聚氨酯發(fā)泡體的制作方法
【專利摘要】本申請公開了一種聚氨酯發(fā)泡體，當穿戴在人體上時，該聚氨酯發(fā)泡體展示出優(yōu)異的隨形特性，同時該聚氨酯發(fā)泡體在靜止甚至是運動期間均顯示出優(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。其玻璃化轉變溫度設置成與損耗角正切峰值對應，在0℃至40℃范圍內。在0℃至40℃范圍內的溫度下，在0.1Hz至100Hz的頻率范圍內所述損耗角正切是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的頻率范圍內的損耗角正切的平均值。
【專利說明】聚氨酯發(fā)泡體
【技術領域】
[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動的形狀變化的聚氨酯發(fā)泡體。
【背景技術】
[0002]在聚氨酯發(fā)泡體當中，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，先前還沒有研究在人體上穿戴時這些聚氨酯發(fā)泡體的動態(tài)粘彈性。在人體上穿戴時，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I公開了一種具有良好隨形特性的樹脂發(fā)泡體，當從人體傳熱時該樹脂發(fā)泡體出現降低硬度，使得該發(fā)泡體能夠變形并且追從體表的形狀。專利文獻I的樹脂發(fā)泡體由例如具有10至35°C的玻璃化轉變點(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顯示出0.20至0.80的損耗角正切tan δ。 現有技術文獻 專利文獻
[0004]專利文獻1:特開2009-35697號公報

【發(fā)明內容】

本發(fā)明解決的技術問題
[0005]專利文獻I的[0038]段公開了在IHz的頻率測量聚氨酯發(fā)泡體的儲存彈性模量和損耗彈性模量，并且隨后計算tan δ。IHz的頻率與靜止時人體表面的動態(tài)粘彈性等同。因此，可以說專利文獻I中公開的發(fā)泡體對靜止時的人體顯示出優(yōu)異的隨形特性。然而，絕對沒有對運動時(接近100Hz)該發(fā)泡體的隨形特性做出評論。因為專利文獻I的發(fā)泡體在運動期間顯示與靜止時觀察到的相同柔軟性，證明在運動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，在人體上穿戴時所述聚氨酯發(fā)泡體在運動和靜止期間均顯示出有利的舒適性。
{技術問題的解決方案}
[0007]為了實現上述目的，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應的溫度的玻璃化轉變溫度，并且在不小于0°C至不大于40°C的溫度范圍內，在不小于0.1Hz至不大于IOOHz的頻率范圍內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的頻率范圍內的損耗角正切的平均值。
[0008]在上述的發(fā)明中，相對于不小于0.1Hz至不大于IHz的頻率范圍內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范圍內的比率(質量比)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變溫度。因此，當本發(fā)明的聚氨酯發(fā)泡體在人體表面上穿戴時，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。
進一步地，本發(fā)明的聚氨酯發(fā)泡體在從靜止時人體表面的頻率(0.1至IHz)至運動期間人體表面的頻率(10至100Hz)的頻率范圍內具有高損耗角正切。另外，在靜止時頻率下的損耗角正切的平均值不大于在運動期間頻率下?lián)p耗角正切的平均值。因此，當將本發(fā)明的聚氨酯發(fā)泡體在人體表面上穿戴時，它顯示出靜止時的柔軟性，但是隨后在運動期間作為彈簧發(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的人體，并且在運動期間也顯示出優(yōu)異的可穿性和支撐。相對于在靜止時觀察到的頻率下的損耗角正切的平均值，在運動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)泡體在靜止時和運動期間均可以為穿戴者提供特別優(yōu)良的可穿戴感覺。
發(fā)明效果
[0013]本發(fā)明的聚氨酯發(fā)泡體將運動期間所要求的剛度和靜止時所要求的柔軟性結合，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，同時實現運動期間所要求的可穿性和支撐。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]{圖1}表明實施例1的聚氨酯發(fā)泡體的動態(tài)粘彈性的溫度依賴性的圖。
{圖2}表明實施例1的聚氨酯發(fā)泡體的動態(tài)粘彈性的頻率依賴性的圖。
{圖3}表明對比例3的聚氨酯發(fā)泡體的動態(tài)粘彈性的溫度依賴性的圖。
{圖4}表明對比例3的聚氨酯發(fā)泡體的動態(tài)粘彈性的頻率依賴性的圖。
【具體實施方式】
[0015]本實施方案的聚氨酯發(fā)泡體通過發(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)泡體原料來產生。
[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(質量比)設定在65:35至80:20的范圍內。
[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?？梢詥为毜厥褂镁哂性摲秶鷥确肿恿康膯我痪垩趸┤?，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?？梢詥为毜厥褂镁哂性摲秶鷥确肿恿康膯我痪垩趸┒?，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]在本實施方案中，將聚醚多元醇和TDI之間的混合比優(yōu)選設定在聚醚多元醇:TDI=I, 000:39.21至1,000:48.77 (質量比)的范圍內。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)泡體的強度和彈性模量(楊氏模量)傾向于下降。進一步地，如果TDI的量大于上述范圍，則發(fā)泡體的硬度增加。當硬度增加時，發(fā)泡體的延伸率傾向于劣化，并且彈性模量下降。
[0020]本實施方案的發(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。基于胺的催化劑的例子包括三亞乙基二胺、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量計的混合物。催化劑的添加量處在相對于聚醚多元醇的總質量以質量計0.1至2%的范圍內。
[0021]本實施方案的發(fā)泡體原料包含發(fā)泡劑。對發(fā)泡劑沒有特別限制，只要它能夠使TDI和聚醚多元醇的反應產物發(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、無機發(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)泡劑的添加量優(yōu)選地處在相對于聚醚多元醇的總質量以質量計0.5至5%的范圍內。
[0022]本實施方案的發(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)定均均分散的細小氣泡。有機硅基發(fā)泡體穩(wěn)定劑是優(yōu)選的。有機硅基發(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，和通過添加有機官能團至聚硅氧烷所獲得的化合物?？梢詥为毜厥褂脝我话l(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)定劑的添加量優(yōu)選地處在相對于聚醚多元醇的總質量以質量計0.5至3%的范圍內。
[0023]本實施方案的發(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的玻璃化轉變溫度。玻璃化轉變溫度定義為與損耗角正切的峰值(tan δ )對應的溫度。進一步地，tan5定義為損耗彈性模量E"相對于儲存彈性模量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，當本實施方案的聚氨酯發(fā)泡體在人體表面上穿戴時，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，本實施方案的聚氨酯發(fā)泡體在0.1Hz至IOOHz頻率范圍內具有0.4或更大的tan δ值。進一步地，對于本實施方案的聚氨酯發(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的頻率范圍內的平均值B (B卩，AS B)。
[0026]對于本實施方案的聚氨酯，對于不小于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相對于tan δ的平均值A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]靜止時人體表面的頻率等于0.1至IHz的頻率。相比之下，運動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，當穿戴者處于靜止狀態(tài)時，穿戴者感覺不到與聚氨酯發(fā)泡體硬度或聚氨酯發(fā)泡體的隨形特性下降相關的不舒適，并且獲得有利貼身的感覺。
在另一方面，當穿戴者處于運動狀態(tài)時，聚氨酯發(fā)泡體吸收來自運動的任何沖擊，因此支撐在接觸部分的身體表面的形狀。
另外，如果在運動期間的頻率和靜止時的頻率tan δ的值是恒定的(變化百分比不小于0%并且不大于10%)，則穿戴者甚至在運動期間感覺到聚氨酯發(fā)泡體良好地適合于身體。因此，在運動期間和靜止時該發(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%，則在運動期間和靜止時穿戴者均感覺到優(yōu)異的可穿性。 [0028]進一步地，在不小于0°C并且且不大于40°C的溫度，本實施方案的聚氨酯發(fā)泡體的E’值在0.1Hz至IOOHz的頻率范圍內傾向于隨頻率增加而增加。因此，當穿戴者處于靜止狀態(tài)時，穿戴者感覺到聚氨酯發(fā)泡體是柔軟的。在另一方面，當穿戴者處于運動狀態(tài)時，聚氨酯發(fā)泡體輔助肌肉的運動并支撐身體脂肪的形狀。因而，在運動期間和靜止時，本實施方案的聚氨酯發(fā)泡體均提供有利的可穿性感覺。
[0029]通過下文描述的步驟產生本實施方案的聚氨酯發(fā)泡體。
首先，稱量預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，并且攪拌所產生的混合物并在室溫下混合。
隨后稱量預量的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定形狀的容器中，并且發(fā)泡體原料隨后在容器內進行自然發(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小時的加熱時間。取決于發(fā)泡體原料的組成等，在上述范圍內恰當地調節(jié)熱處理的條件，從而獲得滿足上文描述的玻璃化轉變溫度和tan δ頻率依賴性的發(fā)泡體。進一步地，也可以在適當考慮硬度、密度、強度、延伸率和發(fā)泡體耐褪色性，以及整個發(fā)泡體的這些性質的均勻性的情況下恰當地設定熱處理的條件。
實施例
[0031]使用一系列的實例在下文對本發(fā)明的聚氨酯發(fā)泡體進行描述。
實施例和對比例的聚氨酯發(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，由三井化學株式會社制造)。多元醇B是具有700的分子量的聚氧化丙烯二醇(D-700，由三井化學株式會社制造)。多元醇C是具有3，000的分子量的聚氧化丙烯三醇(T-3000，由三井化學株式會社制造)。多元醇D是具有2，000的分子量的聚氧化丙烯二醇(D-2000，由三井化學株式會社制造)。多元醇E是具有1，000的分子量的聚氧化丙烯二醇(D-1000，由三井化學株式會社制造)。多元醇F是具有400的分子量的聚氧化丙烯二醇(D-400，由三井化學株式會社制造)。
在實施例和對比例中，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，由三井化學株式會社制造)。
[0032]使用水作為發(fā)泡劑。使用胺基催化劑(33LV，由中京油脂株式會社(Chukyo YushiC0., Ltd.制造)作為催化劑。在實施例2中，除了上述催化劑外，也使用了金屬基催化劑(T-9，由空氣化工產品公司(工7 — 7。口夕'夕、>.7* >卜''.夕務力；文社(株)製，AirProducts and Chemicals, Inc.)制造)。使用了有機娃基發(fā)泡體穩(wěn)定劑(L-626,由通用電氣東芝有機娃有限公司(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應的溫度的玻璃化轉變溫度， 在不小于0°C至不大于40°C的溫度范圍內，在不小于0.1Hz至不大于IOOHz的頻率范圍內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的頻率范圍內的所述損耗角正切的平均值。
2.根據權利要求1所述的聚氨酯發(fā)泡體，其中相對于不小于0.1Hz至不大于IHz的頻率范圍內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.根據權利要求1或權利要求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范圍內的比率(質量比)摻混。
4.根據權利要求1至權利要求3中任一項所述的聚氨酯發(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.根據權利要求1至權利要求3中任一項所述的聚氨酯發(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】C08G101/00GK103635502SQ201280026518
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2012年12月28日 優(yōu)先權日:2012年1月17日
【發(fā)明者】林俊一 申請人:Smp技術株式會社