispersible Polyisocyanate)、碳二醯亞胺(Carbodiimide)、環氧矽烷(Epoxy Silane)、聚氰胺甲醛(Melamine Formaldehyde)、鋯鹽(Zirconium Salt)之其中之一者或上述任意組合。
如圖示S15之步驟所進行的烘乾步驟，係將上述完成架橋劑設置之發泡體中間物，送入烘箱進行一烘乾溫度為25℃~75℃之烘烤，並提供適當之烘乾時間使架橋劑熟成，具備應有之架橋密度及機械強度，最後靜置至常溫以利下一步驟之進行。
上述步驟S13至步驟S15，可參考發泡體與架橋劑之間交互作用之情況，判斷是否重複施行。若發泡體與架橋劑之交互作用狀況良好，則可逕行接續後繼步驟，反之，若發泡體與架橋劑交互作用之效果不足，則可重複施行一次或一次以上之步驟S13至步驟S15。
如圖示S17之步驟所進行的浸漬步驟，係將上述已舖設架橋劑且 烘乾之發泡體中間物，浸漬於放置有一聚氨酯溶液之容器中，使該中間體表面之架橋劑能與聚氨酯液體進行架橋交聯之交互作用，在該發泡體中間物之表面形成一聚氨酯薄膜。
其中，所述之聚氨酯溶液，其異氰酸酯類(Isocyanate)材料及多元醇類(polyol)材料之比例依需求調整比例均勻分布而成，並將異氰酸酯及多元醇溶融於有機溶劑當中，使其能均勻分散於溶液之中，以利該些材料能依比例依附於發泡體中間物之上，以構築成一具有平整表面之發泡體中間物。
如圖示S19之步驟，將該發泡體中間物自聚氨酯溶液中取出，生成一具有平整表面之發泡體。
以下搭配發明圖示第二圖的流程圖說明表面平整之發泡體之製備方法，其步驟如下：步驟S21：提供一第一發泡體；步驟S23：於該第一發泡體表面設置一光交聯劑，形成一中間物；步驟S25：烘乾該中間物，並靜置至室溫；步驟S27：將該烘乾後之中間物進行紫外光照射，作為光交聯反應步驟S28：將該光交聯後之中間物浸漬於一聚氨酯液體；及步驟S29：生成一第二發泡體。
如圖示S21之步驟，本發明提供之發泡體製備方法中，所使用發泡體組合物其特徵在於其表面係為一不平整之結構。其中，本發明所提供之發泡體，係由各種類別之聚合單體做為主體，輔以發 泡劑及其他發泡反應所需助劑，經由聚合、交聯之乳化反應以及氣體逸散之發泡反應後，所獲得之縮合發泡體。其中，該發泡體層之聚合單體材料可為聚氨酯發泡體(Polyurethane,PU)、乙烯-乙酸乙烯酯發泡體(Ethylene Vinyl Acetate,EVA)、聚烯烴發泡體(Polyolefin,POF)、氯丁橡膠發泡體(Chloroprene rubber,CR)及三元乙丙發泡體(Ethylene-Propylene-Diene Monomer,EPDM)之其中之一者或上述任意組合。藉由調整聚合單體材料及相關佐劑之用量，可獲得不同物理性質之發泡體，密度低且高回彈率之軟質發泡體可做為墊材材料或織物複合材料。
如圖示S23之步驟所進行的於發泡體表面設置光交聯劑步驟，係將上述步驟所提供表面不平整之發泡體，利用一設置步驟將光交聯劑均勻塗佈於其上，形成一發泡體中間物。
其中，上述設置步驟可進一步為一噴塗步驟或一浸泡步驟。所述之噴塗步驟，係將光交聯劑放置於一噴塗設備中，藉由提供一壓力予該噴塗設備，使光交聯劑自噴出孔噴出，均勻噴灑於前述之表面不平整之發泡體之上，形成一均勻之光交聯劑層。此外，所述之浸泡步驟，係將前述之表面不平整之發泡體浸漬於一容置有光交聯劑之容器中，放置一適當時間後取出，使其表面形成一均勻之光交聯劑層。
其中，本發明所提供之光交聯劑，係藉由化合物受光照射後發生光解作用，或者鍵的一部分開鍵時，生成的游離基等活化分子互相鍵合而導致高分子鏈形成網狀結構的反應，使高分子鏈延伸並結合兩個或兩個以上之顆粒，達到結合之效果。本發明適用之光交聯劑可包含：一丙烯酸酯、一苯乙烯或一鄰苯二甲酸二烯丙酯 之其一種或複數種之組合。
如圖示S25之步驟所進行的烘乾步驟，係將上述完成光交聯劑設置之發泡體中間物，送入烘箱進行一烘乾溫度為25℃~75℃之烘烤，並提供適當之烘乾時間使光交聯劑熟成，最後靜置至常溫以利下一步驟之進行。
於上述步驟S23至步驟S25之實驗步驟之前，可參考發泡體之單體材料與光交聯劑之間交互作用之情況，判斷是否於浸泡交聯劑之前先行以改質劑對發泡體進行改質。若發泡體之單體材料與光交聯劑之間交互作用狀況良好，則可逕行接續後繼步驟，反之，若之單體材料與光交聯劑之間交互作用之效果不足，則可先以改質劑清除發泡材料表面污垢，或改質材質表面，使其更易於處理及接著。
如圖示S27之步驟中，將發泡體設置光交聯劑後，經由紫外光照射使該中間體表面之光交聯劑進行架橋交聯之交互作用。
其中，所述之聚氨酯溶液，其異氰酸酯類(Isocyanate)材料及多元醇類(polyol)材料之比例依需求調整比例均勻分布而成，並將異氰酸酯及多元醇溶融於有機溶劑當中，使其能均勻分散於溶液之中，以利該些材料能依比例依附於發泡體中間物之上，以構築成一具有平整表面之發泡體中間物。
如圖示S29之步驟，將該發泡體中間物自聚氨酯溶液中取出，使該發泡體中間體表面披覆一層聚氨酯層，透過光交聯劑與聚氨酯層交聯，生成一具有平整表面之聚氨酯發泡體。
以下，以具體實施之範例作為此發明套組織技術內容、特徵及成 果之闡述之用，並可據以實施，但本發明之保護範圍並不以此為限。
【實施例1】
提供一聚氨酯發泡體係由異氰酸酯類(Isocyanate)材料及多元醇類(polyol)材料做為主體進行發泡反應所得之聚氨酯發泡體，經由一噴塗設備將一水性聚氨酯與水以1：1混和之混和物均勻噴灑於前述表面不平整之聚氨酯發泡體之上，形成一均勻之架橋劑層，並將該完成架橋劑設置之聚氨酯發泡體中間物送入烘箱進行一烘乾溫度為50℃之烘烤後，再次噴塗前述水性架橋劑於前述發泡體中間物之上，形成另一均勻之架橋劑層，並送入烘箱進行一烘乾溫度為50℃之烘烤使架橋劑熟成後，靜置至常溫，隨後將聚氨酯發泡體中間物，浸漬於成分比例如表一所示之一聚氨酯溶液中，浸漬至該發泡體中間物之表面形成一聚氨酯薄膜後取出後，生成一具有平整表面之聚氨酯發泡體。
【實施例2】
提供一乙酸一乙烯乙酸酯發泡體係由，內含重量百分比18%之乙酸乙烯酯(Vinyl Acetate,VA)，先利用一噴塗設備噴塗一丁酮於該乙酸一乙烯乙酸酯發泡體上進行改質後，送入烘箱進行一烘乾溫度為50℃之烘烤。接著該改質發泡體浸泡於一聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中，取出後並再一次入烘箱進行一烘乾溫度為50℃之烘烤，接著以紫外光照射後，浸漬於成分比例如表一所示之一聚氨酯溶液中，浸漬至該發泡體中間物之表面形成一聚氨酯薄膜後取出後，生成一具有平整表面之乙酸一乙烯乙酸酯發泡體。
藉由上述之實驗步驟及其敘述，可以直觀的了解到，由於本發明係均勻塗布一架橋劑層於發泡體之表面，因此該架橋劑可提供充足之架橋密度及機械強度，得以吸附於發泡體之上，同時亦抓取足夠量之聚氨酯液體，藉以填補發泡體表面上因發泡不均勻而產生之微小孔洞，達到形成一表面平整之發泡體之目的。
綜上所述，利用本發明之製備方式所製成之發泡體，的確具有本發明所主張其發泡體表面係為一平整結構之特性。藉由此一特性，發泡體表面及其內部之物理性質可達成一致，進行加工時能提供給後端產品一致之品質，有效提升發泡體原料之應用性及效能，且製造方法簡單，可一體適用至各種發泡單體原料，對於發泡工業帶來相當大之技術突破。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

Claims (12)

  1. 一種表面結構平整發泡體之製造方法，其包含以下步驟：提供一第一發泡體，其中該第一發泡體表面具有一不平整之結構；於該第一發泡體表面設置一架橋劑，形成一中間物；烘乾該中間物，並靜置至室溫；將烘乾後之該中間物浸漬於一聚氨酯液體；及生成一第二發泡體，其中該第二發泡體之表面結構平整。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之表面結構平整發泡體之製造方法，其中該發泡體之材料選自於由一聚氨酯發泡體(Polyurethane,PU)、一乙烯-乙酸乙烯酯發泡體(Ethylene Vinyl Acetate,EVA)、一聚烯烴發泡體(Polyolefin,POF)、一氯丁橡膠發泡體(Chloroprene rubber,CR)與一三元乙丙發泡體(Ethylene-Propylene-Diene Monomer,EPDM)所構成之群組之其中之一者或上述之任意組合。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之表面結構平整發泡體之製造方法，其中於提供該第一發泡體步驟前，可於製備該第一發泡體時，於一模具表面先行設置至少一聚氨酯層，再行灌注一聚合材料以進行發泡反應。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之表面結構平整發泡體之製造方法，其中於設置步驟中，該架橋劑設置方式可為噴塗或浸泡該架橋劑。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之表面結構平整發泡體之製造方法，其中於烘乾步驟後，可再進行一次或一次以上之設置架橋劑及烘乾中間物步驟。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之表面結構平整發泡體之製造方法，其中該架橋劑可為聚氨酯(Polyurethane，PU)、聚氮丙啶(Polyaziridine)、可分散聚異氰酸酯(dispersible Polyisocyanate)、碳二醯亞胺(Carbodiimide)、環氧矽烷(Epoxy Silane)、聚氰胺甲醛(Melamine Formaldehyde)、鋯鹽(Zirconium Salt)之其一種或上述之任一組合。
  7. 如申請專利範圍第3項所述之表面結構平整發泡體之製造方法，其中該聚合材料選自於由聚氨酯(Polyurethane,PU)、乙烯-乙酸乙烯酯(Ethylene Vinyl Acetate,EVA)、聚烯烴(Polyolefin,POF)、氯丁二烯(Chloroprene)與乙烯-丙烯-非共軛二烯烴聚合單體(Ethylene-Propylene-Diene Monomer,EPDM)所構成之群組之其中之一或上述之任意組合。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之表面結構平整發泡體之製造方法，其中該架橋劑可為聚氨酯(Polyurethane，PU)、聚氮丙啶(Polyaziridine)、可分散聚異氰酸酯(dispersible Polyisocyanate)、碳二醯亞胺(Carbodiimide)、環氧矽烷(Epoxy Silane)、聚氰胺甲醛(Melamine Formaldehyde)、鋯鹽(Zirconium Salt)之其中之一或上述之任意組合。
  9. 一種表面結構平整發泡體之製造方法，其包含以下步驟：提供一第一發泡體，其中該第一發泡體表面具有一不平整之結構；於該第一發泡體表面設置一光交聯劑，形成一中間物； 烘乾該中間物，並靜置至室溫；將烘乾後之該中間物進行紫外光照射，作為光交聯反應；將光交聯後之該中間物浸漬於一聚氨酯液體；及生成一第二發泡體，其中該第二發泡體之表面結構平整。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之表面結構平整發泡體之製造方法，其中該發泡體之材料選自於由一聚氨酯發泡體(Polyurethane,PU)、一乙烯-乙酸乙烯酯發泡體(Ethylene Vinyl Acetate,EVA)、一聚烯烴發泡體(Polyolefin,POF)、一氯丁橡膠發泡體(Chloroprene rubber,CR)與一三元乙丙發泡體(Ethylene-Propylene-Diene Monomer,EPDM)所構成之群組之其中之一者或上述任意組合。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之表面結構平整發泡體之製造方法，其中該光交聯劑可選自於丙烯酸酯、苯乙烯及鄰苯二甲酸二烯丙酯之其中之一者或上述任意組合。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之表面結構平整發泡體之製造方法，其中於設置光交聯劑步驟前，可再進行一次或一次以上之改質劑及烘乾該改質發泡體之步驟，以利光交聯劑接著。
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