使用起泡和吹塑方法的組合制得的粘附有低密度聚氨基甲酸酯泡沫的紡織物的制作方法
【專利說明】使用起泡和吹塑方法的組合制得的粘附有低密度聚氨基甲酸 酯泡沬的紡織物
[0001] 本發明涉及具有低密度起泡聚氨基甲酸酯背襯的紡織物，和制造此類紡織物的方 法。
[0002] 用粘附的聚氨基甲酸酯軟墊背襯的地毯已經市售了許多年。用于制造那些地毯的 方法例如描述在美國專利號 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] 粘附的軟墊通過將形成聚氨基甲酸酯的組合物施加到地毯的背面且允許組合物 在適當位置固化來制備。蜂窩狀結構通過將氣體并入到經穩定的形成聚氨基甲酸酯的組合 物中來形成。
[0004] 在絕大部分的聚氨基甲酸酯泡沫制造方法中，通過將化學起泡劑和/或物理起泡 劑結合到聚氨基甲酸酯泡沫調配物中來賦予蜂窩狀結構。化學起泡劑在固化反應的條件下 反應以產生氣體。最常使用的化學起泡劑為水，其除了生成氣體(二氧化碳)之外，還與異氰 酸酯基反應，以產生延伸聚合物鏈的脲鍵。物理起泡劑為低沸點液體，其在固化條件下揮發 以形成吹塑氣體。已使用各種類型的烴、碳氟化合物、氫氟碳和其它鹵代化合物。
[0005] 盡管已在紡織物-背襯應用中嘗試吹塑系統(參見例如美國專利號4,405,393和4， 312,817)，但制造方法不能夠使用這些系統。此原因為聚氨基甲酸酯調配物必須被分配、展 布于紡織物表面上，且調整到預定厚度。這些操作需要一些時間來執行。化學吹塑系統反應 太快而無法適應這些操作。其構建分子量和粘度如此之快，使得其可僅在困難的情況下使 用特別設備展布和調整。另一問題為施加的軟墊通常相當薄，且因此具有極高表面積。如果 起泡劑在聚氨基甲酸酯調配物固化時形成大量氣體，那么氣體傾向于經由固化混合物的暴 露表面逸出，這使得吹塑效率大大損失。類似的考量已基本上阻止在紡織物背襯方法中使 用物理起泡劑。物理起泡劑的揮發需要高溫，高溫可通過加熱組分或經由固化反應的放熱 來實現。然而，增加溫度也會增加固化速率，因此同樣在施加和調整泡沫調配物方面遇到困 難，所述泡沫調配物隨后變得太粘而無法管理。在實踐中，吹塑與其余方法步驟的排序在商 業規模上也難以管理。
[0006] 出于這些原因，商業方法幾乎統一地使用起泡聚氨基甲酸酯系統。將氣體攪到泡 沫調配物中，隨后將其施加到紡織物上。由于在固化反應期間不需要產生氣體，故消除了對 吹塑和固化方法進行排序的問題。這允許這些系統被調配，使得其在首先混合時緩慢反應。 緩慢的初始固化允許調配物有足夠的時間混合、分配、均一地施加到地毯的背面且調整。其 后，調整的泡沫調配物通過使其暴露于高溫而相對快速地固化。
[0007] 起泡系統的問題在于其難以在固化的聚氨基甲酸酯泡沫中產生低于11-12鎊/立 方英尺的密度。在某些地毯產品中需要較低泡沫密度，以獲得更軟的手感，因為某些產品的 性能需求可能較不嚴格，或僅僅為了減少成本。不能產生較低密度起泡聚氨基甲酸酯地毯 背襯已限制了用粘附的聚氨基甲酸酯軟墊制造的地毯產品的范圍。
[0008] 在一些情況下，水已結合到起泡聚氨基甲酸酯地毯背襯調配物中。這種實施的實 例描述在例如美國專利號4,853,280、6,372,810和6,790,872中。在美國專利號4，853,280 中所述的方法中，粘附的聚氨基甲酸酯軟墊由起泡系統制備，向所述起泡系統中添加約o.l 重量％水（以未填充的系統計約0.2%)。所得軟墊的密度被報導為11鎊/立方英尺。在US 6， 372，810中，將約10倍更高量的水結合到起泡的泡沫調配物中。然而，所得粘附的軟墊的密 度仍被報導為超過12鎊/立方英尺。額外的水不引起泡沫密度進一步減少，甚至考慮US 6， 372，810的實例報導的更高填充劑量。類似較高軟墊密度報導在US6，790，872中。
[0009] 美國公開專利申請號2007-0197674描述可將低密度（< 10鎊/立方英尺（160g/L)) 粘附的軟墊施加到紡織物上的方法。使用起泡和化學吹塑的混合物。將密閉層施加到所施 加和調整的泡沫調配物的暴露表面上，以防止吹塑氣體逸出，這允許獲得低于10鎊/立方英 尺（160g/L)的泡沫密度。發現這種方法取得商業成功。然而，其的確需要密閉層，這會增加 材料成本，需要額外設備，增加操作成本且向所述方法引入更大的復雜度。另外，需要較高 催化劑量來催化水/異氰酸酯反應，這又會加快固化反應，縮短晾置時間且使得更難以施加 和調整調配物。在一些情況下，使用水也會產生與所需的相比更堅更硬的泡沫。
[0010] 因此，可將較低密度粘附的聚氨基甲酸酯軟墊施加到地毯或其它紡織物上且無需 密閉層的切實可行的易于可控制的方法在這一行業中為未滿足的需求。
[0011] 本發明為一種制造軟墊背襯的紡織物的方法，其包含：
[0012] a)形成密度為約250到600克/升的形成起泡聚氨基甲酸酯的組合物，其中所述形 成聚氨基甲酸酯的組合物包括:一或多種多元醇，包括至少一種羥基當量重量為至少400的 多元醇;每100重量份羥基當量重量為至少400的多元醇0.25到2份水;每100重量份羥基當 量重量為至少400的多元醇3到10重量份沸騰溫度為-30到40°C的物理起泡劑;每100重量份 羥基當量重量為至少400的多元醇100到400重量份填充劑;泡沫穩定性表面活性劑;至少一 種量足以提供85到130的異氰酸酯指數的聚異氰酸酯；以及量使得所述形成聚氨基甲酸酯 的組合物具有至少180秒膠凝時間的聚氨基甲酸酯催化劑；
[0013] b)使所述未固化浮沫跨越寬度為至少24英寸（61cm)的紡織物的頂部表面形成 0.05到0.75英寸（0.127到1.9cm)厚的層；以及
[0014] c)使所述經起泡組合物的所述層在其頂部表面對大氣開放的情況下固化，使得所 述經起泡組合物可自由升高，以形成粘結于所述紡織物的密度不超過176克/升（11鎊/立方 英尺)的起泡聚氨基甲酸酯軟墊。
[0015] 本發明的方法允許良好質量的低密度聚氨基甲酸酯軟墊粘附于紡織物(如地毯）。 密度不超過176克/升且在許多情況下不超過160克/升的粘附的軟墊易于在對于商業規模 實施來說切實可行的方法中制備。出人意料的是，不需要如在US 2007-0197674的方法中所 需的密閉層。經固化泡沫與形成于US 2007-0197674的方法中的泡沫相比傾向于更軟，并且 因此提供較好緩沖、彈性和手感。
[0016] 本發明的方法的特征在于使形成聚氨基甲酸酯的組合物起泡，以化學方式吹塑 (經由水與異氰酸酯基的反應）以及以物理方式吹塑(經由物理起泡劑的揮發）。不同于其中 單獨使用起泡的情況，在本發明下易于獲得密度不超過176克/升的軟墊。不同于其中起泡 和化學吹塑組合使用（如在US 2007-0197674中）的情況，本發明提供無需密閉層的低密度 粘附的軟墊。本發明相較于US 2007-0197674中所述方法的另一優點為聚氨基甲酸酯反應 傾向于更緩慢進行，這為將泡沫施加到襯底上且使其形成層提供更多時間。
[0017] 相對于US 2007-0197674方法的另一優點為物理起泡劑降低形成聚氨基甲酸酯的 組合物的粘度(在相等含量的填充劑下）。此允許使用較低操作壓力或允許更高量的填充劑 結合到組合物中同時仍然維持操作粘度。增加填充劑的量可提供重要的經濟優點。再另一 優點為軟墊傾向于更軟，這會提供較好緩沖。
[0018] 形成起泡聚氨基甲酸酯的組合物在此方法的步驟a)中形成。形成聚氨基甲酸酯的 組合物含有至少一種多元醇、水、沸騰溫度為-30到40°C的液體物理起泡劑、填充劑粒子、泡 沫穩定性表面活性劑、至少一種聚異氰酸酯以及聚氨基甲酸酯催化劑。提供到形成聚氨基 甲酸酯的組合物中的這些組分的相對量更全面地描述如下。
[0019] 這些成分的混合次序一般不重要，其限制條件為有時間使組合物起泡且使其在紡 織物上形成層，隨后組合物因水與物理起泡劑的作用而充分膨脹。然而，某些混合次序具有 優點且因此為優選的。通常優選的是使填充劑與多元醇混合，隨后使多元醇與水、物理起泡 劑和聚異氰酸酯混合。因此，在一種優選方法中，將多元醇與填充劑摻合，接著添加那些其 它成分。
[0020] 表面活性劑宜在任何時間下添加，但優選的是在聚異氰酸酯之前或與其同時添加 到多元醇中。
[0021 ]聚異氰酸酯優選地在即將進行起泡步驟之前添加到多元醇/填充劑混合物中。
[0022] 在多元醇與聚異氰酸酯、表面活