专利名称：供发泡的预混组成物及由其所制得的发泡材的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种聚氨酯泡棉，特别是涉及一种用于制备聚氨酯泡棉的供发泡的预混组成物，以及利用该预混组成物制成的发泡材。
背景技术：
聚氨酯(polyurethane)泡棉是一种重要民生或工业材料。一般聚氨酯泡棉广泛被应用于家具、包装、织物及隔热材料等产业，其所需性质依赖于最后应用而定。基本上，聚氨酯泡棉由二异氰酸盐(diisocyanate)、多元醇(polyol)及作为链延长剂的二醇或二胺混合进行加成聚合反应而制得。一般使用聚酯类的多元醇制得的聚氨酯泡棉的缺点为耐候性不佳，即，容易在高湿度、高热度、强紫外线等条件下产生水解、裂解及黄变。TW200823242揭示一种不黄变聚氨基甲酸酯泡棉。该聚氨基甲酸酯泡棉通过将至少一种脂肪族异氰酸盐(aliphaticisocyanate)及至少一种多元醇形成至少一种预聚物； 将上述的预聚物、发泡剂、界面活性剂、触媒、交联剂以及水进行乳化及发泡反应所制成。此专利公开申请因为使用脂肪族异氰酸盐，使得预聚物的异氰酸盐末端基的反应活性降低， 所以必须利用交联剂来解决。此外，此专利公开申请并未明确揭示多元醇的种类且需先制备预聚物，致使整个制程较为繁琐且耗时；加上使用的交联剂是以胺为主，会致使泡棉容易产生黄变，也同时让泡棉的机械性质受限。除了上述问题之外，此专利公开申请所使用的发泡剂为易挥发的有机溶剂(如戊烷、二氯甲烷等)，也会造成环境污染，且对现场操作人员健康造成威胁。US 2009/025382IAl揭示一种适用于纱布且具有吸湿性及抗黄变性佳的聚氨酯泡棉。该聚氨酯泡棉主要由聚酯多元醇、脂肪族异氰酸盐、界面活性剂、催化剂及发泡剂进行反应所制成。此专利公开申请为了解决以往泡棉应用在纱布上无法兼顾吸湿性及抗黄变的缺点，通过脂肪族异氰酸盐、聚酯多元醇及界面活性剂的控制来达到所需性质。然而，此专利公开申请的聚酯多元醇为固态或高粘度的流体，于使用上较为不便，且因该聚酯多元醇具有较佳的吸湿性，经过长久时间的湿气累积会使得该聚氨酯泡棉产生水解的问题。由上述形成聚氨酯泡棉的配方可知，现有聚氨酯泡棉虽已可克服黄变问题，但仍存在易裂解、水解及机械性质下降等问题。因此，同时具备抗裂解性、抗水解性、抗黄变性及较佳机械性质等特性的聚氨酯泡棉尚有待研发及改进。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种低粘度且利于后续操作，并可使后续所形成的发泡材具有优异的机械性质的供发泡的预混组成物。于是，本发明供发泡的预混组成物，包含聚醚多元醇、发泡剂、催化剂、抗光热剂及界面活性剂，其中，该聚醚多元醇择自于环氧丙烷与三羟甲基丙烷的共聚物、环氧丙烷及环氧乙烷与三羟甲基丙烷的共聚物、环氧丙烷及环氧乙烷与丙三醇的共聚物，或上述共聚物的组合。
本发明所述的供发泡的预混组成物，其中，该聚醚多元醇的重量平均分子量范围介于3000 5000之间。本发明所述的供发泡的预混组成物，其中，在该聚醚多元醇中，基于环氧乙烷及环氧丙烷的含量总和，环氧乙烷的含量范围介于0 30%之间。本发明所述的供发泡的预混组成物，其中，以该聚醚多元醇的总含量为100重量份计，该发泡剂的含量范围介于2. 7 4. 4重量份之间、该催化剂的含量范围介于1. 1 2. 1重量份之间、该抗光热剂的含量范围介于3 3. 8重量份之间及该界面活性剂的含量范围介于1 1.3重量份之间。本发明所述的供发泡的预混组成物，其中，还包含聚酯多元醇，其中，该聚酯多元醇是己二酸与二元醇的共聚物，该二元醇择自于2- 丁基-2-乙基-1，3-丙二醇或3-甲基-1，5-戊二醇。本发明所述的供发泡的预混组成物，其中，以该聚醚多元醇的总含量为100重量份计，该聚酯多元醇的含量范围介于11 25重量份之间。本发明所述的供发泡的预混组成物，其中，还包含链延长剂，其中，以该聚醚多元醇的总含量为100重量份计，该链延长剂的含量范围介于2 3. 8重量份之间。本发明的第二目的是提供一种具有抗黄变性、抗裂解性、抗水解性及较佳机械性质的发泡材。本发明发泡材使如上所述的供发泡的预混组成物与至少一种二异氰酸盐进行反应后所制得。本发明所述的发泡材，其中，以该供发泡的预混组成物中的聚醚多元醇的总含量为100重量份计，该二异氰酸盐的含量范围介于46. 4 84. 5重量份之间。本发明所述的发泡材，其中，该反应温度范围介于15 40°C之间。本发明的有益效果在于该供发泡的预混组成物通过运用特定种类的聚醚多元醇，使得该预混组成物具有低粘度而利于后续操作，且可让后续所制得的发泡材具备抗黄变性、抗水解性、抗裂解性及良好机械性质等优点。
具体实施例方式该供发泡的预混组成物包含聚醚多元醇、发泡剂、催化剂、抗光热剂及界面活性齐U，其中，该聚醚多元醇择自于环氧丙烷与三羟甲基丙烷的共聚物、环氧丙烷及环氧乙烷与三羟甲基丙烷的共聚物、环氧丙烷及环氧乙烷与丙三醇的共聚物，或上述共聚物的组合。该发泡材使如上所述的供发泡的预混组成物与至少一种二异氰酸盐进行反应后所制得。以往使用的聚酯多元醇于室温下为固态或高粘度流体，在施用时通常需通过加热或添加溶剂等前处理方式，让粘度降低或使其转变成溶液态，以利于后续操作；而本发明所使用的聚醚多元醇，于室温下为粘度低且流动性高的液体，不需繁复的前处理步骤，即有利于制程上的调配及操作，并可大幅减少整个制程的时间及成本。本发明通过使用具有由环氧丙烷或环氧乙烷开环后所产生的羟基末端基团的聚醚多元醇与二异氰酸盐进行聚合反应(polymerization reaction)来增加交联密度 (crosslink density)，使得后续获得的发泡材不易受热裂解，而能具有较佳的热稳定性，更可让该发泡材具有较佳的机械性质(如硬度、抗张强度等)。相较于一般的聚酯多元醇， 本发明该聚醚多元醇具有较佳的耐水解性，所以后续获得的发泡材在吸收湿气后或存在于潮湿的环境中也不会水解。因此，本发明使用特定的聚醚多元醇所形成的供发泡的预混组成物，可使得后续所制得的发泡材可同时具备抗裂解性、抗水解性及较佳机械性质等，将更有助于运用在内衣、衬垫或坐垫等产品上。当上述所列举的特定聚醚多元醇混合使用时，其混合比例并无特别的限制。较佳地，该供发泡的预混组成物中，该聚醚多元醇可搭配一般的聚醚多元醇使用， 使该发泡材具有多元的机械性质。一般的聚醚多元醇包含但不限于由DOW Chemical公司制的市售品=HF 505。较佳地，该聚醚多元醇的重量平均分子量范围介于3000 5000之间。较佳地，在该聚醚多元醇中，基于环氧乙烷及环氧丙烷的含量总和，环氧乙烷的含量范围介于0 30%之间。更佳地，环氧乙烷的含量范围介于15 30%之间。当环氧乙烷的含量过多时，会使得该聚醚多元醇的粘度提高，不利于制程上的调配及操作。该发泡剂的种类并没有特别的限制，其作用在于利用挥发的特性形成大量气体或与二异氰酸盐进行发泡反应(foamingreaction)产生大量气体，以形成发泡材。较佳地，该发泡剂择自于水、有机溶剂，或这些的组合。值得一提的是，本发明的具体例使用水做为发泡剂，除了符合环保外，同时也能顾及到操作人员的健康。水的添加量的多少会影响发泡性质(如机械强度、耐光热性质等)，当水的量多时，会使得水与二异氰酸盐产生气体时，伴随的热能释放过多，使得发泡过程中发泡材不安定而产生塌陷或变质的现象，轻微的变质现象为黄变，严重的话可为焦化；当水量少时，水与二异氰酸盐反应产生的二氧化碳气体不够，而无法有效地发泡，得到较佳的发泡密度。较佳地，以该聚醚多元醇的总含量为100重量份计，该发泡剂的含量范围介于 2. 7 4. 4重量份之间。更佳地，该发泡剂的含量范围介于3 3. 44重量份之间。该催化剂的种类并没有特别的限制，其作用在于促使聚合反应与发泡反应进行， 以形成发泡材。较佳地，该催化剂择自于金属触媒、胺(amine)触媒，或这些的组合。更佳地，该催化剂是将金属触媒和胺(amine)触媒混合使用，其混合比例并无特别的限制。该金属触媒的作用在于有效地催化二异氰酸盐与聚醚多元醇间的聚合反应；该胺触媒的作用在于有效地催化二异氰酸盐与水间的发泡反应，所以适量的金属触媒与胺触媒的相结合，对反应会有加乘的效果，可控制聚合反应及发泡反应的平衡，使该发泡材不会有塌陷或收缩的现象产生。较佳地，该金属触媒包含但不限于辛酸亚锡(stannous octoate)、二丁基锡二月桂酸酯(dibutyltin dilaurate)，或这些的组合。较佳地，该胺触媒包含但不限于双O-甲基氨基乙基)醚 [bis(2-methylaminoethyl)ether]> 三亚乙基二胺(triethylene diamine)、由 Air Product and Chemical Inc.公司制的市售品Dabco 33-LV，或这些的组合。较佳地，以该聚醚多元醇的总含量为100重量份计，该催化剂的含量范围介于 1. 1 2. 1重量份之间。更佳地，该催化剂的含量范围介于1. 52 1. 85重量份之间。该抗光热剂的种类并没有特别的限制，其作用在于发泡的过程中，可吸收光及热降低发泡材黄变、裂解，及提高发泡材的光热稳定性。较佳地，该抗光热剂的市售产品可包含但不限于UV607、UV608、UV638(上述三个产品皆购自立盛开发塑化有限公司)；Chisorb 328(购自双键化工公司)。较佳地，以该聚醚多元醇的总含量为100重量份计，该抗光热剂的含量范围介于 3 3. 8重量份之间。更佳地，该抗光热剂的含量范围介于3 3. 33重量份之间。该界面活性剂的种类并没有特别的限制，其作用在于增加各成分间的分散性，例如，该界面活性剂可包覆该发泡剂，而均勻分散在该聚醚多元醇中，进而使发泡过程稳定且均勻，以及形成的发泡材不会有塌陷或收缩的现象产生。较佳地，该界面活性剂的市售产品可例如但不限于J84A(购自DOWChemical公司)、TEGOSTAB B 8239 (购自 Degussa 公司)、(购自 Crompton 公司)、L-580 (购自 Crompton 公司)、294A (购自 DOff Chemical公司)，或这些的组合。较佳地，以该聚醚多元醇的总含量为100重量份计，该界面活性剂的含量范围介于1 1. 3重量份之间。更佳地，该界面活性剂的含量范围介于1 1. 25重量份之间。较佳地，该供发泡的预混组成物还包含聚酯多元醇。该聚酯多元醇的种类并没有特别的限制，其作用在于辅助地调节发泡材的发泡性质。较佳地，该聚酯多元醇是己二酸(adipic acid)与二元醇(diol)的共聚物，该二元醇择自于 2- 丁基-2-乙基-1，3-丙二醇 Q-butyl-2-ethyl-l，3-propandiol)或 3-甲基-1， 5-戊二酉享(3-methyl-l, 5-pentandiol)。一般聚醚多元醇与聚酯多元醇不相容，本发明中使用的聚酯多元醇与聚醚多元醇具有良好的相容性。该聚酯多元醇在常温下为液态，有利于制程上的调配及操作。此外，相较于一般的聚酯多元醇，本发明所使用的聚酯多元醇具有较佳的耐水解性；相较于一般的聚醚多元醇，本发明所使用的聚酯多元醇具有较佳的抗氧化特性，可使得该发泡材同时具有较佳的耐水解性及耐裂解性。较佳地，以该聚醚多元醇的总含量为100重量份计，该聚酯多元醇的含量范围介于11 25重量份之间。更佳地，该聚酯多元醇的含量范围介于11. 11 25重量份之间。 当聚酯多元醇添加量过多时，会导致该发泡材不易成型而有收缩现象。较佳地，该供发泡的预混组成物还包含链延长剂。该链延长剂的种类并没有特别的限制，其作用在于与二异氰酸盐进行交联反应 (crosslink reaction)，来辅助发泡材形成较佳的形状。一般链延长剂为低分子量的醇类或胺类，会与二异氰酸盐进行交联反应。在聚合及发泡过程中，该链延长剂会与聚醚多元醇及水产生竞争，进而影响发泡材的发泡性质，所以添加量的多少及种类是控制发泡材的发泡性质的变因之一。较佳地，该链延长剂择自于丙三醇(glycerine)、乙二醇(ethylene glycol)、 三乙醇胺(triethanolamine)、1,4_ 丁二醇(1,4-butane diol)、二乙二醇(diethylene glycol)、二丙二醇(dipropylene glycol)，或这些的组合。更佳地，该链延长剂择自于丙三醇(glycerine)、乙二醇(ethylene glycol)，或这些的组合。较佳地，以该聚醚多元醇的总含量为100重量份计，该链延长剂的含量范围介于 2 3. 8重量份之间。更佳地，该链延长剂的含量范围介于3 3. 75重量份之间。本发明供发泡的预混组成物使用一般的方法混合，且本发明所使用的聚酯多元醇及聚醚多元醇于室温下为粘度低的液体，不需预先加热溶解，所以只需将形成供发泡的预混组成物的所有成份倒入容器中，于室温(约15 40°C )下搅拌均勻即可。本发明发泡材使用一般的方法制备，将上述的供发泡的预混组成物与二异氰酸盐在室温下于搅拌器中搅拌，并经由聚合反应、发泡反应及/或交联反应所获得。因该供发泡的预混组成物于室温下为低粘度液体，不需要额外进行加热熔融步骤，且当加入二异氰酸盐后，可维持在同样的低粘度状态，而有利于这些反应在室温下进行，可大幅减少加热设备及时间成本。较佳地，该等反应温度范围介于15 40°C之间。较佳地，以该供发泡的预混组成物中的聚醚多元醇的总含量为100重量份计，该二异氰酸盐的含量范围介于46. 4 84. 5重量份之间。更佳地，该二异氰酸盐的含量范围介于51. 96 69. 73重量份之间。该二异氰酸盐的种类并没有特别的限制，可选用一般以往所用的。较佳地，该二异氰酸盐是脂肪族二异氰酸盐。较佳地，该脂肪族二异氰酸盐是异佛尔酮二异氰酸酯(isophorone diisocyanate)、1，6-己二异氰酸酯(hexamethylene diisocyanate)，或这些的组合。混合使用时，其混合比例并无特别的限制，依该发泡材所需的特性而选择。一般发泡材的制作过程会进行聚合、发泡及/或交联反应，于这些反应后会形成具有两层结构的发泡材，一层为具有孔洞的发泡层，另一层为位于该发泡层的顶面的表层。 该发泡层的孔洞由发泡反应所产生的气体膨胀所形成的。该气体及发泡反应所伴随产生的热能会透过表层而释放至外界，若无法适时将气体及热能有效地释放，会导致该发泡材收缩或因闷热而坍塌，甚至闷烧导致发泡材损毁，所以表层是否具有适当的孔洞对于发泡材的成型也是关键之一。一般发泡材的制作会搭配开孔剂，让该表层具有适当的孔隙率，以利该气体或热能可有效地释放。本发明通过上述的成分及含量可调制出表层具有较佳孔洞的发泡材，不需额外添加开孔剂，即可达到良好的释放气体及热能的效果。本发明的发泡材可应用于制造内衣、衬垫、坐垫、浴用海绵或鞋用的脚垫等。本发明的发泡材具有抗黄变的特性，S卩，该发泡材不易变色，可搭配透明材一起使用，而不会影响外观视觉，如内衣搭配透明薄纱，衬垫搭配透明胸罩，坐垫搭配透明保护套寸。本发明将就以下实施例来作进一步说明，但应了解的是，该实施例仅为例示说明用，而不应被解释为本发明实施的限制。<实施例><化学品 > 以下实施例将使用下列化学品1.聚醚多元醇(1)环氧丙烷及环氧乙烷与三羟甲基丙烷的共聚物购自于稳好化工，商品名为 ENHOL TBP-3050 (以下简称TP3050)，分子量为5000，及环氧乙烷含量为30%。(2)环氧丙烷及环氧乙烷与丙三醇的共聚物购自于稳好化工，商品名为ENHOL GCP-1544(以下简称为GP 1544)，分子量为4400，及环氧乙烷含量为15%。(3)环氧丙烷与三羟甲基丙烷的共聚物购自于稳好化工，商品名为ENHOL TP-250 (以下简称为TP250)，分子量为3000。
(4)聚醚多元醇购自于DOW Chemical公司，商品名为VORALUX HF505(以下简称为HF505)，分子量为12000。2.催化剂(1)辛酸亚锡[购自于Air Product and Chemical Inc.；商品名为Dabco T_9 (以下简称为T9)]；(2) 二丁基锡二月桂酸酯[购自于Air Product and ChemicalInc.；商品名为 Dabco T-12(以下简称为 Τ12)]；(3)双甲基氨基乙基)醚加30%二丙二醇(以下简称为BL-11)购自于Air Product and Chemical Inc.；及(4)三亚乙基二胺(以下简称为 TEDA)购自于 Air Productand Chemical Inc.。3.异佛尔酮二异氰酸酯(以下简称为IPDI)购自于Bayer;分子量222. 3。4. 1，6_己二异氰酸酯(以下简称为HDI)购自于日本旭化成公司；分子量 168.1。5.聚酯多元醇(1)己二酸与2-丁基-2-乙基-1，3-丙二醇的共聚物(以下简称为5900)购自于长兴化工，分子量3000;(2)己二酸与3-甲基-1，5-戊二醇的共聚物(以下简称为5550)购自于长兴化工，分子量2000。6.抗光热剂购自于立盛开发塑化有限公司；商品名ESK_UV608(以下简称为 UV608)。7.链延长剂(1)丙三醇(以下简称为GC)购自于Kanto，分子量92· 09 ；(2)乙二醇(以下简称为EG)购自于Katayama，分子量60. 07。8.界面活性剂(1084Α(商品名)购自于 DOW Chemical 公司；(2) 8239(商品名)购自于 Degussa。<实施例1 12>分别依据表1的各成分的用量，在温度为20 35°C下，将聚醚多元醇、聚酯多元醇、链延长剂、发泡剂、催化剂、界面活性剂及抗光热剂混合，以1000转(rpm)的转速搅拌60 秒，即得供发泡的预混组成物。再将二异氰酸盐与该供发泡的预混组成物反应，以1000转的转速搅拌至反应温度稳定即可，搅拌完后倒入纸箱中，静置于室温下熟成，即得发泡材。< 测试 >使上述各个实施例放置2小时后取样，并进行以下的各项物性测试，各项测试数据如表2所示1.抗黄变性采用ASTM-Dl 148-1995的测试方法。2.抗裂解性采用ASTM-Dl 148-1995的测试方法。3.密度采用JIS K-6400测试方法。4.硬度采用JIS K-6400测试方法。
5.撕裂强度采用JIS K-6400测试方法。6.抗张强度采用JIS K-6400测试方法。7.延伸率采用JIS K-6400测试方法。8.反拨性采用JIS K-6400测试方法。9.耐水解性测试将实施例10 12的发泡材浸泡于水中，并放置于温度为70°C 的烘箱中3天，取出后，再放置于温度为70°C的烘箱中3天进行烘干，接着使用上述物性测试5 7的方式进行二次测试，将所得数值取其平均值。表 权利要求
1.一种供发泡的预混组成物，其特征在于，包含聚醚多元醇；发泡剂；催化剂；抗光热剂；及界面活性剂；其中，该聚醚多元醇择自于环氧丙烷与三羟甲基丙烷的共聚物、环氧丙烷及环氧乙烷与三羟甲基丙烷的共聚物、环氧丙烷及环氧乙烷与丙三醇的共聚物，或上述共聚物的组合。
2.根据权利要求1所述的供发泡的预混组成物，其特征在于，该聚醚多元醇的重量平均分子量范围介于3000 5000之间。
3.根据权利要求1所述的供发泡的预混组成物，其特征在于，在该聚醚多元醇中，基于环氧乙烷及环氧丙烷的含量总和，环氧乙烷的含量范围介于0 30%之间。
4.根据权利要求1所述的供发泡的预混组成物，其特征在于，以该聚醚多元醇的总含量为100重量份计，该发泡剂的含量范围介于2. 7 4. 4重量份之间、该催化剂的含量范围介于1. 1 2. 1重量份之间、该抗光热剂的含量范围介于3 3. 8重量份之间及该界面活性剂的含量范围介于1 1. 3重量份之间。
5.根据权利要求1所述的供发泡的预混组成物，其特征在于，还包含聚酯多元醇，其中，该聚酯多元醇是己二酸与二元醇的共聚物，该二元醇择自于2- 丁基-2-乙基-1，3-丙二醇或3-甲基-1，5-戊二醇。
6.根据权利要求5所述的供发泡的预混组成物，其特征在于，以该聚醚多元醇的总含量为100重量份计，该聚酯多元醇的含量范围介于11 25重量份之间。
7.根据权利要求1所述的供发泡的预混组成物，其特征在于，还包含链延长剂，其中， 以该聚醚多元醇的总含量为100重量份计，该链延长剂的含量范围介于2 3. 8重量份之间。
8.—种发泡材，其特征在于，该发泡材根据权利要求1所述的供发泡的预混组成物与至少一种二异氰酸盐进行反应后所制得。
9.根据权利要求8所述的发泡材，其特征在于，以该供发泡的预混组成物中的聚醚多元醇的总含量为100重量份计，该二异氰酸盐的含量范围介于46. 4 84. 5重量份之间。
10.根据权利要求8所述的发泡材，其特征在于，该反应温度范围介于15 40°C之间。
全文摘要
一种供发泡的预混组成物，包含聚醚多元醇、发泡剂、催化剂、抗光热剂及界面活性剂，其中，该聚醚多元醇择自于环氧丙烷与三羟甲基丙烷的共聚物、环氧丙烷及环氧乙烷与三羟甲基丙烷的共聚物、环氧丙烷及环氧乙烷与丙三醇的共聚物，或上述共聚物的组合。本发明另提供一种发泡材，是使如上所述的供发泡的预混组成物与至少一种二异氰酸盐进行反应后所制得。该发泡材同时具有良好的抗黄变性、抗水解性、抗裂解性及较佳的机械性质。
文档编号C08G18/66GK102532458SQ20111032578
公开日2012年7月4日 申请日期2011年10月21日 优先权日2010年10月22日
发明者陈建彰 申请人:陈建彰