TW201627366A - 親水性開孔發泡體 - Google Patents

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Abstract

本文中之實施例係關於親水性開孔發泡體。在一項實施例中，包括一具有開孔發泡體結構之物品。該開孔發泡體結構可包括親水性聚胺甲酸酯聚合物，其包含多元醇及/或多胺組分與異氰酸酯之反應產物，該多元醇及/或多胺組分包含官能基化及未官能基化之多元醇及/或多胺的混合物，該混合物之官能基化者對未官能基化者呈約5：95至約95：5之重量比。

Description

親水性開孔發泡體
親水性發泡體具有許多工業及消費者應用。舉例而言，具有開孔結構之親水性發泡體可用於吸收水。親水性發泡體之一些類型可展現可逆的吸水性。舉例而言，在將水吸收至開孔網絡之後，可藉由向開孔結構施加壓力來將水釋放。以此方式，此類親水性發泡體可用於吸收水且隨後將水釋放，且用作用於各種清潔應用之海綿。
親水發泡體可由各種材料形成，包括天然及合成材料兩種。具體而言，聚合物材料可用於形成親水性發泡體。舉例而言，纖維素為形成親水性發泡體中所用之常見材料。
本文中之實施例係關於親水性開孔發泡體。在一項實施例中，包括一具有開孔發泡體結構之物品。該開孔發泡體結構可包括親水性聚胺甲酸酯聚合物，其包含多元醇及/或多胺組分與異氰酸酯之反應產物，該多元醇及/或多胺組分包含官能基化及未官能基化之多元醇及/或多胺的混合物，該混合物之官能基化者對未官能基化者呈約5：95至約95：5之重量比。
在一項實施例中，包括一具有開孔發泡體結構的物品，該結構包括聚胺甲酸酯聚合物，其包含多元醇組分與異氰酸酯之反應 產物，該多元醇組分包含至少約10wt.%之多元醇(其包括一在水溶液中在一中性pH下帶電荷的官能基)與至少約40wt.%之多元醇(其缺少一在水溶液中在一中性pH下帶電荷的官能基)的混合物。
在一項實施例中，包括一具有開孔發泡體結構的物品，該結構包括聚胺甲酸酯聚合物，該聚胺甲酸酯聚合物包含多元醇組分與異氰酸酯之反應產物，該多元醇組分包含至少約10wt.%之磺酸化多元醇與至少約40wt.%之未磺酸化多元醇的混合物。
此發明內容為本申請案之部分教示的概述，而非意欲作為本專利標的之排他或詳盡的討論。進一步的細節可見於實施方式及所附之申請專利範圍。對於所屬技術領域中具有通常知識者而言，於閱讀及理解以下實施方式且觀看形成實施方式之一部分的圖式時，其他態樣將是顯而易見的，實施方式與圖式之各者不應以限制意義解讀。本發明之範疇係由所附之申請專利範圍及其法律均等物所定義。
100‧‧‧物品
102‧‧‧開孔發泡體結構
104‧‧‧互連孔
200‧‧‧物品
202‧‧‧開孔發泡體結構
204‧‧‧互連孔
206‧‧‧洗磨層
300‧‧‧物品
302‧‧‧開孔發泡體結構
304‧‧‧互連孔
306‧‧‧洗磨層
308‧‧‧黏著劑層
可連同下列圖式而更完整了解實施例，圖式中：圖1為根據本文各種實施例之物品之示意性截面圖。
圖2為根據本文各種實施例之物品之示意性截面圖。及圖3為根據本文各種實施例之物品之示意性截面圖。
儘管易於對本文中實施例作出各種修改及替代形式，但是藉助於實例及圖式顯示其詳情，且詳細描述。然而，應瞭解，實施例未侷限於所描述的具體實施例。相反地，本發明旨在涵蓋落於本文中所述的精神與範疇內之修飾、均等、與替代。
如上文所述，具有開孔結構之親水性發泡體具有許多應用。許多現存發泡體產品依賴於基於纖維素之親水性發泡體。其他類型之親水性發泡體可比基於纖維素之親水性發泡體更經濟。然而，許多先前非纖維素親水性發泡體不具有充足的功能特性以代表基於纖維素之親水性發泡體之可行的代用品。
本文實施例係關於具有開孔結構之親水性發泡體，其展現理想的功能特性。舉例而言，在本文中之各種實施例中，親水性發泡體可包括一或多種特性，例如即便在乾燥時亦具可撓性而且柔軟、展現高強度、展現高安定度及低收縮率。
如本文中所使用，用語「聚胺甲酸酯聚合物」得包括彼等其中包括胺甲酸酯基之聚合物，而因此包括聚胺甲酸酯/聚脲聚合物，除非上下文另有所指。
各種實施例現將詳加描述，其中多個視圖中的類似參考編號代表類似部分及總成。對各種實施例之參照並不限制隨附申請專利範圍的範疇。此外，本說明書所提出的任何實例並不意欲限制，而僅提出隨附申請專利範圍之許多可能實施例之一些實施例。
本文中之親水性發泡體可包括聚胺甲酸酯發泡體、聚脲發泡體、聚胺甲酸酯/聚脲發泡體、聚酯聚胺甲酸酯發泡體、及類似者。
可以多種方式製造親水性發泡體。就聚胺甲酸酯而言，一種途徑為一步(或「單發」)製程，其中將所用組分同時混合且將 混合物轉化成發泡體產品，其經由異氰酸酯與多元醇(或多羥基化合物)之反應以得到聚合物及異氰酸酯與水之反應以產生CO2氣體來使發泡體發泡。本文所使用之例示性多元醇可包括聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚酯-聚醚多元醇、聚伸烷基多元醇、與聚己內酯多元醇。可替代地，可使用兩步(或「預聚合物製程」)，其中可將多元醇組分與過量異氰酸酯反應以獲得異氰酸酯封端預聚合物。隨後在第二步中，將預聚合物與短多元醇、水或稱為鏈伸長劑之多胺或固化劑反應以獲得發泡體產品。經常使用胺催化劑以催化異氰酸酯-水反應(「發泡催化劑」)，且可使用錫或其他金屬催化劑以調節異氰酸酯-多元醇反應之速率(「膠凝催化劑」)。聚脲可經由二異氰酸酯或多異氰酸酯與多胺之反應類似地形成。聚胺甲酸酯/聚脲混成物可經由二異氰酸酯或多異氰酸酯與胺封端聚合物樹脂及含羥基之多元醇之摻合物反應而形成。
本文中之實施例包括以官能基化及未官能基化二者之多元醇及/或多胺之組合製成的發泡體。在各項實施例中，多元醇及/或多胺組分所包括之官能基化(例如但不限於磺酸化)多元醇及/或多胺對未官能基化(例如但不限於未磺酸化)多元醇及/或多胺可呈下列比率：約1：99、5：95、10：90、20：80、30：70、40：60、50：50、60：40、70：30、80：20、90：10、95：5、或99：1。在各項實施例中，親水性發泡體中之多元醇及/或多胺組分可包括一定範圍內之官能基化及未官能基化之多元醇或多胺之混合物，其中任何前述之比率皆可作為該範圍之上限或下限。舉例而言，在各項實施例中，親水性發泡體之多元醇組 分可包括官能基化與未官能基化之多元醇之混合物，該混合物之官能基化多元醇對未官能基化多元醇之重量比率係約10：90至約90：10。
在各項實施例中，官能基化及未官能基化之多元醇及/或多胺之混合物可包括官能基化多元醇及/或多胺之量係介於約5wt.%與約95wt.%間。在各項實施例中，官能基化及未官能基化之多元醇及/或多胺之混合物可包括官能基化多元醇及/或多胺之量係介於約10wt.%與約90wt.%間。在各項實施例中，官能基化及未官能基化之多元醇及/或多胺之混合物可包括官能基化多元醇及/或多胺之量係介於約15wt.%與約85wt.%間。在各項實施例中，官能基化及未官能基化之多元醇及/或多胺之混合物可包括官能基化多元醇及/或多胺之量係介於約20wt.%與約80wt.%間。在各項實施例中，官能基化及未官能基化之多元醇及/或多胺之混合物可包括官能基化多元醇及/或多胺之量係介於約20wt.%與約60wt.%間。在各項實施例中，官能基化及未官能基化之多元醇及/或多胺之混合物可包括官能基化多元醇及/或多胺之量係介於約25wt.%與約75wt.%間。在各項實施例中，官能基化及未官能基化之多元醇及/或多胺之混合物可包括官能基化多元醇及/或多胺之量係介於約30wt.%與約70wt.%間。在各項實施例中，官能基化及未官能基化之多元醇及/或多胺之混合物可包括官能基化多元醇及/或多胺之量係介於約30wt.%與約50wt.%間。在各項實施例中，官能基化及未官能基化之多元醇及/或多胺之混合物可包括官能基化多元醇及/或多胺之量係介於約35wt.%與約65wt.%間。
在各種實施例中，多元醇組分可包括至少約10wt.%磺酸化多元醇、或至少約15wt.%磺酸化多元醇、或至少約20wt.%磺酸化多元醇、或至少約25wt.%磺酸化多元醇、或至少約30wt.%磺酸化多元醇、或至少約35wt.%磺酸化多元醇、或至少約40wt.%磺酸化多元醇、或至少約45wt.%磺酸化多元醇、或至少約50wt.%磺酸化多元醇。在各種實施例中，多元醇組分可包括至少約40wt.%未磺酸化多元醇、或至少約45wt.%未磺酸化多元醇、或至少約50wt.%未磺酸化多元醇、或至少約55wt.%未磺酸化多元醇、或至少約60wt.%未磺酸化多元醇、或至少約65wt.%未磺酸化多元醇、或至少約70wt.%未磺酸化多元醇、或至少約75wt.%未磺酸化多元醇。
官能基化多元醇及多胺
本文中之實施例可具體包括多元醇、多胺、及/或異氰酸酯封端之預聚合物(其包括多種官能基)。如此，本文中之多元醇、多胺及/或預聚合物可包括官能基化多元醇、官能基化多胺、及/或官能基化預聚合物。舉例而言，本文中之多元醇、多胺及/或預聚合物可包括彼等經在中性pH下帶負電荷的基團官能基化者。舉一具體實例而言，本文中之多元醇、多胺及/或預聚合物可包括磺酸化多元醇(例如，具有磺酸鹽官能基之多元醇)、磺酸化多胺、及/或磺酸化預聚合物。在各項實施例中，所得之親水性聚合物可係磺酸化聚胺甲酸酯聚合物、磺酸化聚脲聚合物、或磺酸化聚胺甲酸酯/聚脲聚合物。
例示性磺酸化多元醇、磺酸化多胺、磺酸化預聚合物、及所得之磺酸化聚脲及聚胺甲酸酯聚合物係描述於美國專利第4,638,017號中，該專利之內容以引用方式併入本文。
應了解，此類化合物可根據多種方法形成。下列反應圖出示其中一種作法：
其中R1係具有(b+1)之一價數的線性脂族基團，其係由一至多110個碳原子的飽合鏈組成，該等碳原子以2至12個-CH2-基團為單元，該等單元可藉由個別氧原子、 基團分開、該脂族基團具有至多2000之一分子量，其中b係1、2、或3；及R2具有(d+2)之一價數且係一具有6至20個碳原子之芳烴多基(多價芳烴基團)或一具有2至20個碳原子之烷烴多基(多價烷烴)，其中d係1、2、或3，X獨立係-O-或-NH-，及M係陽離子。
此類反應之進一步態樣可見於美國專利第4,638,017號中，該專利之內容以引用方式併入本文。
在各項實施例中，官能基化多元醇或多胺可係結構(III)： 其中R1係具有(b+1)之一價數的線性脂族基團，其係由一至多110個碳原子的飽合鏈組成，該等碳原子以2至12個-CH2-基團為單元，該等單元可藉由個別氧原子、 基團分開、該脂族基團具有至多2000之一分子量，其中b係1、2、或3；及R2具有(d+2)之一價數且係R2具有(d+2)之一價數且係一具有6至20個碳原子之芳烴多基(多價芳烴基團)或一具有2至20個碳原子之烷烴多基(多價烷烴)，其中d係1、2、或3，X獨立係-O-或-NH-，及M係陽離子。
在各項實施例中，官能基化多元醇或多胺可具有介於約60及約10,000間之分子量。在各項實施例中，官能基化多元醇或多胺可具有介於約2,000及約10,000間之分子量。在各項實施例中，官能基化多元醇或多胺可具有介於約1,000及約6,500間之分子量。在各項實施例中，官能基化多元醇或多胺可具有介於約200及約2000間之分子量。在各項實施例中，官能基化多元醇或多胺可具有介於約300及約1200間之分子量。
在各項實施例中，官能基化多元醇之磺酸鹽當量重(例如，分子量除以官能性)可小於約6000。在各項實施例中，官能基化多元醇之磺酸鹽當量重(例如，分子量除以官能性)可小於約3000。在各項實施例中，官能基化多元醇之磺酸鹽當量重(例如，分子量除以官能性)可係約2600。
未官能基化多元醇及多胺
本文中之實施例亦可具體包括多元醇、多胺、及/或異氰酸酯封端之預聚合物，該異氰酸酯封端之預聚合物缺少除羥基及胺基外之官能基。在各項實施例中，本文中之多元醇可包括彼等缺少除羥基外之官能基的多元醇。在各項實施例中，本文中之多元醇可包括彼等缺少除羥基、醚、及酯基團外之官能基的多元醇。在各項實施例中，本文中之多胺可包括彼等缺少除胺基團外之官能基的多胺。在各項實施例中，本文中之多元醇、多胺及/或異氰酸酯封端之預聚合物可包括彼等缺少在中性pH下帶電荷之官能基者。在各項實施例中，本 文中之多元醇、多胺及/或異氰酸酯封端之預聚合物可包括彼等缺少在中性pH下帶負電荷之官能基者。舉一具體實例而言，本文中之多元醇及/或預聚合物可包括未磺酸化多元醇、多胺、及/或預聚合物。多種多元醇、多胺、及/或預聚合物係可商購，包括(但不限於)彼等以TERATE、CARADOL、BiOH、TERRIN、POLYMEG、及類似者之商標名購得者。
在各項實施例中，未官能基化多元醇或多胺可具有介於約60及約10,000間之分子量。在各項實施例中，未官能基化多元醇或多胺可具有介於約2,000及約10,000間之分子量。在各項實施例中，未官能基化多元醇或多胺可具有介於約1,000及約6,500間之分子量。在各項實施例中，未官能基化多元醇或多胺可具有介於約1500及約4500間之分子量。在各項實施例中，未官能基化多元醇或多胺可具有介於約2000及約4000間之分子量。在各項實施例中，未官能基化多元醇或多胺可具有介於約2500及約3500間之分子量。
就未官能基化多元醇而言，每個多元醇分子之異氰酸酯反應性羥基的數量可係約2.0至約8.0。在一些實施例中，每個多元醇分子之異氰酸酯反應性羥基的數量可係約2.0至約4.0。在一些實施例中，每個多元醇分子之異氰酸酯反應性羥基的數量可係約2.0至約3.0。
在各項實施例中，未官能基化多元醇或多胺可係相對疏水性。在各項實施例中，未官能基化多元醇或多胺可係比官能基化多元醇或多胺更具疏水性。
在一些實施例中，未官能基化多元醇或多胺可具有結構(IV)：HX-R3(XH) b IV其中b係1、2或3；R3係具有(b+1)之一價數且缺少磺酸鹽官能基並被零個或更多個雜原子中斷之脂族或芳族碳鏈，且X獨立係-O-或-NH-。
異氰酸酯
異氰酸酯可包括二異氰酸酯或多異氰酸酯。異氰酸酯可為芳族或脂族。異氰酸酯可為單體、聚合物或異氰酸酯、準預聚合物或預聚合物之任何變體反應物。例示性異氰酸酯可特定言之包括六亞甲基二異氰酸酯、二異氰酸甲苯酯(TDI)、二異氰酸異佛酮酯、3,5,5-三甲基-1-異氰酸基-3-異氰酸基甲基環己烷、4,4'-二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)、4,4,4"-三異氰酸基三苯基甲烷、以及聚亞甲基聚苯基異氰酸酯。其他多異氰酸酯可包括美國專利第3,700,643號及第3,600,359號等中所述之多異氰酸酯。亦可使用多異氰酸酯之混合物。例示性異氰酸酯係可以下列商標名商購自下列公司：VORALUX(從Dow Chemical Company)；CORONATE(從Nippon Polyurethane)；LUPRANAT(從BASF Corp.)；以及其他。
催化劑
可使用各種催化劑。在一些實施例中，催化劑可包括胺催化劑，包括但不限於三級胺催化劑。催化劑可包括三乙二胺；雙(2-二甲基胺基乙基)醚；N,N-二甲基乙醇胺；1,3,5-參(3-[二甲基胺基]丙基)-六氫-s-三；N,N,N’,N”,N”-五甲基二伸乙基三胺；N,N-二甲基環己基胺；N,N-二甲基胺基乙氧乙醇；2,2’-二嗎啉基二乙基醚；及N,N’-二甲基哌；以及其他。在特定實施例中，催化劑可為具有基於GC分析大於97%純度之N-乙基啉(NEM)三級胺催化劑(以銷售商目錄號04500商購自Sigma-Aldrich公司，LLC,St.Louis,MO,USA)。例示性胺催化劑亦可包括以TEGOAMIN之商品名稱商購自EVONIK Industries之催化劑。
額外組分
應理解，親水性發泡體中除上文所述之組分之外，尚可包括各種其他組分。舉例而言，本文各種實施例中可使用界面活性劑。儘管不意欲受理論束縛，但是界面活性劑可用於幫助調節所得開孔結構中之孔大小。界面活性劑可為非離子性、陰離子性、陽離子性、兩性離子或兩性的界面活性劑，其可呈單獨或組合形式。界面活性劑可包括但不限於十二基硫酸鈉、硬脂基硫酸鈉、月桂基硫酸鈉、普蘭尼克(pluronic)、或其類似界面活性劑。可用於親水性發泡體之界面活性劑之實例描述於美國公開專利申請案第2008/0305983號中，該 案關於界面活性劑之內容以引用方式併入本文。例示性界面活性劑係可以下列商標名商購自下列公司：TEGOSTAB、ORTEGOL(從Evonik Goldschmidt Corp.)、DYNOL(從Air Products & Chemicals,Inc.)；PLURONIC(從BASF Corp.)；TETRONIC(從BASF Corp.)；及TRITON X-100(從DOW Chemical Company)。
在一些實施例中，可包括發泡劑。發泡劑可包括但不限於：C1至C8烴、C1及C2氯化烴諸如二氯甲烷、二氯乙烯、單氟三氯甲烷、二氟二氯甲烷、丙酮、及非反應性氣體諸如二氧化碳、氮氣、或空氣。
在各種實施例中，染料或其他著色劑可用於本文中親水性發泡體中。在各種實施例中，防火劑或阻燃劑材料可包括於本文中親水性發泡體中。在各種實施例中，抗微生物、抗細菌或防腐材料可包括於本文中親水性發泡體中。其他組分可包括纖維、微粒(包括但不限於奈米矽石粒子、奈米澱粉粒子、其他多醣粒子、纖維素粒子、羧甲基纖維素粒子、及木粒子或木粉)、除臭劑、藥材、醇類、及類似者。
物品及方法
在本文中各種實施例中，包括物品。物品可包括開孔發泡體結構。在各種實施例中，開孔發泡體結構可呈平面層之形式。然而，應理解，開孔發泡體結構亦可採取各種其他形狀。參考圖1，顯示根據各種實施例之物品100之示意性截面圖。物品100可包括開孔 發泡體結構102。開孔發泡體結構102包括複數個互連孔104，諸如水之流體可吸收至孔中且隨後釋放。在此實施例中，開孔發泡體結構102配置成平面層。
在一些實施例中，物品可包括於物品之一或多個側面上之一或多個額外層。此類層可包括各種材料，包括但不限於織物材料、非織物材料、針織材料、織品、發泡體、海綿、膜、印刷材料、氣相沉積材料、塑膠網、以及其類似材料。
在一些實施例中，本文中物品可包括洗磨層(scouring layer)。參考圖2，顯示根據本文各種實施例之物品200之示意性截面圖。物品200可包括開孔發泡體結構202。開孔發泡體結構202可包括複數個互連孔204，諸如水之流體可吸收至孔中且隨後釋放。物品200可進一步包括洗磨層206。在一些實施例中，開孔發泡體結構202可設置於洗磨層206上。
洗磨層可由各種材料形成。洗磨層可由各種材料製成，包括但不限於：織物、非織物、針織、織品、發泡體、海綿、膜、印刷材料、氣相沉積材料、塑膠網、以及其類似材料。在一些實施例中，洗磨層可為經塗佈之磨料層、以磨料樹脂圖案塗佈或印刷之織品、或結構化磨料膜。用於洗磨層之例示性材料描述於美國專利第4,055,029號；第7,829,478號；及美國專利公開申請案第2007/0212965號中。
在一些實施例中，洗磨層可包括膨鬆、纖維狀、非織物磨料產品。例示性洗磨層材料描述於美國專利第4,991,362號及第 8,671,503號中，該等案之內容以引用方式併入本文。洗磨層可包括界定孔之多孔結構。
在各種實施例中，將洗磨層直接接合至開孔發泡體結構。舉例而言，可將用於形成親水性發泡體之組成物在親水發泡體之材料固化之前(例如，在膠凝時間之前)傾倒至洗磨層上，以使得親水性發泡體混合至洗磨層之孔中，使開孔發泡體結構直接接合至洗磨層。開孔發泡體結構可至少部分地設置於多孔結構之孔內。
在其他實施例中，洗磨層可非直接接合至開孔發泡體結構。舉例而言，可使用黏著劑亦將洗磨層接合至開孔發泡體結構。黏著劑可覆蓋洗磨層與開孔發泡體結構之間的界面之一些或整個表面。在一些實施例中，物品可包括設置於洗磨層與開孔發泡體結構之平面層之間的黏著劑層。參考圖3，顯示根據本文各種實施例之物品300之示意性截面圖。物品300可包括開孔發泡體結構302。開孔發泡體結構302可包括複數個互連孔304，諸如水之流體可吸收至孔中且隨後釋放。物品300可進一步包括洗磨層306。黏著劑層308可進一步設置於洗磨層306與開孔發泡體結構302之層之間。
在各項實施例中，該開孔發泡體結構及/或包括其之物品可展現相對高的最大張力負載。在一些實施例中，該開孔發泡體結構及/或包括其之物品可展現大於約0.5kN/m、或大於約0.6kN/m、或大於約0.7kN/m、或大於約0.8kN/m、或大於約0.9kN/m、或大於約1.0kN/m之最大張力負載(ASTM D3574-11，試驗-E)。
在一些實施例中，開孔發泡體結構及/或包括開孔發泡體結構之物品可展現理想的濕擦拭保水容量。舉例而言，在一些實施例中，開孔發泡體結構可展現大於約1.0g/g發泡體、或大於約1.5g/g發泡體、或大於約2.0g/g發泡體、或大於約2.5g/g發泡體、或大於約3.0g/g發泡體、或大於約3.5g/g發泡體之濕擦拭保水容量。在各種實施例中，開孔發泡體結構可展現較缺乏微粒填充劑材料但其他方面相同之開孔發泡體結構為大之濕擦拭保水容量。
實例
實例1至實例3(樣本1至樣本12)中所用之材料顯示於表1中。
親水性測試程序
所製備之發泡體樣本係藉助弓鋸水平切割，以露出新鮮發泡體表面。接著，使用吸量管將一小滴水置於該切割表面。在該放置後的10秒鐘目視觀察該水滴。若該水滴在該10秒鐘內被該發泡體吸收，則將該樣本稱為親水性。若該水滴未被該發泡體吸收而留在該表面，則不將該樣本稱為親水性。
實例1：磺酸化多元醇之形成
在一支一公升燒瓶上裝配機械攪拌器、氮氣吹洗器、冷凝器及冷凝液接收器。在該燒瓶中注入1.0莫耳(600g)之環氧乙烷多元醇(Carbowax 600TM,Union Carbide,Danbury,Conn.)、0.25莫耳(24.0g)之5-磺基異酞酸二甲酯鈉(預先在攝氏100度以上之真空烘箱中乾燥)、及100g之甲苯。將該燒瓶在Woods金屬水槽中加熱至130℃，以蒸餾甲苯後，乾燥該等反應物。當移除所有甲苯時，加熱該等反應物至200℃，此時添加0.2g之Zn(OAc)2(0.03wt%)。發生酯化(伴隨釋出甲醇)。溫度升高至245℃維持4小時的時間，此時將 壓力降低至1mm維持30至60分鐘。將熱樹脂倒入乾燥的容器並在乾燥的N2下封口，以預防吸收水分。此二元醇之OH當量一般係約465g/莫耳OH，如藉由NCO方法所判定。
實例2：親水性發泡體之形成
各實驗使用含有多元醇、異氰酸酯、水、催化劑、及界面活性劑之總共15公克的混合物。該等成分秤重並置於塑膠容器中。該第一混合物製法如下：將所需量的多元醇、水、催化劑、及界面活性劑於一塑膠杯中秤重。接著，取異氰酸酯於第二個杯子中秤重。在即將離心混合前，將該已秤重量的異氰酸酯添加至該第一混合物中，再將所得最終混合物於離心混合機(Speedmixer,FlacTek Inc)中，以2000rpm混合15秒。接著，將含有該混合物之塑膠容器從該混合器中取出，打開蓋子，再目視觀察該發泡體之發泡。經判定，發泡體一般於2至5分鐘內完成發泡。所測試之配方(樣本1至樣本6)顯示於表2中。
該等發泡體各者的回彈性測試係在二隻手指之間壓縮該發泡體，並目視觀察該經壓縮發泡體之回復。該親水性之測試係如上述。
經觀察，在該等樣本中，樣本4展現最佳之發泡體發泡程度、回彈性、及視覺外觀之組合表現。樣本1、2、及3所觀察到的發泡體發泡量有限。樣本5及6中未觀察到正常的發泡。
證實樣本4之親水性質時係緩慢地將水倒在樣本4及作為對照實驗之O-CEL-O® EXPRESSIONS SCRUBBER發泡體層(可以9752-E之目錄編號商購自3M Company,St.Paul,Minnesota,USA)上。該發泡體商品未吸收所倒的水，但樣本4立即吸收了所倒的同量的水。
實例3：具有不同量之官能基化及未官能基化之多元醇的親水性發泡體的形成
各實驗使用含有多元醇、異氰酸酯、水、催化劑、及界面活性劑之總共15公克的混合物。該等成分經秤重並置於塑膠容器中。該第一混合物製法如下：將所需量的多元醇、水、催化劑、及界面活性劑於一塑膠杯中秤重。接著，取異氰酸酯於第二個杯子中秤重。在即將離心混合前，將該已秤重量的異氰酸酯添加至該第一混合物中，再將所得最終混合物於離心混合機(Speedmixer,FlacTek Inc) 中，以2000rpm混合15秒。接著，將含有該混合物之塑膠容器從該混合器中取出，打開蓋子，再目視觀察該發泡體之發泡。經測定，發泡體一般於2至5分鐘內完成發泡。所測試之配方(樣本7至樣本12)顯示於表3中。
回彈性之測試係在二隻手指之間壓縮該發泡體，並目視觀察該經壓縮發泡體之回復。該親水性之測試係如上述。
樣本11及12(具有30/70及40/60之多元醇比率)經觀察為親水性。置於這些樣本上的水滴在幾秒內就被該發泡體吸收。置於其他配方上的水滴停留在發泡體表面上至少10秒鐘仍未被吸收。結果顯示於表4中。
實例4：使用預聚合物形成親水性發泡體
用於此實例(樣本13至樣本17)之材料顯示於表5中。
用於此實例之樣本係根據下列程序製備：
1.將催化劑及去離子水置於玻璃燒杯中且手動混合5分鐘，獲得含有20wt%催化劑之混合物。此混合物稱為催化劑混合物。
2.製備自來水及其他添加劑諸如界面活性劑、催化劑混合物、顏料、以及填充劑之第一混合物。將成分秤出至最接近之0.01公克且置於玻璃燒杯中。隨後將燒杯中之混合物手工混合3至5分鐘直至溶液均勻。
3.於另一個聚乙烯硬質容器中，將預聚合物秤重(精確度至0.01公克)。
4.本實驗使用裝備有4片螺旋槳葉片(具有10.2cm之葉片直徑)之台面型(bench-top)混合器。將最大混合器速度設置成3000rpm。
5.為了製備由第一混合物及預聚合物製成之第二混合物，啟動混合器且將旋轉中葉片浸至已經含有該預聚合物之聚乙烯硬質容器中。謹慎操作以防止葉片接觸容器之側面及底部。一旦混合器之旋轉速度達到3000rpm，就將第一混合物快速地添加至硬質聚乙烯容器中以開始混合預聚合物與第一混合物。製備具有不同含量之預聚合物1及預聚合物2之配方，如表6中所呈現。
6.將第一混合物及預聚合物混合30秒以獲得第二混合物。在混合期間將葉片以圓周運動形式繞著容器移動。謹慎操作以防止葉片接觸容器之側面及底部。
7. 30秒之後，停止混合器，將葉片移出容器，且將容器中之第二混合物靜置於實驗台上。目視監看第二混合物之起泡。
8.將由第二混合物製備之發泡體先於25℃下靜置最少5分鐘後，再切割，以獲得供用於進一步測試之樣本。切割出具有12cm長、7.6cm寬、以及1.5cm厚之大致尺寸之矩形稜柱形發泡體樣本用於進一步測試。
將保持在實驗室環境溫度及濕度下之如所製備之發泡體樣本稱為乾燥發泡體樣本。將自乾燥發泡體樣本所取得之任何量測值 稱為乾燥量測值。量測實驗室中環境溫度為約25℃，且量測環境濕度為約50%RH。接著根據下列測試程序評估該等樣本：
乾燥密度：
本文中發泡體可具有各種乾燥密度。在一些應用中，與用於市售纖維素發泡體相同數量級之密度為理想的。根據以下程序評估發泡體之密度。
1.藉助於測徑器，量測如所製備之發泡體樣本之長度、寬度、以及厚度至最接近之0.01mm。若樣本之形狀不均勻，則記錄長度、寬度及厚度之多次量測值。將各參數，長度、寬度、以及厚度之多次量測值之算術平均值用作計算樣本體積中之代表性值。藉由將發泡體之長度、寬度、以及厚度相乘計算體積。
2.測定如所製備之發泡體樣本之重量至最接近之0.01公克。
3.藉由將所測得之重量除以所計算之體積計算乾燥密度。
乾燥潤濕時間：
將一滴自來水由乾燥發泡體樣本完全吸收之期間稱為「乾燥潤濕時間」。對於一些應用，相對短的乾燥潤濕時間可為理想的，因為較短期間可為較快水吸收之指示。根據以下程序評估乾燥潤濕時間。
1.藉助於吸量管將一滴自來水緩慢置於乾燥發泡體之表面上。
2.目視觀察水滴。以馬錶測定水滴完全潤濕發泡體表面之期間且將其視為「乾燥潤濕時間」。
3.置於一些樣本上之水滴幾乎即刻由樣本吸收且無法有合理的時間量測值。就此而言，將樣本之乾燥潤濕時間記錄為「即刻」。
膨脹百分比：
將當乾燥發泡體樣本完全浸沒於自來水中時且在使其浸泡自來水一分鐘之後的膨脹之程度稱為膨脹百分比。應理解，本文中發泡體可展現各種膨脹量。然而，對於一些應用，相對較低的膨脹百分比可為理想的。
1.藉助於測徑器，量測如所製備之發泡體樣本之長度、寬度、以及厚度至最接近之0.25mm。若樣本之形狀不均勻，則記錄長度、寬度及厚度之多次量測值。將各參數，長度、寬度、以及厚度之多次量測值之算術平均值用作計算樣本體積中之代表性值。藉由將乾燥發泡體之長度、寬度、以及厚度相乘計算乾燥體積。
2.將硬質塑膠容器填充自來水。將乾燥發泡體樣本完全浸沒至填充有自來水之容器中。隨後，將發泡體樣本自水中取出且藉由手壓力擠壓以移除盡可能多的所浸泡之水。隨後，再次將經擠壓之發泡體樣本浸於水中。將此浸沒/擠壓/再浸沒循環重複五次。
3.在完成五個循環之後，將發泡體樣本自水中取出且藉由手壓力擠壓以移除盡可能多的所浸泡之水。隨後，將容器中之水捨棄且將容器填充新鮮自來水。
4.將發泡體樣本完全浸於容器中之自來水中，且使其泡水一分鐘。
5.隨後，將發泡體樣本自容器移出且置於實驗台上同時謹慎操作以不壓縮發泡體樣本。
6.藉助於測徑器，量測發泡體樣本之長度、寬度、以及厚度至最接近之0.25mm。將此等值稱為濕式尺寸。若樣本之形狀不均勻，則記錄長度、寬度及厚度之多次量測值。各參數，長度、寬度、以及厚度之多次量測值之算術平均值用作計算樣本體積中之代表性值。藉由將發泡體之長度、寬度、以及厚度相乘計算濕式體積。
7.藉由將濕式體積與乾燥體積之間的差除以乾燥體積且將其乘以100計算膨脹百分比。
濕擦拭保水容量：
濕擦拭保水容量可為發泡體獲取水及可逆地保水之情況之指示。相對高濕擦拭保水容量可在各種應用包括但不限於清潔應用中為有用的。使用以下程序以測定濕擦拭保水容量。
1.將25公克自來水緩慢地傾倒至拋光不銹鋼盤上。
2.將硬質塑膠容器填充自來水。將乾燥發泡體樣本完全浸沒至填充有自來水之容器中。隨後，將發泡體樣本自水中取出且藉由手壓力擠壓以移除盡可能多的所浸泡之水。隨後，再次將經擠壓之發泡體樣本浸於水中。將此浸沒/擠壓/再浸沒循環重複五次。
3.在完成五個循環之後，將發泡體樣本自水中取出且藉由手壓力擠壓以移除盡可能多的所浸泡之水。將捏夾動作重複多次，直至不再見到有水移除。隨後測定擰乾發泡體樣本之重量。將此重量值稱為「擰乾重量」。
4.讓擰乾之發泡體樣本緩慢穿過傾倒於該拋光不銹鋼盤上之水，同時稍微提起發泡體之前端以利於擦拭動作。
5.在發泡體樣本穿過水之後，測定吸收水之發泡體樣本之重量。將此重量值稱為「第一遍」重量。
6.藉由將「第一遍」與「擰乾重量」之間的差除以「擰乾重量」計算濕擦拭保水容量。
有效吸收百分比：
有效吸收百分比為最初潮濕發泡體在達到水吸收之飽和程度之後且在留下排水五分鐘之後所留下水之體積百分比。相對高有效吸收百分比可為各種應用包括但不限於清潔應用中有用的特性。以下程序用於測定發泡體樣本可保持之水之總量(基於其體積及其潮濕重量)。
1.將硬質塑膠容器填充自來水。將乾燥發泡體樣本完全浸沒至填充有自來水之容器中。隨後，將發泡體樣本自水中取出且藉由手壓力擠壓以移除盡可能多的所浸泡之水。隨後，再次將經擠壓之發泡體樣本浸於水中。將此浸沒/擠壓/再浸沒循環重複五次。
2.在完成五個循環之後，將發泡體樣本自水中取出且藉由手壓力擠壓以移除盡可能多的所浸泡之水。將捏夾動作重複多次，直至不再見到有水移除。隨後測定擰乾發泡體樣本之重量。將此重量值稱為「擰乾重量」。
3.將擰乾發泡體樣本完全浸於自來水中，同時將其擠壓以移除任何入陷空氣。
4.將發泡體樣本鬆弛同時將其仍完全浸於水中，以使得其可吸收水。將鬆弛發泡體完全浸於水中大致一分鐘。
5.一分鐘之後，將發泡體樣本自水移出。將裝訂夾輕輕附接至樣本之邊緣，且將樣本懸掛於排水桿上五分鐘。當處理海綿時謹慎操作以防意外地擠壓出任何水。
6. 5分鐘之後，測定樣本之重量至最接近之0.01公克且記錄為「濕重」。
7.藉由將濕重與擰乾重量之間的差除以擰乾重量且將其乘以100來計算有效吸收百分比。
吸收速率：
相對高吸收速率可為各種應用包括但不限於清潔應用中有用的。在此試驗中，將發泡體樣本以其最大面置於具有3.2mm深自來水之容器中。測定在5秒內發泡體樣本所吸收之水之量且隨後計算吸收速率。使用以下程序。
1.將硬質塑膠容器填充自來水。將乾燥發泡體樣本完全浸沒至填充有自來水之容器中。隨後，將發泡體樣本自水中取出且藉由手壓力擠壓以移除盡可能多的所浸泡之水。隨後，再次將經擠壓之發泡體樣本浸於水中。將此浸沒/擠壓/再浸沒循環重複五次。
2.在完成五個循環之後，將發泡體樣本自水中取出且藉由手壓力擠壓以移除盡可能多的所浸泡之水。隨後，將經手工擠壓之發泡體樣本以在手壓力下操作之手動軋輥擰乾。將捏夾動作重複多次，直至不再見到有水移除。隨後測定擰乾發泡體樣本之重量。將此重量值稱為「擰乾重量」。
3.將有穿孔金屬板置於硬質塑膠容器中。促進持續的水流進及流出容器以保持在有穿孔金屬板上方恆定在大致3.2mm之水深度。
4.將發泡體樣本以其最大面置於有穿孔金屬板上且保持在此位置五秒。
5.五秒之後，將發泡體樣本移除且測定其重量至最接近之0.01公克。將此值記錄為「濕重」。
6.藉由將濕重與擰乾重量之間的差除以擰乾重量且將其乘以100來計算吸收速率百分比。
張力測試：
相對高的抗張強度係親水性發泡體之一所需性質。在多種應用中，較高的抗張強度及較高的極限伸度值(ultimate elongation value)可成為較大耐久性之指標。該等發泡體樣本之最大張力負載及 極限伸度值之判定係根據ASTM可撓性多孔物料標準測試方法-壓製、接合、及模製胺甲酸酯發泡體D3574-11，試驗-E：張力測試(ASTM Standard Test Methods for Flexible Cellular Materials-Slab,Bonded,and Molded Urethane Foams D3574-11,Test-E：Tensile Test)。
所測試之配方(樣本13至樣本17)顯示於表6中。根據如上所述之測試程序測試發泡體樣本之特性，且將該等經判定特性呈現於表6中。
經觀察，附加於該第一預聚合物(「預聚合物-1」)之該第二預聚合物(「預聚合物-2」)的存在顯著改善了該等發泡體樣本所測試之張力性質。
前文所描述各種實施例僅為說明的目的提供，並不應以限制隨附申請專利範圍來解釋。應認識到，可在不遵循本文所例示及描述之實例實施例及應用，且不背離申請專利範圍之真正精神及範疇下進行各種修飾及改變。
應注意，如本說明書與隨附之申請專利範圍中所使用，除非內文明確另有所指，否則單數形「一(a、an)」和「該(the)」包括複數個指稱物。因此，(例如)對含有「一化合物」之組成物的參照包括二或更多種化合物之混合物。亦應注意，除非內文明確另有所指，否則用語「或」在使用時通常包括「及/或」之意涵。
本說明書中的所有出版物與專利申請案係表示本發明所屬技術領域中通常知識之程度。所有出版物與專利申請案於此以引用方式併入本文中，所引用的程度就如同每一個別出版物或專利申請案係特定且個別地被指明引用般。
100‧‧‧物品
102‧‧‧開孔發泡體結構
104‧‧‧互連孔

Claims (28)

  1. 一種物品，其包含：開孔發泡體結構，其包含：親水性聚胺甲酸酯聚合物，其包含多元醇及/或多胺組分與異氰酸酯之反應產物，該多元醇及/或多胺組分包含官能基化及未官能基化之多元醇及/或多胺的混合物，該混合物之官能基化者對未官能基化者呈約5：95至約95：5之重量比。
  2. 如請求項1之物品，該等官能基化多元醇及/或多胺包含在中性pH下帶電荷之官能基。
  3. 如請求項1之物品，該等官能基化多元醇及/或多胺包含在中性pH下帶負電荷之官能基。
  4. 如請求項1之物品，該等官能基化多元醇及/或多胺包含磺酸鹽基團。
  5. 如請求項1之物品，該等官能基化多元醇及/或多胺具有約200至約2000之分子量。
  6. 如請求項1之物品，該等官能基化多元醇或多胺具有約300至約1,200之分子量。
  7. 如請求項1之物品，該等官能基化多元醇及/或多胺具有結構(III)： 其中：R1係具有(b+1)之價數的線性脂族基團，其係由至多110個碳原子的飽合鏈組成，該等碳原子以2至12個-CH2-基團為單元，該等單元可藉由個別氧原子、 基團分開，該脂族基團具有至多2000之分子量，其中b係1、2、或3；及R2具有(d+2)之價數且係具有6至20個碳原子之芳烴多基(多價芳烴基團)或具有2至20個碳原子之烷烴多基(多價烷烴)，其中d係1、2、或3，X獨立係-O-或-NH-，及M係陽離子。
  8. 如請求項1之物品，該等未官能基化多元醇及/或多胺缺少在中性pH下帶電荷之官能基。
  9. 如請求項1之物品，該等未官能基化多元醇及/或多胺缺少在中性pH下帶負電荷之官能基。
  10. 如請求項1之物品，該等未官能基化多元醇及/或多胺缺少磺酸鹽官能基。
  11. 如請求項1之物品，該等未官能基化多元醇及/或多胺具有約1,000至約6,500之分子量。
  12. 如請求項1之物品，該等未官能基化多元醇及/或多胺具有約1,500至約4,500之分子量。
  13. 如請求項1之物品，該等未官能基化多元醇及/或多胺具有結構(IV)：HX-R3(XH) b IV其中： b係1、2或3；R3係具有(b+1)之價數且缺少磺酸鹽官能基並且被零個或更多個雜原子中斷之脂族或芳族碳鏈，且X獨立係-O-或-NH-。
  14. 如請求項1之物品，該多元醇及/或多胺組分包含官能基化及未官能基化之多元醇及/或多胺的混合物，該混合物之官能基化者對未官能基化者呈約10：90至約90：10之重量比。
  15. 如請求項1之物品，該官能基化及未官能基化之多元醇及/或多胺的混合物包含之官能基化多元醇及/或多胺之量大於10wt.%且小於90wt.%。
  16. 如請求項1之物品，該官能基化及未官能基化之多元醇及/或多胺的混合物包含之官能基化多元醇及/或多胺之量大於20wt.%且小於60wt.%。
  17. 如請求項1之物品，該官能基化及未官能基化之多元醇及/或多胺之混合物包含之官能基化多元醇及/或多胺之量大於30wt.%且小於50wt.%。
  18. 如請求項1之物品，其包含海綿。
  19. 如請求項1之物品，該親水性聚胺甲酸酯聚合物包含聚脲聚胺甲酸酯聚合物。
  20. 如請求項1之物品，該開孔發泡體結構包含平面層。
  21. 如請求項20之物品，其進一步包含洗磨層，其中該開孔發泡體結構設置於該洗磨層上。
  22. 如請求項21之物品，其中該洗磨層直接接合至該開孔發泡體結構。
  23. 如請求項21之物品，該洗磨層包含界定孔之多孔結構，其中該開孔發泡體結構至少部分地設置於該多孔結構之該等孔內。
  24. 如請求項21之物品，其進一步包含黏著劑層，該黏著劑層設置於該 洗磨層與該開孔發泡體結構之該平面層之間。
  25. 如請求項1之物品，該開孔發泡體結構展現大於約0.5kN/m之最大張力負載(ASTM D3574-11，試驗-E)。
  26. 如請求項1之物品，該開孔發泡體結構展現大於約0.7kN/m之最大張力負載(ASTM D3574-11，試驗-E)。
  27. 一種物品，其包含：開孔發泡體結構，其包含：聚胺甲酸酯聚合物，其包含多元醇組分與異氰酸酯之反應產物，該多元醇組分包含以下之混合物：至少約10wt.%之多元醇，其包括在水溶液中在中性pH下帶電荷的官能基；及至少約40wt.%之多元醇，其缺少在水溶液中在中性pH下帶電荷的官能基。
  28. 一種物品，其包含：開孔發泡體結構，其包含：聚胺甲酸酯聚合物，其包含多元醇組分與異氰酸酯之反應產物，該多元醇組分包含以下之混合物：至少約10wt.%之磺酸化多元醇；及至少約40wt.%之未磺酸化多元醇。
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