TW201336883A - 聚胺酯發泡體 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種聚胺酯發泡體，其於穿著於人體時，在運動時及靜止時均具有舒適性，且具有優異之形狀追隨性。本發明之聚胺酯發泡體以甲苯二異氰酸酯與聚醚多元醇為主成分，作為對應損耗正切之峰值之溫度的玻璃轉移溫度為0℃以上且40℃以下，於溫度為0℃以上且40℃以下時，0.1Hz以上且100Hz之頻域中之上述損耗正切為0.4以上，並且頻率0.1Hz以上且1Hz以下之範圍中之上述損耗正切之平均值為頻率10 Hz以上且100 Hz以下之範圍中之上述損耗正切之平均值以下。

Description

聚胺酯發泡體
本發明係關於一種追隨被接觸物之形狀而變形之具有形狀追隨性之聚胺酯發泡體。尤其係關於一種穿著於人體，追隨伴隨人體之動作產生之形狀變化而變形的聚胺酯發泡體。
作為聚胺酯發泡體，已知有形狀記憶聚胺酯發泡體及低回彈性聚胺酯發泡體。然而，該等聚胺酯發泡體並非對穿著於人體之情形時之動態黏彈性進行研究者。因此，於穿著於人體之情形時，能量吸收能力較低，且缺乏穿著時之舒適性。
相對於此，專利文獻1揭示有可藉由源自人體之傳熱而降低硬度，追隨體表之形狀而變形並使用的具有形狀追隨性之樹脂發泡體。專利文獻1之樹脂發泡體例如係設為聚胺酯發泡體，於10~35℃(即體表溫度附近)下具有玻璃轉移點，且將該溫度範圍中之正弦損耗tanδ設為0.20~0.80。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2009-35697號公報
於專利文獻1之段落[0038]中記載有於頻率1 Hz下測定聚胺酯發泡體之儲存模數及損耗模數，算出tanδ。頻率1 Hz相當於靜止時之人 體體表之動態黏彈性。因此，可謂專利文獻1所揭示之發泡體於靜止時具有優異之形狀追隨性。另一方面，專利文獻1之發泡體完全未論及運動時(100 Hz附近)之形狀追隨性。專利文獻1之發泡體由於在運動時亦表現出靜止時之柔軟性，故而難以擔保運動時之穿著性及舒適性。
本發明之目的在於提供一種聚胺酯發泡體，其於穿著於人體時，在運動時及靜止時均具有舒適性，且具有優異之形狀追隨性。
為解決上述課題，本發明提供一種聚胺酯發泡體，其係以甲苯二異氰酸酯與聚醚多元醇為主成分，作為對應損耗正切之峰值之溫度的玻璃轉移溫度為0℃以上且40℃以下，於溫度為0℃以上且40℃以下時，0.1 Hz以上且100 Hz之頻域中之上述損耗正切為0.4以上，頻率0.1 Hz以上且1 Hz以下之範圍中之上述損耗正切之平均值為頻率10 Hz以上且100 Hz以下之範圍中之上述損耗正切之平均值以下。
於上述發明中，較佳為上述頻率10 Hz以上且100 Hz以下之範圍中之上述損耗正切之平均值相對於上述頻率0.1 Hz以上且1 Hz以下之範圍中之上述損耗正切之平均值之變化的比率為0%以上且10%以下。
於上述發明中，較佳為上述多元醇醚多元醇與上述甲苯二異氰酸酯係以1000：39.21~1000：48.77(質量比)之比率調配。
於上述發明中，較佳為上述甲苯二異氰酸酯係以65：35~80：20之比率混合有2,4-甲苯二異氰酸酯與2,6-甲苯二異氰酸酯而成者。
於上述發明中，較佳為上述多元醇醚多元醇係分子量為700以上且3000以下之聚氧丙烯三醇、分子量為400以上且2000以下之聚氧丙烯二醇、或上述聚氧丙烯三醇與上述聚氧丙烯二醇之混合物。
本發明之聚胺酯發泡體具有與人體之體表相同程度之玻璃轉移溫度。因此，於將本發明之聚胺酯發泡體穿著於人體體表之情形時， 硬度降低而變柔軟，於接觸部分追隨體表之形狀而產生變化。
又，本發明之聚胺酯發泡體於靜止時之人體體表之頻率(0.1~1 Hz)至運動時之人體體表之頻率(10~100 Hz)中具有較高之損耗正切。又，靜止時之頻率下之損耗正切之平均值成為運動時之頻率下之損耗正切之平均值以下。因此，本發明之聚胺酯發泡體於穿著於人體之情形時，雖於靜止時表現出柔軟性，但於運動時係發揮作為彈簧之作用而吸收運動衝擊。因此，本發明之聚胺酯發泡體於靜止時良好地貼合於人體，並且於運動時具有優異之穿著性與保持性。尤其是運動時之頻率下之損耗正切之平均值相對於靜止時之頻率下之損耗正切之平均值之變化之比率為0%以上且10%以下的聚胺酯發泡體於靜止時及運動時均可對穿著者賦予良好之穿著感。
本發明之聚胺酯發泡體兼具運動時所需之剛性與靜止時所需之柔軟性，並且具有較高之能量吸收能力。因此，可具有舒適性，同時達成運動時所需之穿著性與保持性。
圖1係表示實施例1之聚胺酯發泡體之動態黏彈性之溫度相依性的圖表。
圖2係表示實施例1之聚胺酯發泡體之動態黏彈性之頻率相依性的圖表。
圖3係表示比較例3之聚胺酯發泡體之動態黏彈性之溫度相依性的圖表。
圖4係表示比較例3之聚胺酯發泡體之動態黏彈性之頻率相依性的圖表。
本實施形態之聚胺酯發泡體係使以甲苯二異氰酸酯及聚醚多元 醇為主成分之泡沫原料發泡、硬化而製造。
將上述甲苯二異氰酸酯(TDI，toluene diisocyanate)設為2,4-甲苯二異氰酸酯與2,6-甲苯二異氰酸酯之混合物。將混合比設為2,4-甲苯二異氰酸酯：2,6-甲苯二異氰酸酯=65：35~80：20(質量比)之範圍內。
將上述聚醚多元醇設為聚氧丙烯三醇、聚氧丙烯二醇、或聚氧丙烯三醇與聚氧丙烯二醇之混合物。
將本實施形態所使用之聚氧丙烯三醇之分子量設為700以上且3000以下。可單獨使用上述分子量之聚氧丙烯三醇，亦可混合分子量不同之複數種聚氧丙烯三醇而使用。
將本實施形態所使用之聚氧丙烯二醇設為分子量為400以上且2000以下。可單獨使用上述分子量之聚氧丙烯二醇，亦可混合分子量不同之複數種聚氧丙烯二醇而使用。
於本實施形態中，將上述聚醚多元醇與上述TDI之混合比率設為聚醚多元醇：TDI=1000：39.21~1000：48.77(質量比)之範圍內。若TDI少於上述範圍，則發泡體變得過於柔軟。其結果，發泡體之強度或彈性模數(楊氏模數)降低。又，若TDI多於上述範圍，則發泡體之硬度上升。若硬度上升，則發泡體之伸長性降低，並且彈性模數降低。
本實施形態之泡沫原料包含使TDI與聚醚多元醇聚合之觸媒。觸媒例如可使用胺系觸媒及金屬觸媒。作為胺系觸媒，可列舉：三乙二胺、四甲基胍、N,N,N',N'-四甲基-1,6己二胺等。作為金屬觸媒，可列舉：二月桂酸二丁基錫、辛酸鉀、環烷酸鉛、新癸酸鋅等。觸媒可自上述之中選擇一種，亦可混合兩種以上而使用。將觸媒之添加量相對於聚醚多元醇之總量設為0.1~2質量%之範圍內。
本實施形態之泡沫原料含有發泡劑。聚胺酯發泡體只要為可使 上述TDI及聚醚多元醇之反應產物發泡者，則並無特別限定。具體而言，作為發泡劑，可應用水、鹵化脂肪族烴(二氯甲烷、三氯乙烷等)、二氧化碳、無機系發泡劑(碳酸氫鈉、碳酸銨、碳酸氫銨、亞硝酸銨、疊氮化合物等)、有機系發泡劑(偶氮二甲醯胺、偶氮雙甲醯胺、N,N'-二亞硝基五亞甲基四胺等)。尤佳為水。發泡劑可自上述之中選擇一種，亦可為混合有兩種以上者。較佳為將發泡劑之添加量相對於聚醚多元醇之總量設為0.5~5質量%之範圍內。
本實施形態之泡沫原料可含有泡沫穩定劑。泡沫穩定劑係為了使均勻地分散之微細之氣泡穩定化而調配。作為泡沫穩定劑，較佳為使用矽酮系泡沫穩定劑。作為矽酮系泡沫穩定劑，可列舉：二甲基聚矽氧烷與聚醚之嵌段共聚物、或對聚矽氧烷加成有機官能基而成者等。泡沫穩定劑可僅使用一種，亦可混合兩種以上而使用。較佳為將泡沫穩定劑之添加量相對於聚醚多元醇之總量設為0.5~3質量%之範圍內。
本實施形態之泡沫原料可含有穩定劑、抗氧化劑、紫外線穩定劑等。
本實施形態之聚胺酯發泡體之玻璃轉移溫度Tg顯示為0℃以上且40℃以下。玻璃轉移溫度係定義為對應損耗正切(tanδ)之峰值之溫度。tanδ係由損耗模數E"相對於儲存模數E'之比(E"/E')而定義。即，tanδ表示能量吸收能力。
人體之體表之溫度通常為28~30℃。因此，於將本實施形態之聚胺酯發泡體穿著於人體體表之情形時，聚胺酯發泡體之硬度降低而變柔軟，並且於接觸部分追隨體表之形狀而變形。
本實施形態之聚胺酯發泡體於0℃以上且40℃以下時，在頻率0.1 Hz至100 Hz之範圍中tanδ為0.4以上。又，本實施形態之聚胺酯發泡體於頻率0.1 Hz以上且1 Hz以下之範圍中之tanδ之平均值A為頻率10 Hz 以上且100 Hz以下之範圍中之tanδ之平均值B以下(即A≦B)。
本實施形態之聚胺酯發泡體較佳為於溫度為0℃以上且40℃以下時，在頻率0.1 Hz至100 Hz之範圍中tanδ固定。所謂此處之「tanδ固定」，係定義為tanδ之平均值B相對於tanδ之平均值A之變化的比率(B一A)/A(%)為0%以上且10%以下。進而較佳為上述tanδ之變化之比率為0%以上且2.5%。
靜止時之人體體表之頻率相當於0.1~1 Hz。另一方面，運動時之人體體表之頻率相當於10~100 Hz。
於將具有上述特性之聚胺酯發泡體穿著於人體之情形時，於穿著者處於靜止狀態時，穿著者不會對聚胺酯發泡體之硬度降低或聚胺酯發泡體之形狀追隨感到不適，感到良好地貼合於身體上。
另一方面，於穿著者處於運動狀態時，由於聚胺酯發泡體吸收運動之衝擊，故而保持接觸部分中之體表之形狀。
進而，若運動時之頻率與靜止時之頻率下tanδ固定(變化之比率為0%以上且10%以下)，則穿著者於運動時亦會感到聚胺酯發泡體良好地貼合於身體上。其結果，於運動時及靜止時均具有良好之穿著感。尤其是若tanδ之變化比率為0%以上且2.5%以下，則於運動時及靜止時均對穿著者賦予優異之穿著感。
又，本實施形態之聚胺酯發泡體於0℃以上且40℃以下之溫度下，在頻率0.1 Hz至100 Hz之範圍中，具有E'隨著頻率增加而增加之傾向。因此，於穿著者處於靜止狀態時，穿著者感到聚胺酯發泡體較柔軟。另一方面，於穿著者處於運動狀態時，聚胺酯發泡體輔助肌肉之動作，且保持脂肪之形狀。因此，本實施形態之聚胺酯發泡體於運動時及靜止時均具有良好之穿著感。
本實施形態之聚胺酯發泡體係藉由以下步驟而製造。
首先，稱量特定量之聚氧丙烯三醇及聚氧丙烯二醇。於聚氧丙 烯三醇及聚氧丙烯二醇中添加觸媒以外之添加劑(發泡劑、泡沫穩定劑、穩定劑、抗氧化劑、紫外線穩定劑等)，並於室溫下攪拌混合。
稱量特定量之TDI及觸媒。於經攪拌混合之聚氧丙烯三醇及聚氧丙烯二醇中添加TDI及觸媒，於室溫下攪拌混合而製作泡沫原料。
將泡沫原料放入特定形狀之容器中，於容器內使泡沫原料自然發泡。發泡結束後，將容器放入充滿蒸汽之固化爐內，進行加熱處理。加熱處理條件係設為溫度：60~90℃、加熱時間：30分鐘~12小時。根據泡沫原料之組成等，以滿足上述玻璃轉移溫度及tanδ之頻率相依性之方式於上述範圍內適當地設定加熱處理條件。又，加熱處理條件可亦考慮發泡體之硬度、密度、強度、伸長率、變色性、及該等性質於發泡體整體中之均一性而適當地設定。
[實施例]
以下，藉由實施例說明本發明之聚胺酯發泡體。
將實施例及比較例之聚胺酯發泡體之組成示於表1。各組成係以質量%表示。
表中之多元醇A為分子量700之聚氧丙烯三醇(三井化學股份有限公司製造，T-700)。多元醇B為分子量700之聚氧丙烯二醇(三井化學股份有限公司製造，D-700)。多元醇C為分子量3000之聚氧丙烯三醇(三井化學股份有限公司製造，T-3000)。多元醇D為分子量2000之聚氧丙烯二醇(三井化學股份有限公司製造，D-2000)。多元醇E為分子量1000之聚氧丙烯二醇(三井化學股份有限公司製造，D-1000)。多元醇F為分子量400之聚氧丙烯二醇(三井化學股份有限公司製造，D-400)。
於本實施例及比較例中，使用2,4-甲苯二異氰酸酯：2,6-甲苯二異氰酸酯=65：35之甲苯二異氰酸酯(三井化學股份有限公司製造，TDI)。
使用水作為發泡劑。使用胺系觸媒(中京油脂股份有限公司製造，33LV)作為觸媒。於實施例2中，除上述觸媒以外，進而使用金屬系觸媒(Air Products and Chemicals股份有限公司製造，T-9)。使用矽酮系泡沫穩定劑(GE Toshiba Silicone股份有限公司製造，L-626)作為泡沫穩定劑。
於表1中，上述發泡劑、觸媒及泡沫穩定劑之添加量係以將甲苯二異氰酸酯及多元醇之合計設為100時之比率表示。
製作表1所示之組成之泡沫原料，並裝入容器(100 cm×100 cm×100 cm)中，於容器內使泡沫原料自然發泡15分鐘。其後，於固化爐內，於溫度80℃、加熱時間1小時之條件下進行加熱處理而使其硬化。自各聚胺酯發泡體上切出長度30 mm×寬度10 mm×厚度5 mm之短條狀之試樣。
測定實施例及比較例之聚胺酯發泡體之動態黏彈性。
(1)動態黏彈性之溫度相依性測定
使用黏彈性測定裝置(Rheology公司製造，DVE-V4)，測定變更測定溫度時之各試樣之儲存模數E'及損耗模數E"。測定條件係設為測定模式：拉伸，位移振幅：20 μm，頻率：1 Hz，測定溫度：-40℃~130℃，升溫速度：2℃/分鐘。
(2)動態黏彈性之頻率相依性測定
使用與(1)相同之裝置，測定變更測定頻率時之各試樣之儲存模數E'及損耗模數E"。測定條件係設為測定模式：拉伸，位移振幅：20 μm，測定溫度：25℃，測定頻率：0.5 Hz~300 Hz。
由儲存模數E'及損耗模數E"獲得損耗正切tanδ。關於各實施例及比較例，由表示tanδ相對於溫度之變化之圖表獲取測定溫度範圍中tanδ成為最大時之溫度作為玻璃轉移溫度Tg。
由儲存模數E'及損耗模數E"獲得損耗正切tanδ。關於各實施例及比較例，求出tanδ之平均值B相對於tanδ之平均值A之變化的比率(tanδ之變化率)。
於表2中表示實施例及比較例之玻璃轉移溫度及tanδ之變化率。
於圖1中表示實施例1之結果作為動態黏彈性之溫度相依性之圖表之一例。於該圖中，橫軸為溫度，第1縱軸為E'及E"、第2縱軸為tanδ。
於圖2中表示實施例1之結果作為動態黏彈性之頻率相依性之圖表之一例。於該圖中，橫軸為頻率，第1縱軸為E'及E"，第2縱軸為tanδ。
於圖3中表示比較例3之動態黏彈性之溫度相依性之圖表。於該圖中，橫軸為溫度，第1縱軸為E'及E"，第2縱軸為tanδ。於圖4中表示比較例3之動態黏彈性之頻率相依性之圖表。於該圖中，橫軸為頻率，第1縱軸為E'及E"，第2縱軸為tanδ。再者，比較例3之聚胺酯發泡體係於與實施例1相同之條件下製作者。
參照圖1及圖3，實施例1及比較例3之動態黏彈性之溫度相依性類似。玻璃轉移溫度亦為相同程度。即，實施例1及比較例3之任一者 均顯示0℃~40℃間之玻璃轉移溫度。
再者，實施例2~6、比較例1~2之任一者均表示0℃~40℃間之玻璃轉移溫度。
參照圖2及圖4，實施例1及比較例3之聚胺酯發泡體之任一者之E'均隨著頻率增加而增加。然而，於實施例1中，E'相對於E"以大致相同程度之比率增加，與此相對，比較例3中E'之增加程度大於E"。
實施例1及比較例3之任一者之tanδ於0.1~100 Hz之範圍中均為0.4以上。
然而，實施例1中，相對於靜止時(0.1~1 Hz)之tanδ，運動時(10~100 Hz)之tanδ增加。進而，如圖2所示，於0.1~100 Hz中tanδ大致固定。參照表2，實施例1之tanδ之變化率非常低，為1.4%。相對於此，於比較例3中，有頻率越增高tanδ越降低之傾向，且運動時之tanδ低於靜止時之tanδ。參照表2，比較例3之tanδ之變化率為-33.2%。
實施例2~6之聚胺酯發泡體之任一者之tanδ於0.1~100 Hz之範圍中均為0.4以上。如表2所示，於實施例2~6中變化率為正，且運動時之tanδ成為靜止時之tanδ以上。實施例3、4之變化率成為10%以下。尤其是實施例2之變化率較低為2.4%。
另一方面，比較例1~2之聚胺酯發泡體於0.1~100 Hz之範圍中，tanδ之變化率為負。即，運動時之tanδ低於靜止時之tanδ。
如上所述，實施例之聚胺酯發泡體之玻璃轉移溫度接近人體體表之溫度，於0.1~100 Hz之範圍中tanδ為0.4以上，tanδ之變化率為正。因此，實施例之聚胺酯發泡體於穿著於人體時，於運動時及靜止時均可賦予良好之穿著感。實施例3、4之穿著感較實施例5、6良好，實施例1、2具有尤其良好之穿著感。

Claims (5)

  1. 一種聚胺酯發泡體，其係以甲苯二異氰酸酯與聚醚多元醇為主成分，作為對應損耗正切之峰值之溫度的玻璃轉移溫度為0℃以上且40℃以下，於溫度為0℃以上且40℃以下，0.1 Hz以上且100 Hz之頻域中之上述損耗正切為0.4以上，且頻率0.1 Hz以上且1 Hz以下之範圍中之上述損耗正切之平均值為頻率10 Hz以上且100 Hz以下之範圍中之上述損耗正切之平均值以下。
  2. 如請求項1之聚胺酯發泡體，其中上述頻率10 Hz以上且100 Hz以下之範圍中之上述損耗正切之平均值相對於上述頻率0.1 Hz以上且1 Hz以下之範圍中之上述損耗正切之平均值之變化之比率為0%以上且10%以下。
  3. 如請求項1之聚胺酯發泡體，其中上述多元醇醚多元醇與上述甲苯二異氰酸酯係以1000：39.21~1000：48.77(質量比)之比率進行調配。
  4. 如請求項1至3中任一項之聚胺酯發泡體，其中上述甲苯二異氰酸酯係以65：35~80：20之比率混合有2,4-甲苯二異氰酸酯與2,6-甲苯二異氰酸酯而成者。
  5. 如請求項1至3中任一項之聚胺酯發泡體，其中上述多元醇醚多元醇係分子量為700以上且3000以下之聚氧丙烯三醇、分子量為400以上且2000以下之聚氧丙烯二醇、或上述聚氧丙烯三醇與上述聚氧丙烯二醇之混合物。
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