技术领域
本发明涉及一种亲水性EVA泡绵及其产品制备方法，尤其涉及一种兼具良好吸震性、平均释压性、吸湿性、吸热性及抗低温性及无毒性等多重功效的亲水性EVA记忆型泡绵及其制备方法。
背景技术：
以PU(聚氨酯)泡绵的技术领域而言，PU泡绵已被广泛应用于枕头、医疗床垫、办公椅坐垫、寝具床垫或鞋材等产品上，而市面上已有具有平均释压(uniformpressurerelief)性的PU记忆型泡绵(memoryfoam)，而该习知PU记忆型泡绵系利用聚醚多元醇(polyetherpolyol)0.5～90％及异氰酸酯(Isocyanate)2～60％及其亚克力树脂(Acrylicresin)0.5～50％，先在室温状态混合均匀，再通过与水反应后产生的二氧化碳(CO2)或参杂其它低挥发性发泡剂如MC(methylenechloride，CH2Cl2)，浇注入如枕头、医疗床垫、办公椅坐垫、寝具床垫或鞋材等产品的成型模具中，并控制温度在30℃～50℃之间，发泡时间约5～10分钟，而制作成型。美国Frisby公司约7年前曾使用凉粉(或称吸热粉)，一种微粒包裹材料(microencapsulationparticle)，当作添加剂而制成具有绝缘及凉感效应的织布和亲水性(开孔性)泡绵，并使该泡绵使用于寝具床垫(homefurnishing)或医疗床垫(medicalbed)等多种产品上，但使用添加该凉粉(吸热粉，microencapsulationparticle)做出来的泡绵及其自结皮并没有很明显的控温效果(亲水性功效)，有时候甚至与未添加吸热粉的配方毫无差别。因此，习知PU记忆型泡绵，包括目前已知的PU记忆型泡绵领导厂商所制成的PU泡绵，由于其所使用材料配方及制程未考虑周详，致有下列缺点：
<1>习知PU记忆型泡绵为非亲水性(hydrophobic)PU泡绵，故不具有明显的亲水性(hydrophilic)特性，亦即不具有明显的吸湿性(moistureabsorbing)及吸热性(thermoabsorbing)，当与人体接触时，接触面处的人体皮肤所产生的湿气及热气无法有效散发，致接触面处快速蓄热，而无法达成干爽(吸湿)及凉爽(吸热)效应，大大影响使用者的舒适感，不利于泡绵的应用性。
<2>习知PU记忆型泡绵虽已具有相当柔软度，但该柔软度却不具抗低温性，因此习知PU记忆型泡绵对温度敏感，在温度10℃以下时会逐渐硬化，当使用环境温度低于摄氏5℃时，就可能硬如木头，故在寒冷地区使用时，必须升温(开暖气)一段时间后才有柔软效果，致使用环境温度受到限制，相对影响到泡绵的应用范围。
<3>习知记忆型泡绵的抗氧化性及耐水解性较差，相对影响泡绵的使用寿命。
<4>以反应完后而论，习知非亲水性(hydrophobic)PU记忆型泡绵TDA(Toluenediamine)或MDA(Methylenediphenyldiamine)含量甚高，有毒性的影响；而且成型后泡绵仍含有残留在内的氨(amine)催化剂，会有刺鼻的味道，不利于当枕头、床垫或坐垫使用。并且一般乳胶泡绵的耐用性不高，容易被氧化或受香水、醇类(酒精)影响而产生粉状是其缺点。
因此，习知非亲水性PU记忆型泡绵在应用上，尤其是在枕头、医疗床垫、寝具床垫等产品上使用，尚无法满足消费者在质量上、功能上及舒适性的要求，造成消费者的使用上困扰。
技术实现要素：
本发明主要目的在于提供一种水性乳化EVA记忆型泡绵及其制备方法。
本发明水性乳化EVA记忆型泡绵，利用亲水性PU预聚合物(HydrophilicPUprepolymer)重量比5～70％但以38～58％为佳、水性乳化EVA(emulsionpolyethylenevinylacetate)重量比0.5～50％但以8～22％为佳、及聚醚多元醇(polyetherpolyol)重量比1～50％但以8～20％为佳而构成；其中该PU预聚合物含有聚醚多元醇重量比0.9～80％但以40～70％为佳，及异氰酸酯(Isocyanate)重量比1～70％但以30～60％为佳；而PU预聚合物所含有的聚醚多元醇的分子量介于60到1800之间，且至少含有40mol％以上的乙醚基(-EO-)，且乙醚基(-EO-)重量百分含量在18～99.9％。而整体可通过该异氰酸酯与大量水作用产生的CO2做为发泡剂，可以完全不需使用任何其它发泡剂，经过发泡程序制成，使通过由其所具有的特殊亲水性高分子结构(polymer)或分子架构(polymerbackbone)，而得同时兼具吸震性、平均释压性，吸湿性(moistureabsorbing)及吸热性(thermoabsorbing)，使其与人体接触时能达成干爽(吸湿)及凉爽(吸热)效应，进而增进PU泡绵的舒适度及应用的范围。
本发明另一目的在于提供一种水性乳化EVA记忆型泡绵，其是一种具有吸湿性及吸热性的水性乳化EVA记忆型泡绵，并凭借其构成成分而兼具抗低温性，使在温度10℃以下时不会硬化，进而可增大该EVA泡绵使用环境的温度范围。
本发明另一目的在于提供一种水性乳化EVA记忆型泡绵，其利用异氰酸酯与大量的水作用而产生的二氧化碳做为发泡剂，可以完全不需使用任何其它发泡剂，因此未有残余的异氰酸酯留存在泡绵中，使得制成的水性乳化EVA记忆型泡绵可达到无味、无毒的质量要求，因此可避免习知非水性乳化EVA记忆型泡绵，因泡绵内除了含有大量TDA或MDA外，尚有残余的氨(amine)催化剂而会有刺鼻味道，影响应用范围、舒适性及安全性。
本发明另一目的在于提供一种水性乳化EVA记忆型泡绵，其除了利用上述材料组成外，可另添加一添充物(filler)，如凉粉(吸热粉)，添加的重量分数为0～20％，该凉粉(microencapsulatedspecificmeltingpointmaterial)是一种微粒包裹材料(microencapsulationparticle)，可在泡绵内产生物理作用，用以增加泡绵的控温效果。
本发明又一目的是提供一种水性乳化EVA记忆型泡绵的产品制法，其是在利用上述材料发泡成型为产品后，使成型品再经过一高温(约50～100℃之间)烘烤步骤，以达成脱水效果，完成整个水性乳化EVA泡绵产品的全部制作过程。
具体实施方式
为使本发明上述和其它目的、特征、及优点能更明确，下面结合本发明较佳实施例并配合所附图示，详细说明如下：
本发明水性乳化EVA记忆型泡绵的主要特征在于：利用水性乳化聚氨酯(Polyurethanedispersion)重量比5～70％但以38～58％为佳、水性乳化高分子聚合物(emulsionpolyethylenevinylacetate)重量比1～50％但以8～22％为佳、及聚醚多元醇(polyetherpolyol)重量比1～50％但以8～20％为佳而构成；其中该水性乳化聚氨酯(PU预聚合物)中含有聚醚多元醇(Polyetherpolyol)重量比1～80％但以40～70％为佳，及异氰酸酯(Isocyanate)重量比1～70％但以30～60％为佳；而PU预聚合物所含有的聚醚多元醇的分子量介于60到1800之间，且至少含有40mol％以上的乙醚基(-EO-)，且乙醚基重量百分含量在18～99.9％。而整体并可通过该异氰酸酯与大量水作用产生的CO2做为发泡剂，可以完全不需使用任何其它发泡剂，而经过发泡程序成型。而且利用上述材料而在产品模具内发泡成型为产品后，进而使该成型产品再经过一高温(约50～100℃之间)烘烤步骤，以达到脱水效果，始完成整个水性乳化EVA泡绵产品的全部制作过程。
所述异氰酸酯可为TDI(TolueneDiissocyanate)、MDI(MethyleneDiphenylDiisocyanate)、IPDI(IsophoroneDiisocyanate)、或其它异氰酸酯如上述TDI、MDI、IPDI等化合物的混合物，再与聚醚多元醇作用以产生上述水性乳化高分子聚合物(emulsionpolyethylenevinylacetate)，其中所述聚醚多元醇，其分子量介于200到2000之间，但分子量范围以500到1500范围较佳，并且其分子量中乙醚基(-EO-)含量在20～99.9％。
另实际上，制造水性乳化EVA记忆型泡绵也可利用一次成型技术(oneshottechnique)方法，也就是不经过预聚合物(prepolymer)的制备过程，而将制备预聚合物(prepolymer)的异氰酸酯(Isocyanate)及聚醚多元醇直接按适当的I/P(I代表亲水性PU预聚合物的重量，P代表水性乳化高分子聚合物和聚醚多元醇的总重量)比例混合模具发泡成型。
上述水性乳化高分子聚合物(emulsionpolyethylenevinylacetate)是由丙烯酸(acrylic)或乙烯丙烯酸(vinylacrylic)或苯乙烯丙烯酸(styreneacrylic)等聚合得到。
依据上述构成成分，列举较佳实施例一至五并分别说明各实施例的构成比例以及成型泡绵的物理特性，如：柔软度、回弹时间、抗低温性、或适用产品范围。而实施例一至五中所提到的预聚合物(prepolymer)是采用甲苯二异氰酸酯(TolueneDiisocyanate，TDI)与多元醇作用而合成的。
实施例一
<构成比例>
其中，表面活性剂B可为Pluronic61、62、64或101(德国BASF公司产品)；或LK443，DC-198、DC504(美国AIRPRODUCTS公司产品)；或LH525、LK260(德国TH.Goldschmidt公司产品)等。
<特性>
本泡绵的抗拉性及抗撕性较强，回弹时间1～5秒，具吸湿性及吸热性，适用产品：枕头、医疗床垫、办公椅坐垫、寝具床垫或鞋材等产品；但以鞋材、坐垫、床垫为主要适用对象。其物性数据如下：
*吸水倍数：吸水后重量/吸水前重量
**永久变形率：依据ASTMD395，方法B，压缩50％条件下测试
实施例二
<构成比例>
其中，表面活性剂A可为Brig93(ICIAmerica公司)或Emulgale1000NI(Henktel公司)等。
<特性>
本泡绵比实施例一柔软，回弹时间1～5秒，具吸湿性及吸热性；适用产品：枕头、医疗床垫、办公椅坐垫、寝具床垫或鞋材等产品；但以枕头、坐垫、床垫为主要适用对象。其物性数据如下：
实施例三
<构成比例>
其中，聚醚多元醇A的分子量介于60～1800之间，但以50～400为佳，乙醚基(-EO-)含量在18～99.9％，但以50～85％为佳，其可为：PEG(Polyoxyethyleneglycol)200、PEG600或混合乙二醇(Ethyleneglycol)、二乙二醇(Diethyleneglycol)、丙二醇(Propyleneglycol)或丙三醇(Glycerol)等。氨催化剂I(aminecatalystI)可为Dabco33LV、DabcoDMEA(美国AIRPRODUCTS公司产品)，氨催化剂II(aminecatalystII)可为：DabcoBL-11、DabcoBL-19、DabcoBL-22(美国AIRPRODUCTS公司产品)；ZF-20、ZR-70、DMP(美国HUNTSMAN公司产品)
<特性>
本泡绵比实施例二柔软，但略有尺寸萎缩的小缺点。回弹时间可调整在1～10秒之间。适用产品：枕头、医疗床垫、办公椅坐垫、寝具床垫或鞋材等产品，但以枕头、坐垫、床垫为主要适用对象。
实施例四
<构成比例>
其中，聚醚多元醇B的分子量介于60～1800之间，但以50～400为佳，乙醚基(-EO-)含量在18～99.9％，但以50～85％为佳，其可为：PEG300或混合Ethyleneglycol，Diethyleneglyco，Propyleneglycol或Glycerol等。
<特性>
本泡绵柔软度与实施例三相同，完全没有尺寸萎缩现象，变形率低，回弹时间可调整在1～10秒之间。适用产品：枕头、医疗床垫、办公椅坐垫、寝具床垫或鞋材等产品，但以枕头、坐垫、床垫为主要适用对象。其物性数据如下：
密度(g/cm3)0.145柔软度(在-15℃)柔软回弹时间(s)5～10透气性佳拉伸强度(kg/cm2)0.158伸长率(％)140
撕裂强度(kg/cm0.315吸水倍数*(wet/dry)6.3
实施例五
<构成比例>
其中，聚醚多元醇C的分子量介于50～1000之间，但以50～400为佳，乙醚基(-EO-)含量在20～99.9％，但以50～85％为佳，其可为：PEG400或混合Ethyleneglycol，Diethyleneglycol，Propyleneglycol或Glycerol等。
<特性>
本泡绵柔软度与实施例三相同，完全没有尺寸萎缩现象，变形率低，回弹时间可较长，约1～20秒。适用产品：枕头、医疗床垫、办公椅坐垫、寝具床垫或鞋材等产品，但以枕头为主要适用对象。
本发明亲水性PU记忆型泡绵的产品制法可依据下列步骤完成：
步骤<1>提供一水性乳化EVA(emulsionpolyethylenevinylacetate)；该PU预聚合物含有聚醚多元醇(Polyetherpolyol)重量百分比1～80％但以40～70％为佳，及异氰酸酯(Isocyanate)1～70％但以30～60％为佳；而PU预聚合物所含有的聚醚多元醇的分子量介于60到1800之间，且至少含有40mol％以上的乙醚基(-EO-)，且乙醚基(-EO-)含量在18～99.9％；
步骤<2>提供各类产品的成型模具，如枕头、坐垫、床垫或鞋垫等成型模具；
步骤<3>利用上述步骤所制备的水性乳化聚氨酯(Polyurethanedispersion)1～70％但以40～60％为佳，而与水性乳化EVA(emulsionpolyethylenevinylacetate)1～50％但以5～20％为佳，及聚醚多元醇(polyetherpolyol)1～50％但以5～20％为佳而作为主要构成成分；其中，该聚醚多元醇(polyetherpolyol)中并包含有适当比例的水、表面活性剂(Surfactant)、氨催化剂(AmineCatalyst)或凉粉组成；而生产料温度可介于5～50℃之间；又其中，凉粉(微粒包裹材料)可为熔点为28.3℃的腊以美耐敏(Melamine)树脂包覆的材料；
步骤<4>将上述水性乳化高分子聚合物、聚醚多元醇与水性乳化高分子聚合物，依照设定的重量比例混合，并注入成型模具内，模温控制在30～50℃之间，进行发泡成型制程，发泡时间约5～10分钟；其中，亲水性PU预聚合物(以I代表)的重量与水性乳化高分子聚合物、聚醚多元醇(以P代表)的总重量间的混合重量比例(I/P)可介于1.5比1(1.5/1)至1比1.5(1/1.5)之间，但以1比1为最佳，如上述实施例一至七所示；
步骤<5>待发泡完成后，自模具中取出已发泡成型的泡绵成型体；
步骤<6>将泡绵成型体置放在烤箱中进行高温烘烤作业，烤箱温度约50～100℃之间，烘烤时间视对象大小及重量而定，短则几十分钟，长则几个小时，以此达到脱水效果，从而完成泡绵产品的制备过程。
上述制程中，水性乳化高分子聚合物是由聚醚多元醇及异氰酸酯以适当比例构成，但该PU预聚合物可先经过一制备程序如步骤<1>而制成，但依现有化工技术而言，该前述步骤中步骤<1>及<3>也可简化成”一次成型技术”(oneshottechnique)，即异氰酸酯(Isocyanate)采用TDI(TolueneDiissocyanate)，而聚醚多元醇(polyetherpolyol)采用PEG600、催化剂、表面活剂、架桥剂(chainextender)、水及水性乳化高分子聚合物构成，而直接按适当I/P比例混合注入模具发泡成型，而无须经过制备PU预聚合物(PUprepolymer)中的制备程序或步骤。
本发明上述原料构成中，在聚醚多元醇(polyetherpolyol)中所添加的凉粉(吸热粉)系一种微粒包裹材料(microencapsulationparticle)，而该凉粉可添加也可不添加(占0～20％)，因为在泡绵中添加凉粉，该凉粉与泡绵元材间只产生物理变化而未产生化学变化，即凉粉与泡绵元材间并未产生新化学结构或新化学键，因此添加或不添加凉粉基本上并不影响本发明水性乳化EVA泡绵所具有的吸湿性(moistureabsorbing)及吸热性(thermoabsorbing)，也就是本发明水性乳化EVA泡绵仍然可达到干爽(吸湿)及凉爽(吸温)的接触使用效果。
而本发明水性乳化EVA泡绵与习知记忆型泡绵比较，至少具有下列习知记忆型泡绵所无法达成的功效及优点：
<1>本泡绵材质柔软细致，且兼具有明显的吸湿性及吸热性，当与人体皮肤接触时，可使接触皮肤面所产生的湿气及热气有效地吸收再散发，而达成干爽(吸湿)及凉爽(吸热)效应。
<2>本泡绵具抗低温性而不会对温度过度敏感，即使在温度10℃以下也不会硬化，甚至在摄氏零下15℃时，仍可维持一般的柔软度。
<3>本泡绵兼具有记忆型泡绵的释压功能。
<4>本泡绵具有无毒性的优点。
<5>本泡绵不具有剌鼻催化剂及皮肤刺激性的缺点。
现将本发明泡绵与习知记忆型泡绵间的优劣比较，列表如下：
特性本发明习知技术吸热性有无吸湿性优无柔软性极佳略粗糙温度敏感性极微或无随温度降低变硬非常显著对皮肤刺激性无有舒适性清凉，干爽(吸热，吸湿)闷热(蓄热)不舒服毒性无TDA或MDA含量甚高刺鼻味道无很强(如含催化剂氨等)
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。