使用起泡和吹塑方法的组合制得的粘附有低密度聚氨基甲酸酯泡沫的纺织物的制作方法

使用起泡和吹塑方法的组合制得的粘附有低密度聚氨基甲酸酯泡沫的纺织物的制作方法
【专利说明】使用起泡和吹塑方法的组合制得的粘附有低密度聚氨基甲酸 酯泡沬的纺织物
[0001] 本发明涉及具有低密度起泡聚氨基甲酸酯背衬的纺织物，和制造此类纺织物的方 法。
[0002] 用粘附的聚氨基甲酸酯软垫背衬的地毯已经市售了许多年。用于制造那些地毯的 方法例如描述在美国专利号 4,296，159、4,336,089、4,405,393、4,483,894、4,853,054、4， 853,280、5，104,693、5,646，195、6,372,810和6,790,872中。
[0003] 粘附的软垫通过将形成聚氨基甲酸酯的组合物施加到地毯的背面且允许组合物 在适当位置固化来制备。蜂窝状结构通过将气体并入到经稳定的形成聚氨基甲酸酯的组合 物中来形成。
[0004] 在绝大部分的聚氨基甲酸酯泡沫制造方法中，通过将化学起泡剂和/或物理起泡 剂结合到聚氨基甲酸酯泡沫调配物中来赋予蜂窝状结构。化学起泡剂在固化反应的条件下 反应以产生气体。最常使用的化学起泡剂为水，其除了生成气体(二氧化碳)之外，还与异氰 酸酯基反应，以产生延伸聚合物链的脲键。物理起泡剂为低沸点液体，其在固化条件下挥发 以形成吹塑气体。已使用各种类型的烃、碳氟化合物、氢氟碳和其它卤代化合物。
[0005] 尽管已在纺织物-背衬应用中尝试吹塑系统(参见例如美国专利号4,405,393和4， 312,817)，但制造方法不能够使用这些系统。此原因为聚氨基甲酸酯调配物必须被分配、展 布于纺织物表面上，且调整到预定厚度。这些操作需要一些时间来执行。化学吹塑系统反应 太快而无法适应这些操作。其构建分子量和粘度如此之快，使得其可仅在困难的情况下使 用特别设备展布和调整。另一问题为施加的软垫通常相当薄，且因此具有极高表面积。如果 起泡剂在聚氨基甲酸酯调配物固化时形成大量气体，那么气体倾向于经由固化混合物的暴 露表面逸出，这使得吹塑效率大大损失。类似的考量已基本上阻止在纺织物背衬方法中使 用物理起泡剂。物理起泡剂的挥发需要高温，高温可通过加热组分或经由固化反应的放热 来实现。然而，增加温度也会增加固化速率，因此同样在施加和调整泡沫调配物方面遇到困 难，所述泡沫调配物随后变得太粘而无法管理。在实践中，吹塑与其余方法步骤的排序在商 业规模上也难以管理。
[0006] 出于这些原因，商业方法几乎统一地使用起泡聚氨基甲酸酯系统。将气体搅到泡 沫调配物中，随后将其施加到纺织物上。由于在固化反应期间不需要产生气体，故消除了对 吹塑和固化方法进行排序的问题。这允许这些系统被调配，使得其在首先混合时缓慢反应。 缓慢的初始固化允许调配物有足够的时间混合、分配、均一地施加到地毯的背面且调整。其 后，调整的泡沫调配物通过使其暴露于高温而相对快速地固化。
[0007] 起泡系统的问题在于其难以在固化的聚氨基甲酸酯泡沫中产生低于11-12镑/立 方英尺的密度。在某些地毯产品中需要较低泡沫密度，以获得更软的手感，因为某些产品的 性能需求可能较不严格，或仅仅为了减少成本。不能产生较低密度起泡聚氨基甲酸酯地毯 背衬已限制了用粘附的聚氨基甲酸酯软垫制造的地毯产品的范围。
[0008] 在一些情况下，水已结合到起泡聚氨基甲酸酯地毯背衬调配物中。这种实施的实 例描述在例如美国专利号4,853,280、6,372,810和6,790,872中。在美国专利号4，853,280 中所述的方法中，粘附的聚氨基甲酸酯软垫由起泡系统制备，向所述起泡系统中添加约o.l 重量％水（以未填充的系统计约0.2%)。所得软垫的密度被报导为11镑/立方英尺。在US 6， 372，810中，将约10倍更高量的水结合到起泡的泡沫调配物中。然而，所得粘附的软垫的密 度仍被报导为超过12镑/立方英尺。额外的水不引起泡沫密度进一步减少，甚至考虑US 6， 372，810的实例报导的更高填充剂量。类似较高软垫密度报导在US6，790，872中。
[0009] 美国公开专利申请号2007-0197674描述可将低密度（< 10镑/立方英尺（160g/L)) 粘附的软垫施加到纺织物上的方法。使用起泡和化学吹塑的混合物。将密闭层施加到所施 加和调整的泡沫调配物的暴露表面上，以防止吹塑气体逸出，这允许获得低于10镑/立方英 尺（160g/L)的泡沫密度。发现这种方法取得商业成功。然而，其的确需要密闭层，这会增加 材料成本，需要额外设备，增加操作成本且向所述方法引入更大的复杂度。另外，需要较高 催化剂量来催化水/异氰酸酯反应，这又会加快固化反应，缩短晾置时间且使得更难以施加 和调整调配物。在一些情况下，使用水也会产生与所需的相比更坚更硬的泡沫。
[0010] 因此，可将较低密度粘附的聚氨基甲酸酯软垫施加到地毯或其它纺织物上且无需 密闭层的切实可行的易于可控制的方法在这一行业中为未满足的需求。
[0011] 本发明为一种制造软垫背衬的纺织物的方法，其包含：
[0012] a)形成密度为约250到600克/升的形成起泡聚氨基甲酸酯的组合物，其中所述形 成聚氨基甲酸酯的组合物包括:一或多种多元醇，包括至少一种羟基当量重量为至少400的 多元醇;每100重量份羟基当量重量为至少400的多元醇0.25到2份水;每100重量份羟基当 量重量为至少400的多元醇3到10重量份沸腾温度为-30到40°C的物理起泡剂;每100重量份 羟基当量重量为至少400的多元醇100到400重量份填充剂;泡沫稳定性表面活性剂;至少一 种量足以提供85到130的异氰酸酯指数的聚异氰酸酯；以及量使得所述形成聚氨基甲酸酯 的组合物具有至少180秒胶凝时间的聚氨基甲酸酯催化剂；
[0013] b)使所述未固化浮沫跨越宽度为至少24英寸（61cm)的纺织物的顶部表面形成 0.05到0.75英寸（0.127到1.9cm)厚的层；以及
[0014] c)使所述经起泡组合物的所述层在其顶部表面对大气开放的情况下固化，使得所 述经起泡组合物可自由升高，以形成粘结于所述纺织物的密度不超过176克/升（11镑/立方 英尺)的起泡聚氨基甲酸酯软垫。
[0015] 本发明的方法允许良好质量的低密度聚氨基甲酸酯软垫粘附于纺织物(如地毯）。 密度不超过176克/升且在许多情况下不超过160克/升的粘附的软垫易于在对于商业规模 实施来说切实可行的方法中制备。出人意料的是，不需要如在US 2007-0197674的方法中所 需的密闭层。经固化泡沫与形成于US 2007-0197674的方法中的泡沫相比倾向于更软，并且 因此提供较好缓冲、弹性和手感。
[0016] 本发明的方法的特征在于使形成聚氨基甲酸酯的组合物起泡，以化学方式吹塑 (经由水与异氰酸酯基的反应）以及以物理方式吹塑(经由物理起泡剂的挥发）。不同于其中 单独使用起泡的情况，在本发明下易于获得密度不超过176克/升的软垫。不同于其中起泡 和化学吹塑组合使用（如在US 2007-0197674中）的情况，本发明提供无需密闭层的低密度 粘附的软垫。本发明相较于US 2007-0197674中所述方法的另一优点为聚氨基甲酸酯反应 倾向于更缓慢进行，这为将泡沫施加到衬底上且使其形成层提供更多时间。
[0017] 相对于US 2007-0197674方法的另一优点为物理起泡剂降低形成聚氨基甲酸酯的 组合物的粘度(在相等含量的填充剂下）。此允许使用较低操作压力或允许更高量的填充剂 结合到组合物中同时仍然维持操作粘度。增加填充剂的量可提供重要的经济优点。再另一 优点为软垫倾向于更软，这会提供较好缓冲。
[0018] 形成起泡聚氨基甲酸酯的组合物在此方法的步骤a)中形成。形成聚氨基甲酸酯的 组合物含有至少一种多元醇、水、沸腾温度为-30到40°C的液体物理起泡剂、填充剂粒子、泡 沫稳定性表面活性剂、至少一种聚异氰酸酯以及聚氨基甲酸酯催化剂。提供到形成聚氨基 甲酸酯的组合物中的这些组分的相对量更全面地描述如下。
[0019] 这些成分的混合次序一般不重要，其限制条件为有时间使组合物起泡且使其在纺 织物上形成层，随后组合物因水与物理起泡剂的作用而充分膨胀。然而，某些混合次序具有 优点且因此为优选的。通常优选的是使填充剂与多元醇混合，随后使多元醇与水、物理起泡 剂和聚异氰酸酯混合。因此，在一种优选方法中，将多元醇与填充剂掺合，接着添加那些其 它成分。
[0020] 表面活性剂宜在任何时间下添加，但优选的是在聚异氰酸酯之前或与其同时添加 到多元醇中。
[0021 ]聚异氰酸酯优选地在即将进行起泡步骤之前添加到多元醇/填充剂混合物中。
[0022] 在多元醇与聚异氰酸酯、表面活