包含改性植物油多元醇的高性能聚氨酯地毯背襯的製作方法

2023-04-24 21:37:51 1

專利名稱：包含改性植物油多元醇的高性能聚氨酯地毯背襯的製作方法
技術領域：
本發明涉及聚氨酯反應產物的高性能地毯背襯，該地毯背襯顯示的絨頭聯結(tuftbind)大於4.5kg，ASTM D 1335。聚氨酯反應產物衍生自多異氰酸酯，含活性氫的化合物及多元醇和植物油的多元醇反應產物，其中多元醇反應產物中不與多異氰酸酯反應的植物油的數量小於或等於50wt％。
背景技術：
通常，簇絨地毯(tufted carpet)最小通過主背襯(primary backing)和預塗層由簇絨纖維組成。簇絨地毯也可含有另外的層如層壓材料層，第二層，和泡沫層。此外，簇絨地毯可含有多於一個第二層。
要求預塗層，施加到地毯的第一塗料將地毯簇絨固定到主背襯。因此，地毯背襯中預塗層的目的是提供纖維鎖定強度性能如耐成丸和起毛性，絨頭聯結和邊緣散紗(edge ravel)，阻燃性，尺寸穩定性，抗菌/抗真菌活性和液體屏蔽功能。它也可包含粘合劑以將簇絨地毯粘合到另外的層或底層地板。或者，可以施加層壓材料層而沒有預塗層。然而，與單獨施加層壓材料層相比，同時施加預塗層達到更好的固定。
從1981年以來，將聚氨酯預塗層開發和商業化用於單一，連接的彈性墊(cushion)和層壓材料地毯背襯系統。預塗層，層壓材料，泡沫層通常從聚氨酯材料製備。這樣的聚氨酯層典型地從異氰酸酯配製劑(A-側配製劑)和多元醇配製劑(B-側配製劑)在地毯製造場所製備。這有時稱為″A+B化學″。基於天然油的多元醇用於製備聚氨酯聚合物的用途已知超過60年。由A+B化學製備聚氨酯層要求專門設備的大量投資以達到此方法的特別性能特性。
或者，可以將聚氨酯層施加為含水聚氨酯(PU)分散體。含水PU分散體可以由如下方式製備在有機溶劑中聚合聚氨酯反應物，隨後在水中分散獲得的溶液，和非必要地隨後脫除有機溶劑。參見U.S.Pat.Nos.3,437,624，4,092,286，4,237,264，4,742,095，4,857,565，4,879,322，5,037,864，和5,221,710，它們在此引入作為參考。同樣，含水聚氨酯分散體可以由如下方式製備首先形成預聚物，然後在水中分散預聚物，最後在水中進行擴鏈，如在1998年9月24日出版的WO98/41552中公開的那樣，該文獻在此引入作為參考。在此情況下，含水聚氨酯分散體優選含有水作為連續相。Jenkines等人的U.S.Pat.No.4,296,159公開了製備含有單一背襯的簇絨或織造製品，通過施加形成聚氨酯的組合物到簇絨或織造製品的下側製備單一背襯(unitary backing)。
作為形成聚氨酯的組合物，可以將聚氨酯層施加為吹制配製劑。吹制配製劑通過由如下方式製備在氣體存在下混合A-側組分與B-側組分，將該氣體機械引入或化學產生以形成氣泡，該氣泡在固化的聚氨酯中得到泡孔狀結構。氣體進入聚氨酯配製劑的機械攪打也稱為″起泡(frothing)″。
歷史上，用於製備聚氨酯的多元醇衍生自環氧乙烷或環氧丙烷。典型地，這樣的多元醇是聚酯多元醇或聚醚多元醇。這樣的多元醇具有嚴重的缺點。例如，由於它們衍生自石油，它們是不可再生的自然來源。多元醇的生產要求大體積的能量。由於它們的生產依賴於油商業，它們的價格由於隨石油價格波動而傾向於不可預測。根據生產這樣多元醇的高成本，人們開始尋找替代方案。
一種這樣的替代方案是使用植物油作為多元醇的來源。使用植物油中的一個難度是由於未反應的植物油的數量而不能調節聚合物官能度。結果是，獲得的聚氨酯產物不能滿足由工業要求的相對嚴格規範。補救此缺陷的方案目前在US2002/0121328A1，2002/0119321A1和2002/0090488A1中給出。每個這些參考文獻公開了衍生自植物油反應產物的地毯材料。令人遺憾地，這樣產品的絨頭聯結是不可接受的並且不滿足工業標準。
因此，需要生產衍生自植物油和絨頭聯結對於工業標準可接受的地毯背襯。本發明的地毯背襯顯示大於4.5kg，ASTM D 1335的絨頭聯結。
發明概述用於居住，商業和娛樂地毯的地毯背襯包含多異氰酸酯、含活性氫的化合物、和多元醇反應產物的聚氨酯反應產物，該地毯背襯的絨頭聯結大於4.5kg，ASTM D 1335。多元醇反應產物是多元醇和植物油的反應產物。多元醇反應產物中未反應的植物油的數量小於或等於50wt％(重量％)(以多元醇反應產物的總重量百分數計)。(在此使用的術語″未反應的植物油″表示多元醇反應產物中不與多異氰酸酯反應的植物油部分)。植物油優選選自棕櫚油、紅花油、卡諾拉油(canola oil)、豆油、棉子油和菜子油。在優選的實施方案中，植物油是吹制的。
在優選的實施方案中，獲得的聚氨酯的硬鏈段構成聚氨酯的至少20wt％。
本發明的地毯背襯可以用作預塗層、層壓材料或泡沫塗料。
優選實施方案的詳細描述本發明的高性能聚氨酯地毯背襯衍生自含活性氫的化合物、多元醇反應產物和多異氰酸酯。多元醇反應產物包括不超過50wt％未反應的植物油。本發明的聚氨酯地毯背襯顯示大於4.5，優選大於5.0，最優選6.8，更優選9.0kg的絨頭聯結，ASTM D 1335。
本發明的聚氨酯地毯背襯進一步顯示優異的纖維強度性能如耐成丸和起毛性(3+等級)和邊緣散紗(＞0.9kg.)。歸於性能地毯背襯的其它性能包括柔韌性(＜13.6kg，手動穿孔機)，阻燃性(＞0.45瓦/cm2)，尺寸穩定性(＜0.4％)，抗菌/抗真菌活性(＞2mm生長自由區與100％接觸抑制)，低24-小時總揮發性有機組分(TVOC)(＜500ug/m2-hr)，液體屏蔽官能度(British溢出通過(British spill passage))，和優異的腳輪椅(castor chair)耐背襯分層和易撕裂現象(zippering)的性能(＞25000次循環)。
本發明地毯背襯的聚氨酯反應產物是A-側和B-側的反應產物。A-側反應物包括異氰酸酯，B側多元醇反應產物和含活性氫的材料。非必要的擴鏈劑，交聯劑，催化劑和其它添加劑可進一步包括作為B側反應物的一部分或可以通過單獨的埠獨立地引入。其它添加劑可包括表面活性劑，發泡劑，起沫劑，阻燃劑，顏料，抗靜電劑，增強纖維，抗氧劑，防腐劑，酸清除劑等。
本發明的地毯背襯在居住和商業地毯工業中以及在娛樂用途，如船舶，汽車，院子等用地毯料的地方中具有特定的應用性。
B側的多元醇反應產物是多官能醇或多官能化合物(″第一多元醇″)和植物油的酯交換產物。作為第一多元醇的例示是甘油、單糖、二糖和多糖。這樣改性植物油的官能度被基本調節，並且因此與其官能度通常根據基因或環境原因不同的現有技術中基於植物的多元醇相比更為工業所需。多元醇反應產物包含不多於50重量份(基於100重量份多元醇反應產物)未反應的植物油。使用多於50重量份多元醇反應產物的未反應的植物油的數量例示這樣地毯背襯強度性能如絨頭聯結和邊緣散紗，揮發性有機化學品，和差的固化性能中的缺陷。
與多元醇反應以形成多元醇反應產物的植物油包括，但應當不限於棕櫚油、紅花油、向日葵油、卡諾拉油、菜子油、棉子油、亞麻子、和椰油。當使用這些植物油時，它們優選是吹制的。吹制植物油典型包含的羥基值為約100-約180和更典型地約160，而未吹制植物油典型地的羥基值為約30-約40。然而，植物油可以是粗植物油或已經除去該粗油中含有的皂原料和蠟化合物的粗植物油。
多元醇反應產物可以採用相似於在U.S.專利申請出版No.2002/0090488A1(在此引入作為參考)中公開的用於改性植物油的方式生產，區別在於多元醇反應產物中未反應的植物油的數量不大於50份(每100份多元醇反應產物)。在優選的實施方案中，多元醇反應產物中未反應的植物油的數量小於約34wt％，優選不大於25wt％。例示為兩階段酯交換工藝中的第一步驟，將作為第一多元醇的甘油加熱到約230°F，並且有利地攪拌。在第二步驟中，將優選包括糖類化合物，典型地單糖、二糖、多糖、糖醇、蔗糖、蜂蜜、或其混合物的含有至少兩個羥基的組分緩慢地引入甘油直到飽和。這用於增加羥基官能度。優選的糖組分是果糖和蔗糖。優選，按重量將2份糖化合物加入到1份多官能醇中。甘油是糖化合物組分的載體，儘管它增加一些官能羥基。緩慢加入糖組分直到沒有另外的糖組分可以加入到甘油溶液。認為多官能醇和糖組分進行初始酯交換以形成新的酯產物(前體)。這樣新多元醇的官能度是可選擇的。醇的官能度越大，最終新多元醇的官能度越大。然後，將約200-300克植物油加熱到至少約180°F，並且植物油緩慢與加熱的甘油/糖酯，第一酯交換反應產物反應。(代替熱量或除熱量以外還可以使用酯交換催化劑如四-2-乙基己基鈦酸酯，它由DuPont以TyzorTOT銷售。同樣，也可以使用已知的酸和本領域技術人員已知的其它酯交換催化劑)。植物油和第一酯交換產物然後可進行第二酯交換反應，該反應增加獲得的多元醇的官能度。當多元醇反應產物用於產生聚氨酯時，降低加入到植物油的糖組分的數量會降低可以與異氰酸酯基團交聯的官能團數目。採用此方式，可以調節和工程化由本發明的酯交換方法生產的最終多元醇的官能度。因此，使用增加數量的糖組分形成更硬質的氨基甲酸酯(urethane)產物。此外，多官能醇的更高官能度也可增加通過使用新多元醇形成的氨基甲酸酯產物的官能度。
在優選的模式中，多元醇反應產物衍生自至多約20重量份重均分子量小於800的多元醇。優選作為重均分子量小於800的多元醇的是蔗糖、甘油、雙丙甘醇以及其共混物。
多元醇反應產物可進一步由植物油的丙氧基化、丁氧基化、或乙氧基化製備。因此，環氧丙烷(丙氧基化)，環氧乙烷(乙氧基化)，環氧丁烷(丁氧基化)，或任何其它已知烯氧化物向植物油、粗植物油、吹制植物油、或糖(多官能化合物)和多官能醇的反應產物，或根據以上討論的酯交換方法生產的最終基於植物油的，酯交換多元醇將進一步增加因此形成的多元醇的官能度並適於作為本發明中的多元醇反應產物。
含活性氫的化合物是含有官能團的化合物，它包含至少一個直接鍵合到電負性原子如氮、氧或硫的氫原子。各種類型的活性氫化合物，如胺、醇、聚醚多元醇、聚酯多元醇和硫醇是製備聚氨酯聚合物領域技術人員已知的。適用於本發明的活性氫化合物可以是分子量小於約10,000的多元醇，包括由伯羥基封端的那些。例示的活性氫化合物是聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚脲多元醇。聚酯多元醇包括通常衍生自環氧丙烷或環氧乙烷的那些。對於軟質泡沫，通常使用分子量大於2,500的聚酯或聚醚多元醇。對於半硬質泡沫，通常使用分子量為2,000-6,000的聚酯或聚醚多元醇，而對於硬質泡沫，通常使用分子量為200-4,000的短鏈多元醇。通常，與更低分子量多元醇和更高官能度多元醇相比，更高分子量多元醇和更低官能度多元醇傾向於生產更軟質的泡沫。這樣含活性氫的化合物在B側中的數量為約25-約50，優選約50-約85份。
可以將至少一種催化劑進一步加入到B-側或獨立的埠以控制反應速度和影響最終產物質量。聚氨酯反應產物的B-側可進一步包括交聯劑或擴鏈劑和/或發泡劑。
發泡劑或起沫劑典型地用於形成聚氨酯泡沫並且加入以引起氣體或蒸氣在反應期間釋放。這樣的試劑典型地由氣體進入液體的機械引入而引入以形成泡沫(機械起沫)。在製備起沫的聚氨酯泡沫中，優選使用設備如Oakes或Firestone發泡器混合所有的組分，然後將氣體共混入混合物。在用於地毯背襯的泡沫的製備中，不必須獲得穩定的泡沫。在地毯背襯生產方法中，使用鋪展工具，如輥上葉片、底板上的輥或刀，將起沫的泡沫典型地鋪展在地毯背側上。發泡劑有助於在最終泡沫中產生空隙泡孔的尺寸，通常是具有相對低沸點的溶劑或水。合適發泡劑的例子包括氣體和/或氣體混合物，例如空氣、二氧化碳、氮氣、氬氣、氦氣等；液體，例如水、揮發性滷代烷烴如各種氯氟甲烷和氯氟乙烷。發泡劑可包括常規發泡劑如134A HCFC，購自E.I.Dupont de Nemours Company of Wilmington，Delaware的氫氯氟碳致冷劑；甲基異丁基酮(MIBK)；丙酮；氫氟碳；環戊烷；二氯甲烷；烴；偶氮發泡劑如偶氮雙(甲醯胺)和水或其混合物。目前，優選是壓縮氣體。另一種可能的發泡劑是乳酸乙酯，它衍生自大豆。可以調節其它反應物的濃度以適應用於反應的具體發泡劑。
非必要的擴鏈劑或交聯劑可在此用於建立聚氨酯聚合物中的強度性能。通常，擴鏈劑採用的數量足以與預聚物中存在的約零(0)-約70％異氰酸酯官能度反應，以與一當量擴鏈劑反應的一當量異氰酸酯計。催化劑可非必要地用於促進在擴鏈劑和異氰酸酯之間的反應。
合適的擴鏈劑或交聯劑典型地是每分子含有約2個或更多個活性氫基團的低當量含活性氫的化合物。典型地，擴鏈劑或交聯劑的分子量小於300。擴鏈劑典型地含有2個活性氫基團而交聯劑含有3個或更多個活性氫基團。活性氫基團可以是羥基、巰基(mercaptyl)、或氨基。優選作為擴鏈劑的是乙二醇、丙二醇、二甘醇(DEG)、三丙二醇(TPG)、1，4-丁二醇和雙丙甘醇(DPG)。擴鏈劑可以另外是胺，該胺可以進一步是封端的，包覆的，或另外變得反應性較少的。其它材料，特別是水可以用於擴展鏈長度，因此可以是用於本發明目的的擴鏈劑。
擴鏈劑可以進一步選自胺如胺封端的聚醚，例如來自HuntsmanChemical Company的Jeffamine D-400、氨基乙基哌嗪、2-甲基哌嗪、1，5-二氨基-3-甲基-戊烷、異佛爾酮二胺、乙二胺、二亞乙基三胺、氨基乙基乙醇胺、三亞乙基四胺、三亞乙基五胺、乙醇胺、二乙醇胺、以任何它的立體異構體形式及其鹽的賴氨酸、己二胺、肼和哌嗪。在本發明的實施中，擴鏈劑可以作為水溶液使用；然而，可以使用二醇和三醇或更大官能的醇。已經發現三丙二醇和雙丙甘醇的混合物在用於預塗層和層壓材料塗層應用的本發明實施中特別有利。二甘醇是用於泡沫塗層的優選擴鏈劑。交聯劑的合適混合物可產生幾乎任何所需結構特性的工程氨基甲酸酯產品。
催化劑在本發明的實施中是非必要的。適用於本發明的催化劑包括叔胺，和有機金屬化合物，其類似化合物和混合物。例如，合適的催化劑包括二正丁基錫雙(巰基乙酸異辛基酯)、二月桂酸二甲基錫、二月桂酸二丁基錫、二乙酸二丁基錫、硫化二丁基錫、辛酸亞錫、辛酸鉛、乙醯丙酮鐵、羧酸鉍、三亞乙基二胺、N-甲基嗎啉、其類似化合物和混合物。有利地採用一定數量的催化劑使得可以獲得到無粘性狀態的相對快速固化。如果採用有機金屬催化劑，可以按重量使用約0.01-約0.5份每100份形成聚氨酯的組合物獲得這樣的固化。如果採用叔胺催化劑，按重量使用約0.01-約3份叔胺催化劑每100份形成聚氨酯的組合物，催化劑優選提供合適的固化。胺類型催化劑和有機金屬催化劑兩者可以結合使用。
也如本領域已知的那樣，當形成泡沫氨基甲酸酯產物時，B-側反應物可進一步包括表面活性劑。在此使用的合適表面活性劑可以是陽離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、或非離子表面活性劑。陰離子表面活性劑的例子包括磺酸鹽、羧酸鹽、和磷酸鹽。陽離子表面活性劑的例子包括季胺類。非離子表面活性劑的例子包括包含環氧乙烷的嵌段共聚物和矽氧烷表面活性劑。用於本發明實施的表面活性劑可以是外部表面活性劑或內部表面活性劑。外部表面活性劑是在分散體製備期間不與聚合物化學反應以形成共價鍵的表面活性劑。內部表面活性劑是在分散體製備期間通過化學反應進入聚合物的表面活性劑。表面活性劑在本發明的配製劑中加入的數量範圍可以為約0.01-約20份每100重量份聚氨酯組分。優選，本發明的配製劑包括不是內部表面活性劑的聚氨酯預聚物。
此外，可以使用矽氧烷表面活性劑，它用於影響液體表面張力並因此影響形成的氣泡尺寸，最終影響在最終氨基甲酸酯泡沫產物中硬化空隙泡孔的尺寸。這可影響泡沫密度和泡沫回彈(泡沫彈性的指數)。同樣，表面活性劑可起開孔劑的作用以在泡沫中形成更大的泡孔。這導致均勻的泡沫密度，增加的回彈，和更軟的泡沫。
此外，B側可包括無機或有機填料如常規填料如碾磨的玻璃、碳酸鈣、三水合鋁、碳、芳族聚醯胺、二氧化矽、二氧化矽-氧化鋁、氧化鋯、滑石、膨潤土、三氧化銻、高嶺土、飛灰、一氮化硼、與玻璃纖維、或其它已知填料。在本發明的實施中，聚氨酯分散體中合適的填料裝載量可以是約100-約1000份填料每100份聚氨酯。優選，填料的裝載量可以是至少約400pph，更優選至少約300pph，最優選至少約150-約200pph。
本發明的配製劑的多異氰酸酯組分可以使用任何有機多異氰酸酯、改性多異氰酸酯、基於異氰酸酯的預聚物及其混合物製備。這些可包括脂族和環脂族異氰酸酯以及芳族異氰酸酯。合適的異氰酸酯包括2，4-和2，6-甲苯二異氰酸酯和對應的異構體混合物；4，4′-，2，4′-和2，2′-二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)和反應的異構體混合物；4，4′-，2，4′-和2，2′-二苯基甲烷二異氰酸酯和多苯基多亞甲基多異氰酸酯PMDI的混合物；和改性的二苯基甲烷二異氰酸酯。優選是PMDI和MDI的混合物。最優選，用於製備本發明的預聚物配製劑的多異氰酸酯是MDI預聚物和PMDI。
此外合適作為異氰酸酯的是預聚物異氰酸酯。預聚物異氰酸酯是異氰酸酯，優選二異氰酸酯，和最優選一些形式的二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)和多元醇的反應產物。多元醇可以是植物油如在此討論的任何那些植物或含有合適反應性羥基(OH)數目的任何其它油。特別有利地是使用豆油。為產生預聚物二異氰酸酯，將多元醇混合使其與異氰酸酯反應直到反應終止。在預聚物中可以非一些未反應的異氰酸酯(NCO)基團。或者，在形成A-側預聚物之後，可以加入另外的異氰酸酯。
獲得的聚氨酯反應產物的硬鏈段內容物，它構成從二異氰酸酯和分子量小於約800，優選小於400的含活性氫的材料的反應形成的單元，構成聚氨酯反應產物的至少20wt％。獲得的聚氨酯的軟鏈段內容物構成來自二異氰酸酯和含活性氫的材料的反應的單元，分子量大於800，更優選大於1000，和最優選大於1,800。
通過採用本領域通常已知的相同方式結合A-側反應物與B-側反應物生產本發明的聚氨酯材料(產物)。在A和B側反應物結合時，依賴於使用的特定反應物和濃度，放熱反應保證可以在從幾秒(大約2-4)到幾小時或數天內達到完全。可以採用不同的數量結合組分以得到不同的結果，如以下給出的實施例中顯示的那樣。
地毯背襯可包括簇絨(tuft)，主背襯和預塗層背襯(pre-coatingbacking)。通常，簇絨通過主背襯相互連接，而主背襯通常由聚丙烯構成。預塗層背襯更優選由聚氨酯反應產物構成。
預塗層典型地是施加到地毯的第一塗料。地毯背襯中預塗層的目的是提供纖維鎖定強度性能如耐成丸和起毛性，絨頭聯結和邊緣散紗，阻燃性，尺寸穩定性，抗菌/抗真菌活性，和液體屏蔽功能。
施加到預塗層的第二塗料是層壓材料塗料或泡沫塗料，隨後施加織造或非織造第二織物。預塗層和層壓材料或泡沫塗料對24-小時TVOC和腳輪椅性能起作用。British溢出通過(British spill passage)可以通過施加層壓材料或泡沫塗料到預塗層而改進。
可以使用製備聚氨酯背襯地毯領域中常規或非常規的方法將在此討論的配製劑施加到耐水背襯。例如，可以將形成聚氨酯的組合物作為優選均勻厚度的層施加到地毯基材的表面上。可以將本發明的聚氨酯分散體施加為預塗層、層壓材料塗層或泡沫塗層。
可以將形成聚氨酯的組合物在它固化到無粘性狀態之前施加到地毯基材的一個表面。或者，可以將包含完全反應的異氰酸酯官能度的聚氨酯分散體施加到合適的基材，從而不需要固化聚合物。典型地將形成聚氨酯的組合物施加到連接到主背襯的表面除了可以施加到第二背襯如篩網或羊毛。可以將組合物使用設備如刮刀(doctorknife)、空氣刀、或擠出機以施加和精確計量層。或者，可以將組合物在移動帶或其它合適的設備上成形為層並脫水和/或部分固化，然後使用設備如雙束帶(也稱為雙帶)層壓器或移動帶由施加的泡沫彈性墊結合到地毯基。依賴於紡織品的特性，使用的形成聚氨酯的組合物的數量可較寬地變化，約5-約500盎司每平方碼。在層被施加和精確計量之後，使用來自任何合適熱源如紅外烘箱、對流烘箱、或加熱板的熱量從化合物除去水。
在本發明的實施中，用於製備聚氨酯地毯背襯的任何步驟可以採用連續方式進行。例如，在第一步驟中預聚物可以採用連續方式從合適的含活性氫的化合物製備；可以將預聚物，當它在第一步驟中獲得時，送入含有水的混合設備以獲得含水分散體；可以將含水分散體採用連續方式施加到地毯基材以獲得聚氨酯背襯的地毯。
如下實施例在它們的優選實施方案中說明本發明的操作。從在此公開的本發明的說明書和操作的考慮，在此處本發明權利要求範圍中的其它實施方案對本領域技術人員是顯然的。希望說明書，與實施例一起僅考慮為例示性的，本發明的範圍和精神由權利要求指示。
實施例除非另外說明，在此表達的所有分子量是重均分子量。
如下材料用於實施例V9287A表示VORANOL(RTM)9287A多元醇，2000分子量，12％環氧乙烷封端的二醇，由烷基二苯基胺穩定，The Dow ChemicalCompany的產品。
SoyOylTMGC5N，用蔗糖和甘油的共混物酯交換以增加官能度的130-羥基no.3官能吹制豆油多元醇，未反應的植物油含量為30wt％，Urethane Soy Systems Corporation(USSC)的產品。在該多元醇反應產物中不與多異氰酸酯反應的植物油數量是約30wt％。
T12表示DabcoTMT12，二月桂酸二丁基錫非延遲作用催化劑，Air Product and Chemicals，Inc的產品。
D70表示Georgia Marble D70，研磨的採石場碳酸鈣使得70wt％通過325篩目，Georgia Marble Company的產品。
Isonate(RTM)7594異氰酸酯是Isonate 7500和PAPI7940的50/50重量百分比共混物，The Dow Chemical Company的產品。
I7594表示PAPI(RTM)7940異氰酸酯，是多亞苯基多芳族多異氰酸酯(polyphenylenepolyaromaticpolyisocyanate)(60％)，具有2.3官能，32wt％異氰酸酯，其中純MDI(40％)包含14wt％2，4′-二苯基甲烷二異氰酸酯。
UL6表示FomrezTMUL6，二異辛基巰基乙酸二丁基錫延遲作用催化劑，OSI Specialties of Crompton的產品。
P 1200表示Polyglycol 1200，1200分子量環氧丙烷二醇，TheDow Chemical Company的產品。
Code 5027是乙氧基化十二烷基醇磷酸酯(ethoxylateddodecylnol phosphate)，粘度抑制劑，Fibro Chem Inc的產品。
I7560表示Isonate(RTM)7560異氰酸酯，是Isonate 7500異氰酸酯和40wt％LupranateTMMM103異氰酸酯或RubinateTM1608異氰酸酯的60/40重量百分比共混物。
Isonate(RTM)7500異氰酸酯是含有23wt％異氰酸酯的二亞丙基/三亞丙基MDI預聚物，The Dow Chemical Company的產品。
LupranateTMMM103異氰酸酯是含有29.4％異氰酸酯的低VOC液化的MDI，BASF的產品。
RubinateTM1608異氰酸酯是含有29.4％異氰酸酯的低VOC液化的MDI，Huntsman的產品。
實施例1.
通過在共混罐中將如下物質混合在一起製備聚氨酯反應產物4475kg Voranol9287A多元醇，384.5kg雙丙甘醇，384.5kg三丙二醇，1748kg SoyOyl GC5NTM，11,189kg Georgia Marble D70，和4.2kgDabcoTMT-12。然後混合160負載化合物直到49℃的溫度。然後將化合物轉移到試驗罐(run tank)。
向OakesTM共混機中計量和混合160負載化合物(37.6kg/min)，7.7kg/min Isonates7594異氰酸酯和0.17kg/min在Voranol 9287多元醇中的5wt.％UL6。將變化水平的空氣加入Oakes以控制塗料重量。然後通過橫向管將預塗層施加到地毯背側上的膠土輥(puddlerolling)。使用塗覆刀將預塗層沉積到地毯樣式2485(購自J JIndustries，Inc.)上。將地毯和施加的預塗層由鏈驅動的拉幅機(tenter)銷輸送入燃氣烘箱和在300℃下固化4分鐘。然後將固化的地毯預塗層背襯送到第二應用，其中採用相似的方式施加機械起沫的聚氨酯彈性墊。將非織造聚酯稀鬆布(購自Western Non Wovens)鋪成泡沫並將複合材料通過最終固化的用第二固化範圍輸送。將地毯檢查，輥壓到芯上和卷裝用於運輸。
測試地毯的性能。它顯示耐成丸和起毛性(4.5等級)，
絨頭聯結(11.1Kg.)，ASTM D 1335，和邊緣散紗(1.5Kg.)。使用Instron衝切三個2″× 6″地毯樣品進行邊緣散紗測試(從地毯的左，右和中心各1，從地毯切割左和右樣品距離地毯邊緣不近於1″)。將樣品在23℃±3℃，50％溼度，±5％下調節至少24小時。通過拉出兩個完全簇絨排(tuft rows)製備樣品。這使用針鼻鉗完成。採用剪刀將任何過量的主背襯，泡沫或稀鬆布，從第三簇絨排修剪掉。將總紗線長度大約1.5-2英寸的下一簇絨排沿準備的長度拉動。安裝張力負荷池(設定在100或10磅)並使池升溫10分鐘。在Instron上安裝氣動顎。檢查十字頭槓桿以保證它們處於合適的位置。應當將右槓桿推到後端而將左槓桿推到機器前端。根據製造商指示，設定最大伸長在8的設定值和速度在10的設定值操作Instron。將試件放入Instron的下顎，使準備的邊緣面朝上。在上顎上固定部分未散紗的簇絨排。通過按壓控制屏上的″Up″按扭開始測試。然後記錄結果。
測量的其它性能是柔韌性(10.1Kg.手動穿孔機)，在12.0英寸(30.5cm)每分鐘的速率下，使用連接到負載池的2.25英寸(5.7cm)外徑實心圓筒體，手動穿孔機測量為需要推動9英寸乘9英寸(22.9cm.×22.9cm)的一塊地毯0.5英寸(1.27cm)進入5.5英寸(14cm)內徑圓筒體的力量。
阻燃性(0.51瓦/cm2)，ASTM E648-94；24-小時TVOC(316ug/m2-hr)，測試根據空氣品質科學標準(AirQuality Science standards)進行，腳輪椅耐背襯分層和撕裂的性能(25000次循環)，British溢出通過，其中100ml亞甲基藍染料在水中的溶液從1米的高度傾注到12×.12英寸(30.5cm.×30.5cm)的一塊地毯上並靜置(stand)4小時。採用剃刀雕刻樣品以揭示內部。如果沒有發現藍色染料滲透入或通過背襯給出通過等級。
實施例2-5.
單一地毯背襯樣品製備如下。將指定數量的Voranol9287A多元醇，雙丙甘醇(DPG)，三丙二醇(TPG)，SoyOyl GC5NM，GeorgiaMarble D70，P1200，Code 5027，和DabcoTMT-12引入到400-ml三傾(tripour)塑料杯。固定杯子和使用3英寸Cowles葉片在2000rpm下混合化合物直到49C的溫度。使組合物冷卻到室溫。然後加入適當數量的Isonate7560異氰酸酯並將獲得的組合物在1500rpm下混合同時監測溫度。當混合物達到80°F時，加入適當數量的催化劑，UL-6和T-12。使組合物持續混合30秒。在30秒之後，終止混合，然後將4英寸直徑膠土(puddle)作為膠土傾注到拉幅的目標地毯樣式上。使用刮下葉片施加單一塗料。將地毯解拉幅並面向下放入130C烘箱。固化樣品六分鐘。
如表I所示，在預塗層中SoyOyl GC5N含量和成品地毯的絨頭聯結之間存在統計上顯著的相關性，及較低的含量關聯較高的絨頭聯結。
表I

絨頭聯結(規格化到1kg/m2和大豆油含量圖形顯示於

圖1。圖1說明大於50份大豆植物油降低絨頭聯結小於5kg，ASTM D 1335。
實施例6-17.
單一地毯背襯樣品製備如下。將指定數量的Voranol9287A多元醇，雙丙甘醇(DPG)，SoyOyl GC5NM和Georgia Marble D70，引入400-ml三傾塑料杯。固定杯子並混合到49C的溫度。使組合物冷卻到室溫。然後加入適當數量的Isonate7594異氰酸酯並將獲得的組合物在1500rpm下混合同時監測溫度。當混合物達到80°F時，加入適當數量的催化劑，UL-6和T-12。使組合物持續混合30秒。在30秒之後，終止混合，然後將4英寸直徑膠土作為膠土傾注到拉幅的目標地毯樣式上。使用刮下葉片施加單一塗料。將地毯解拉幅並面向下放入266°F烘箱。固化樣品六分鐘。
如表II所示，除實施例16以外，其中配製劑超過50份CG5N，絨頭聯結下降到5kg以下。
表II

從以上內容，觀察到可以進行許多變化和改進而不背離本發明新穎概念的真實精神和範圍。
權利要求
1.地毯背襯，其為以下物質的聚氨酯反應產物多異氰酸酯；含活性氫的化合物；和第一多元醇和植物油的多元醇反應產物，其中多元醇反應產物中未反應的植物油的數量小於約50wt％；和進一步其中地毯背襯的絨頭聯結大於4.5kg，ASTM D 1335。
2.根據權利要求1所述的地毯背襯，其中地毯背襯的絨頭聯結大於5.0kg，ASTM D 1335。
3.根據權利要求2所述的地毯背襯，其中地毯背襯的絨頭聯結大於6.8kg，ASTM D 1335。
4.根據權利要求3所述的地毯背襯，其中地毯背襯的絨頭聯結大於9.0kg，ASTM D 1335。
5.根據權利要求1所述的地毯背襯，其中多元醇反應產物衍生自至多約20重量份重均分子量小於800的多元醇。
6.根據權利要求5所述的地毯背襯，其中重均分子量小於800的多元醇是蔗糖、甘油、雙丙甘醇及其共混物。
7.根據權利要求1所述的地毯背襯，其中植物油選自棕櫚油、紅花油、卡諾拉油、豆油、棉子油和菜子油。
8.根據權利要求7所述的地毯背襯，其中植物油是豆油。
9.根據權利要求1所述的地毯背襯，其中植物油是吹制的。
10.根據權利要求9所述的地毯背襯，其中吹制植物油選自吹制棕櫚油、吹制紅花油、吹制卡諾拉油、吹制豆油、吹制棉子油、和吹制菜子油。
11.根據權利要求10所述的地毯背襯，其中吹制植物油是吹制豆油。
12.地毯背襯，其用於居住或商業地毯，包括以下物質的聚氨酯反應產物多異氰酸酯；含活性氫的化合物；和第一多元醇和植物油的多元醇反應產物，其中多元醇反應產物包含小於約50wt％未反應的植物油和進一步其中多元醇反應產物衍生自至多約20重量份重均分子量小於800的多元醇；和進一步其中地毯背襯的絨頭聯結大於4.5kg，ASTM D 1335。
13.根據權利要求12所述的地毯背襯，其中地毯背襯的絨頭聯結大於5.0kg，ASTM D 1335。
14.根據權利要求13所述的地毯背襯，其中地毯背襯的絨頭聯結大於6.8kg，ASTM D 1335。
15.根據權利要求14所述的地毯背襯，其中地毯背襯的絨頭聯結大於9.0kg，ASTM D 1335。
16.根據權利要求12所述的地毯背襯，其中地毯背襯是預塗層、層壓材料或泡沫塗料。
17.根據權利要求12所述的地毯背襯，其中多元醇反應產物中未反應的植物油的數量小於約34wt％。
18.根據權利要求12所述的地毯背襯，其中植物油選自棕櫚油、紅花油、卡諾拉油、豆油、棉子油和菜子油。
19.根據權利要求18所述的地毯背襯，其中植物油是豆油。
20.根據權利要求18所述的地毯背襯，其中植物油是吹制的。
21.根據權利要求12所述的地毯背襯，其進一步包括至多約200重量份填料。
22.居住或商業地毯，其包含權利要求1的地毯背襯。
23.居住或商業地毯，其包含權利要求12的地毯背襯。
全文摘要
用於居住，商業和娛樂地毯的地毯背襯包含多異氰酸酯、含活性氫的化合物、和多元醇反應產物的聚氨酯反應產物，該地毯背襯的絨頭聯結大於4.5kg，ASTM D 1335。典型地，多元醇反應產物是多元醇和植物油的反應產物並包含小於約50wt％未反應的植物油。植物油優選選自棕櫚油、紅花油、卡諾拉油、豆油、棉子油和菜子油。在優選的實施方案中，植物油是吹制的。典型地，多元醇反應產物中未反應的植物油的數量小於約34wt％。獲得的聚氨酯反應產物的硬鏈段構成聚氨酯反應產物的至少20wt％。本發明的地毯背襯可以用作預塗層、層壓材料或泡沫塗料。
文檔編號D06N7/00GK1805988SQ200480016597
公開日2006年7月19日 申請日期2004年5月28日 優先權日2003年6月13日
發明者R·C·詹金尼斯, L·W·莫布利, W·A·庫恩斯 申請人:陶氏環球技術公司