聚氨酯發(fā)泡體的制作方法
【專利摘要】本申請(qǐng)公開了一種聚氨酯發(fā)泡體，當(dāng)穿戴在人體上時(shí)，該聚氨酯發(fā)泡體展示出優(yōu)異的隨形特性，同時(shí)該聚氨酯發(fā)泡體在靜止甚至是運(yùn)動(dòng)期間均顯示出優(yōu)異的舒適性。該聚氨酯發(fā)泡體含有甲苯二異氰酸酯和聚醚多元醇作為主要組分。其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度設(shè)置成與損耗角正切峰值對(duì)應(yīng)，在0℃至40℃范圍內(nèi)。在0℃至40℃范圍內(nèi)的溫度下，在0.1Hz至100Hz的頻率范圍內(nèi)所述損耗角正切是0.4或更大。并且在0.1Hz至1Hz的頻率范圍內(nèi)的所述損耗角正切的平均值等于或者小于在10Hz至100Hz的頻率范圍內(nèi)的損耗角正切的平均值。
【專利說(shuō)明】聚氨酯發(fā)泡體
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有隨形特性(追従性,shape following properties)的聚氨酯發(fā)泡體，該聚氨酯發(fā)泡體變形并且追從接觸物的形狀。具體而言，本發(fā)明涉及一種在人體上穿戴并且變形以追從伴隨人體運(yùn)動(dòng)的形狀變化的聚氨酯發(fā)泡體。
【背景技術(shù)】
[0002]在聚氨酯發(fā)泡體當(dāng)中，形狀記憶性聚氨酯發(fā)泡體和低回彈性聚氨酯發(fā)泡體是已知。然而，先前還沒(méi)有研究在人體上穿戴時(shí)這些聚氨酯發(fā)泡體的動(dòng)態(tài)粘彈性。在人體上穿戴時(shí)，這些發(fā)泡體的吸能能力不良，并且它們具有不良的穿戴舒適度。
[0003]相比之下，專利文獻(xiàn)I公開了一種具有良好隨形特性的樹脂發(fā)泡體，當(dāng)從人體傳熱時(shí)該樹脂發(fā)泡體出現(xiàn)降低硬度，使得該發(fā)泡體能夠變形并且追從體表的形狀。專利文獻(xiàn)I的樹脂發(fā)泡體由例如具有10至35°C的玻璃化轉(zhuǎn)變點(diǎn)(即，接近體表溫度)的聚氨酯發(fā)泡體組成，并且在該溫度范圍內(nèi)顯示出0.20至0.80的損耗角正切tan δ。 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn)
[0004]專利文獻(xiàn)1:特開2009-35697號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題
[0005]專利文獻(xiàn)I的[0038]段公開了在IHz的頻率測(cè)量聚氨酯發(fā)泡體的儲(chǔ)存彈性模量和損耗彈性模量，并且隨后計(jì)算tan δ。IHz的頻率與靜止時(shí)人體表面的動(dòng)態(tài)粘彈性等同。因此，可以說(shuō)專利文獻(xiàn)I中公開的發(fā)泡體對(duì)靜止時(shí)的人體顯示出優(yōu)異的隨形特性。然而，絕對(duì)沒(méi)有對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)(接近100Hz)該發(fā)泡體的隨形特性做出評(píng)論。因?yàn)閷＠墨I(xiàn)I的發(fā)泡體在運(yùn)動(dòng)期間顯示與靜止時(shí)觀察到的相同柔軟性，證明在運(yùn)動(dòng)期間確保有利的可穿性和舒適性是困難的。
[0006]本發(fā)明的目的是提供一種具有優(yōu)異隨形特性的聚氨酯發(fā)泡體，在人體上穿戴時(shí)所述聚氨酯發(fā)泡體在運(yùn)動(dòng)和靜止期間均顯示出有利的舒適性。
{技術(shù)問(wèn)題的解決方案}
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種包含甲苯二異氰酸酯和聚醚多元醇作為主要組分的聚氨酯發(fā)泡體，其中所述聚氨酯發(fā)泡體具有定義為與不小于0°c并且不大于40°C的損耗角正切峰值對(duì)應(yīng)的溫度的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，并且在不小于0°C至不大于40°C的溫度范圍內(nèi)，在不小于0.1Hz至不大于IOOHz的頻率范圍內(nèi)的所述損耗角正切是0.4或更大，并且在不小于0.1Hz至不大于IHz的頻率范圍內(nèi)的所述損耗角正切的平均值不大于在不小于IOHz至不大于IOOHz的頻率范圍內(nèi)的損耗角正切的平均值。
[0008]在上述的發(fā)明中，相對(duì)于不小于0.1Hz至不大于IHz的頻率范圍內(nèi)的所述損耗角正切的平均值，在不小于IOHz至不大于IOOHz的頻率范圍內(nèi)的所述損耗角正切的平均值的變化百分比優(yōu)選地不小于0%并且不大于10%。
[0009]在上述的發(fā)明中，所述聚醚多元醇和所述甲苯二異氰酸酯優(yōu)選地以1,000:39.21至1，000:48.77范圍內(nèi)的比率(質(zhì)量比)摻混。
[0010]在上述的發(fā)明中，所述甲苯二異氰酸酯優(yōu)選地是比率為65:35至80:20的2，4-甲
苯二異氰酸酯和2，6-甲苯二異氰酸酯的混合物。
[0011]在上述的發(fā)明中，所述聚醚多元醇優(yōu)選地是具有不小于700并且不大于3，000的分子量的聚氧化丙烯三醇，具有不小于400并且不大于2，000的分子量的聚氧化丙烯二醇，或所述聚氧化丙烯三醇和所述聚氧化丙烯二醇的混合物。
[0012]本發(fā)明的聚氨酯發(fā)泡體具有與人體表面溫度相似的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。因此，當(dāng)本發(fā)明的聚氨酯發(fā)泡體在人體表面上穿戴時(shí)，發(fā)泡體硬度下降并且發(fā)生軟化，并且與身體接觸的部分變形并追從身體表面的形狀。
進(jìn)一步地，本發(fā)明的聚氨酯發(fā)泡體在從靜止時(shí)人體表面的頻率(0.1至IHz)至運(yùn)動(dòng)期間人體表面的頻率(10至100Hz)的頻率范圍內(nèi)具有高損耗角正切。另外，在靜止時(shí)頻率下的損耗角正切的平均值不大于在運(yùn)動(dòng)期間頻率下?lián)p耗角正切的平均值。因此，當(dāng)將本發(fā)明的聚氨酯發(fā)泡體在人體表面上穿戴時(shí)，它顯示出靜止時(shí)的柔軟性，但是隨后在運(yùn)動(dòng)期間作為彈簧發(fā)揮作用，吸收沖擊。因而，本發(fā)明的聚氨酯發(fā)泡體有利地追從靜止時(shí)的人體，并且在運(yùn)動(dòng)期間也顯示出優(yōu)異的可穿性和支撐。相對(duì)于在靜止時(shí)觀察到的頻率下的損耗角正切的平均值，在運(yùn)動(dòng)期間觀察到的頻率下的損耗角正切的平均值的變化百分比不小于0%并且不大于10%的聚氨酯發(fā)泡體在靜止時(shí)和運(yùn)動(dòng)期間均可以為穿戴者提供特別優(yōu)良的可穿戴感覺(jué)。
發(fā)明效果
[0013]本發(fā)明的聚氨酯發(fā)泡體將運(yùn)動(dòng)期間所要求的剛度和靜止時(shí)所要求的柔軟性結(jié)合，并且也顯示出優(yōu)良的能量吸收。因而，該發(fā)泡體顯示出良好舒適度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)期間所要求的可穿性和支撐。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]{圖1}表明實(shí)施例1的聚氨酯發(fā)泡體的動(dòng)態(tài)粘彈性的溫度依賴性的圖。
{圖2}表明實(shí)施例1的聚氨酯發(fā)泡體的動(dòng)態(tài)粘彈性的頻率依賴性的圖。
{圖3}表明對(duì)比例3的聚氨酯發(fā)泡體的動(dòng)態(tài)粘彈性的溫度依賴性的圖。
{圖4}表明對(duì)比例3的聚氨酯發(fā)泡體的動(dòng)態(tài)粘彈性的頻率依賴性的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]本實(shí)施方案的聚氨酯發(fā)泡體通過(guò)發(fā)泡并固化包含甲苯二異氰酸酯和聚醚多元醇作為主要組分的發(fā)泡體原料來(lái)產(chǎn)生。
[0016]所述甲苯二異氰酸酯(TDI)是2，4-甲苯二異氰酸酯和2，6-甲苯二異氰酸酯的混合物。將2，4-甲苯二異氰酸酯:2，6-甲苯二異氰酸酯的混合比(質(zhì)量比)設(shè)定在65:35至80:20的范圍內(nèi)。
[0017]所述聚醚多元醇是聚氧化丙烯三醇、聚氧化丙烯二醇、或者聚氧化丙烯三醇和聚氧化丙烯二醇的混合物。在本實(shí)施方案中使用的聚氧化丙烯三醇具有不小于700并且不大于3，000的分子量?？梢詥为?dú)地使用具有該范圍內(nèi)分子量的單一聚氧化丙烯三醇，或可以使用具有不同分子量的多種聚氧化丙烯三醇的混合物。
[0018]在本實(shí)施方案中使用的聚氧化丙烯二醇具有不小于400并且不大于2，000的分子量?？梢詥为?dú)地使用具有該范圍內(nèi)分子量的單一聚氧化丙烯二醇，或可以使用多種具有不同分子量的聚氧化丙烯二醇的混合物。
[0019]在本實(shí)施方案中，將聚醚多元醇和TDI之間的混合比優(yōu)選設(shè)定在聚醚多元醇:TDI=I, 000:39.21至1,000:48.77 (質(zhì)量比)的范圍內(nèi)。如果TDI的量小于上述范圍，則發(fā)泡體變得太柔軟。因此，發(fā)泡體的強(qiáng)度和彈性模量(楊氏模量)傾向于下降。進(jìn)一步地，如果TDI的量大于上述范圍，則發(fā)泡體的硬度增加。當(dāng)硬度增加時(shí)，發(fā)泡體的延伸率傾向于劣化，并且彈性模量下降。
[0020]本實(shí)施方案的發(fā)泡體原料也包含用于聚合TDI和所述聚醚多元醇的催化劑。例如，可以使用基于胺的催化劑和金屬催化劑作為催化劑?；诎返拇呋瘎┑睦影ㄈ齺喴一?、四甲基胍和N，N，N’，N’ -四甲基己-1，6- 二胺。金屬催化劑的例子包括二月桂酸二丁基錫、辛酸鉀、環(huán)烷酸鉛和新癸酸鋅。催化劑可以是選自上述催化劑的單一化合物，或可以使用兩種或更多種催化劑以質(zhì)量計(jì)的混合物。催化劑的添加量處在相對(duì)于聚醚多元醇的總質(zhì)量以質(zhì)量計(jì)0.1至2%的范圍內(nèi)。
[0021]本實(shí)施方案的發(fā)泡體原料包含發(fā)泡劑。對(duì)發(fā)泡劑沒(méi)有特別限制，只要它能夠使TDI和聚醚多元醇的反應(yīng)產(chǎn)物發(fā)泡?？梢允褂玫陌l(fā)泡劑的具體例子包括水、鹵代脂族烴(如二氯甲烷和三氯乙烷)、二氧化碳、無(wú)機(jī)發(fā)泡劑(如重碳酸鈉、碳酸銨、重碳酸銨、亞硝酸銨和疊氮化合物)和有機(jī)發(fā)泡劑(如偶氮二甲酰胺、偶氮雙甲酰胺和N，N’ - 二亞硝基五亞甲基四胺)。水是特別優(yōu)選的。發(fā)泡劑可以 是選自上述發(fā)泡劑的單一化合物，或可以使用兩種或更多種發(fā)泡劑的混合物。發(fā)泡劑的添加量?jī)?yōu)選地處在相對(duì)于聚醚多元醇的總質(zhì)量以質(zhì)量計(jì)0.5至5%的范圍內(nèi)。
[0022]本實(shí)施方案的發(fā)泡體原料也可以包含發(fā)泡體穩(wěn)定劑。添加發(fā)泡體穩(wěn)定劑以穩(wěn)定均均分散的細(xì)小氣泡。有機(jī)硅基發(fā)泡體穩(wěn)定劑是優(yōu)選的。有機(jī)硅基發(fā)泡體穩(wěn)定劑的例子包括二甲基聚硅氧烷和聚醚的嵌段共聚物，和通過(guò)添加有機(jī)官能團(tuán)至聚硅氧烷所獲得的化合物?？梢詥为?dú)地使用單一發(fā)泡體穩(wěn)定劑，或可以使用兩種或更多種發(fā)泡體穩(wěn)定劑的混合物。發(fā)泡體穩(wěn)定劑的添加量?jī)?yōu)選地處在相對(duì)于聚醚多元醇的總質(zhì)量以質(zhì)量計(jì)0.5至3%的范圍內(nèi)。
[0023]本實(shí)施方案的發(fā)泡體原料也可以包含穩(wěn)定劑、抗氧化劑和紫外線穩(wěn)定劑等。
[0024]本實(shí)施方案的聚氨酯發(fā)泡體具有不小于0°C并且不大于40°C的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度定義為與損耗角正切的峰值(tan δ )對(duì)應(yīng)的溫度。進(jìn)一步地，tan5定義為損耗彈性模量E"相對(duì)于儲(chǔ)存彈性模量E’的比率(E〃/E’)。換而言之，tanS表明吸能能力。
人體表面的溫度一般是28至30°C。因此，當(dāng)本實(shí)施方案的聚氨酯發(fā)泡體在人體表面上穿戴時(shí)，聚氨酯發(fā)泡體硬度下降并且發(fā)生軟化，并且與身體接觸的部分變形并追從身體表面的形狀。
[0025]在不小于0°C并且不大于40°C的溫度，本實(shí)施方案的聚氨酯發(fā)泡體在0.1Hz至IOOHz頻率范圍內(nèi)具有0.4或更大的tan δ值。進(jìn)一步地，對(duì)于本實(shí)施方案的聚氨酯發(fā)泡體，tan3在不小于0.1Hz至不大于IHz的頻率范圍內(nèi)的平均值不大于tan δ在不小于IOHz至不大于IOOHz的頻率范圍內(nèi)的平均值B (B卩，AS B)。
[0026]對(duì)于本實(shí)施方案的聚氨酯，對(duì)于不小于0°C并且不大于40°C的溫度，tan δ在不小于0.1Hz至不大于IOOHz頻率范圍內(nèi)的值優(yōu)選地是恒定的。這里，tan δ是“恒定”表述意指tan δ的平均值B相對(duì)于tan δ的平均值A(chǔ)的變化百分比(B卩，(B-A) /A (%))優(yōu)選地不小于0%并且不大于10%。該tan δ的變化百分比更優(yōu)選不小于0%并且不大于2.5%。
[0027]靜止時(shí)人體表面的頻率等于0.1至IHz的頻率。相比之下，運(yùn)動(dòng)期間人體表面的頻率等于10至IOOHz的頻率。
將具有上文所述特性的聚氨酯發(fā)泡體穿戴于人體上時(shí)，當(dāng)穿戴者處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，穿戴者感覺(jué)不到與聚氨酯發(fā)泡體硬度或聚氨酯發(fā)泡體的隨形特性下降相關(guān)的不舒適，并且獲得有利貼身的感覺(jué)。
在另一方面，當(dāng)穿戴者處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，聚氨酯發(fā)泡體吸收來(lái)自運(yùn)動(dòng)的任何沖擊，因此支撐在接觸部分的身體表面的形狀。
另外，如果在運(yùn)動(dòng)期間的頻率和靜止時(shí)的頻率tan δ的值是恒定的(變化百分比不小于0%并且不大于10%)，則穿戴者甚至在運(yùn)動(dòng)期間感覺(jué)到聚氨酯發(fā)泡體良好地適合于身體。因此，在運(yùn)動(dòng)期間和靜止時(shí)該發(fā)泡體均顯示出良好可穿性。具體而言，如果tan δ的變化百分比不小于0%并且不大于2.5%，則在運(yùn)動(dòng)期間和靜止時(shí)穿戴者均感覺(jué)到優(yōu)異的可穿性。 [0028]進(jìn)一步地，在不小于0°C并且且不大于40°C的溫度，本實(shí)施方案的聚氨酯發(fā)泡體的E’值在0.1Hz至IOOHz的頻率范圍內(nèi)傾向于隨頻率增加而增加。因此，當(dāng)穿戴者處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，穿戴者感覺(jué)到聚氨酯發(fā)泡體是柔軟的。在另一方面，當(dāng)穿戴者處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，聚氨酯發(fā)泡體輔助肌肉的運(yùn)動(dòng)并支撐身體脂肪的形狀。因而，在運(yùn)動(dòng)期間和靜止時(shí)，本實(shí)施方案的聚氨酯發(fā)泡體均提供有利的可穿性感覺(jué)。
[0029]通過(guò)下文描述的步驟產(chǎn)生本實(shí)施方案的聚氨酯發(fā)泡體。
首先，稱量預(yù)定量的聚氧化丙烯三醇和聚氧化丙烯二醇。將添加劑而非催化劑(如發(fā)泡齊?、發(fā)泡體穩(wěn)定劑、穩(wěn)定劑、抗氧化劑和紫外線穩(wěn)定劑)添加到聚氧化丙烯三醇和聚氧化丙烯二醇中，并且攪拌所產(chǎn)生的混合物并在室溫下混合。
隨后稱量預(yù)量的TDI和催化劑。將TDI和催化劑添加到混合的聚氧化丙烯三醇和聚氧化丙烯二醇中，并且在室溫下進(jìn)行攪拌和混合以完成發(fā)泡體原料的制備。
[0030]將發(fā)泡體原料置于具有預(yù)定形狀的容器中，并且發(fā)泡體原料隨后在容器內(nèi)進(jìn)行自然發(fā)泡。在發(fā)泡完成后，將容器置于充有蒸汽的固化爐中，并且進(jìn)行熱處理。熱處理的條件包括60至90°C的溫度和30分鐘至12小時(shí)的加熱時(shí)間。取決于發(fā)泡體原料的組成等，在上述范圍內(nèi)恰當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)熱處理的條件，從而獲得滿足上文描述的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和tan δ頻率依賴性的發(fā)泡體。進(jìn)一步地，也可以在適當(dāng)考慮硬度、密度、強(qiáng)度、延伸率和發(fā)泡體耐褪色性，以及整個(gè)發(fā)泡體的這些性質(zhì)的均勻性的情況下恰當(dāng)?shù)卦O(shè)定熱處理的條件。
實(shí)施例
[0031]使用一系列的實(shí)例在下文對(duì)本發(fā)明的聚氨酯發(fā)泡體進(jìn)行描述。
實(shí)施例和對(duì)比例的聚氨酯發(fā)泡體的組成在表1中顯示。這些組成均以質(zhì)量％顯示。 表中所示的多元醇A是具有700的分子量的聚氧化丙烯三醇(Τ-700，由三井化學(xué)株式會(huì)社制造)。多元醇B是具有700的分子量的聚氧化丙烯二醇(D-700，由三井化學(xué)株式會(huì)社制造)。多元醇C是具有3，000的分子量的聚氧化丙烯三醇(T-3000，由三井化學(xué)株式會(huì)社制造)。多元醇D是具有2，000的分子量的聚氧化丙烯二醇(D-2000，由三井化學(xué)株式會(huì)社制造)。多元醇E是具有1，000的分子量的聚氧化丙烯二醇(D-1000，由三井化學(xué)株式會(huì)社制造)。多元醇F是具有400的分子量的聚氧化丙烯二醇(D-400，由三井化學(xué)株式會(huì)社制造)。
在實(shí)施例和對(duì)比例中，使用了由2，4-甲苯二異氰酸酯:2，6-甲苯二異氰酸酯=65:35組成的甲苯二異氰酸酯(TDI，由三井化學(xué)株式會(huì)社制造)。
[0032]使用水作為發(fā)泡劑。使用胺基催化劑(33LV，由中京油脂株式會(huì)社(Chukyo YushiC0., Ltd.制造)作為催化劑。在實(shí)施例2中，除了上述催化劑外，也使用了金屬基催化劑(T-9，由空氣化工產(chǎn)品公司(工7 — 7?？谙?夕、>.7* >卜''.夕務(wù)力；文社(株)製，AirProducts and Chemicals, Inc.)制造)。使用了有機(jī)娃基發(fā)泡體穩(wěn)定劑(L-626,由通用電氣東芝有機(jī)娃有限公司(一 ^ 一東芝；a 一 >株製，GE Toshiba Silicones C0., Ltd.)制造)作為發(fā)泡體穩(wěn)定劑。
在表1中，上述發(fā)泡劑、催化劑和發(fā)泡體穩(wěn)定劑的添加量是相對(duì)于甲苯二異氰酸酯和多元醇的組合為100的值顯示。
[0033]{表 1}
【權(quán)利要求】
1.一種聚氨酯發(fā)泡體，所述發(fā)泡體包含甲苯二異氰酸酯和聚醚多元醇作為主要組分，其中 所述聚氨酯發(fā)泡體具有定義為與不小于0°c并且不大于40°C的損耗角正切峰值對(duì)應(yīng)的溫度的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度， 在不小于0°C至不大于40°C的溫度范圍內(nèi)，在不小于0.1Hz至不大于IOOHz的頻率范圍內(nèi)的所述損耗角正切是0.4或更大，并且 在不小于0.1Hz至不大于IHz的頻率范圍內(nèi)的所述損耗角正切的平均值不大于在不小于IOHz至不大于IOOHz的頻率范圍內(nèi)的所述損耗角正切的平均值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚氨酯發(fā)泡體，其中相對(duì)于不小于0.1Hz至不大于IHz的頻率范圍內(nèi)的所述損耗角正切的平均值，在不小于IOHz至不大于IOOHz的頻率范圍內(nèi)的所述損耗角正切的平均值的變化百分比不小于0%并且不大于10%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的聚氨酯發(fā)泡體，其中所述聚醚多元醇和所述甲苯二異氰酸酯以在1，000:39.21至1，000:48.77范圍內(nèi)的比率(質(zhì)量比)摻混。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求3中任一項(xiàng)所述的聚氨酯發(fā)泡體，其中所述甲苯二異氰酸酯是比率為65:35至80:20的2，4-甲苯二異氰酸酯和2，6-甲苯二異氰酸酯的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求3中任一項(xiàng)所述的聚氨酯發(fā)泡體，其中所述聚醚多元醇是具有不小于700并 且不大于3，000的分子量的聚氧化丙烯三醇，具有不小于400并且不大于2，000的分子量的聚氧化丙烯二醇，或者所述聚氧化丙烯三醇和所述聚氧化丙烯二醇的混合物。
【文檔編號(hào)】C08G101/00GK103635502SQ201280026518
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月17日
【發(fā)明者】林俊一 申請(qǐng)人:Smp技術(shù)株式會(huì)社