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制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聚氨酯反應(yīng)產(chǎn)物的高性能地毯背襯，該地毯背襯顯示的絨頭聯(lián)結(jié)(tuftbind)大于4.5kg，ASTM D 1335。聚氨酯反應(yīng)產(chǎn)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(yīng)產(chǎn)物，其中多元醇反應(yīng)產(chǎn)物中不與多異氰酸酯反應(yīng)的植物油的數(shù)量小于或等于50wt％。
背景技術(shù)：
通常，簇絨地毯(tufted carpet)最小通過主背襯(primary backing)和預(yù)涂層由簇絨纖維組成。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，簇絨地毯可含有多于一個第二層。
要求預(yù)涂層，施加到地毯的第一涂料將地毯簇絨固定到主背襯。因此，地毯背襯中預(yù)涂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(lián)結(jié)和邊緣散紗(edge ravel)，阻燃性，尺寸穩(wěn)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?；蛘?，可以施加層壓材料層而沒有預(yù)涂層。然而，與單獨施加層壓材料層相比，同時施加預(yù)涂層達到更好的固定。
從1981年以來，將聚氨酯預(yù)涂層開發(fā)和商業(yè)化用于單一，連接的彈性墊(cushion)和層壓材料地毯背襯系統(tǒng)。預(yù)涂層，層壓材料，泡沫層通常從聚氨酯材料制備。這樣的聚氨酯層典型地從異氰酸酯配制劑(A-側(cè)配制劑)和多元醇配制劑(B-側(cè)配制劑)在地毯制造場所制備。這有時稱為″A+B化學(xué)″。基于天然油的多元醇用于制備聚氨酯聚合物的用途已知超過60年。由A+B化學(xué)制備聚氨酯層要求專門設(shè)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制備在有機溶劑中聚合聚氨酯反應(yīng)物，隨后在水中分散獲得的溶液，和非必要地隨后脫除有機溶劑。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制備首先形成預(yù)聚物，然后在水中分散預(yù)聚物，最后在水中進行擴鏈，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(yōu)選含有水作為連續(xù)相。Jenkines等人的U.S.Pat.No.4,296,159公開了制備含有單一背襯的簇絨或織造制品，通過施加形成聚氨酯的組合物到簇絨或織造制品的下側(cè)制備單一背襯(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制劑。吹制配制劑通過由如下方式制備在氣體存在下混合A-側(cè)組分與B-側(cè)組分，將該氣體機械引入或化學(xué)產(chǎn)生以形成氣泡，該氣泡在固化的聚氨酯中得到泡孔狀結(jié)構(gòu)。氣體進入聚氨酯配制劑的機械攪打也稱為″起泡(frothing)″。
歷史上，用于制備聚氨酯的多元醇衍生自環(huán)氧乙烷或環(huán)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，由于它們衍生自石油，它們是不可再生的自然來源。多元醇的生產(chǎn)要求大體積的能量。由于它們的生產(chǎn)依賴于油商業(yè)，它們的價格由于隨石油價格波動而傾向于不可預(yù)測。根據(jù)生產(chǎn)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于未反應(yīng)的植物油的數(shù)量而不能調(diào)節(jié)聚合物官能度。結(jié)果是，獲得的聚氨酯產(chǎn)物不能滿足由工業(yè)要求的相對嚴格規(guī)范。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(yīng)產(chǎn)物的地毯材料。令人遺憾地，這樣產(chǎn)品的絨頭聯(lián)結(jié)是不可接受的并且不滿足工業(yè)標準。
因此，需要生產(chǎn)衍生自植物油和絨頭聯(lián)結(jié)對于工業(yè)標準可接受的地毯背襯。本發(fā)明的地毯背襯顯示大于4.5kg，ASTM D 1335的絨頭聯(lián)結(jié)。
發(fā)明概述用于居住，商業(yè)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(yīng)產(chǎn)物的聚氨酯反應(yīng)產(chǎn)物，該地毯背襯的絨頭聯(lián)結(jié)大于4.5kg，ASTM D 1335。多元醇反應(yīng)產(chǎn)物是多元醇和植物油的反應(yīng)產(chǎn)物。多元醇反應(yīng)產(chǎn)物中未反應(yīng)的植物油的數(shù)量小于或等于50wt％(重量％)(以多元醇反應(yīng)產(chǎn)物的總重量百分數(shù)計)。(在此使用的術(shù)語″未反應(yīng)的植物油″表示多元醇反應(yīng)產(chǎn)物中不與多異氰酸酯反應(yīng)的植物油部分)。植物油優(yōu)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(yōu)選的實施方案中，植物油是吹制的。
在優(yōu)選的實施方案中，獲得的聚氨酯的硬鏈段構(gòu)成聚氨酯的至少20wt％。
本發(fā)明的地毯背襯可以用作預(yù)涂層、層壓材料或泡沫涂料。
優(yōu)選實施方案的詳細描述本發(fā)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(yīng)產(chǎn)物和多異氰酸酯。多元醇反應(yīng)產(chǎn)物包括不超過50wt％未反應(yīng)的植物油。本發(fā)明的聚氨酯地毯背襯顯示大于4.5，優(yōu)選大于5.0，最優(yōu)選6.8，更優(yōu)選9.0kg的絨頭聯(lián)結(jié)，ASTM D 1335。
本發(fā)明的聚氨酯地毯背襯進一步顯示優(yōu)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.)。歸于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(wěn)定性(＜0.4％)，抗菌/抗真菌活性(＞2mm生長自由區(qū)與100％接觸抑制)，低24-小時總揮發(fā)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(yōu)異的腳輪椅(castor chair)耐背襯分層和易撕裂現(xiàn)象(zippering)的性能(＞25000次循環(huán))。
本發(fā)明地毯背襯的聚氨酯反應(yīng)產(chǎn)物是A-側(cè)和B-側(cè)的反應(yīng)產(chǎn)物。A-側(cè)反應(yīng)物包括異氰酸酯，B側(cè)多元醇反應(yīng)產(chǎn)物和含活性氫的材料。非必要的擴鏈劑，交聯(lián)劑，催化劑和其它添加劑可進一步包括作為B側(cè)反應(yīng)物的一部分或可以通過單獨的端口獨立地引入。其它添加劑可包括表面活性劑，發(fā)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(fā)明的地毯背襯在居住和商業(yè)地毯工業(yè)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(yīng)用性。
B側(cè)的多元醇反應(yīng)產(chǎn)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(chǎn)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(diào)節(jié)，并且因此與其官能度通常根據(jù)基因或環(huán)境原因不同的現(xiàn)有技術(shù)中基于植物的多元醇相比更為工業(yè)所需。多元醇反應(yīng)產(chǎn)物包含不多于50重量份(基于100重量份多元醇反應(yīng)產(chǎn)物)未反應(yīng)的植物油。使用多于50重量份多元醇反應(yīng)產(chǎn)物的未反應(yīng)的植物油的數(shù)量例示這樣地毯背襯強度性能如絨頭聯(lián)結(jié)和邊緣散紗，揮發(fā)性有機化學(xué)品，和差的固化性能中的缺陷。
與多元醇反應(yīng)以形成多元醇反應(yīng)產(chǎn)物的植物油包括，但應(yīng)當不限于棕櫚油、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(yōu)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(jīng)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(yīng)產(chǎn)物可以采用相似于在U.S.專利申請出版No.2002/0090488A1(在此引入作為參考)中公開的用于改性植物油的方式生產(chǎn)，區(qū)別在于多元醇反應(yīng)產(chǎn)物中未反應(yīng)的植物油的數(shù)量不大于50份(每100份多元醇反應(yīng)產(chǎn)物)。在優(yōu)選的實施方案中，多元醇反應(yīng)產(chǎn)物中未反應(yīng)的植物油的數(shù)量小于約34wt％，優(yōu)選不大于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，并且有利地攪拌。在第二步驟中，將優(yōu)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。這用于增加羥基官能度。優(yōu)選的糖組分是果糖和蔗糖。優(yōu)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，盡管它增加一些官能羥基。緩慢加入糖組分直到?jīng)]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(chǎn)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。然后，將約200-300克植物油加熱到至少約180°F，并且植物油緩慢與加熱的甘油/糖酯，第一酯交換反應(yīng)產(chǎn)物反應(yīng)。(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(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它酯交換催化劑)。植物油和第一酯交換產(chǎn)物然后可進行第二酯交換反應(yīng)，該反應(yīng)增加獲得的多元醇的官能度。當多元醇反應(yīng)產(chǎn)物用于產(chǎn)生聚氨酯時，降低加入到植物油的糖組分的數(shù)量會降低可以與異氰酸酯基團交聯(lián)的官能團數(shù)目。采用此方式，可以調(diào)節(jié)和工程化由本發(fā)明的酯交換方法生產(chǎn)的最終多元醇的官能度。因此，使用增加數(shù)量的糖組分形成更硬質(zhì)的氨基甲酸酯(urethane)產(chǎn)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(chǎn)物的官能度。
在優(yōu)選的模式中，多元醇反應(yīng)產(chǎn)物衍生自至多約20重量份重均分子量小于800的多元醇。優(yōu)選作為重均分子量小于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(yīng)產(chǎn)物可進一步由植物油的丙氧基化、丁氧基化、或乙氧基化制備。因此，環(huán)氧丙烷(丙氧基化)，環(huán)氧乙烷(乙氧基化)，環(huán)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(yīng)產(chǎn)物，或根據(jù)以上討論的酯交換方法生產(chǎn)的最終基于植物油的，酯交換多元醇將進一步增加因此形成的多元醇的官能度并適于作為本發(fā)明中的多元醇反應(yīng)產(chǎn)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制備聚氨酯聚合物領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。適用于本發(fā)明的活性氫化合物可以是分子量小于約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(huán)氧丙烷或環(huán)氧乙烷的那些。對于軟質(zhì)泡沫，通常使用分子量大于2,500的聚酯或聚醚多元醇。對于半硬質(zhì)泡沫，通常使用分子量為2,000-6,000的聚酯或聚醚多元醇，而對于硬質(zhì)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于生產(chǎn)更軟質(zhì)的泡沫。這樣含活性氫的化合物在B側(cè)中的數(shù)量為約25-約50，優(yōu)選約50-約85份。
可以將至少一種催化劑進一步加入到B-側(cè)或獨立的端口以控制反應(yīng)速度和影響最終產(chǎn)物質(zhì)量。聚氨酯反應(yīng)產(chǎn)物的B-側(cè)可進一步包括交聯(lián)劑或擴鏈劑和/或發(fā)泡劑。
發(fā)泡劑或起沫劑典型地用于形成聚氨酯泡沫并且加入以引起氣體或蒸氣在反應(yīng)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)。在制備起沫的聚氨酯泡沫中，優(yōu)選使用設(shè)備如Oakes或Firestone發(fā)泡器混合所有的組分，然后將氣體共混入混合物。在用于地毯背襯的泡沫的制備中，不必須獲得穩(wěn)定的泡沫。在地毯背襯生產(chǎn)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(cè)上。發(fā)泡劑有助于在最終泡沫中產(chǎn)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(fā)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(fā)性鹵代烷烴如各種氯氟甲烷和氯氟乙烷。發(fā)泡劑可包括常規(guī)發(fā)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(huán)戊烷；二氯甲烷；烴；偶氮發(fā)泡劑如偶氮雙(甲酰胺)和水或其混合物。目前，優(yōu)選是壓縮氣體。另一種可能的發(fā)泡劑是乳酸乙酯，它衍生自大豆?？梢哉{(diào)節(jié)其它反應(yīng)物的濃度以適應(yīng)用于反應(yīng)的具體發(fā)泡劑。
非必要的擴鏈劑或交聯(lián)劑可在此用于建立聚氨酯聚合物中的強度性能。通常，擴鏈劑采用的數(shù)量足以與預(yù)聚物中存在的約零(0)-約70％異氰酸酯官能度反應(yīng)，以與一當量擴鏈劑反應(yīng)的一當量異氰酸酯計。催化劑可非必要地用于促進在擴鏈劑和異氰酸酯之間的反應(yīng)。
合適的擴鏈劑或交聯(lián)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(lián)劑的分子量小于300。擴鏈劑典型地含有2個活性氫基團而交聯(lián)劑含有3個或更多個活性氫基團?；钚詺浠鶊F可以是羥基、巰基(mercaptyl)、或氨基。優(yōu)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(yīng)性較少的。其它材料，特別是水可以用于擴展鏈長度，因此可以是用于本發(fā)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(gòu)體形式及其鹽的賴氨酸、己二胺、肼和哌嗪。在本發(fā)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(jīng)發(fā)現(xiàn)三丙二醇和雙丙甘醇的混合物在用于預(yù)涂層和層壓材料涂層應(yīng)用的本發(fā)明實施中特別有利。二甘醇是用于泡沫涂層的優(yōu)選擴鏈劑。交聯(lián)劑的合適混合物可產(chǎn)生幾乎任何所需結(jié)構(gòu)特性的工程氨基甲酸酯產(chǎn)品。
催化劑在本發(fā)明的實施中是非必要的。適用于本發(fā)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、乙酰丙酮鐵、羧酸鉍、三亞乙基二胺、N-甲基嗎啉、其類似化合物和混合物。有利地采用一定數(shù)量的催化劑使得可以獲得到無粘性狀態(tài)的相對快速固化。如果采用有機金屬催化劑，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。如果采用叔胺催化劑，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(yōu)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(jié)合使用。
也如本領(lǐng)域已知的那樣，當形成泡沫氨基甲酸酯產(chǎn)物時，B-側(cè)反應(yīng)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(huán)氧乙烷的嵌段共聚物和硅氧烷表面活性劑。用于本發(fā)明實施的表面活性劑可以是外部表面活性劑或內(nèi)部表面活性劑。外部表面活性劑是在分散體制備期間不與聚合物化學(xué)反應(yīng)以形成共價鍵的表面活性劑。內(nèi)部表面活性劑是在分散體制備期間通過化學(xué)反應(yīng)進入聚合物的表面活性劑。表面活性劑在本發(fā)明的配制劑中加入的數(shù)量范圍可以為約0.01-約20份每100重量份聚氨酯組分。優(yōu)選，本發(fā)明的配制劑包括不是內(nèi)部表面活性劑的聚氨酯預(yù)聚物。
此外，可以使用硅氧烷表面活性劑，它用于影響液體表面張力并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(chǎn)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(shù))。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(dǎo)致均勻的泡沫密度，增加的回彈，和更軟的泡沫。
此外，B側(cè)可包括無機或有機填料如常規(guī)填料如碾磨的玻璃、碳酸鈣、三水合鋁、碳、芳族聚酰胺、二氧化硅、二氧化硅-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(fā)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(yōu)選，填料的裝載量可以是至少約400pph，更優(yōu)選至少約300pph，最優(yōu)選至少約150-約200pph。
本發(fā)明的配制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、基于異氰酸酯的預(yù)聚物及其混合物制備。這些可包括脂族和環(huán)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(yīng)的異構(gòu)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(yīng)的異構(gòu)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(yōu)選是PMDI和MDI的混合物。最優(yōu)選，用于制備本發(fā)明的預(yù)聚物配制劑的多異氰酸酯是MDI預(yù)聚物和PMDI。
此外合適作為異氰酸酯的是預(yù)聚物異氰酸酯。預(yù)聚物異氰酸酯是異氰酸酯，優(yōu)選二異氰酸酯，和最優(yōu)選一些形式的二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)和多元醇的反應(yīng)產(chǎn)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(yīng)性羥基(OH)數(shù)目的任何其它油。特別有利地是使用豆油。為產(chǎn)生預(yù)聚物二異氰酸酯，將多元醇混合使其與異氰酸酯反應(yīng)直到反應(yīng)終止。在預(yù)聚物中可以非一些未反應(yīng)的異氰酸酯(NCO)基團?；蛘?，在形成A-側(cè)預(yù)聚物之后，可以加入另外的異氰酸酯。
獲得的聚氨酯反應(yīng)產(chǎn)物的硬鏈段內(nèi)容物，它構(gòu)成從二異氰酸酯和分子量小于約800，優(yōu)選小于400的含活性氫的材料的反應(yīng)形成的單元，構(gòu)成聚氨酯反應(yīng)產(chǎn)物的至少20wt％。獲得的聚氨酯的軟鏈段內(nèi)容物構(gòu)成來自二異氰酸酯和含活性氫的材料的反應(yīng)的單元，分子量大于800，更優(yōu)選大于1000，和最優(yōu)選大于1,800。
通過采用本領(lǐng)域通常已知的相同方式結(jié)合A-側(cè)反應(yīng)物與B-側(cè)反應(yīng)物生產(chǎn)本發(fā)明的聚氨酯材料(產(chǎn)物)。在A和B側(cè)反應(yīng)物結(jié)合時，依賴于使用的特定反應(yīng)物和濃度，放熱反應(yīng)保證可以在從幾秒(大約2-4)到幾小時或數(shù)天內(nèi)達到完全。可以采用不同的數(shù)量結(jié)合組分以得到不同的結(jié)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(yù)涂層背襯(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(gòu)成。預(yù)涂層背襯更優(yōu)選由聚氨酯反應(yīng)產(chǎn)物構(gòu)成。
預(yù)涂層典型地是施加到地毯的第一涂料。地毯背襯中預(yù)涂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(lián)結(jié)和邊緣散紗，阻燃性，尺寸穩(wěn)定性，抗菌/抗真菌活性，和液體屏蔽功能。
施加到預(yù)涂層的第二涂料是層壓材料涂料或泡沫涂料，隨后施加織造或非織造第二織物。預(yù)涂層和層壓材料或泡沫涂料對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涂料到預(yù)涂層而改進。
可以使用制備聚氨酯背襯地毯領(lǐng)域中常規(guī)或非常規(guī)的方法將在此討論的配制劑施加到耐水背襯。例如，可以將形成聚氨酯的組合物作為優(yōu)選均勻厚度的層施加到地毯基材的表面上。可以將本發(fā)明的聚氨酯分散體施加為預(yù)涂層、層壓材料涂層或泡沫涂層。
可以將形成聚氨酯的組合物在它固化到無粘性狀態(tài)之前施加到地毯基材的一個表面?；蛘?，可以將包含完全反應(yīng)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(wǎng)或羊毛?？梢詫⒔M合物使用設(shè)備如刮刀(doctorknife)、空氣刀、或擠出機以施加和精確計量層?；蛘?，可以將組合物在移動帶或其它合適的設(shè)備上成形為層并脫水和/或部分固化，然后使用設(shè)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(jié)合到地毯基。依賴于紡織品的特性，使用的形成聚氨酯的組合物的數(shù)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后，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(fā)明的實施中，用于制備聚氨酯地毯背襯的任何步驟可以采用連續(xù)方式進行。例如，在第一步驟中預(yù)聚物可以采用連續(xù)方式從合適的含活性氫的化合物制備；可以將預(yù)聚物，當它在第一步驟中獲得時，送入含有水的混合設(shè)備以獲得含水分散體；可以將含水分散體采用連續(xù)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(yōu)選實施方案中說明本發(fā)明的操作。從在此公開的本發(fā)明的說明書和操作的考慮，在此處本發(fā)明權(quán)利要求范圍中的其它實施方案對本領(lǐng)域技術(shù)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(fā)明的范圍和精神由權(quán)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。
如下材料用于實施例V9287A表示VORANOL(RTM)9287A多元醇，2000分子量，12％環(huán)氧乙烷封端的二醇，由烷基二苯基胺穩(wěn)定，The Dow ChemicalCompany的產(chǎn)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(yīng)的植物油含量為30wt％，Urethane Soy Systems Corporation(USSC)的產(chǎn)品。在該多元醇反應(yīng)產(chǎn)物中不與多異氰酸酯反應(yīng)的植物油數(shù)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(chǎn)品。
D70表示Georgia Marble D70，研磨的采石場碳酸鈣使得70wt％通過325篩目，Georgia Marble Company的產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品。
P 1200表示Polyglycol 1200，1200分子量環(huán)氧丙烷二醇，TheDow Chemical Company的產(chǎn)品。
Code 5027是乙氧基化十二烷基醇磷酸酯(ethoxylateddodecylnol phosphate)，粘度抑制劑，F(xiàn)ibro Chem Inc的產(chǎn)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(yù)聚物，The Dow Chemical Company的產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品。
實施例1.
通過在共混罐中將如下物質(zhì)混合在一起制備聚氨酯反應(yīng)產(chǎn)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。然后混合160負載化合物直到49℃的溫度。然后將化合物轉(zhuǎn)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以控制涂料重量。然后通過橫向管將預(yù)涂層施加到地毯背側(cè)上的膠土輥(puddlerolling)。使用涂覆刀將預(yù)涂層沉積到地毯樣式2485(購自J & JIndustries，Inc.)上。將地毯和施加的預(yù)涂層由鏈驅(qū)動的拉幅機(tenter)銷輸送入燃氣烘箱和在300℃下固化4分鐘。然后將固化的地毯預(yù)涂層背襯送到第二應(yīng)用，其中采用相似的方式施加機械起沫的聚氨酯彈性墊。將非織造聚酯稀松布(購自Western Non Wovens)鋪成泡沫并將復(fù)合材料通過最終固化的用第二固化范圍輸送。將地毯檢查，輥壓到芯上和卷裝用于運輸。
測試地毯的性能。它顯示耐成丸和起毛性(4.5等級)，
絨頭聯(lián)結(jié)(11.1Kg.)，ASTM D 1335，和邊緣散紗(1.5Kg.)。使用Instron沖切三個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于1″)。將樣品在23℃±3℃，50％濕度，±5％下調(diào)節(jié)至少24小時。通過拉出兩個完全簇絨排(tuft rows)制備樣品。這使用針鼻鉗完成。采用剪刀將任何過量的主背襯，泡沫或稀松布，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(shè)定在100或10磅)并使池升溫10分鐘。在Instron上安裝氣動顎。檢查十字頭杠桿以保證它們處于合適的位置。應(yīng)當將右杠桿推到后端而將左杠桿推到機器前端。根據(jù)制造商指示，設(shè)定最大伸長在8的設(shè)定值和速度在10的設(shè)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。然后記錄結(jié)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(nèi)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(jù)空氣質(zhì)量科學(xué)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(huán))，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)的一塊地毯上并靜置(stand)4小時。采用剃刀雕刻樣品以揭示內(nèi)部。如果沒有發(fā)現(xiàn)藍色染料滲透入或通過背襯給出通過等級。
實施例2-5.
單一地毯背襯樣品制備如下。將指定數(shù)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。然后加入適當數(shù)量的Isonate7560異氰酸酯并將獲得的組合物在1500rpm下混合同時監(jiān)測溫度。當混合物達到80°F時，加入適當數(shù)量的催化劑，UL-6和T-12。使組合物持續(xù)混合30秒。在30秒之后，終止混合，然后將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涂料。將地毯解拉幅并面向下放入130C烘箱。固化樣品六分鐘。
如表I所示，在預(yù)涂層中SoyOyl GC5N含量和成品地毯的絨頭聯(lián)結(jié)之間存在統(tǒng)計上顯著的相關(guān)性，及較低的含量關(guān)聯(lián)較高的絨頭聯(lián)結(jié)。
表I

絨頭聯(lián)結(jié)(規(guī)格化到1kg/m2和大豆油含量圖形顯示于

圖1。圖1說明大于50份大豆植物油降低絨頭聯(lián)結(jié)小于5kg，ASTM D 1335。
實施例6-17.
單一地毯背襯樣品制備如下。將指定數(shù)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。固定杯子并混合到49C的溫度。使組合物冷卻到室溫。然后加入適當數(shù)量的Isonate7594異氰酸酯并將獲得的組合物在1500rpm下混合同時監(jiān)測溫度。當混合物達到80°F時，加入適當數(shù)量的催化劑，UL-6和T-12。使組合物持續(xù)混合30秒。在30秒之后，終止混合，然后將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涂料。將地毯解拉幅并面向下放入266°F烘箱。固化樣品六分鐘。
如表II所示，除實施例16以外，其中配制劑超過50份CG5N，絨頭聯(lián)結(jié)下降到5kg以下。
表II

從以上內(nèi)容，觀察到可以進行許多變化和改進而不背離本發(fā)明新穎概念的真實精神和范圍。
權(quán)利要求
1.地毯背襯，其為以下物質(zhì)的聚氨酯反應(yīng)產(chǎn)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(yīng)產(chǎn)物，其中多元醇反應(yīng)產(chǎn)物中未反應(yīng)的植物油的數(shù)量小于約50wt％；和進一步其中地毯背襯的絨頭聯(lián)結(jié)大于4.5kg，ASTM D 1335。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地毯背襯，其中地毯背襯的絨頭聯(lián)結(jié)大于5.0kg，ASTM D 1335。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的地毯背襯，其中地毯背襯的絨頭聯(lián)結(jié)大于6.8kg，ASTM D 1335。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的地毯背襯，其中地毯背襯的絨頭聯(lián)結(jié)大于9.0kg，ASTM D 1335。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地毯背襯，其中多元醇反應(yīng)產(chǎn)物衍生自至多約20重量份重均分子量小于800的多元醇。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的地毯背襯，其中重均分子量小于800的多元醇是蔗糖、甘油、雙丙甘醇及其共混物。
7.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)利要求7所述的地毯背襯，其中植物油是豆油。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地毯背襯，其中植物油是吹制的。
10.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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，其用于居住或商業(yè)地毯，包括以下物質(zhì)的聚氨酯反應(yīng)產(chǎn)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(yīng)產(chǎn)物，其中多元醇反應(yīng)產(chǎn)物包含小于約50wt％未反應(yīng)的植物油和進一步其中多元醇反應(yīng)產(chǎn)物衍生自至多約20重量份重均分子量小于800的多元醇；和進一步其中地毯背襯的絨頭聯(lián)結(jié)大于4.5kg，ASTM D 1335。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的地毯背襯，其中地毯背襯的絨頭聯(lián)結(jié)大于5.0kg，ASTM D 1335。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的地毯背襯，其中地毯背襯的絨頭聯(lián)結(jié)大于6.8kg，ASTM D 1335。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的地毯背襯，其中地毯背襯的絨頭聯(lián)結(jié)大于9.0kg，ASTM D 1335。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的地毯背襯，其中地毯背襯是預(yù)涂層、層壓材料或泡沫涂料。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的地毯背襯，其中多元醇反應(yīng)產(chǎn)物中未反應(yīng)的植物油的數(shù)量小于約34wt％。
18.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)利要求18所述的地毯背襯，其中植物油是豆油。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的地毯背襯，其中植物油是吹制的。
21.根據(jù)權(quán)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(yè)地毯，其包含權(quán)利要求1的地毯背襯。
23.居住或商業(yè)地毯，其包含權(quán)利要求12的地毯背襯。
全文摘要
用于居住，商業(yè)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(yīng)產(chǎn)物的聚氨酯反應(yīng)產(chǎn)物，該地毯背襯的絨頭聯(lián)結(jié)大于4.5kg，ASTM D 1335。典型地，多元醇反應(yīng)產(chǎn)物是多元醇和植物油的反應(yīng)產(chǎn)物并包含小于約50wt％未反應(yīng)的植物油。植物油優(yōu)選選自棕櫚油、紅花油、卡諾拉油、豆油、棉子油和菜子油。在優(yōu)選的實施方案中，植物油是吹制的。典型地，多元醇反應(yīng)產(chǎn)物中未反應(yīng)的植物油的數(shù)量小于約34wt％。獲得的聚氨酯反應(yīng)產(chǎn)物的硬鏈段構(gòu)成聚氨酯反應(yīng)產(chǎn)物的至少20wt％。本發(fā)明的地毯背襯可以用作預(yù)涂層、層壓材料或泡沫涂料。
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(yōu)先權(quán)日2003年6月13日
發(fā)明者R·C·詹金尼斯, L·W·莫布利, W·A·庫恩斯 申請人:陶氏環(huán)球技術(shù)公司