复合材料
发明背景
发明领域
本发明公开的实施方式一般性地涉及聚合物复合结构体。在一些实施方式中，该复合结构体可包括具有期望的性能性质组合(包括高柔软度和高膨松性)的基材。更具体地，本发明公开的实施方式涉及如下聚合物复合结构体，其可具有开孔泡沫材料层，基材层，和任选的至少一种清洁表面活性剂、活性剂、或增强填料。
背景
干湿、或预先润湿的擦巾(wipe)是在许多泡沫材料中可以获得的众所周知的消费产品。干擦巾可包括具有或没有添加剂的基材，该添加剂例如为在与皮肤接触时可以释放的抗菌物质或清洁剂，油或水。湿擦巾包括基材如无纺网布，它可以用温和的表面活性剂基的溶液预先润湿，以及可以包括洗剂、清洁剂或其他添加剂。这些湿擦巾和干擦巾已经用于婴儿用擦巾、擦手巾、家用清洁擦巾、工业用擦巾、身体和脸部用擦巾，等等。通常，擦巾以折叠的、堆积的片状物的形式或带穿孔的卷的形式提供，其中这些片状物每次使用一片。
最初，湿擦巾产品是由基于造纸技术的常规的无纺布材料(基于纸浆的产品)制成的。这些产品被很好地接受了，但缺点是织物材料的柔软度不够。射流喷网法非织造技术(spunlace non-woven technology)的引入提供了比常规基于纸的产品柔软度优越的产品。这主要因为：(i)在射流喷网法中使用长的软纤维(最常见的是人造丝和聚对苯二甲酸乙二醇酯/聚丙烯或这些纤维的混合物)，以及(ii)事实上在射流喷网法期间没有向织物添加粘合剂。
其他常规的湿擦巾包括单层大致均匀的材料。例如，常规湿擦巾包括在整个网布上均匀混合或分布的气流成网的纤维幅。该擦巾包括聚合物纤维，如聚酯、聚乙烯、和聚丙烯、以及天然或合成纤维如纤维素纤维。其他常规的湿擦巾包括在整个网布上均匀混合的聚丙烯和纤维素纤维的共成形网布(co-formed web)。
然而，湿擦巾或湿擦巾类型产品的其他形式包括具有非织造、分层的底片(base sheet)的擦巾产品。该分层的底片可以包括彼此相对布置的至少两个层，其中一个层包括在另一层中未包括的纤维，例如，其中一个层包括聚乙烯纤维，而另一个层包括聚丙烯纤维。在可替代的形式中这些层可以包括相同的材料但含量不同。可以构造一个层为擦巾产品提供不同的物理性质如柔软度，同时可以构造另一个层为擦巾产品提供其他性质如强度。WO 1998/003713(对应于美国专利6,028,018)披露了具有多层底片的湿擦巾的一个实例。
提高擦巾膨松性的新近的革新包括在射流喷网法无纺布内受控形成纵向孔隙。通过在两个连续的粗梳纤维层之间放置固定平行管可以对射流喷网的无纺布引入孔隙。所述管可以伸入射流喷网器(spunlacer)中，其中将顶部和底部纤维层在该管周围射流喷网在一起，然后从射流喷网的无纺布中移除该管，形成孔隙空间。孔隙可以增加无纺布的膨松性和触感，可以通过该管以液体或粉状添加剂充填。
即使采用新近的革新，也没有完全使湿擦巾的物理性质的平衡最优化，该物理性质例如柔软度、膨松性、体积、悬垂性、抗起毛性(fuzz resistance)、挠性、强度、完整性、布感(cloth-like feel)和回弹性。例如，在脸部用清洁擦巾中，期望得到软的、高膨松性、柔韧、抗起毛的产品，其具有更多布感，同时保留了清洁效率和持久性。获得期望的性质平衡特别具有挑战性，因为需要的性质可能是相对立的，例如，强度较大的产品通常降低该产品的挠性。对于期望柔软度提高的用户，物理性质的平衡特别困难。例如，可用于湿擦巾的某些纤维较硬并可以提供强度和回弹性，但是不如其他纤维柔软或柔韧。可用于湿擦巾的其他纤维较柔软，但可能没有足够的湿态强度来经受使用者施加的力。此外，可提供期望性质的不同类型的纤维，例如提供强度的纤维和提供柔软度的纤维，难以结合在均匀层中，因为彼此不相容。
因此，对于具有改进的柔软度和挠性同时保持擦巾的强度、完整性、弹性、抗起毛性、和其他性质的的湿擦巾存在需要。
发明概要
在一个方面，本文公开的实施方式涉及复合结构体，其包括基材和与该基材接触的流体，其中该基材包括无纺布、泡沫材料、或其组合，且该基材的特征在于基重为15～500克/平方米。在其他方面，本文公开的实施方式涉及复合结构体，其包括至少一个基材层和布置在该基材层上的至少一个包含开孔泡沫材料的层，其中该基材包括无纺布、泡沫材料、或其组合，且该基材的特征在于基重为15～500克/平方米。
在另外的方面，本文公开的实施方式涉及形成复合结构体的方法，该复合结构体包括至少一个基材层和至少一个包含开孔泡沫材料的层。该方法可包括施加泡沫至基材，和从该泡沫中去除至少一部分水以形成泡沫材料，其中该泡沫包括水和热塑性聚合物。该基材包括基重为25～150克/平方米的无纺布。
从以下描述和所附的权利要求书中，本发明的其他方面和优势将是显而易见的。
附图简述
图1说明根据本文公开的实施方式由泡沫形成泡沫材料。
图2图示说明可用于本文公开的实施方式中的挤出装置。
图3是本文公开的一种复合结构体实施方式的横截面的显微照片。
图4是本文公开的复合结构体的实施方式相比于市售对比样品的抗弯刚性试验结果的示意图。
图5是本文公开的复合结构体的实施方式相比于市售对比样品的抗起毛性试验结果的示意图。
图6是本文公开的复合结构体的实施方式相比于市售对比样品的以样品基重归一化的手拉试验(hand measurement)结果的示意图。
图7是本文公开的复合结构体的实施方式相比于市售对比样品的以样品体积归一化的手拉试验(hand measurement)结果的示意图。
图8是本文公开的复合结构体的实施方式相比于市售对比样品的Kawabata评估体系测量的压缩回弹性结果的示意图。
图9-11是本文公开的复合结构体的实施方式相比于市售对比样品的PPT撕裂强度试验结果的示意图。
图12是本文公开的复合结构体的实施方式相比于市售对比样品的Kawabata评估体系测量的几何粗糙度结果的示意图。
图13是本文公开的复合结构体的实施方式相比于市售对比样品的Kawabata评估体系测量的摩擦系数结果的示意图。
发明详述
在一个方面，本文公开的实施方涉及具有柔软度、重量和其他性质的平衡的复合结构体，该其他性质可包括抗弯刚性、摩擦系数、抗起毛性、膨松性、体积等。复合结构体可包括无纺布基材、泡沫基材、或其组合。在一些实施方式中，该基材可以用流体(如基于温和的表面活性剂的溶液)、或者固体(如填料)涂布、浸渍或共混。
在其他方面，本文公开的实施方式涉及具有性能平衡的复合结构体，其中该复合结构体可包括至少一个基材层和至少一个开孔泡沫材料层。该基材可包括无纺布、织物等。将开孔泡沫材料和基材(例如，无纺布、织物等)结合到擦巾或其他制品中可赋予该制品额外的柔软度、膨松性和体积。可以获得额外的膨松性和体积，同时增强和/或保持期望的基材独自预先存在的表面感觉。相比于单独的织物或无纺布层，加入所述开孔泡沫材料也可以增加内含物的可用孔隙体积和/或表面积以及活性剂的传递。
在其他方面，本文公开的实施方式涉及复合结构体，其包括开孔泡沫材料层，基材层，和任选的清洁表面活性剂、活性剂或增强填料中的至少一种。该复合结构体的实施方式可显示期望的性能性质的组合，包括高柔软度和高膨松性、和/或优异的耐表面磨损性。柔软的高膨松性复合结构体可用于涉及个人护理、医学、船运(shipping)、和家用品市场(household market)的一次性或半一次性应用。该复合结构体也能够递送用于清洁、抛光或医学应用的湿活性剂或需要润湿的干活性剂。
本文公开的复合结构体可用于接触皮肤的清洗擦巾，且可以包括湿和/或干的活性剂。本文公开的复合结构体也可以用于其他应用，包括婴儿用擦巾、擦手巾、家用硬表面清洗剂，以及工业用清洁擦巾。
改进的柔软度或更多布感也是除了皮肤清洁擦巾之外的应用所期望的。这些应用可包括但不限于，敷药垫(applicator pad)、抛光布、医用清洁、船运/用于敏感组分的包装材料、或者局部药物的施用垫。此外，这些制品可以用作已测含量的液体物质的临时储存的装置。
可用于本文公开的复合结构体的实施方式的泡沫材料可以由泡沫或发泡分散体形成。在本文中使用的术语“发泡”或“发泡的”指将显著量的空气或其他气体加入液体的过程，其中在一些实施方式中，所得组合物(发泡的物质)的至少80体积％由气态组分组成。在其他实施方式中，发泡的物质的至少85体积％由气态组分组成，以及还在其他实施方式中，为至少90体积％。所述液体可以是分子溶液、胶束溶液、或水介质或有机物介质中的分散体。通常，发泡的液体是通过机械方法如大气状态下的高剪切混合或者任选在混合时向体系注入气体而产生的。本文使用的术语“泡沫”指在干燥或去除液体介质之前已经如上所述发泡过的液体。
本文使用的术语“泡沫材料”指从泡沫中去除一部分液体介质(即，可以去除至少一部分、大部分、或全部液体介质)所形成的回弹性结构。正如本文所使用的，干燥和去除可以交替使用，且可以包括热去除和/或机械去除液体介质。图1说明了根据本文公开的实施方式由泡沫形成泡沫材料。泡沫5可以包括在分散体8内的蒸气团(pocket)7，其中分散体8包括在液体介质9中的聚合物颗粒10。当在干燥或去除工序11期间从泡沫5除去液体介质9时，聚合物颗粒10聚结(coalesce)并融化在一起，在夹带蒸汽气泡的周围产生相互连接的膜或支撑(struts)12，给予所得结构14以稳定性。膜的形成可能取决于多个变量，其中包括泡沫内聚合物的熔点，液体介质的去除速度(即蒸发速度)，以及全部泡沫的组成。例如，当将水从水分散体形成的泡沫中去除时，包含在分散体中的聚合物可聚结，形成膜，给予所得泡沫材料以结构和弹性。在一些实施方式中，在残留液体含量为0～20wt％时可形成泡沫材料；在其他实施方式中，在残留液体含量为0～10wt％时可形成泡沫材料；以及还在其他实施方式中，在残留液体含量为0～8wt％时可形成泡沫材料。
如上所述，本发明的实施方式可包括各种基材，包括无纺布、织物和泡沫材料。此外，本文公开的实施方式可包括各种添加剂，包括湿或干的活性剂。形成本发明公开的复合结构体的组分和方法各自更详细地描述如下。
泡沫材料和泡沫基材
可用于实施方式中的泡沫材料可包括由聚烯烃树脂、聚氨酯树脂、或其组合形成的泡沫材料。可用于其他实施方式中的泡沫材料可基于纤维素、胶乳或天然海绵。
在一些实施方式中，聚烯烃泡沫材料和聚氨酯泡沫材料可以由水分散体制得。该水分散体可以是发泡的或至少部分干燥以产生所需的泡沫材料。在本发明的实施方式中使用的分散体可包括水、至少一种热塑性树脂和分散稳定剂。在本发明的泡沫材料的实施方式中包括的热塑性树脂可包括本身不容易分散在水中的树脂。本文中使用的术语“树脂”应解释为包括合成聚合物和化学改性的天然树脂。在其他实施方式中，热塑性树脂可包括聚烯烃和聚氨酯。其他分散体可包括可形成聚氨酯的前体组分。分散体还可包括各种添加剂，包括发泡表面活性剂。这些添加剂各自在下文更详细地描述。
聚烯烃树脂
本文使用的聚烯烃树脂可包括烯烃聚合物和弹性体，各种烯烃聚合物和/或烯烃弹性体的共混物。在一些实施方式中，该烯烃树脂为半结晶树脂。术语“半结晶”拟在确定那些在进行标准差示扫描量热法(DSC)评价时具有至少一处吸热(endotherm)的树脂。一些半结晶聚合物显示出在扫描温度增加超过最终吸热最大值时呈现相对平缓的斜率的DSC吸热。这反映出其为熔点范围宽的聚合物，而不是通常认为的有清晰熔点的聚合物。可用于本发明分散体的一些聚合物具有单个熔点，而其他聚合物具有多于1个的熔点。
在一些聚合物中，一个或多个熔点可能是清晰的，使得全部或部分聚合物在相当窄的温度范围如几个摄氏度内熔化。在其他实施方式中，聚合物可以显示出在约20℃的范围上宽的熔化特征。在其他实施方式中，聚合物可以显示出在大于50℃的范围上宽的熔化特征。
可以用于本发明的烯烃树脂的实例包括α-烯烃的均聚物和共聚物(包括弹性体)，该α-烯烃例如乙烯，丙烯，1-丁烯，3-甲基-1-丁烯，4-甲基-1-戊烯，3-甲基-1-戊烯，1-庚烯，1-己烯，1-辛烯，1-癸烯，和1-十二碳烯，典型地代表为聚乙烯，聚丙烯，聚-1-丁烯，聚-3-甲基-1-丁烯，聚-3-甲基-1-戊烯，聚-4-甲基-1-戊烯，乙烯-丙烯共聚物，乙烯-1-丁烯共聚物，和丙烯-1-丁烯共聚物；α-烯烃和共轭或非共轭二烯的共聚物(包括弹性体)，典型代表为乙烯-丁二烯共聚物和乙烯-乙叉降冰片烯共聚物；聚烯烃(包括弹性体)例如两种或更多种α-烯烃与共轭或非共轭二烯的共聚物，典型代表为乙烯-丙烯-丁二烯共聚物，乙烯-丙烯-二环戊二烯共聚物，乙烯-丙烯-1，5-己二烯共聚物，和乙烯-丙烯-乙叉降冰片烯共聚物；乙烯-乙烯基化合物共聚物如乙烯-乙酸乙烯酯共聚物，乙烯-乙烯醇共聚物，乙烯-氯乙烯共聚物，乙烯丙烯酸或乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物，和乙烯-(甲基)丙烯酸酯共聚物；苯乙烯类共聚物(包括弹性体)如聚苯乙烯，ABS，丙烯腈-苯乙烯共聚物，α-甲基苯乙烯-苯乙烯共聚物，苯乙烯乙烯醇，苯乙烯丙烯酸酯如苯乙烯丙烯酸甲酯，苯乙烯丙烯酸丁酯，苯乙烯甲基丙烯酸丁酯，以及苯乙烯丁二烯和交联苯乙烯聚合物；和苯乙烯嵌段共聚物(包括弹性体)如苯乙烯-丁二烯共聚物及其水合物，和苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯三嵌段共聚物；聚乙烯基化合物如聚氯乙烯，聚偏二氯乙烯，氯乙烯-偏二氯乙烯共聚物，聚丙烯酸甲酯，和聚甲基丙烯酸甲酯；聚酰胺如尼龙6，尼龙6，6，和尼龙12；热塑性聚酯如聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯；聚碳酸酯，聚苯醚等；和玻璃状基于烃的树脂，包括聚-二环戊二烯聚合物及相关聚合物(共聚物，三元共聚物)；饱和的单烯烃如乙酸乙烯酯，丙酸乙烯酯和丁酸乙烯酯等；乙烯酯如单羧酸的酯，包括丙烯酸甲酯，丙烯酸乙酯，丙烯酸正丁酯，丙烯酸异丁酯，丙烯酸十二烷基酯，丙烯酸正辛酯，丙烯酸苯酯，甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸乙酯，和甲基丙烯酸丁酯等；丙烯腈，甲基丙烯腈，丙烯酰胺，及其混合物；由开环易位和交联易位聚合等制备的树脂。这些树脂可以单独使用或以两种或更多种的组合使用。
在一种具体实施方式中，热塑性树脂可以包括乙烯与共聚单体的α-烯烃互聚物，该共聚单体包括烯烃如1-辛烯。乙烯和辛烯共聚物可单独存在或与其他热塑性树脂如乙烯-丙烯酸共聚物相组合。当一起存在时，乙烯和辛烯共聚物与乙烯-丙烯酸共聚物的重量比可以为约1∶10至约10∶1，例如为约3∶2至约2∶3。聚合物树脂如乙烯-辛烯共聚物的结晶度可以小于约50％，例如小于约25％。在一些实施方式中，聚合物的结晶度可以为5～35％。在其他实施方式中，结晶度可以为7～20％。
本文公开的实施方式还可以包括聚合物组分，该聚合物组分可以包括至少一种多嵌段烯烃互聚物。合适的多嵌段烯烃互聚物可包括在例如美国临时专利申请60/818,911中描述的那些，在此将其并入作为参考。术语“多嵌段共聚物”或“多嵌段互聚物”指包含两个或更多个化学上截然不同的区域或链段(也称为“嵌段”)的、优选以线型方式连接的聚合物，即，含有在化学上不同的单元的聚合物，所述在化学上不同的单元对于聚合乙烯官能团而言，以首尾方式接合，而不是以悬垂或接枝的方式接合。在一些实施方式中，这些嵌段在以下方面不同：加入其中的共聚单体的量和类型，密度，结晶度、可归因于这类组成的聚合物的微晶尺寸，立构规整度(全同立构或间同立构)的类型和程度，区域规整度或区域不规整度，支化量(包括长链支化或超支化(hyper-branching))，均一性，或任何其他的化学或物理性质。该多嵌段共聚物的特点在于独特的共聚物制备方法所导致的独特的多分散性指数(PDI或Mw/Mn)分布，嵌段长度分布，和/或嵌段数量分布。更具体地，当以连续方法制备时，聚合物的实施方式的PDI可以为约1.7至约8，在其他实施方式中为1.7至约3.5；在另一些实施方式中为约1.7至约2.5；以及还在其他实施方式中为约1.8至约2.5或约1.8至约2.1。当以间歇或半间歇方法制备时，该聚合物的实施方式可具有的PDI为约1.0至约2.9；在其他实施方式中为约1.3至约2.5；在另一些实施方式中为约1.4至约2.0；以及还在其他实施方式中为约1.4至约1.8。
多嵌段烯烃互聚物的一个实例为乙烯/α-烯烃嵌段互聚物。多嵌段烯烃互聚物的另一实例为丙烯/α-烯烃互聚物。以下描述集中在以乙烯作为主要单体的互聚物上，但考虑到通用的聚合物特性，也类似地适用于基于丙烯的多嵌段互聚物。
乙烯/α-烯烃多嵌段共聚物可包括聚合形式的一种或多种可共聚的α-烯烃共聚单体和乙烯，其特征在于两个或更多个聚合的单体单元的多个(即两个或更多个)嵌段或链段在化学或物理性质上不同(嵌段互聚物)。在一些实施方式中，该共聚物是多嵌段互聚物。在一些实施方式中，该多嵌段互聚物可以由下式表示：
(AB)n
其中n至少为1，在不同实施方式中，n为大于1的整数，例如2，3，4，5，10，15，20，30，40，50，60，70，80，90，100，或更大；“A”表示硬嵌段或链段；“B”表示软嵌段或链段。优选地，A和B以线型的方式连接，而不是以支化或星状方式连接。“硬”链段指在一些实施方式中乙烯存在量大于95wt％的聚合单元嵌段，在另一些实施方式中乙烯存在量大于98wt％的聚合单元嵌段。换言之，在硬链段中的共聚单体含量在一些实施方式中小于硬链段总重量的5wt％，在另一些实施方式中，小于硬链段总重量的2wt％。在一些实施方式中，硬链段包括所有或基本上所有的乙烯。另一方面，“软”链段指在一些实施方式中共聚单体含量大于软链段总重量的5wt％的聚合单元嵌段，在一些实施方式中，大于8wt％，在各种其他实施方式中，大于10wt％或大于15wt％。在一些实施方式中，在软链段中的共聚单体含量可大于20wt％，在各种其他实施方式中，大于25wt％，大于30wt％，大于35wt％，大于40wt％，大于45wt％，大于50wt％，或大于60wt％。
在一些实施方式中，A嵌段和B嵌段沿着聚合物链无规分布。换句话说，所述嵌段共聚物不具有如下的结构：
AAA-AA-BBB-BB
在其他实施方式中，嵌段共聚物通常不具有第三种嵌段。在其他实施方式中，嵌段A和嵌段B均不包括两种或更多种链段(或子嵌段)，例如末端链段(tip segment)。
多嵌段互聚物的特征可在于大于0至约1.0的平均嵌段指数ABI，和大于约1.3的分子量分布Mw/Mn。平均嵌段指数ABI是在制备型TREF中从20℃至110℃以5℃的增量得到的每种聚合物级分的嵌段指数(“BI”)的重量平均：
ABI＝∑(wiBIi)
其中BIi是在制备型TREF中得到的多嵌段互聚物的第i级分的嵌段指数，以及Wi是第i级分的重量百分数。
类似地，平均值的二阶矩(second moment)的平方根，在下文中称为二阶矩重均嵌段指数，可如下定义：
2nd矩重量平均BI=Σ(wi(BIi-ABI)2)(N-1)ΣwiN]]>
对于每一聚合物级分，BI以下列两个方程式(二者均得到相同BI值)之一定义：BI=1/TX-1/TXO1/TA-1/TAB]]>或BI=-LnPX-LnPXOLnPA-LnPAB]]>
其中TX是分析温度提高洗脱分级(analytical temperature rising elutionfractionation，ATREF)第i个级分的洗脱温度(优选以开尔文计)，PX是第i个级分的乙烯摩尔分数，其可如下所述通过NMR或IR测得。PAB是整个乙烯/α-烯烃互聚物(在分级之前)的乙烯摩尔分数，其也通过NMR或IR测得。TA和PA是纯“硬链段”(其是指互聚物的结晶链段)的ATREF洗脱温度和乙烯摩尔分数。作为近似，或者对于“硬链段”的组成未知的聚合物，TA和PA值设定为高密度聚乙烯均聚物的值。
TAB是与所述多嵌段互聚物具有相同组成(具有PAB的乙烯摩尔分数)和分子量的无规共聚物的ATREF洗脱温度。TAB可使用以下方程由乙烯的摩尔分数(通过NMR测得)计算：
Ln PAB＝α/TAB+β
其中α和β是两个常数，可通过使用许多良好表征的宽组成无规共聚物的制备型TREF级分和/或良好表征的具有窄组成的无规乙烯共聚物校准而测定。应该提及的是，α和β可根据仪器的不同而变化。此外，需要对建立该校准用的制备型TREF级分和/或无规共聚物使用合适的分子量范围和共聚单体类型，利用感兴趣的聚合物组成建立合适的校准曲线。存在轻微的分子量效应。如果校准曲线得自类似的分子量范围，这种效应就可基本上忽略。在一些实施方式中，无规乙烯共聚物和/或无规共聚物的制备型TREF级分满足以下关系：
Ln P＝-237.83/TATREF+0.639
上述校准方程将乙烯的摩尔分数P与分析型TREF洗脱温度TATREF关联起来用于窄组成的无规共聚物和/或宽组成的无规共聚物的制备型TREF级分。TXO是具有相同组成并且乙烯摩尔分数为PX的无规共聚物的ATREF温度。TXO可由LnPX＝α/TXO+β计算得到。相反，PXO是具有相同组成并且ATREF温度为TX的无规共聚物的乙烯摩尔分数，其可由Ln PXO＝α/TX+β计算得到。
一旦获得每个制备型TREF级分的嵌段指数(BI)，就可计算整个聚合物的重均嵌段指数，ABI。在一些实施方式中，ABI大于0但是小于约0.4，或者为约0.1至约0.3。在其它实施方式中，ABI大于约0.4，至多为约1.0。在其它实施方式中，ABI应该为约0.4至约0.7，约0.5至约0.7，或者约0.6至约0.9。在一些实施方式中，ABI为约0.3至约0.9，约0.3至约0.8，或者约0.3至约0.7，约0.3至约0.6，约0.3至约0.5，或者约0.3至约0.4。在其它实施方式中，ABI为约0.4至约1.0，约0.5至约1.0，或者约0.6至约1.0，约0.7至约1.0，约0.8至约1.0，或者约0.9至约1.0。
多嵌段互聚物的另一特征是互聚物可包括可通过制备型TREF获得的至少一种聚合物级分，其中所述级分的嵌段指数大于约0.1和至多约1.0，并且所述聚合物的分子量分布，Mw/Mn，大于约1.3。在一些实施方式中，聚合物级分的嵌段指数大于约0.6和至多约1.0，大于约0.7和至多约1.0，大于约0.8和至多约1.0，或者大于约0.9和至多约1.0。在其它实施方式中，聚合物级分的嵌段指数大于约0.1和至多约1.0，大于约0.2和至多约1.0，大于约0.3和至多约1.0，大于约0.4和至多约1.0，或者大于约0.4和至多约1.0。还在其它实施方式中，聚合物级分的嵌段指数大于约0.1和至多约0.5，大于约0.2和至多约0.5，大于约0.3和至多约0.5，或者大于约0.4和至多约0.5。还在其它实施方式中，聚合物级分的嵌段指数大于约0.2和至多约0.9，大于约0.3和至多约0.8，大于约0.4和至多约0.7，或者大于约0.5和至多约0.6。
用于本文公开的实施方式中的乙烯/α-烯烃多嵌段互聚物可以为乙烯与至少一种C3-C20α-烯烃的互聚物。所述互聚物可以进一步包括C4-C18二烯烃和/或烯基苯。用于与乙烯进行聚合的适合的不饱和共聚单体包括，例如，烯键式不饱和单体、共轭或非共轭的二烯、多烯、烯基苯等。该共聚单体的实例包括C3-C20α-烯烃，例如丙烯、异丁烯、1-丁烯、1-己烯、1-戊烯、4-甲基-1-戊烯、1-庚烯、1-辛烯、1-壬烯、1-癸烯等。在一些实施方式中，该α-烯烃可以是1-丁烯和1-辛烯。其他适合的单体包括苯乙烯、卤代苯乙烯或烷基取代的苯乙烯、乙烯基苯并环丁烷、1，4-己二烯、1，7-辛二烯和环烯烃(例如，环戊烯、环己烯和环辛烯)。
本文公开的多嵌段互聚物可能不同于通过顺序的单体添加、循变催化剂(fluxional catalysts)和阴离子或阳离子活性聚合反应技术制备的常规的无规共聚物、聚合物的物理共混物和嵌段共聚物。具体地，与具有相等的结晶度或模量的相同单体和单体含量的无规共聚物相比，所述互聚物具有更好的(更高的)耐热性(通过熔点测量获得)，更高的TMA针入温度，更高的高温拉伸强度，和/或更高的高温转矩储能模量(high-temperature torsionstorage modulus)(通过动态力学分析测得)。填充材料的性质可能得益于使用所述多嵌段互聚物的实施方式，与含有相同单体和单体含量的无规共聚物相比，所述多嵌段互聚物具有较低的压缩变定，尤其是在升高的温度下，较低的应力松弛，较高的抗蠕变性，较高的撕裂强度，较高的防粘连性，由于较高的结晶(凝固)温度导致较快凝结(setup)，较高的复原(higherrecovery)(尤其是在升高的温度下)，更好的耐磨性，较高的回缩力，和更好的油和填料接受性(oil and filler acceptance)。
其他烯烃互聚物包括含单亚乙烯基芳族单体的聚合物，所述单亚乙烯基芳族单体包括苯乙烯、邻-甲基苯乙烯、对-甲基苯乙烯和叔丁基苯乙烯等。具体地，可以使用含乙烯和苯乙烯的互聚物。在其他实施方式中，可使用含乙烯、苯乙烯和C3-C20α-烯烃，任选地包含C4-C20二烯的共聚物。
适合的非共轭二烯单体可包括具有6至15个碳原子的直链、支链或环状的烃二烯。适合的非共轭二烯的实例包括但不局限于直链非环状二烯，例如，1，4-己二烯、1，6-辛二烯、1，7-辛二烯、1，9-癸二烯；支链非环状二烯，例如，5-甲基-1，4-己二烯、3，7-二甲基-1，6-辛二烯、3，7-二甲基-1，7-辛二烯以及二氢月桂烯(dihydromyricene)和二氢罗勒烯(dihydroocinene)的混合异构体；单环脂环族二烯，例如，1，3-环戊二烯、1，4-环己二烯、1，5-环辛二烯和1，5-环十二碳二烯；以及多环脂环族稠合和桥连的环二烯，例如，四氢茚、甲基四氢茚、二环戊二烯、二环-(2，2，1)-庚-2，5-二烯；烯基、亚烷基、环烯基和亚环烷基的降冰片烯，例如，5-亚甲基-2-降冰片烯(MNB)、5-丙烯基-2-降冰片烯、5-异丙叉-2-降冰片烯、5-(4-环戊烯基)-2-降冰片烯、5-环己叉-2-降冰片烯、5-乙烯基-2-降冰片烯和降冰片二烯。通常用于制备EPDM的二烯中，特别优选的二烯是1，4-己二烯(HD)、5-亚乙基-2-降冰片烯(ENB)、5-亚乙烯基-2-降冰片烯(VNB)、5-亚甲基-2-降冰片烯(MNB)和二环戊二烯(DCPD)。
根据本文公开实施方式可使用的一类理想的聚合物包括乙烯、C3-C20α-烯烃(尤其是丙烯)和任选的一种或多种二烯单体的弹性互聚物。用式CH2＝CHR*表示用于本发明实施方式的优选的α-烯烃，其中R*是具有1至12个碳原子的线型或支化的烷基。适合的α-烯烃的实例包括但不限于丙烯、异丁烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、4-甲基-1-戊烯和1-辛烯。特别优选的α-烯烃是丙烯。基于丙烯的聚合物在本领域中一般称为EP或EPDM聚合物。用于制备这些聚合物(特别是多嵌段EPDM型聚合物)的合适的二烯包括含4至20个碳原子的共轭或非共轭的，直链或支链的，环状或多环状的二烯。优选的二烯包括1，4-戊二烯、1，4-己二烯、5-亚乙基-2-降冰片烯、二环戊二烯、环己二烯和5-亚丁基-2-降冰片烯。特别优选的二烯是5-亚乙基-2-降冰片烯。
可以使用二羧酸或多羧酸与二醇(包括二酚)的酯化产物作为一种合适类型的树脂。在美国专利3,590,000，中描述了这些树脂，该专利在此并入作为参考。树脂的其他具体实例包括苯乙烯/甲基丙烯酸酯共聚物和苯乙烯/丁二烯共聚物；悬浮聚合的苯乙烯-丁二烯；由双酚A和环氧丙烷反应，然后所得产物与富马酸反应获得的聚酯树脂；以及由对苯二甲酸二甲酯、1，3-丁二醇、1，2-丙二醇、和季戊四醇、苯乙烯丙烯酸酯、及其混合物反应得到的支化的聚酯树脂。
此外，本发明的具体实施方式可使用基于乙烯的聚合物、基于丙烯的聚合物、丙烯-乙烯共聚物和苯乙烯类共聚物作为组合物的一个组分。本发明的其他实施方式可使用聚酯树脂，包括含有脂族二醇的那些，例如UNOXOL 3，4-二醇，得自The Dow Chemical Company(Midland，MI)。
在选择的实施方式中，热塑性树脂由乙烯-α烯烃共聚物或丙烯-α烯烃共聚物形成。特别是，在选择的实施方式中，热塑性树脂包括一种或多种非极性聚烯烃。
在具体实施方式中，可以使用聚烯烃如聚丙烯、聚乙烯、其共聚物、其共混物、以及乙烯-丙烯-二烯三元共聚物。在一些实施方式中，优选的烯属聚合物包括授权给Elston的美国专利3,645,992中描述的均匀聚合物；授权给Anderson的美国专利4,076,698中所述的高密度聚乙烯(HDPE)；非均匀(heterogeneously)支化的线型低密度聚乙烯(LLDPE)；非均匀支化的极低密度线型聚乙烯(ULDPE)；均匀枝化的线型乙烯/α-烯烃共聚物；均匀枝化的基本上线型的乙烯/α-烯烃聚合物，其可通过例如美国专利5,272,236和5,278,272中披露的方法制备，将这些专利的公开内容在此并入作为参考；和高压自由基聚合的乙烯聚合物和共聚物如低密度聚乙烯(LDPE)或乙烯-乙酸乙烯酯聚合物(EVA)。
美国专利6,566,446，6,538,070，6,448,341，6,316,549，6,111,023，5,869,575，5,844,045，或5,677,383中描述的聚合物组合物及其共混物在一些实施方式中也是适宜的，这些专利在此全文引入作为参考。在一些实施方式中，共混物可包括两种不同的Ziegler-Natta聚合物。在其它实施方式中，所述共混物可包括Ziegler-Natta和茂金属聚合物的共混物。还在其它实施方式中，本申请所用的聚合物可为两种不同的茂金属聚合物的共混物。在另外一些实施方式中，可以使用单中心催化剂聚合物。
在一些实施方式中，该聚合物是基于丙烯的共聚物或互聚物。在一些具体的实施方式中，丙烯/乙烯共聚物或互聚物的特征在于具有基本上全同立构的丙烯序列。术语“基本上全同立构的丙烯序列”和类似的术语是指该序列的通过13C NMR测得的全同立构三单元组(isotactic triad)(mm)在一种实施方式中大于约0.85，在另一实施方式中大于约0.90，在另一实施方式中大于约0.92，以及还在另一实施方式中大于约0.93。全同立构三单元组是本领域已知的，描述于例如美国专利5,504,172和WO 00/01745中，其是指根据通过13C NMR光谱测定的共聚物分子链中的三单元组单元得到的全同立构序列。
烯烃聚合物、共聚物、互聚物和多嵌段互聚物可通过向它的聚合物结构中结合至少一种官能团而被官能化。示例性的官能团可包括例如烯键式不饱和的单-和二-官能的羧酸，烯键式不饱和的单-和二-官能的羧酸酐，其盐及其酯。可将这种官能团接枝到烯烃聚合物上，或者可将它与乙烯和任选的其它共聚单体共聚，形成乙烯、官能的共聚单体和任选的其它共聚单体的互聚物。将官能团接枝到聚乙烯上的方法描述于例如美国专利4,762,890，4,927,888，和4,950,541中，将这些专利在此全文并入作为参考。一种特别有用的官能团是马来酸酐。
存在于官能聚合物中的官能团的量可变化。在一些实施方式中，官能团存在的量可为至少约1.0wt％；在其它实施方式中，可为至少约5wt％；以及还在其它实施方式中，至少约7wt％。在一些实施方式中，官能团存在的量可为小于约40wt％；在其它实施方式中，可为小于约30wt％；以及还在其它实施方式中，可为小于约25wt％。
在其他具体的实施方式中，热塑性树脂可以是基于乙烯乙酸乙烯酯(EVA)的聚合物。在其他实施方式中，该热塑性树脂可以是基于乙烯-丙烯酸甲酯(EMA)的聚合物。在其他具体实施方式中，所述乙烯-α烯烃共聚物可以是乙烯-丁烯、乙烯-己烯、或乙烯-辛烯共聚物或互聚物。在另外的具体实施方式中，所述丙烯-α烯烃共聚物可以是丙烯-乙烯或者丙烯-乙烯-丁烯共聚物或互聚物。
热塑性聚合物可具有结晶度，其在进行标准差示扫描量热法(DSC)评估时通过观察到至少一处吸热而测定。对于基于乙烯的聚合物，根据ASTMD1238在190℃(375°F)和2.16kg(4.75lb.)重量下测定的熔体指数(″MI″)在一些实施方式中为约30g/10分钟或更小；在其他实施方式中为约25g/10分钟或更小；在其他实施方式中为约22g/10分钟或更小；还在其他实施方式中为约18g/10分钟或更小。在其他实施方式中，基于乙烯的聚合物的熔体指数(MI)为约0.1g/10分钟或更大；在其他实施方式中为约0.25g/10分钟或更大；在其他实施方式中为约0.5g/10分钟或更大；以及还在其他实施方式中为约0.75g/10分钟或更大。
基于丙烯的聚合物的熔体流动速率(″MFR″)根据ASTM D1238在230C(446°F)和2.16kg(4.75lb.)重量下测量时，在一些实施方式中可以为约85g/10分钟或更小；在其他实施方式中为约70g/10分钟或更小；在其他实施方式中为约60g/10分钟或更小；以及还在其他实施方式中为约50g/10分钟或更小。在其他实施方式中，基于丙烯的聚合物的熔体流动速率(MFR)可以为约0.25g/10分钟或更大；在其他实施方式中为约0.7g/10分钟或更大；在其他实施方式中为约1.4g/10分钟或更大；以及还在其他实施方式中为约2g/10分钟或更大。
基于乙烯的聚合物的密度在一些实施方式中可以为约0.845g/cc或更大；在其他实施方式中为约0.85g/cc或更大；在其他实施方式中为约0.855g/cc或更大；以及还在其他实施方式中为约0.86g/cc或更大。在其他实施方式中，基于乙烯的聚合物的密度可以为约0.97g/cc或更小；在其他实施方式中为约0.96g/cc或更小；在其他实施方式中为约0.955g/cc或更小；以及还在其他实施方式中为约0.95g/cc或更小。
基于丙烯的聚合物在一些实施方式中可包括约5wt％或更多的共聚单体。在其他实施方式中，基于丙烯的聚合物可包括约7wt％或更多的共聚单体。在其他实施方式中，基于丙烯的聚合物可含有约35wt％或更少的共聚单体；还在其他实施方式中含有约25wt％或更少的共聚单体。
在各种实施方式中可使用的一类热塑性聚合物为乙烯和1-辛烯或1-丁烯的共聚物，其中该乙烯共聚物含有约90wt％或更少的乙烯；在其他实施方式中含有约85wt％或更少的乙烯；在其他实施方式中含有约50wt％或更多的乙烯；以及还在其他实施方式中含有约55wt％或更多的乙烯。乙烯共聚物在一些实施方式中可含有约10wt％或更多的1-辛烯或1-丁烯；在其他实施方式中含有约15wt％或更多；在其他实施方式中含有约50wt％或更少；以及还在其他实施方式中含有约45wt％或更少。上述重量百分比各自基于共聚物的重量。在各种实施方式中，该乙烯共聚物的熔体指数可以为约0.25g/10分钟或更大；在其他实施方式中可以为约0.5g/10分钟或更大；在其他实施方式中可以为约30g/10分钟或更小；以及还在其他实施方式中可以为约20g/10分钟或更小。
在实施方式中有用的其他聚合物可以包括丙烯与乙烯、1-辛烯、1-己烯或1-丁烯的共聚物，其中丙烯共聚物包含约95wt％或更少的丙烯；在其他实施方式中包含约93wt％或更少；在其他实施方式中包含约65wt％或更多；以及还在其他实施方式中包含约75wt％或更多。丙烯共聚物可含一种或多种共聚单体，例如乙烯、1-辛烯、1-己烯或1-丁烯，其含量在一些实施方式中为约5wt％或更多；在其他实施方式中为约7wt％或更多；在其他实施方式中为约35wt％或更少；以及还在其他实施方式中为25wt％或更少。在各种实施方式中，丙烯共聚物的熔体流动速率可以为约0.7g/10分钟或更大；在其他实施方式中为约1.4g/10分钟或更大；在其他实施方式中为约85g/10分钟或更小；以及还在其他实施方式中为约55g/10分钟或更小。
或者，可以使用具有本文所述物理特征的聚合物共混物而并非单一聚合物。例如，将所述范围之外的较高MI或MFR的第一聚合物与较低MI或MFR的另一聚合物共混，使得共混物总的MI或MFR和平均密度落在所述范围内，将会是合乎需要的。更多结晶的α-烯烃聚合物可以与一种较低结晶度的α-烯烃聚合物(例如，具有显著量的长链分支的α-烯烃聚合物)合并，以提供在本文所述的泡沫和泡沫材料的制备中具有基本相等处理能力的共混物。当本说明书中提到“聚合物”时，应理解，可以相似效果使用具有相同物理特性的烯烃聚合物的共混物，该烯烃聚合物共混物认为落入本发明各种实施方式的描述的范围内。
在一些实施方式中，热塑性树脂可以是密度为0.857～0.911g/cc和熔体指数(190℃和2.16kg重量)为0.1～100g/10min的乙烯-辛烯共聚物或互聚物。在其他实施方式中，乙烯-辛烯共聚物的密度可以为0.863～0.902g/cc且熔体指数(190℃和2.16kg重量)为0.8～35g/10min。乙烯-辛烯共聚物或互聚物可加入占乙烯和辛烯重量20-45wt％的辛烯。
在一些实施方式中，热塑性树脂可以是乙烯含量为5～20wt％和熔体流动速率(230℃和2.16kg重量)为0.5～300g/10min的丙烯-乙烯共聚物或互聚物。在其他实施方式中，丙烯-乙烯共聚物或互聚物可具有9～12wt％的乙烯含量和1～100g/10min的熔体流动速率(230℃和2.16kg重量)。
在一些其他实施方式中，热塑性树脂可以是密度为0.911～0.925g/cc和熔体指数(190℃和2.16kg重量)为0.1～100g/10min的低密度聚乙烯。
在一些实施方式中，热塑性树脂的结晶度可以小于50％。在其他实施方式中，树脂的结晶度可以为5～35％。还在其他实施方式中，结晶度的范围为7～20％。
在一些实施方式中，热塑性树脂为半结晶聚合物且熔点可以小于110℃。在其他实施方式中，熔点可以为25～100℃。还在其他实施方式中，熔点可以为40～85℃。
在一些实施方式中，热塑性树脂为玻璃状聚合物且玻璃化转变温度可以小于110℃。在其他实施方式中，玻璃化转变温度可以为20～100℃。还在其他实施方式中，玻璃化转变温度可以为50～75℃。
在一些实施方式中，热塑性树脂的重均分子量可以大于10,000g/mol。在其他实施方式中，重均分子量可以为20,000～150,000g/mol；还在其他实施方式中，为50,000～100,000g/mol。
一种或多种热塑性树脂可以包含在本文所述的水分散体中，其量为约1wt％至约96wt％聚合物固体。例如，在水分散体中可以存在的热塑性树脂量在一种实施方式中为约10wt％至约60wt％，在另一实施方式中为约20wt％至约50wt％。
聚氨酯
可用于制造泡沫材料的一种聚氨酯分散体的实施方式可包括水和聚氨酯和/或能够形成聚氨酯的混合物，例如聚氨酯预聚物。聚氨酯分散体也可以包括一种或多种添加剂如可以担当发泡助剂的表面活性剂、润湿剂、和/或泡沫稳定剂和粘度改性剂。例如，形成聚氨酯的材料可以包括例如聚氨酯预聚物，该预聚物在分散之后可以在一定时间段保持少量异氰酸酯的一些反应性。此外，术语聚氨酯预聚物和聚氨酯可包括其他类型的结构，例如脲基。
在本文公开的实施方式中有用的聚氨酯可以包括由以下物质制备的聚氨酯和聚氨酯泡沫材料：基于任何有机多异氰酸酯的预聚物、改性多异氰酸酯、基于异氰酸酯的预聚物、及其混合物。这些物质可以包括脂族和脂环族异氰酸酯，包括多官能的芳族异氰酸酯，例如2，4-和2，6-甲苯二异氰酸酯及相应的异构体混合物；4，4′-，2，4′-和2，2′-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)及相应的异构体混合物；4，4′-，2，4′-和2，2′-二苯基甲烷二异氰酸酯与聚苯基聚亚甲基多异氰酸酯(PMDI)的混合物；以及PMDI和甲苯二异氰酸酯的混合物。
在一些实施方式中，在本发明复合结构体的实施方式中有用的聚氨酯聚合物可以通过将水相与异氰酸酯-封端的预聚物放在一起并进行反应而制备。所得聚合物可以具有泡沫或凝胶结构。例如在WO2004074343(A1)和WO2005097862(A1)中描述合适的预聚物，这些文献各自在此并入作为参考。
在一些实施方式中，该预聚物可以是聚醚多元醇与化学计量过量的异氰酸酯混合物的反应产物。该异氰酸酯混合物可以包括亚甲基二苯基异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、聚亚甲基聚苯基异氰酸酯、亚甲基二苯基异氰酸酯的碳二亚胺或脲基甲酸酯(allophonate)或uretonimine加成物及其混合物。用于补足组成余量所用的异氰酸酯可包括聚亚甲基聚苯基异氰酸酯、亚甲基二苯基异氰酸酯的碳二亚胺或脲基甲酸酯或uretonimine加成物。在一些实施方式中，上述在预聚物中的组分的组合在与水反应时可产生具有高亲水性且在泡沫材料密度和挠性方面具有良好性能的泡沫材料。
在制备聚氨酯聚合物中，异氰酸酯-封端的预聚物与含水混合物的含量比根据所得聚合物的目标密度和物理参数，以及生成亲水性泡沫材料、膜或凝胶的组合物的异氰酸酯含量可以在宽范围上变化。
所得聚氨酯泡沫材料的密度在一些实施方式中可以为约0.025-0.5g/cc或更大；在其他实施方式中为0.05-0.3g/cc。例如，可以使用HYPOL*预聚物，例如各自得自The Dow Chemical Company，Midland，Michigan的HYPOL*2002，HYPOL*2060G，HYPOL*JT 6005，HYPOL*JM 5002等形成聚氨酯泡沫材料。
在一些实施方式中，预聚物配制物可包括多元醇组分。用于聚氨酯制备中的含活性氢的化合物可包括具有至少两个羟基或胺基的化合物。这些化合物在本文称为多元醇。适宜的多元醇的代表通常是已知的且在描述在诸如以下的公开物中：High Polymers，Vol.XVI，Saunders和Frisch的″Polyurethanes，Chemistry and Technology″，Interscience Publishers，New York，Vol.I，pp.32-42，44-54(1962)和Vol.II，pp.5-6，198-199(1964)；K.J.Saunders的Organic Polymer Chemistry，Chapman and Hall，London，pp.323-325(1973)；和J.M.Burst编辑的Developments in Polyurethanes，Vol.I，Applied Science Publishers，pp.1-76(1978)。然而，可以使用任何含活性氢的化合物。这种物质的实例包括那些单独或以混合物的形式选自以下组分类别：(a)多羟基烷烃的氧化烯加成物；(b)非还原糖和糖衍生物的氧化烯加成物；(c)磷酸和多磷酸的氧化烯加成物；以及(d)多酚的氧化烯加成物。这些类型的多元醇在本文称为“基础多元醇”。可用于本文的多羟基烷烃的氧化烯加成物的实例为乙二醇、丙二醇、1，3-二羟基丙烷、1，4-二羟基丁烷、1，6-二羟基己烷、丙三醇、1，2，4-三羟基丁烷、1，2，6-三羟基己烷、1，1，1-三羟甲基乙烷、1，1，1-三羟甲基丙烷、季戊四醇、聚己内酯、木糖醇、阿糖醇、山梨糖醇、甘露醇的加成物。其他有用的氧化烯加成物包括乙二胺、甘油、哌嗪、水、氨、1，2，3，4-四羟基丁烷、果糖、蔗糖的加成物。还有用的是聚(氧丙烯)二元醇、三元醇、四元醇和六元醇，以及任何用氧化乙烯封端的这些多元醇。这些多元醇也包括聚(氧丙烯氧乙烯)多元醇。氧乙烯含量在一些实施方式中可以小于多元醇总重的约80wt％，在其他实施方式中小于约40wt％。在使用时氧化乙烯可以沿聚合物链以任何方式加入，例如作为内部嵌段、末端嵌段、无规分布嵌段、或其组合的形式。
聚酯多元醇也可以用于制备聚氨酯分散体。聚酯多元醇的特征通常在于可以为芳族或脂族的酯重复单元，以及存在端部的伯羟基或仲羟基，但可以使用以至少两个活性氢基团封端的任何聚酯。例如，可以使用二元醇与聚(对苯二甲酸乙二醇酯)的酯交换的反应产物来制备本文公开的聚氨酯。
本文公开的配制物的多异氰酸酯组分可以使用任何有机多异氰酸酯、改性多异氰酸酯、基于异氰酸酯的预聚物、及其混合物制备。这些多异氰酸酯可包括脂族和脂环族异氰酸酯，包括多官能芳族异氰酸酯如2，4-和2，6-甲苯二异氰酸酯及相应的异构体混合物；4，4′-，2，4′-和2，2′-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)及相应的异构体混合物；4，4′-，2，4′-和2，2′-二苯基甲烷二异氰酸酯与聚苯基聚亚甲基多异氰酸酯(PMDI)的混合物；以及PMDI和甲苯二异氰酸酯的混合物。
非离子亲水性聚氨酯水分散体可包括非离子亲水性预聚物、水、任选的外部表面活性剂、和任选的增链剂的反应产物。亲水性预聚物可包括第一组分和第二组分的反应产物。第一组分可包括芳族多异氰酸酯、脂族多异氰酸酯、及其组合。第二组分可包括亲水性氧化烯多元醇、非离子亲水性氧化烯一元醇、或者亲水性和疏水性氧化烯多元醇或一元醇或其组合的混合物。非离子亲水性聚氨酯水分散体可任选包括一种或多种表面活性剂。
其他有用的聚氨酯可包括在PCT专利申请WO2005097862A1、WO2004074343A1和WO2004053223A1，以及美国专利申请20040109992和20050192365中描述的那些，这些专利文献各自在此并入作为参考。
其他基材组分
在一些实施方式中，基材可以由其他聚合和非聚合组分形成或包含该其他聚合和非聚合组分，包括天然或合成的物质。例如，其他组分可以包括，聚烯烃，如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯等；聚酯，如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚(乙醇酸)(PGA)，聚(乳酸)(PLA)，聚(β-苹果酸)(PMLA)，聚(ε-己内酯)(PCL)，聚(ρ-二氧杂环己酮)(PDS)，聚(3-羟基丁酸酯)(PHB)等；聚酰胺，如尼龙(尼龙-6，尼龙-6，6，尼龙-6，12等)；聚芳酰胺，如![]()
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和聚酯尼龙(EP)；纤维素酯；纤维素醚；硝酸纤维素；乙酸纤维素；乙酸丁酸纤维素(cellulosic acetate butyrate)；乙基纤维素；再生纤维素，如黏胶纤维、人造丝等；棉花；亚麻；蚕丝；大麻；及其混合物。在其他实施方式中，基材可包括聚合物如乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)、乙烯/乙烯醇共聚物、聚苯乙烯、抗冲改性聚苯乙烯、ABS、苯乙烯/丁二烯嵌段共聚物及其氢化衍生物(SBS和SEBS)，以及热塑性聚氨酯。合适的聚烯烃可包括线型或低密度聚乙烯、聚丙烯(包括其无规立构、全同立构、间同立构和抗冲改性的变型)和聚(4-甲基-1-戊烯)。合适的苯乙烯类聚合物可包括聚苯乙烯、橡胶改性聚苯乙烯(HIPS)、苯乙烯/丙烯腈共聚物(SAN)、橡胶改性SAN(ABS或AES)和苯乙烯马来酸酐共聚物。
在其他实施方式中，基材可以由任何天然或合成纸浆或纤维素纤维形成，包括但不限于，非木质纤维，如棉花、焦麻、洋麻、sabai草、亚麻、细茎针草、稻草、黄麻、大麻、甘蔗渣、乳草属细毛纤维(milkweed floss fiber)、菠萝叶纤维；以及木质纤维，如得自落叶和针叶树的那些，包括软木纤维，如北方和南方的软木牛皮纸纤维；硬木纤维，如桉树、枫木、桦树和白杨。木质纤维可以高得率或低得率的方式制备且可以在任何已知的方法中纸浆化，包括硫酸盐、亚硫酸盐、高得率制浆方法，以及其他已知的制浆方法。也可以使用由有机溶剂制浆法制备的纸浆和纤维，包括如下文献公开的纤维和方法：1988年12月27日授权给Laamanen等人的美国专利4,793,898；1986年6月10日授权给Chang等人的美国专利4,594,130；和美国专利3,585,104。还可以通过蒽醌制浆法制备有用的纸浆和纤维，例如1997年1月21日授权给Gordon等人的美国专利5,595,628。可用于本发明的有用的基于纤维素的组合物的其他实例包括在如下文献中披露的那些：美国专利6,837,970、6,824,650、6,863,940及美国专利申请US20050192402和20040149412，它们各自在此并入作为参考。
也可以使用基于纤维素的组合物和聚合物，包括甲基纤维素(即METHOCEL)、羟乙基纤维素(HEC)(即CELLOSIZE)、乙基纤维素(即ETHOCEL)、阳离子HEC、和其他纤维素衍生物。在一些实施方式中也可以使用聚氧化乙烯(如POLYOX)。上述商品化产品各自可得自The DowChemical Company，Midland，MI。其他基于纤维素的组合物和聚合物也可包括羟丙基甲基纤维素，羟丙基纤维素，邻苯二甲酸羟丙基甲基纤维素，乙酸琥珀酸羟丙基甲基纤维素，羧甲基乙基纤维素，乙酸邻苯二甲酸纤维素，聚乙烯醇缩乙醛二乙基氨基乙酸酯，氨基烷基甲基丙烯酸酯共聚物，乙酸琥珀酸羟丙基甲基纤维素，甲基丙烯酸共聚物(包括甲基丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯共聚物)，乙酸偏苯三酸纤维素(CAT)，聚乙酸乙烯酯邻苯二甲酸酯，虫胶，羧甲基纤维素，羧甲基纤维素钙，羧甲基纤维素钠，交联羟甲纤维素钠A型(Ac-di-sol)，淀粉，结晶纤维素，羟丙基淀粉，部分预糊化淀粉，聚乙烯基吡咯烷酮，明胶，阿拉伯树胶，乙基纤维素，聚乙烯醇，支链淀粉，预糊化淀粉，琼脂，黄耆胶，藻酸钠，丙二醇藻酸酯，纤维素衍生物，淀粉衍生物，果胶，聚丙烯酸酯，聚乙酸乙烯酯邻苯二甲酸酯，氧化的再生纤维素，聚丙烯酸酯，通过乙酰化作用、卤化、水解(例如用酸)、或酶作用而改性的淀粉(包括源自淀粉的水溶性聚合物(例如，玉米淀粉、土豆淀粉、木薯淀粉)，或者可以使用任何类型的水溶性改性淀粉，包括但不限于，氧化、乙氧基化(ethoxyolated)、阳离子亲液性和珍珠淀粉)，聚乙烯醇，聚乙二醇，天然和合成的胶质如瓜尔胶、黄原胶、纤维素胶、阿拉伯树胶、聚卡波非，聚氧化烯如聚氧化乙烯，刺槐豆胶，膨润土，scheroglucan，聚丙烯酸类如卡巴普(carbopol)、聚(甲基乙烯基醚-共聚-甲基丙烯酸)、聚(2-羟乙基甲基丙烯酸酯)、聚(甲基丙烯酸甲基酯)、聚(异丁基氰基丙烯酸酯)、聚(异己基氰基丙烯酸酯)和聚二甲基氨基乙基甲基丙烯酸酯，含有可衍生基团(derivatizable group)的水解不稳定的聚酯，藻酸盐，角叉菜胶，瓜尔胶衍生物，刺梧桐树胶，右旋糖苷，透明质酸，支链淀粉，直链淀粉，高直链淀粉，羟丙基化高直链淀粉，糊精，胶质，壳质，壳聚糖，果聚糖，爱生兰(elsinan)，胶原质，明胶，玉米蛋白，麸质，大豆蛋白分离物，多糖，乳清蛋白分离物，和干酪素。在其他实施方式中，可以使用前述组分的组合。
本领域技术人员将会认可，上述清单是合适的聚合物的非全面的列举。应认识到，本发明的范围仅受权利要求书的限制。
分散稳定剂
本发明的实施方式使用稳定剂促进稳定的分散体或乳液的形成。在所选的实施方式中，稳定剂可以是表面活性剂、聚合物(不同于上面详细描述的热塑性聚合物)、或其混合物。在其他实施方式中，热塑性树脂可以是自稳定剂(self-stabilizer)，使得可以不需要额外的外来稳定剂。例如，自稳定体系可以包括部分水解的聚酯，其中通过将聚酯与含水碱合并，可以制备聚酯树脂和类似表面活性剂的稳定剂分子。特别是，该分散稳定剂可以担当分散剂、用于分散体发泡的表面活性剂、或可以同时发挥这两个作用。此外，可以组合的形式使用一种或更多种稳定剂。
在一些实施方式中，在本文中用于聚烯烃和聚氨酯分散体的分散稳定剂可以是极性聚合物，具有极性基团，为共聚单体或接枝的单体形式。在优选的实施方式中，该分散稳定剂可包括一种或多种极性聚烯烃，具有极性基团，为共聚单体或接枝的单体形式。典型的聚合物包括乙烯-丙烯酸(EAA)和乙烯-甲基丙烯酸共聚物，例如可得自具有以下商品名的那些：PRIMACORTM(The Dow Chemical Company的商标)，NUCRELTM(E.I.DuPont de Nemours的商标)，和ESCORTM(ExxonMobil的商标)，以及在美国专利4,599,392、4,988,781和5,938,437中描述的那些，这些专利各自在此全文并入作为参考。其他合适的聚合物包括乙烯-丙烯酸乙酯(EEA)、乙烯-甲基丙烯酸甲酯(EMMA)和乙烯-丙烯酸丁酯(EBA)共聚物。也可以使用其他乙烯-羧酸共聚物。本领域技术人员将会认可，也可以使用多种其他有用的聚合物。
如果聚合物的极性基团为酸性或碱性，则分散稳定的聚合物可以部分或全部用中和剂中和，形成相应的盐。该盐可以是脂肪酸的碱金属盐或铵盐，通过用相应的碱如NaOH、KOH和NH4OH中和酸而制备。这些盐可以在分散步骤中原位形成，如下文更全面的描述。在某些实施方式中，分散稳定剂如长链脂肪酸或EAA的中和度，以摩尔计可以为25～200％；在其他实施方式中以摩尔计为50～110％。例如，对于EAA，中和剂为碱，例如氢氧化铵或氢氧化钾。其他中和剂可包括例如氢氧化锂或氢氧化钠。本领域技术人员将会认识到，合适中和剂的选择取决于具体的配制组成，并且该选择在本领域技术人员的知识范围内。
可用于聚烯烃和聚氨酯分散体的其他分散稳定剂可以包括具有12～60个碳原子的长链脂肪酸或脂肪酸盐。在其他实施方式中，长链脂肪酸或脂肪酸盐可具有12～40个碳原子。
亲水性聚氨酯泡沫材料可通过将异氰酸酯-封端的预聚物和含水相在反应条件下接触而制备。含水相主要包括水，根据需要，包含少量表面活性剂、催化剂或增稠剂。尽管可以在没有表面活性剂时制备亲水性泡沫材料，但存在表面活性剂会是有利的。
可以选择用于聚氨酯泡沫的表面活性剂，从而形成具有良好外观、泡孔结构和尺寸的泡沫材料，以及使坍塌和/或泡沫形变(例如开裂)最小化。表面活性剂的实例包括氧化乙烯和氧化丙烯的嵌段共聚物，如BASF制造的![]()
多元醇表面活性剂。可以使用非离子表面活性剂(例如可获得的商品名为![]()
包括指定产品L-62，L-72，1-92，P-75或P-85)。可以使用其他性质或性能相当的表面活性剂代替所提及的物质。在水相中可以使用的表面活性剂的量在一些实施方式中为每100重量份包含表面活性剂的全部水相0.5～4重量份；在其他实施方式中为每100重量份包含表面活性剂的全部水相0.75～3.0重量份。
其他分散稳定剂包括阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂。阴离子表面活性剂的实例包括磺酸盐、羧酸盐和磷酸盐。阳离子表面活性剂的实例包括季胺。非离子表面活性剂的实例包括含有氧化乙烯、氧化丙烯、氧化丁烯的嵌段共聚物，以及有机硅表面活性剂。可用作分散稳定剂的表面活性剂可以是外部表面活性剂或内部表面活性剂。外部表面活性剂是在分散体制备期间不会化学反应进入聚合物内的表面活性剂。本文有用的外部表面活性剂的实例包括十二烷基苯磺酸的盐和月桂基磺酸盐。内部表面活性剂是在分散体制备期间会化学反应进入聚合物内的表面活性剂。本文有用的内部表面活性剂的实例包括2，2-二羟甲基丙酸及其盐或用氯化铵中和的磺化多元醇。
在本文公开的配制物中可包括的表面活性剂的量为每100重量份聚氨酯组分0.01-8重量份。
在具体实施方式中，分散剂或稳定剂的用量基于所用热塑性树脂(或热塑性树脂混合物)可以为大于0至约60wt％。关于热塑性树脂和分散稳定剂，在一些实施方式中，热塑性树脂可占组合物中聚合物和分散稳定剂总量的约30％至99％(以重量计)。在其他实施方式中，热塑性树脂可占组合物中聚合物和分散稳定剂总量的约50％至80％(以重量计)。还在其他实施方式中，热塑性树脂可占组合物中聚合物和分散稳定剂总量的约70％(以重量计)。例如，可以使用基于热塑性树脂含量0.5～10wt％的长链脂肪酸或盐。在其他实施方式中，乙烯-丙烯酸或乙烯-甲基丙烯酸共聚物的用量基于热塑性树脂含量可以为0.5～60wt％。还在其他实施方式中，磺酸盐的用量基于热塑性树脂含量可以为0.5～10wt％。
目前市场上最容易获得的聚氨酯分散体包含DMPA(储存6-α-甲基-17-α-乙酸基孕甾酮)作为内部表面活性剂并可用于本发明。相反，不含DMPA而是加入基于氧化乙烯的非离子改性剂作为内部表面活性剂的一类聚氨酯分散体同样稳定且可以提供其他技术和商业优势。例如，参见美国专利6,271,276。
如上所述，可以使用多于一种的分散稳定剂，可以使用组合例如作为分散稳定剂和作为发泡表面活性剂。本领域技术任意将会认识到，用于产生较稳定的水分散体的分散剂可根据所使用的热塑性树脂的性质而变化。
分散体配制物
根据本文公开的实施方式的分散体配制物可包括液体介质如水，热塑性树脂，分散稳定剂，和任选的发泡表面活性剂，添加剂和填料。在一些实施方式中，水分散体可包括聚烯烃和/或聚氨酯树脂颗粒，粒度为约0.02至10微米；在另一实施方式中为约0.05至5微米；以及还在其他实施方式中，为约0.1～2微米。
热塑性树脂和分散稳定剂可分散在液体介质中，在一些实施方式中，该液体介质为水。在一些实施方式中，加入足够的碱来中和得到的分散体，从而获得pH范围为约6至约14的溶液。在具体实施方式中，加入足够的碱以将pH维持在约9至约12。可以控制分散体的水含量，使得热塑性树脂和分散稳定剂(固体含量)的总含量可以为约1％至约74％(以体积计)。在另一实施方式中，固体含量可以为约25％至约74％(以体积计)。还在另一实施方式中，固体含量可以为约30％至约50％(没有填料，以重量计)。在另一实施方式中，固体含量可以为约40％至约50％(没有填料，以重量计)。
根据一些实施方式形成的分散体可以具有的特征为，平均粒度为约0.02至约5.0微米。在其他实施方式中，分散体的平均粒度可以为约0.04至约2.0微米。本文使用的“平均粒度”指体积平均粒度。为了测量粒度，例如可以使用激光衍射技术。本说明书中的粒度指分散体中聚合物的直径。对于非球形的聚合物颗粒，颗粒的直径是颗粒长短轴的平均值。可以在Beckman-Coulter LS230激光衍射粒度分析仪或其他合适的装置上测量粒度。
在具体实施方式中，热塑性树脂和稳定剂可以与水和中和剂(例如氨水、氢氧化钾，或两者的组合)一起在挤出机中熔融捏合，形成分散体。本领域技术人员将认识到，可以使用大量其他中和剂。在一些实施方式中，可以在将热塑性树脂和稳定剂共混之前、之中或之后加入填料。
可以使用本领域已知的任何一种熔融捏合装置。在一些实施方式中，可以使用捏合机、![]()
混合器、单螺杆挤出机、或多螺杆挤出机。根据本发明制备分散体的方法没有特别限定。例如，在美国专利5,756,659和美国专利公布20010011118中公开了熔融捏合上述组分的方法。
图2图示说明可以用于本发明实施方式的挤出装置。在一些实施方式中，挤出机20，即双螺杆挤出机，连接有背压调节器、熔体泵或齿轮泵30。实施方式也提供碱槽40和初始水槽50，它们各自包括泵(未示出)。由碱槽40和初始水槽50分别提供所需量的碱和初始水。可以使用任何合适的泵，但在一些实施方式中使用的泵提供约150cc/min流量和240巴压力，从而将碱和初始水供应到挤出机20。在其他实施方式中，液体注入泵在200巴下提供300cc/min的流量或者在133巴下提供600cc/min。在一些实施方式中，在预热器中预热碱和初始水。
通常，可以采用本领域技术人员已知的制备热塑性聚合物(聚烯烃和聚氨酯)分散体的任何方法。本文定义的合适的储存稳定的聚氨酯分散体为任何平均粒度小于约5微米的聚氨酯分散体。储存不稳定的聚氨酯分散体的平均粒度可大于5微米。例如，通过使用混合器混合聚氨酯预聚物和水并在水中分散预聚物可以制备合适的分散体。或者，通过将预聚物和水一起输送到静态混合装置中，并在该静态混合器中分散水和预聚物可以制备合适的分散体。制备聚氨酯水分散体的连续法是已知的且在本文公开的实施方式中可以使用。例如，美国专利4,857,565、4,742,095、4,879,322、3,437,624、5,037,864、5,221,710、4,237,264和4,092,286中均描述了可用于制备聚氨酯分散体的连续方法。此外，可以通过美国专利5,539,021描述的连续方法制备具有高内相比(internal phase ratio)的聚氨酯分散体。
其他类型的聚合物水分散体可以与可用于本文公开的实施方式中的聚烯烃和聚氨酯分散体结合使用。可用于和聚氨酯分散体共混的合适的分散体包括：
苯乙烯-丁二烯分散体；苯乙烯-丁二烯-偏二氯乙烯分散体；苯乙烯-丙烯酸烷基酯分散体；乙烯乙酸乙烯酯分散体；聚氯丙烯胶乳；聚乙烯共聚物胶乳；乙烯苯乙烯共聚物胶乳；聚氯乙烯胶乳；或丙烯酸类分散体，类似化合物，以及它们的混合物。
在聚氨酯分散体的制备实施方式中，当粘度低且可以获得良好的混合时，可以将表面活性剂和抗氧化剂、杀菌剂等一起加入聚氨酯分散体中。然后，可以加入分散稳定剂，接着再加入任何无机填料，足够缓慢添加以确保填料良好的分散和避免成团/结块。最后，可以加入增稠剂以获得所需的粘度。认为在填料和增稠剂添加之后添加硬脂酸铵，聚氨酯分散体颗粒的孔隙胀大，导致混合上粘度较低。
发泡表面活性剂
可用于制备泡沫的表面活性剂在本文称为发泡表面活性剂(frothing表面活性剂)。发泡表面活性剂使得用于发泡的气体(通常是空气)均匀并有效地分散到配制的起泡分散体中。优选该发泡表面活性剂在干燥之后得到不起泡的复合泡沫材料产品。
本发明的实施方式可以使用发泡表面活性剂以促进形成稳定的分散体并有助于发泡。通过在开始产生泡沫时将发泡稳定表面活性剂加入聚烯烃树脂的水分散体中，可以实现在发泡和干燥步骤中产生并稳定泡沫。此外，这些表面活性剂也可以用于改进经干燥的泡沫材料的水润湿。合适的发泡表面活性剂可选自阳离子、非离子和阴离子表面活性剂。在一些实施方式中，发泡表面活性剂可包括上述稳定剂。
在一些实施方式中，发泡表面活性剂可以是烷基纤维素醚、羟烷基纤维素醚、羟烷基烷基纤维素醚、瓜尔胶、黄原胶、和分子量至少20,000的聚氧化乙烯树脂、或其组合。其他合适的发泡表面活性剂可以选自阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂。阳离子表面活性剂的实例包括季胺、伯胺盐、二胺盐、和乙氧基化胺。非离子表面活性剂的实例包括含有氧化乙烯的嵌段共聚物、有机硅表面活性剂、烷基酚乙氧基化物、和含有多于8个碳原子烷基的直链和仲醇乙氧基化物。
阴离子表面活性剂的实例包括磺酸盐、羧酸盐和磷酸盐。在一种实施方式中，可用于从所述水分散体中制备泡沫的阴离子表面活性剂可以选自羧酸盐和酯及羧基脂肪酸(carboxylic fatty acid)的酰胺，优选包含12-36个碳原子的脂肪酸，例如硬脂酸或月桂酸、棕榈酸、肉豆蔻酸、油酸、亚油酸、蓖麻油酸、芥酸等。
在一些实施方式中，表面活性剂可以包括两性表面活性剂，如氨基丙酸酯、两性磺酸盐、甜菜碱、咪唑啉类两性表面活性剂和磺基甜菜碱等。例如，表面活性剂可源自咪唑啉并且可以是乙酸酯形式(含有盐)的或丙酸酯形式(不含盐)的。合适的两性表面活性剂的实例包括诸如以下的表面活性剂：月桂酰胺基丙基甜菜碱、月桂亚氨基二丙酸钠、椰油酰胺基丙基羟基磺基甜菜碱、烷基醚羟丙基磺基甜菜碱、
辛酰基两性羟丙基磺酸钠(sodium capryloampho hydroxypropylsulfonate)、N-辛酰基乙基-N-羟基乙基氨基二丙酸二钠(disodiumcapryloampho dipropionate)、N-椰油酰胺基乙基-N-羟基乙基氨基乙酸钠(sodium cocoamphoacetate)、N-椰油酰胺基乙基-N-羟基乙基氨基二乙酸二钠、N-椰油酰胺基乙基-N-羟基乙基氨基丙酸钠、辛基亚氨基二丙酸二钠、N-椰油酰胺基乙基-N-羟基乙基氨基羟丙基磺酸钠、月桂基亚氨基二丙酸二钠、硬脂酰胺基乙基-N-羟基乙基氨基乙酸(soditum stearoampho acetate)和牛油亚氨基二丙酸二钠。也可以使用本领域已知的其他两性表面活性剂。
在一种实施方式中，当在成品泡沫材料中期望良好的“手”感或类织物感时，可以使用饱和的脂肪酸衍生物(例如，硬脂酸或棕榈酸的盐)。其他合适的阴离子表面活性剂包括烷基苯磺酸盐、仲或正烷烃磺酸盐、α-烯烃磺酸盐、二烷基二亚苯基氧化磺酸盐(dialkyl diphenylene oxide sulfonate)、磺基琥珀酸酯、异硫代硫酸盐(isothionates)、直链烷基(醇)硫酸盐和直链醇醚硫酸盐。可理解的是，发泡稳定表面活性剂与用于制备分散体的表面活性剂可以相同或不同。这些表面活性剂既可以用于帮助泡沫形成，又有助于稳定该泡沫。在具体实施方式中，表面活性剂可以选自以下物质中的至少一种：碱金属，一烷醇胺、二烷醇胺和三烷醇胺(例如，一乙醇胺、二乙醇胺或三乙醇胺)，和月桂基硫酸的铵盐，十二烷基苯磺酸盐，乙氧基化脂肪醇醚硫酸盐(alcohol ethoxy sulfate)，和异硫代硫酸盐，N-辛基癸基磺基琥珀酰胺酸(N-octyldecylsulfosuccinimate)的二取代盐，及其混合物。在其他实施方式中，泡沫稳定剂可包括纤维素。
在一些实施方式中，发泡表面活性剂可以使用的量使得所得的泡沫如下所述可含有基于热塑性聚合物的干燥重量0.01～10.0wt％的发泡表面活性剂；在其他实施方式中，泡沫可含有基于热塑性聚合物的干燥重量0.02～3.0wt％的发泡表面活性剂；在其他实施方式中，含有基于热塑性聚合物的干燥重量0.03～2.5wt％的发泡表面活性剂；以及还在其他实施方式中，含有基于热塑性聚合物的干燥重量0.05～10.0wt％的发泡表面活性剂。在各种其他实施方式中，在泡沫可以存在的发泡表面活性剂量基于塑性聚合物的干燥重量下限为0.01、0.02、0.03、0.04或0.05wt％，基于塑性聚合物的干燥重量上限为2.0、2.5、3.0、4.0、5.0或10.0wt％，为所给出的上限和下限的任意组合。
适合制备实施方式中使用的泡沫材料的聚氨酯配制物可以由聚氨酯分散体和泡沫发泡和稳定表面活性剂制备。已经发现，使用通过使用选择的发泡和稳定表面活性剂或其组合，可以获得较低密度的泡沫材料，同时保持了期望的泡沫材料性质如耐磨性，拉伸、撕裂和伸长性质(TTE)，压缩变定，泡沫材料复原性，湿态强度，韧性，以及与基材的粘合性。在一些实施方式中，由发泡过的分散体制备的泡沫材料的密度可以为35kg/m3～160kg/m3；在其他实施方式中为40-150kg/m3；在其他实施方式中为50-120kg/m3；以及还在其他实施方式中为60-80kg/m3。
在所选的实施方式中，制备聚氨酯泡沫材料的发泡表面活性剂可以选自阴离子、阳离子或两性离子表面活性剂。常用的阴离子表面活性剂的实例为月桂基硫酸钠；然而，该表面活性剂的缺点是在最后的泡沫产物中发生后起泡(post-sudsing)。发泡表面活性剂的其他实例包括羧酸盐。该表面活性剂可以由以下通式表示：
RCO2-X+ (式1)
其中R表示C8-C20直链或支化烷基，其可以包含芳族、脂环族、或杂环；X为反离子。通常X为Na、K或胺，如NH4+、吗啉、乙醇胺、三乙醇胺等。在一些实施方式中，R可包含10～18个碳原子，且在其他实施方式中，R可包含12～18个碳原子。该表面活性剂可以包含多个不同的R种类，例如脂肪酸的C8-C20烷基盐的混合物。在一些实施方式中，该表面活性剂为铵盐，如硬脂酸铵。
发泡表面活性剂的用量，相对于聚氨酯分散体固体基于表面活性剂中的干燥固体含量以每100份聚氨酯分散体固体所占的份数计，在一些实施方式中可以为每100份聚氨酯分散体使用1～15份干表面活性剂；在其他实施方式中为1～10份；还在其他实施方式中为1～5份。可以使用较高水平的发泡表面活性剂同时降低稳定表面活性剂，但不是希望的，因为同时水的加入量增加。此外，高水平的表面活性剂对泡沫复合材料还具有其他有害影响如起雾增加和污染增加。
可用于制备聚氨酯泡沫材料的其他发泡表面活性剂可以是基于磺酸盐的那些，例如诸如烷基苯磺酸盐的硫酸酯，琥珀酰胺酸盐和磺基琥珀酰胺酸盐。其他硫酸酯可以为磺基琥珀酸酯类型，其可以由以下通式表示：
R2OOCCH2CH(SO3-M+)COOR2 (式2)
其中R2在每次出现时独立地为C6-C20直链或支化烷基，其可包含芳族或脂环族，且M为反离子。通常，M是氨或元素周期表1A族的元素，例如锂、钾或钠。在一些实施方式中，R2可含有8～20个碳原子；在其他实施方式中，R2可含有10～18个碳原子。在每种情形中表面活性剂可含有不同的R2种类。在一些实施方式中，R2为胺。在其他实施方式中，该表面活性剂为铵盐或十八烷基磺基琥珀酸盐。在一些实施方式中，每100重量份聚氨酯分散体使用0.01～20份固体表面活性剂；在其他实施方式中，使用0.05～10份；还在其他实施方式中，使用0.1～6份。
除了上面给出的阴离子表面活性剂之外，也可以使用两性离子表面活性剂以增强聚氨酯泡沫的发泡和/或稳定性。
两性离子表面活性剂包括N-烷基甜菜碱，如β-烷基丙酸衍生物。该表面活性剂可以由以下通式表示：
R3N+(CH3)2CH2COO-M+ (式3)
R3N+Cl-M+ (式4)
R3N+Br-M+ (式5)
其中R3为C6～C20直链或支化烷基，其包含芳族或脂环族，且其中R3和M如上所述。当使用时，在一些实施方式中，每100份聚氨酯分散体可以使用0.01～5份干两性离子表面活性剂；在其他实施方式中，可以使用0.05～4份。
除了上面列出的表面活性剂之外，可以使用对泡沫没有不利影响的其他表面活性剂。特别是，可以将上面列出的表面活性剂与其他阴离子、两性离子或非离子表面活性剂组合使用。
添加剂
本文公开的聚合物、分散体、泡沫和泡沫材料可任选含有填料，其含量根据其计划的应用为热塑性树脂重量的约2-100％(干基)。这些任选的成分可以包括，例如，碳酸钙、二氧化钛粉末、聚合物颗粒、空心玻璃球、拉裂纤维、聚合物纤维如基于聚烯烃的纤维单丝等。计划用于吸收制品的泡沫材料可含有散装(bulk)液体吸收材料，如均匀分布在整个聚合物泡沫材料中的短的棉纤维或其他纤维素纤维。
添加剂可以和热塑性聚合物、分散稳定剂、发泡表面活性剂或填料一起使用，而不偏离本发明的范围。例如，添加剂可以包括润湿剂、表面活性剂、抗静电剂、消泡剂、抗粘连剂、蜡-分散颜料、中和剂、增稠剂、相容剂、光亮剂、流变改性剂、生物杀灭剂、杀真菌剂，和本领域技术人员一种的其他添加剂。
添加剂和辅剂可包括在包括热塑性聚合物的任何配制物中。合适的添加剂包括填料，例如有机或无机粒子，包括粘土，滑石，二氧化钛，沸石，金属粉末，有机或无机纤维，包括碳纤维，氮化硅纤维，钢丝或筛网，和尼龙或聚酯绳索(cording)，纳米尺寸的粒子，粘土等；增粘剂，油增容剂(oilextenders)，包括石蜡油或环烯烃油(napthelenic oils)；以及其它天然的和合成的聚合物，包括根据本发明实施方式的其它聚合物。
本文公开的组合物可含有加工油(processing oil)、增塑剂和加工助剂(通称为加工油)。具有某个ASTM名称的加工油和石蜡，环烷烃或芳族加工油都是适合使用的。在一些实施方式中，每100份总聚合物可使用0至150份加工油；在其他实施方式中，可使用0至100份加工油；以及还在其他实施方式中，每100份总聚合物可使用0至50份加工油。更高量的加工油往往改善得到的产品的加工，但是会以牺牲一些物理性质为代价。另外的加工助剂包括常规的蜡，脂肪酸盐，如硬脂酸钙或硬脂酸锌，(聚)醇，包括二醇，(聚)醇醚，包括二醇醚，(聚)酯，包括(聚)二醇酯，及其金属盐，尤其是1族或2族金属盐或其锌盐衍生物。
包括热塑性共混物的组合物也可含有抗臭氧剂或抗氧化剂。抗臭氧剂可为物理保护剂如蜡状物质(其与表面接触并保护热塑性泡沫材料不受氧气或臭氧损害)，或者它们可为与氧或臭氧反应的化学保护剂。合适的化学保护剂包括苯乙烯化酚，丁基化的辛基化的酚(butylated octylated phenol)，丁基化的二(二甲基苄基)酚，对苯二胺，对甲酚和二环戊二烯(DCPD)的丁基化的反应产物，聚苯酚类抗氧化剂，氢醌衍生物，喹啉，二苯撑(diphenykene)抗氧化剂，硫酯抗氧化剂及其共混物。这些产品的一些代表性的商标名是WINGSTAYTM S抗氧化剂，POLYSTAYTM 100抗氧化剂，POLYSTAYTM 100AZ抗氧化剂，POLYSTAYTM 200抗氧化剂，WINGSTAYTM L抗氧化剂，WINGSTAYTM LHLS抗氧化剂，WINGSTAYTM K抗氧化剂，WINGSTAYTM29抗氧化剂，WINGSTAYTM SN-1抗氧化剂，和IRGANOXTM抗氧化剂。在一些应用中，所用的抗氧化剂和抗臭氧剂将优选为是非着色的(non-staining)和非迁移的(non-migratory)。
为了提供对UV辐射的额外的稳定能力，也可使用受阻胺光稳定剂(HALS)和UV吸收剂。合适的实例包括可得自Ciba Specialty Chemicals的TINUVINTM 123，TINUVINTM 144，TINUVINTM 622，TINUVINTM 765，TINUVINTM 770，和TINUVINTM 780，和可得自Cytex Plastics，Houston TX，USA的CHEMISORBTM T944。如美国专利6,051,681中所披露的，为了获得优异的表面品质，可额外包括路易斯酸与HALS化合物。
对于一些组合物，可将另外的混合方法用于预分散抗氧化剂、抗臭氧剂、碳黑、UV吸收剂和/或光稳定剂，从而形成母料，并且接着由其形成聚合物共混物。
合适的用于本文的交联剂(也称为固化剂或硫化剂)包括基于硫的，基于过氧化物的，或基于酚类的化合物。前述物质的实例可在现有技术中找到，包括美国专利3,758,643、3,806,558、5,051,478、4,104,210、4,130,535、4,202,801、4,271,049、4,340,684、4,250,273、4,927,882、4,311,628和5,248,729。
当在亲水性聚氨酯泡沫材料的制造中使用异氰酸酯基-封端的预聚物时，可以有利地在预聚物内加入交联剂(cross-linking agent)，与在羟基组合物中存在时形成对照，该交联剂将与异氰酸酯基/预聚物反应。以这种方式引入交联剂可促进具有吸引人的机械性质的泡沫材料的制备。适合加入预聚物中的交联剂的代表是通常具有3～4个平均羟基官能度的低分子量多元醇，或者通常具有3或4个胺基的低分子量胺。交联剂可包括甘油、三羟甲基丙烷、其低分子量烷氧基化(alkotylated)衍生物。也可以使用乙二胺。该交联剂的存在量在一些实施方式中可以为0.1～5wt％；在其他实施方式中为0.5～3wt％；还在其他实施方式中为1～3wt％；基于与异氰酸酯反应的聚醚多元醇、交联剂和任选的粘度改性剂的总量。
其他预聚物也可以包括增链剂或固定剂(crosslinker)。通过增链剂和聚氨酯预聚物中异氰酸酯官能团的反应，增链剂可以用来增加聚氨酯预聚物的分子量，即，使聚氨酯预聚物链增长。合适的增链剂或固定剂通常是每分子具有约2个或更多个活性氢基团的低当量含活性氢的化合物。增链剂通常具有2个或更多个活性氢基团，而固定剂具有3个或更多个活性氢基团。该活性氢基团可以是羟基、巯基或氨基。可以用封端、包封或其他方式使胺增链剂的反应性变小。其他物质(尤其是水)可以用于增加链长，因此可以是增链剂。
多胺增链剂可以选自胺封端的聚醚，例如Huntsman Chemical Company的![]()
D-400、氨基乙基哌嗪、2-甲基哌嗪、1，5-二氨基-3-甲基戊烷、异佛尔酮二胺、乙二胺、二亚乙基三胺、氨基乙基乙醇胺、三亚乙基四胺、三亚乙基五胺、乙醇胺、任何立体异构形式的赖氨酸及其盐、己二胺、肼和哌嗪。在一些实施方式中，增链剂可以水溶液的形式使用。
在聚氨酯分散体的形成中，可使用的增链剂量足以与预聚物中存在的0～100％异氰酸酯基官能团反应，基于1当量异氰酸酯与1当量增链剂反应。允许水担当增链剂并与存在的部分或全部异氰酸酯官能团反应可能合乎需要。可任选使用催化剂来促进增链剂和异氰酸酯之间的反应。当增链剂具有多于2个活性氢基团时，它们也可以同时担当固定剂。
根据本发明实施方式的热塑性组合物也可含有有机或无机填料或其它添加剂如淀粉，滑石，碳酸钙，玻璃纤维，聚合物纤维(包括尼龙，人造丝，棉花，聚酯，和聚芳酰胺)，金属纤维、片或粒子，可膨胀的层状硅酸盐，磷酸盐或碳酸盐，如粘土，云母，硅石，矾土，铝硅酸盐或铝磷酸盐，碳须晶，碳纤维，纳米粒子包括纳米管，硅灰石，石墨，沸石，和陶瓷如碳化硅、氮化硅或二氧化钛。基于硅烷的或其它偶联剂也可用于获得更好的填料粘结(filler bonding)。
常规填料的实例包括磨碎玻璃、碳酸钙、三水合铝、滑石、膨润土、三氧化锑、高岭土、粉煤灰(fly ash)、或其他已知的填料。在聚氨酯分散体中合适的填料装载量例如可以为每100份分散体固体为0～200份(pphds)。在一些实施方式中，可以装载的填料量小于约100pphds，在其他实施方式中小于约80pphds。添加无机填料通过在生产线上较快的干燥速度可以提高泡沫复合材料的生产，因为干燥时要去除的水的百分率较低。
任选可以使用填料润湿剂。填料润湿剂可以改进填料和聚烯烃或聚氨酯分散体的兼容性。有用的润湿剂包括磷酸盐如六偏磷酸钠。可包含的填料润湿剂的浓度为至少0.5pphds。
增稠剂可用于增加聚氨酯和聚烯烃分散体的粘度。例如，合适的增稠剂包括ALCOGUMTM VEP-II(Alco Chemical Corporation的商业品牌)和PARAGUMTM 241(Para-Chem Southern，Inc.的商业品牌)。其他合适的增稠剂可包括纤维素衍生物如METHOCELTM产品(The Dow Chemical Company的商业品牌)。增稠剂可以任何需要的量使用以制备所需粘度的分散体。
当希望控制含水相的粘度和促进例如填料或纤维的输送和分配时，可以使用增稠剂。填料可包括粘土、硅藻土、碳酸钙、和无机纤维如wallastonite；含水的胶乳，例如苯乙烯-丁二烯。增稠剂可以包括天然产物如黄原胶，或化学试剂如聚丙烯酰胺聚合物和凝胶。其他添加剂包括混合助剂和乳化剂。
亲水性聚氨酯泡沫材料可以在不存在催化剂的条件下制备。然而，如果需要，可以通过将催化剂与含水混合物或与异氰酸酯-封端的预聚物预混合(但此时仅在其用于与含水混合物刚要反应之前)，而将催化剂加入异氰酸酯-封端的预聚物/含水混合物中。在需要时，以一定量加入催化剂，从而改变反应产物的固化时间并有助于获得泡沫材料期望的物理性质。合适的催化剂包括碳酸氢钠、叔胺和有机金属化合物。其他合适的催化剂可包括N甲基吗啉、N乙基吗啉、三甲胺、三乙胺、四甲基丁烷二胺、三亚乙基二胺、二甲氨基乙醇胺、苄基二甲基胺、二丁基二月桂酸锡和辛酸亚锡。
当希望改变所得聚合物的物理性质时，除了纤维和填料之外，也可以利用含水相引入其他物质，例如脂肪油和功能添加剂。在最终应用需要时，也可以存在能通过气味进行检测的香料或香水或其他物质。如果最终应用需要具有某些生理活性的聚合物，则也可以利用含水相引入活性分子，例如农药、杀虫剂、除草剂、引诱剂、信息素、生长促进或调节物质或植物或动物营养素。如果所得聚合物欲用于要求电或发光性能的最终应用中，则可以使用含水混合物引入电解质，由此使聚合物为导电的，或者引入荧光或磷光添加剂，由此使聚合物为发光的。尽管通常这些额外的物质经由水相引入，但在普遍没有不利的反应或反应条件时也可以相同的方式使用该异氰酸酯-封端的预聚物。
尽管对于本发明的目的而言是任选的，但一些组分在制造方法期间或之后对产品稳定性和耐久性可能十分有利。例如，在一些实施方式中，包含抗氧化剂、生物杀灭剂和防腐剂会是十分有利的。
泡沫的制备
为了由上述分散体制备泡沫，通常使用气态发泡剂。合适的发泡剂的实例包括：气体和/或气体混合物，如空气、二氧化碳、氮气、氩气、氦气。通常在大气压以上将上述气体引入分散体中而引入发泡剂，从而在预定停留时间期间通过机械剪切力形成均匀的泡沫。在制备泡沫中，可以将分散体的所有组分进行混合，然后使用诸如OAKESTM，COWIE & RIDINGTM或![]()
发泡机(frother)的装置可以将气体混入混合物中。
使用机械方法如在大气压条件下高速剪切、机械混合工艺，将空气或其他气体夹带在分散体的水相或任选在搅拌时将气体注入系统中，可以由分散体/表面活性剂/任选的添加剂混合物制备泡沫。可以引入泡沫中的空气或其他气体(其中除了空气之外还引入气体或不同于空气的气体是合乎需要的)的量，在一种实施方式中可占至少80％体积，在另一实施方式中占至少85％体积，以及还在另一实施方式中占至少90％体积。最初，可以将用于制备泡沫的所有组分以温和的搅拌方式混合在一起以避免夹带(entrap)空气。
一旦所有成分均充分混合，就可以将混合物暴露于高剪切机械混合。在此步骤期间，随着更多空气夹带进入连续的水相，混合物的本体粘度会增加，直到形成不能流动的硬的泡沫。获得具有期望密度的泡沫所需要的混合时间可以随泡沫稳定表面活性剂的含量和类型及机械剪切量而变化。可以使用能够将空气打泡到增稠的水分散体中的任何机械混合装置，例如厨房用搅拌器/手动混合器、装配有金属丝搅打器(wire whip)的Hobart混合器、或者较大尺寸的COWIE-RIDINGTM Twin Foamer(Cowie Riding Ltd.)。市售的发泡器也可以允许将空气注入它们的高剪切混合头中，从而获得非常低密度(小于50g/L)的泡沫。
泡沫密度可以例如通过以下方式测量：将预定体积和重量的杯中的泡沫样品排放出，称重该装填泡沫的杯子，然后计算样品的密度。在市售的起泡器中，可以直接将空气加入混合头以帮助形成低密度泡沫。可以增加或减小发泡装置的速度以获得所需的泡沫密度。在一种实施方式中，泡沫密度可以为约0.04～0.15g/cc，在另一实施方式中为约0.07～0.10g/cc。在其他实施方式中，泡沫密度可以为0.05g/cc～0.09g/cc。一旦获得所需的泡沫密度，在泡沫转变成泡沫材料之前，可以任选将泡沫铺展在基材上。
也可以形成包含所述聚合物的发泡的泡沫材料，如2004年8月25日提交的PCT申请PCT/US2004/027593披露的，该申请公布为WO2005/021622。在其他实施方式中，也可以将聚合物进行交联，优选在形成泡沫材料之后通过任何已知的方式，如使用过氧化物、电子束、硅烷、叠氮化物、γ辐射、紫外辐射、或其他交联技术。该聚合物也可以是化学改性的，例如通过以下方式化学改性：接枝(例如，使用马来酸酐(MAH)、硅烷或其他接枝剂)、卤化、胺化、磺化、或其他化学改性方法。
干燥和回收步骤
在一种实施方式，可以通过除去如本文所述制备的泡沫的至少一部分液体/水成分由泡沫制备泡沫材料。在其他实施方式中，可以通过除去泡沫的至少大部分液体/水成分由泡沫制备泡沫材料。还在其他实施方式中，可以通过除去基本上全部液体/水成分来制备泡沫材料。在各种实施方式中，可以除去大于30wt％、大于50wt％、大于80wt％、大于90wt％、大于95wt％、大于98wt％或大于99wt％的液体/水成分。可以选择除去液体部分的方式，从而使泡沫体积坍塌量最小。在一种实施方式中，可以通过在强制空气干燥炉中，在选择的最适宜干燥的温度下加热，干燥泡沫并将其转化为泡沫材料。在一种实施方式中，可以将泡沫加热至温度约60℃～120℃。
在热塑性树脂的性质允许时，可以在尽可能快地从泡沫中除去水而不损害泡沫气泡表面上的聚烯烃树脂颗粒的粘度或引起部分干燥的泡沫显著坍塌(例如，大于75-80体积％)可行的最高温度下进行加工。在另一实施方式中，可以选择干燥温度，使其不超过热塑性纤维的熔点温度。在一种实施方式中，在接近但不超出热塑性树脂熔化温度范围的温度下干燥泡沫将会是合乎需要的。在另一实施方式中，在泡沫已变成完全“干燥的”最终形式和尺寸且泡沫中至少95wt％的水已排除之前，达到热塑性树脂中无定形区域开始聚结同时与纤维假交联(pseudo-crosslink)的温度并避免泡沫坍塌或至少使泡沫坍塌最小化将会是合乎需要的。所得的“干燥的”泡沫材料密度在一些实施方式中可以为约0.025～0.5g/cc；在其他实施方式中为0.05～0.3g/cc；在其他实施方式中为0.02～0.07g/cc；还在其他实施方式中为约0.03～0.05g/cc。在其他实施方式中，泡沫材料的密度范围可以为0.03g/cc～0.06g/cc。
干燥的泡沫材料的一些实施方式的平均厚度可以为约0.5mm～300mm或更大；在其他实施方式中为约1mm～6mm；以及还在其他实施方式中为0.01cm～2.5cm。干燥的泡沫材料的其他实施方式的平均厚度可以为0.05cm～2.0cm；还在其他实施方式中为1～1.5cm。包含该干燥的泡沫材料的实施方式的制品可以包括至少一层平均厚度为0.1cm～2.5cm的泡沫材料层；在其他实施方式中厚度为0.5cm～2.0cm；还在其他实施方式中厚度为1.0cm～1.5cm。在一些实施方式中，两种或更多种泡沫材料可以层合在一起；在各种实施方式中，该两种或更多种泡沫材料可具有相同或不同的密度，相同或不同的泡孔尺寸，或者相同或不同的结构(原纤化、开孔的、闭孔的等等)。开孔泡沫材料具有相互连接的孔隙或泡孔，而闭孔泡沫材料没有相互连接的孔隙或泡孔。在其他实施方式中，可以将一种或多种泡沫材料与基材如膜层合。
干燥泡沫以形成本发明所需的泡沫材料可以间歇或连续的方式进行。可以使用如下装置用于干燥，包括例如，常规的强制空气干燥炉或多排红外加热灯或介电加热装置，例如无线电(通常在1-100MHz的允许频率带下操作)和微波(通常在400-2500MHz的允许频率带下操作)频率能量发生源，其衬有可以连续方式在其中放置或传输泡沫的管或室。可以使用这种干燥能量源的组合，同时或依次施用，以干燥泡沫形成泡沫材料。在一种实施方式中，该干燥包括同时使用介电装置和强制空气干燥炉。对于厚度为约0.25～0.6cm的泡沫材料，当强制空气炉在约75℃下工作以及无线电频率发生器将泡沫加热至约45～50℃的内部温度时，可以快到45～90秒完成干燥。可以根据用于制备泡沫材料的聚烯烃树脂的性质和熔点范围(如DSC测定的)选择干燥操作的温度。在文献“Foundations of Industrial Applications ofMicroware and Radio Frequency Fields，”Rousy，G and Pierce，J.A.(1995)更详细地规定了不同国家工业应用中许可的介电加热频率带。
在一种实施方式中，吸收结构体(泡沫材料)可以具有非泡孔的(non-cellular)原纤化形态。本文中使用的“非泡孔的原纤化结构”指由原纤维或线状长丝构成或含有原纤维或线状长丝的具有敞开、随机、非泡孔形态的泡沫材料。例如，该非泡孔的原纤化结构可以是不均匀和非重复的，例如其中原纤维形成非织造的纤维状网布和其中大部分支柱(strut)不是相互连接的。
在其他实施方式中，本文公开的泡沫材料可以是开孔泡沫材料，其中泡沫材料的大部分(大于等于50％)泡孔的孔度为约5～约1000微米。在其他实施方式中，该泡沫材料的特征在于，其大部分泡孔基本上为椭圆体形状。
本文描述的泡沫材料可附着在基材上。在一些实施方式中，泡沫材料和基材之间的粘合力可以为0.1lbf/in或更大。在其他实施方式中，泡沫材料和基材之间的粘合力可以为0.15lbf/in或更大；还在其他实施方式中，泡沫材料和基材之间的粘合力可以为0.2lbf/in或更大。
其他泡沫材料
可用于本文公开的实施方式的其他泡沫材料可以包括天然和合成的基于纤维素的泡沫材料，包括由天然植物材料制得的材料，该天然植物材料包括棉花、木材和其他天然纤维。在其他实施方式中，可以使用由水基分散体形成的泡沫材料，该水基分散体由丙烯酸类、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、氨基甲酸酯、氯乙烯、偏二氯乙烯或丙烯腈聚合物形成。还在其他实施方式中，泡沫材料可包括胶乳泡沫材料或天然海绵。
纺织品基材
可用于本文公开的复合结构体的实施方式中的基材可以包括无纺布、弹性无纺布和软的无纺布。无纺布纺织品是既非机织又非针织的那些纺织品。无纺布通常通过以下方法制造：将小纤维以片状或网状的形式放在一起，然后用粘合剂或热将它们机械地相结合。在其他实施方式中，基材可包括织物或其他纺织品，多孔膜和其他无纺布，包括涂布的基材。在一些实施方式中，该基材可以是软的纺织品，如软的或弹性无纺布，例如弹性聚烯烃或聚氨酯。由微旦纤维制得的机织物和/或针织物也可以提供所需的基材性能。
在一些实施方式中，无纺布可以基于聚烯烃单组分纤维，例如聚乙烯。在其他实施方式中，可以使用双组分纤维，例如芯基于聚丙烯且外皮可基于聚乙烯。应理解，在复合结构体的实施方式中使用的纤维可以是连续的或非连续的(如短纤)。
在WO2005111282A1中描述了合适的软的无纺布的一个实例，披露了一种耐起毛/磨损性小于0.5mg/cm2，挠曲刚度小于或等于0.043*基重-0.657mN·cm的无纺布材料。无纺布材料的基重可大于15克/m2，在MD方向(基重为20克/m2时)的纵向(MD)抗拉强度大于25N/5cm，以及加固面积(consolidation area)小于25％。在其他实施方式中，纺粘型(spun-bonded)无纺布织物可以使用直径为0.1～50旦尼尔的纤维制得。
在WO2005111291A1中描述了合适的软的无纺布的一个其他具体实例，披露了一种耐起毛/磨损性小于0.7mg/cm2且挠曲刚度小于0.15mN·cm的无纺布材料。该无纺布材料的基重可大于15克/m2，抗拉强度大于10N/5cm MD和7N/5cm横向(CD)(在基重为20GSM时)，以及加固面积小于25％。在其他实施方式中，可以由聚合物共混物形成0.1～50旦尼尔的纤维，其中该聚合物共混物包括：a)占聚合物共混物40wt％～80wt％的第一聚合物，该第一聚合物是1)熔体指数为1～1000克/10分钟和2)密度为0.87～0.95克/cc的均一的乙烯/α-烯烃互聚物；和b)60～20wt％的第二聚合物，该第二聚合物可以是1)熔体指数为1～1000克/10分钟和2)密度大于第一聚合物密度至少0.01克/cc的乙烯均聚物或乙烯/α-烯烃互聚物。均一的乙烯/α-烯烃互聚物是组成分布宽度系数(CDBI)在一些实施方式中为至少约70％的那些，在其他实施方式中为至少约80％，以及还在其他实施方式中高达100％。本文定义的CDBI如美国专利5,246,783和WO 93/04486中所述，使用美国专利5,008,204所述的装置测量。
此外，也可以使用物理性质与上面描述的那些类似的网布。该网布结构可以由单根纤维、长丝、或者纱线形成，它们相互交织(interlaid)，但不是采用可确认的方式。无纺布织物或网布已经由许多方法形成，例如熔体喷出、纺粘、电纺(electrospun)、和粘合粗梳网(bonded carded web)工艺。在一些实施方式中，无纺布的基重可以为15～500g/m2；在其他实施方式中，无纺布的基重可以为20～250g/m2；还在其他实施方式中，为25g/m2至大于150g/m2。
在一些实施方式中，可以使用弹性无纺布，例如美国专利6,994,763中描述的。该弹性无纺布可以基于双组分纤维，其中芯组分可以为弹性聚合物，外皮组分可以为聚烯烃。该无纺布的基重可以为15g/m2～500g/m2且可以在具有双组分生产能力的纺粘工艺上生产。可商购的用于双组分纤维芯组分的弹性体的代表性实例可以包括以下聚合物：![]()
聚合物、ENGAGETM聚合物、VERSIFYTM弹性体、INFUSETM烯烃嵌段共聚物、VISTAMAXXTM聚烯烃弹性体、VECTORTM聚合物、聚氨酯弹性材料(“TPU”)、聚酯弹性体、和多相嵌段共聚物。用于外皮组分的代表性材料可包括基于聚烯烃的均聚物和共聚物。该聚烯烃聚合物可包括聚丙烯均聚物、聚丙烯无规共聚物、聚丙烯抗冲共聚物，和聚乙烯。在一些实施方式中，聚乙烯的密度可以为0.925g/cm3～0.965g/cm3。
在其他实施方式中，合适的弹性无纺布可以由一种或多种“弹性体”聚合物形成。术语“弹性体”通常指在进行拉伸时在其弹性极限内发生变形或伸展的聚合物。例如，在织物伸长率为30％且一次拉伸之后根据该织物的纵向和横向可回复伸长率值，由弹性体长丝形成的纺粘织物通常的可回复伸长率的均方根平均值(root mean square average)为至少约75％。有利的是，在织物伸长率为50％且一次拉伸之后根据该织物的纵向和横向可回复伸长率值，由弹性体长丝形成的纺粘织物通常的可回复伸长率的均方根平均值为至少约65％。
在一些实施方式中，基材可包括机织物、针织物、和无纺布纤维网。在其他实施方式中，可以用上述聚烯烃和聚氨酯分散体涂布上述基材，形成可用于本文公开的复合结构体的实施方式中的聚烯烃涂布的或聚氨酯涂布的基材。
在其他实施方式中，可以使用开孔膜作为本文的复合结构体或层合体的层。开孔膜的使用可以增加所述结构的强度。此外，开孔膜可以提供合适的施用感觉而不要求与脸或其他敏感皮肤接触。
在WO200080341A1及美国专利3,929,135和4,324,246中可以发现开孔膜的描述。开孔膜可包括薄的聚合物膜和均匀横过膜的宽度上的小的开孔间距。开孔膜通常用于接触身体的吸收制品和非吸收制品，例如婴儿尿布、成人用尿失禁制品、卫生巾或护垫、面部用擦巾、身体用擦巾、衣服制品、医院用床单等。
在其他实施方式中，本文所述的复合结构体可以包括用例如上述聚氨酯分散体和/或聚烯烃分散体涂布的基材，或类似涂层，以便获得增加的基材耐久性和改进的柔软度。
复合结构体中使用的无纺布基材在一些实施方式中可以包括基重为15～500g/m2的单组分和双组分纤维；在其他实施方式中为20～250g/m2；在一些实施方式中为25g/m2～150g/m2或更大；以及在其他实施方式中基重为25～60g/m2。基重可以通过测量已知面积的织物重量而测定。例如，基重可以根据ASTM D 3776测定。
在其他实施方式中，本文所述的复合结构体可以由磨损量小于0.7mg/cm2的基材形成；在其他实施方式中，基材磨损量小于0.6mg/cm2；以及还在其他实施方式中，基材磨损量小于0.5mg/cm2。在磨损时产生的磨损量或起毛量可以通过摩擦试验进行测量。通过将给定砂粒的砂纸以受控的力摩擦样品的表面进行摩擦试验。在试验前后称量样品并测量重量损失，从而确定形成的并通过砂纸从表面除去的细毛量。
制品
由一种或多种上述基材(包括泡沫材料和织物基材)形成的复合结构体可具有柔软度、重量和其他性质的平衡，该其他性质包括抗弯刚性、摩擦系数、抗起毛性、膨松性、体积等。在一种实施方式中，该复合结构体可包括无纺布基材、泡沫基材，或其组合。在一些实施方式中，该基材可以用流体(如基于温和的表面活性剂的溶液)、或者固体(如填料)涂布、浸渍或共混。
在其他实施方式中，复合结构体可至少一个基材层和至少一个开孔泡沫材料层。该基材可包括无纺布、织物等。将开孔泡沫材料和基材(例如，无纺布、织物等)结合到擦巾或其他制品中可赋予该制品额外的柔软度、膨松性和体积。可以获得额外的膨松性和体积，同时增强和/或保持期望的基材独自预先存在的表面感觉。加入所述开孔泡沫材料相比于单独的织物或无纺布层也可以增加可利用的内含物的孔隙体积和/或表面积以及活性剂的传递。
在其他实施方式中，复合结构体可包括开孔泡沫材料层，基材层，和任选的至少一种清洁表面活性剂、活性剂或增强填料。该复合结构体的实施方式可显示期望的性能性质的组合，该性能性质包括高柔软度和高膨松性、和/或优异的耐表面磨损性。柔软的高膨松性复合结构体可用于涉及个人护理、医学、运输(shipping)、和家用品市场(household market)的一次性或半一次性应用。该复合结构体也能够递送用于清洁、抛光或医学应用的湿活性剂或需要润湿的干活性剂。
在其他实施方式中，复合结构体可包括不渗透的基材层。例如热塑性材料膜或热塑性材料浸渍纸层可以在复合结构体层之间提供屏障。当所述结构的一面用于递送湿的或干的活性剂，而另一面保持不含该湿的或干的活性剂时，可以有利地使用不渗透的基材层。例如，EP0951228披露在具有把手(handles)的垫中使用不渗透的层，其可以用于施用指甲油去除剂(丙酮)，同时限制皮肤与该指甲油去除剂接触。当期望形成湿/干擦巾时，也可以有利地使用不渗透的层。
本文公开的复合结构体可用于接触皮肤的清洗擦巾，且可以包括湿和/或干的活性剂。本文公开的复合结构体也可以用于其他应用，包括婴儿用擦巾、擦手巾、家用硬表面清洗剂，以及工业用清洁擦巾。
改进的柔软度或更多布感也是除了皮肤清洁擦巾之外的应用所期望的。这些应用可包括但不限于，敷药垫、抛光布、医用清洁、用于敏感组分的运输/包装材料、和局部药物的施用垫。此外，这些制品可以用作可测量含量的液体物质的临时储存的装置。
上述泡沫材料和/或涂层(分散体和/或泡沫)也可以与同样如上面定义的基材(泡沫材料和/或织物)结合使用。在这些不同组合的制造中也可以使用以下方法/工艺。下面描述的方法是典型的且在标准教科书中可以找到这些方法的详细说明。
在一种实施方式中，基材(泡沫材料和/或织物)可与流体接触(如下述的活性化合物)，从而形成复合结构体。得到的复合结构体可具有期望的性质，如基重、刚度、摩擦系数和抗起毛性。
在一些实施方式中，复合结构体可以由挤出涂布法形成。可以将泡沫(如聚烯烃泡沫)或泡沫材料(如聚氨酯泡沫材料)直接挤出到期望的基材上。可以将第二基材施用到该泡沫或泡沫材料的顶部。在需要时可以反复施用多层。然后可以将此夹层复合材料加热，从而干燥此泡沫材料并将各层粘附在一起。
在其他实施方式中，复合结构体可以通过辊涂(刮刀)形成。可以使用在基材上方固定高度处的刮刀将湿的泡沫材料或泡沫施加到连续的基材带上。湿的泡沫材料连续输送到刮刀的一面产生持续的材料池。在刮刀下面从该材料池中移出的基材具有由刮刀高度确定的所得涂层厚度。在需要时可以增加额外的基材或泡沫材料层。然后可以将得到的结构干燥，除去水分并帮助粘合。
在其他实施方式中，复合结构体可以通过粘合剂的层合形成。干燥的泡沫材料可以粘附层合在需要的基材上。
在其他实施方式中，复合结构体可以通过喷涂法形成。可以将泡沫或湿的泡沫材料喷在期望的基材上并随后进行干燥。
在其他实施方式中，可以通过帘涂法形成复合结构体。可以通过直接将其置于移动的带或基材上而施涂湿的泡沫材料或泡沫。涂层厚度可以通过泡沫或湿的泡沫材料的输送速率和涂布幕帘下方的基材的速度来控制。
在其他实施方式中，可以通过间歇施涂形成复合结构体。可以将泡沫或湿的泡沫材料用手施涂到基材表面。然后使用刮刀和所需厚度的测量棒(metering bars)找平该表面。刀横过测量棒移动，将湿的泡沫材料从表面除去，得到均匀的高度。
在其他实施方式中，形成具有两个或更多个泡沫材料层的制品会是合乎需要的。在一些实施方式中，泡沫材料层的密度可以相同或不同。在其他实施方式中，该两个或更多个泡沫材料层可以是层压的。
其他处理工艺可包括热成型、压花、hydroentaglement、气流成网(airlacing)、暴露于红外加热、以及添加表面纤维如植绒工艺。
所得的复合结构体可具有一个或多个期望的物理性质。在一些实施方式中，所得的复合结构体可具有有利的期望的物理性质的组合。
在一些实施方式中，复合结构体可由基重为15～500g/m2的基材形成。在其他实施方式中，复合结构体可由基重为20～250g/m2，20～80g/m2的基材形成，以及还在其他实施方式中复合结构体可由基重为25～50g/m2的基材形成。基重可以通过测量已知面积的织物重量来确定，其中该面积不小于50mm2。例如，基重可以根据ASTM D 3776测定。
在一些实施方式中，复合结构体可以通过将液体如活性物并入泡沫基材中而形成。在其他实施方式中，复合结构体可包括一个或多个泡沫材料层。泡沫材料和泡沫基材的厚度在一些实施方式中可以为0.5～300mm，以及还在其他实施方式中为1～6mm。在一些实施方式中，聚烯烃泡沫材料和泡沫基材的密度可以为0.025～0.1g/cc，以及在其他实施方式中为0.03～0.06g/cc。聚氨酯泡沫材料和泡沫基材的密度在一些实施方式中可以为0.025g/cc至约0.5g/cc，以及在其他实施方式中为0.05～0.1g/cc。泡沫材料的密度可以通过称重干燥的已知尺寸(体积)的泡沫材料样品而测量。
在一些实施方式中，复合结构体的Kawabata评估体系(KES)摩擦系数可以为0.1～1.0MIU。在其他实施方式中，复合结构体的KES摩擦系数可以为0.3～1.0MIU；在其他实施方式中，为0.4～0.9MIU；以及还在其他实施方式中为0.5～0.8MIU。复合结构体在纵向或横向的KES表面粗糙度在一些实施方式中可以小于4.0微米。在其他实施方式中，复合结构体的KES表面粗糙度可小于3.5微米；在其他实施方式中小于3.25微米；以及还在其他实施方式中小于3.0微米。表面性质(阻力/拖曳力/摩擦力)和表面轮廓(粗糙度)值可以使用KES-FB4表面试验仪测定，其中向样品施加20gf/cm拉力负荷。MIU是摩擦系数的度量，以0-1的等级计量，其中较高的MIU值对应于较大的摩擦力或阻力和拖曳力。对于以微米测量的KES表面粗糙度，较高的值对应于更大几何粗糙的表面。
在一些实施方式中，复合结构体的Kawabata评估体系(KES)压缩回弹性可以为30％～50％。在其他实施方式中，复合结构体的KES压缩回弹性可以为35％～45％；以及还在其他实施方式中，为37％～43％。KES压缩回弹性使用KES-FB3抗压试验机确定，通过向2cm2面积的样品施加0-10gf/cm2的可变负荷测量。压缩回弹性是除去外加负荷之后材料厚度的百分回复率。较高的压缩回弹性数值是有利的且表明在压缩之后百分回复率较大。
复合结构体的抗弯(挠曲)刚度在一些实施方式中在横向和纵向均可以小于1000mN·cm。在其他实施方式中，复合结构体的抗弯刚性可以小于900mN·cm；在其他实施方式中小于800mN·cm；以及还在其他实施方式中小于700mN·cm。抗弯刚性是将织物弯曲41.5°倾斜度所需要的能量的度量，其中该能量以每单位织物宽度给出。为了测量抗弯刚性，可以将基材样品切成25.4mm×152.4mm的小片并放置在凸起的平台(raised platform)上，该平台允许低于所形成的平台水平面41.5°的角度。然后将样品以恒定的速率离开平台向前移动，直到样品的未支承端弯曲接触到41.5°角度。弯曲长度是该测量样品外伸长度(overhang length)的一半。此外，如上概述的计算样品的基重。抗弯刚性由下式计算：G＝m×C310-3(mN-cm)，其中m是样品的基重(g/m2)，C是样品的弯曲长度，以cm计。在确定该方程式时，将重力加速度(9.81m/s2)用四舍五入化为整数10m/s2计算。同样在纵向和横向上测量无纺布织物的抗弯刚性。
在一些实施方式中，复合结构体的纵向抗拉强度可以大于10N/5cm；在其他实施方式中大于12N/5cm；以及还在其他实施方式中大于15N/5cm。织物的抗拉强度可以通过试验方法DIN53354测量。抗拉强度通过如下方法测量：将织物切成5cm×10cm的小片，其中长边为纵向，将该织物保持在拉伸试验仪的卡盘中并测量牵引速度为100mm/min时的抗拉强度。
在一些实施方式中，复合结构体的横向抗拉强可以大于10N/5cm；在其他实施方式中大于12N/5cm；以及还在其他实施方式中大于15N/5cm。织物的抗拉强度可以通过试验方法DIN53354测量。抗拉强度通过如下方法测量：将织物切成5cm×10cm的小片，其中长边为横向，将该织物保持在拉伸试验仪的卡盘中并测量牵引速度为100mm/min时的抗拉强度。
在一些实施方式中，复合结构体可具有良好的抗起毛性。组合物的摩擦试验细毛产生量(Rub Test fuzz generation)在一些实施方式中可以为0.7mg/cm2或更小，在其他实施方式中为0.6mg/cm2；以及还在其他实施方式中为0.5mg/cm2。摩擦试验细毛产生量是在与粗糙表面摩擦之后从样品中除去的每单位面积的纤维的重量度量。为了测量细毛产生量，称重11cm×4cm的样品，放置到Sutherland Ink Rub Tester(摩擦试验机)中。将合适大小的一片320砂粒的砂纸粘附至试验机内的2磅重的支持物上。然后将该称重的支持物放在试样上，接着以每分钟42周的速度开动摩擦试验机。该试验机运行总共20周。然后将该称重的支持物和样品分开。温和地施加并移开胶带，除去试样表面上保留的全部松散的纤维。然后记录摩擦后样品的重量。计算细毛产生量值，为样品中每单位面积样品的重量损失。认为较低的细毛产生量值是理想的。
在一些实施方式中，复合结构体可以具有良好的“手压力(hand)”品质。复合结构体以样品体积归一化的“手压力”值在一些实施方式中为25gf/cm3或更小；在其他实施方式中为14gf/cm3或更小；在其他实施方式中为13gf/cm3或更小；以及还在其他实施方式中11gf/cm3或更小。此外，复合结构体可以具有以样品重量归一化的“手压力”品质，在一些实施方式中为220gf/g或更小；在其他实施方式中为160gf/g或更小；在另外的实施方式中为158gf/g或更小；以及还在其他实施方式中为118gf/g或更小。“手压力”品质看作是因织物材料的表面摩擦、挠性和压缩性的耐受力的组合。正如INDA 1st 90.3(95)中描述的，Handle-O-Meter试验仪(Thwing-AlbertInstrument Co.，West Berlin，NJ制造)使用线性可变微分转换器(LinearVariable Differential Transformer(LVDT))测量上述因素，从而探测当将材料试样用力压入平行边的狭缝(slot)时边刃(blade)所遇到的阻力。3/2数字式伏特计(DVM)显示直接以克计的阻力。将复合结构体样品切成三块50cm2的圆形试样并在试验之前在50％相对湿度和70°F进行调理。将Handle-O-Meter的狭缝宽度设定为20mm。根据仪器制造商的试验手册的要求，在每个试样的四个位置各自进行测量，将四次测量结果求和，得到单个试样的总的手压力，以克-力计。其中所述总的手压力为三个试样的平均值。然后将该平均手压力用试样的重量和体积归一化。
在一些实施方式中，复合结构体可具有柔软度和强度的平衡。例如，通过将流体如活性物与泡沫材料或织物基材接触而形成的复合结构体的干的基重可以为25～150g/m2，挠曲刚度小于1000mN·cm，摩擦系数的范围为0.4～0.9MIU。在其他实施方式中，复合结构体的摩擦试验起毛水平(Rub Testfuzzlevel)还可以为0.7mg/cm2或更小。并且在其他实施方式中，复合结构体的表面粗糙度也可以小于3.5SMD。还在其他实施方式中，复合结构体的手压力还可以小于25gf/cm3
当复合结构体包括两个或更多个层时，这些层可以使用或不使用粘合剂粘附在一起。在一些实施方式中，第一层和相邻第二层的粘合力可以为0.1lbf/in或更大。在其他实施方式中，粘合强度可以为0.151bf/in或更大；以及还在其他实施方式中为0.2lbf/in或更大。粘合强度，或层压体的剥离强度是将每单位面积的层分开所需要的能量的度量。粘合强度是分离开结合的材料所需要的每单位粘合层宽度的平均负荷，其中分离角度为180度，分离速率为6in/min(ASTM D-903)。
活性剂
使用上面的发泡工艺、基材和施涂工艺的复合结构体还可以包括湿的或干的活性剂，用于在具体的最终用途应用中改进性能。直接或在后引入的活性剂可以包括：清洁用添加剂如表面活性剂，增强填料(如摩擦脱皮剂(exfoliates for abrasion)或表皮角质层剥落添加剂(skin peeling additive))，醇或油，毛孔用添加剂(wellness additive)如油类润湿剂；用于皮肤清洁的添加剂如卸妆用油；帮助恢复受压皮肤的添加剂如锌盐、甘菊、万寿菊、芦荟、维生素和矿物质；皮肤护理活性物，如蛋白质(例如，水解胶原质、弹性蛋白、角蛋白、大豆、玉米、小麦、燕麦、蚕丝和合成肽)，植物性药材(绿茶、葡萄籽等)，多糖(如透明质酸、藻类多糖(phycopolysaccharides)、b-1、3-葡聚糖、壳聚糖)，和酶(菠萝蛋白酶、木瓜蛋白酶、超氧化物歧化酶、枯草杆菌蛋白酶)。其他活性剂可包括水分/气味吸收化合物如硅胶、活性炭、沸石等。
可以通过多种机理将这些活性剂引入所述结构体中，这些活性剂例如表面活性剂、润肤剂、肥皂、无机物、润湿剂、香料、清洁剂、杀菌剂、维生素和填料。使用一些或所有的下述方法可以实现活性物的加入。
在一些实施方式中，在发泡聚氨酯分散体如HYPOL*之前可以将活性剂加入水相中。在其他实施方式中，可以在起泡之前将活性剂加入聚烯烃分散体或聚氨酯分散体中。在其他实施方式中，可以在施涂在无纺布上之前将活性物加入聚氨酯分散体中。在其他实施方式中，可以将活性剂加入聚氨酯预聚物中。在其他实施方式中，可以经由后处理或标准涂布工艺将活性剂加入复合结构体，或者加入泡沫材料的表面或者加入泡沫材料的孔隙中。在其他实施方式中，可以使用标准涂布工艺将活性剂加入无纺布基材。还在其他实施方式中，可以将活性剂以额外的层或在复合结构体内的小团形式加入。
实施例
实施例1
将第一![]()
(基于聚乙烯共聚物的弹性无纺布，基重为50g/m2，得自Corovin GmbH Corporation，德国)基材层置于有机硅防粘纸上。然后将测量为200mm×400mm×3.0mm的模板(template)置于该基材上。
通过以下步骤制备由AFFINITYTM基分散体形成的泡沫。根据WO2005021638描述的步骤形成聚烯烃塑性体的水分散体。该分散体使用AFFINITYTM EG 8200(乙烯-α烯烃共聚物，MI2为约5dg/min，密度为约0.87g/cc)形成。该分散体表面活性剂体系包括![]()
350(直链羧酸，得自Baker Petrolite)，![]()
4516(脂肪酸，得自Crompton Corp.，Greenwich，Connecticut)，和![]()
(水溶性甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素聚合物，得自The Dow Chemical Company)，使用量分别为2wt％、1wt％和0.35wt％，基于乙烯共聚物和表面活性剂体系的总重量。制备的水分散体的固含量大约为53wt％。为了制备泡沫材料，将上述分散体与基于聚合物固体1wt％月桂基硫酸钠(![]()
WAT-K，得自Stepan Co.)混合。
将约160克水分散体加入混合碗中。使用高速设定下的Hobart工作台混合器(bench top mixer)将分散体混合3分钟，目标设定的泡沫密度为0.06g/cc。然后将使用抹刀将泡沫均匀铺展在模板和基材上，并移开模板。接着将第二DREAMEXTM基材层置于刚刚施涂泡沫的顶面。然后将复合结构体放入75℃的炉中长达25-30分钟或者直到表面温度达到70～75℃。接着将样品冷却至室温并使用圆口模头切成50cm2的样品片。
实施例2
使用200mm×400mm×4.4mm模板重复实施例1的步骤。
实施例3
使用200mm×400mm×5.5mm模板重复实施例1的步骤。
实施例4
使用200mm×400mm×4.4mm模板重复实施例1的步骤，并高速设定下的Hobart工作台混合器进行混合1.5分钟目标设定的泡沫密度为0.091g/cc。
实施例5
使用200mm×400mm×5.5mm模板重复实施例1的步骤，第一基材是基于聚乙烯共聚物的弹性无纺布，基重为50g/m2，并且第二基材是基于聚乙烯共聚物的弹性无纺布，基重为25g/m2。
实施例6
使用200mm×400mm×4.4mm模板重复实施例1的步骤；使用高速设定下的Hobart工作台混合器进行混合1.5分钟，目标设定的泡沫密度为0.091g/cc；第一基材为基于聚乙烯共聚物的弹性无纺布，基重为50g/m2；并且第二基材为基于聚乙烯共聚物的弹性无纺布，基重为25g/m2。
实施例7
使用200mm×400mm×4.4mm模板重复实施例1的步骤，第一基材为基于聚乙烯共聚物的软的无纺布，基重为19.3g/m2，并且第二基材为基于聚乙烯共聚物的软的无纺布，基重为19.3g/m2。
实施例8
使用HYPOL*预聚物(得自The Dow Chemical Company，Midland，Michigan)制备聚氨酯泡沫材料。HYPOL*预聚物与含有活性氢的化合物(如水、醇或胺)反应。为了制备亲水性产品，预聚物和水相的比率可以根据所得聚合物的目标密度、期望的物理性质和组合物的异氰酸酯含量在宽范围内变化。根据下面提到的方法制备泡沫材料样品并进行评价。
HYPOL*预聚物与含有表面活性剂的水溶液以1∶1重量比混合。使用两组分低压流延机将HYPOL*预聚物和水溶液混合制得泡沫材料，其中HYPOL*那侧在20～40℃下操作，而水的那侧在5～25℃下操作。将混合的组分分配到PP模具中。
为了切割软的湿态的泡沫材料块(buns)(新鲜的由HYPOL*制得的泡沫材料，由于聚合物主链的亲水性而含有残留水)，将泡沫材料冷冻至约-25℃。然后将冷冻的泡沫材料用带锯切成1cm(0.4”)厚的片。接着将泡沫材料片在60～70℃的温度干燥几个小时。由泡沫材料片将试验试样冲切成小圆片。在评价物理性质之前，使样品在室温(大约23℃)调理1天。
含有清洁剂的擦巾样品
通过混合如下组分制备清洁剂。第一组分包括225克去离子水和6克Stepanquat ML(Quaternium 82)。第二组分包括6克Ciba Salicare SC-95(Polyquaternium-37，Mineral Oil，PPG-1 Trideceth-6)、60克Stepan OctylIsonanoate(乙基己基异壬酸酯)和3克Goldschmidt Abil EM-9(十六烷基聚二甲基硅氧烷共聚多元醇(cetyl dimethicone copolyol))。第三组分包括0.03克Herbal lavender Q-12672、香料和1.2克防腐剂Lonza Glydant。将组分1加入组分2并混合约20分钟，之后加入组分3并匀化溶液。
实施例9
将清洁剂加入实施例3以满足清洁剂与基材体积的关系为每1cm3基材0.15g清洁剂。
实施例10
将清洁剂加入实施例5以满足清洁剂与基材体积的关系为每1cm3基材0.15g清洁剂。
实施例11
将清洁剂加入实施例7以满足清洁剂与基材体积的关系为每1cm3基材0.15g清洁剂。
实施例12
将清洁剂加入实施例8以满足清洁剂与基材体积的关系为每1cm3基材0.15g清洁剂。
实施例13
使用以去离子水稀释以得到约5％固含量(约90克水对10克POD分散体)的上述AFFINITYTM基2-1-1分散体形成软的无纺布基材。将使用基于聚乙烯共聚物且基重为20g/m2的软的无纺布(Haberer/386 ELITE 5600)没入稀释的分散体，取出，并使其风干24小时，得到聚烯烃涂布的基材，干的涂布重量为每克无纺布约0.22克固体。
将第一基材层，即聚烯烃涂布的软的无纺布基材置于有机硅防粘纸上。然后将4.7mm厚的试条(bar)放在离置于防粘纸上的基材300mm处。
通过以下步骤制备由AFFINITYTM基分散体形成的泡沫。将约100克水分散体加入混合碗中。使用高速设定下的Hobart工作台混合器(bench topmixer)将分散体混合3分钟，目标泡沫密度为0.095g/cc。然后使用抹刀将泡沫均匀铺展在基材上，并移开试条。接着将第二基材层聚烯烃涂布的无纺布置于刚刚施涂泡沫的顶面。然后将复合结构体放入75℃的炉中长达25-30分钟或者直到表面温度达到70～75℃。接着将样品冷却至室温并使用圆口模头切成50cm2的样品片。
实施例14
将使用如美国专利5,339,021、5,688,842、5,959,027和6,087,440描述的连续机械分散法制备的亲水性的聚(脲/氨基甲酸酯)水分散体(HYPOL，得自The Dow Chemical Company，Midland，Michigan)用去离子水稀释，得到约5％固含量(大约75克水对25克聚(脲/氨基甲酸酯)分散体)。将使用基于聚乙烯共聚物且基重为20g/m2的软的无纺布(Haberer/386 ELITE 5600)没入稀释的分散体，取出，并使其风干24小时，得到聚氨酯涂布的基材，干的涂布重量为每克无纺布约0.27克固体。
将第一基材层，即聚氨酯涂布的软的无纺布基材置于有机硅防粘纸上。然后将4.7mm厚的试条放在离置于防粘纸上的基材300mm处。
通过以下步骤制备由AFFINITYTM基分散体形成的泡沫。将约100克水分散体加入混合碗中。使用高速设定下的Hobart工作台混合器(bench topmixer)将分散体混合3分钟，目标泡沫密度为0.095g/cc。然后使用抹刀将泡沫均匀铺展在基材上，并移开试条。接着将第二基材层聚氨酯涂布的无纺布置于刚刚施涂泡沫的顶面。然后将复合结构体放入75℃的炉中长达25-30分钟或者直到表面温度达到70～75℃。接着将样品冷却至室温并使用圆口模头切成50cm2的样品片。
实施例15
通过使上述150克AFFINITYTM基2-1-1分散体起泡制得聚烯烃泡沫样品。使用利用Hobart牌子的金属丝搅拌器(wire whisk)的厨房用辅助混合器(Kitchen Aid mixer)将分散体混合3分钟，得到密度为0.10g/cc的泡沫。使用20.2cm×20.2cm×0.5cm模板将使得的泡沫施涂有机硅防粘纸上。然后将成形的泡沫在75℃干燥30分钟。
然后将所得的泡沫材料切成4”×4”的样品并置于纺粘的亲水的PGI无纺布基材上。在泡沫材料的顶面放置另一层无纺布。然后使用热合机将样品边卷曲(crimp)，形成内部具有泡沫材料的方形小袋。
在一个样品中，将无纺布直接加热卷曲到内部泡沫材料层，在另一实例中，将无纺布加热卷曲在内部的泡沫材料周围。在后一样品中，泡沫材料不附着在无纺布上但被无纺布包围。在前一样品中，泡沫材料在周界与无纺布结合，泡沫材料的中间不附着在无纺布上。
实施例16
使用200mm×400mm×4.4mm模板重复实施例1的步骤，其中第一基材为基于聚乙烯共聚物的弹性无纺布，基重为50g/m2，并且第二基材为基于聚乙烯共聚物的弹性无纺布，基重为25g/m2。
对照产品
将市场上现有的产品进行鉴定并与实施例1-16制备的样品进行比较。五种被鉴定的产品称为对照样品1-5。具体地，这些产品为：对照样品1)![]()
Pure Glow Daily Cleansing Cushion；对照样品2)![]()
Daily Facials Deep Cleansing Cloths；对照样品3)![]()
Clean SweepCleansing & Makeup Removing Towlettes；对照样品4)![]()
GentleExfoliating Daily Facial Cleansing Pillows；以及对照样品5)BIROETM PorePerfect Daily Deep Pore Cleansing Cloths。
将对照样品和上述实施例产生的样品进行物理性质试验。下面分三个部分讨论所得的数据：感官小组试验(Sensory Panel Testing)、物理性质试验和Kawabata评估体系(KES)试验。各种试验方法均提供了描述本文公开的复合结构体胜于现有产品的优势的机理。
感官小组试验
感官小组试验提供了一种强制分级(forced ranking)体系通过人类的触觉来比较实施例和对照样品。在这些数据中比较了以下特性：手的摩擦感、按压深度(depression depth)、充实感(fullness)/体积(volume)、硬度和热度。这些特性对于柔软度的感知十分重要。期望提供的产品手的摩擦感低，按压深度高，充实感/体积高、硬度低和热度高(或者“最温暖的感觉”)。
这些结果显示，与对照样品相比，干的实施例按压深度较高，充实感/体积高、温暖度较低，在手的摩擦感方面与对照样品相当到比对照样品高。结果还显示，实施例相比于较大的、更高体积的对照样品在硬度方面低。
除了温暖度和手的摩擦感之外，加入清洁溶液的实施例(即，湿样品)保持了这些趋势。对于湿的对照样品，两种特性均变为相当的。湿和干的样品的数据全部显示，实施例比对照样品具有更期望的柔软度特性，尤其是膨松性和挠性的平衡。
使用人类的感官组来评价认为与柔软度的感知有关的制品特性。如下定义这些特性。24个受过训练的专家小组成员评价样品，其中考察的顺序是随机的，并且样品的三位数字标注(three-digit labeling)是随机的。评价样品的手的摩擦感或光滑感(slipperiness)、按压深度、充实感和体积、硬度、热特性。
通过将手横过复合结构体的表面来评价手的摩擦感。将样品平放在桌上，评价面朝上。使用手和前臂的重量，将手水平地横过所有四个方向均与边缘平行的表面移动。基于没有拖曳感至有拖曳由等级1～6评价光滑感，其中1等于最少量的拖曳(最光滑)，6等于有最大拖曳。
按压深度通过如下方法表征：在施加向下的力时样品凹陷的量。将样品平放在桌上。在样品中央用指尖轻轻向下按压。然后松开向下的力。基于等级1～6评价按压深度，其中1等于最少量的凹陷，6等于最大量的凹陷。
根据操纵(manipulate)期间手中感觉到的材料样品量来评价充实感和体积。将样品平放在桌上。然后，将有力的手(dominant hand)放在样品的顶面，放置该样品使得手指指着样品的顶面。然后闭拢手指，将手指指向手掌，将复合结构体样品抓起。然后使用非有力的手将样品压到凹状的有力的手中。接着轻轻闭拢该有力的手并通过转动手掌中的样品来操纵样品。充实感和体积也基于等级1～6评价，其中1是具有最小充实感(低体积)，6是具有最大充实感(高体积)。
硬度评价样品感受尖物刺(pointed)、起皱(ridged)或破裂(cracked)的程度。将样品平放，并将有力的手放在样品的顶面；位置使得手指指着样品的顶面。然后闭拢手指，将手指指向手掌，将复合结构体样品抓起。然后使用非有力的手将样品压到凹状的有力的手中。接着轻轻闭拢该有力的手并通过转动手掌中的样品来操纵样品。硬度也基于等级1～6评价，其中1是最不硬(最柔软)，6是最硬(最不柔软)。
热特性评价当样品放置在皮肤上时感觉到的热效果或冷效果的不同。将样品平握在手掌中。将另一只手放在这只手的上面，评价温度效应。热特性基于等级1～6评价，其中1是感觉最冷，6是感觉最温暖。
表2示出了样品的评价，连同小组试验结果(平均的)。根据上述等级评价按压深度、充实感/体积、和硬度。使用直尺(linear gaugez)在1”直径的区域上以0.05psi的外力定量测量样品厚度。包括这些厚度测量结果作为参考。
表2
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弹性无纺布(实施例1、2、3和4)导致手的摩擦感(更大拖曳(drag))(＞2.8)比软的无纺布(1.2)增加。较厚的泡沫材料层导致更大的按压深度，表示更多的“类似软垫的(cushion-like)”感觉。例如，5.5mm样品(实施例3)定级为4.83，而3.0mm样品(实施例1)定级为1.29。
高密度泡沫材料(实施例4)导致更硬的感觉。例如，低密度泡沫材料定级为2.75而高密度泡沫材料定级为4.54。充实感/体积与泡沫材料的厚度和密度相关，但无纺布也有少量影响。
将上述样品与市售的制品进行比较。洗涤市售的擦巾以除去表面活性剂和其他试剂，然后风干。然后在可能时将样品切成8cm直径的圆。以收到的尺寸评价尺寸不足以进行切割的样品。也将复合结构体样品切成8cm直径的圆。评估这些市售的样品，在表3中给出了结果。
表3.
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市售的样品显示，结果变化很大。对照样品1和4的按压深度、充实感/体积和硬度的值较大，因此与上述评价的样品(表2)直接进行比较。也将对照样品3包括在内，因为它代表市售的更为典型的结构。此比较的结果示于表4。
表4.
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还进行了其他研究，包括聚氨酯HYPOL*泡沫材料(实施例8)的非层压样品的评估，以及聚烯烃泡沫材料上的基重较低的弹性无纺布(实施例5)的评估。在该研究中，样品的评价中包括“温暖”性质的表征，结果示于表5。
表5.
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层压的复合结构体(实施例3、4、5和7)和HYPOL*泡沫材料(实施例8)相对于市售样品得到较高等级的按压深度和充实感/体积。另外，尽管这些样品的体积和膨松性增加，但它们的硬度等级比市售的竞争样品更好。察觉到硬度增加对于柔软度而言是负面特性。因此，数据证实，体积/膨松性提高而硬度没有增加，导致复合结构体总体上具有更加柔软的感觉。
还进行研究评价加入液体表面活性剂体系的样品的手感性质。结果示于表6。所有这些样品均将标准的面部用清洁配制物加入到擦巾中。洗涤对照样品并风干以除去所有存在的清洁剂。将清洁配制物加入到所有样品中，加载量相同，以体积为基准为每1cm3基材0.15克清洁剂。这样做以使手感因清洁剂加载量不同引起的变化最小化。
表6.
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加入清洁配制物降低了一些评价特性(如手的摩擦感特性)察觉到的差异程度。然而，在干湿样品之间的趋势相同是明显的，特别是测量的样品相比于对照样品在膨松特性方面较高，同时保持了挠性程度。
物理性质试验
包括物理性质试验，从而说明本发明的样品与对照样品相比较的物理特性；包括弯曲劲度、起毛水平、手压力、压缩回复和拉伸撕裂强度，具体地，弯曲劲度是产品挠性的度量，起毛水平是产品耐磨损或不产生细毛(lint)的能力的度量，手压力是产品表面摩擦、可压缩性和挠性的综合度量，压缩回复是产品在压缩之后保持膨松性/厚度能力的度量，拉伸撕裂强度是产品耐受应用和从包装中取出的强度的度量。期望在应用中具有低的弯曲劲度，低的细毛产生量，低的基于样品体积和重量的手压力，高的压缩回复，和良好的拉伸撕裂强度。
进行大量物理/机械性质试验，从而提供实施例和对照样品之间的其他比较数据。文献研究显示，物理性质(如抗张强度、摩擦系数、褶皱(drape))和与感知柔软度有关的变形测量(crush measurement)之间存在关联。此外，进行摩擦试验，确定在摩擦时样品表面是否起球(pill)。虽然该性质与柔软感无关，但它是负面的特性。
抗弯刚性试验是硬度的度量，因为它度量样品条在该样品条弯曲前可以在边缘上悬挂多长时间。不幸的是，几种市售的对照样品没有进行抗弯刚性试验的足够尺寸。对照样品3(![]()
)是非常柔软的更简单的无纺布设计，但体积/充实感低。在图4中显示了抗弯刚性试验的结果。由实施例2和4的复合结构体制得的样品的数据显示，使用低密度泡沫材料的方案比使用高密度泡沫材料的方案硬度低，这与上面给出的感官小组试验结果一致。在纵向(MD)和横向(CD)的硬度之间也存在差异。
摩擦试验给出了在摩擦时制品表面是否起球的指示。再次，对于许多最相关的市售样品不能达到足够的样品尺寸。通过将给定砂粒的砂纸以受控的力摩擦样品的表面进行摩擦试验。在试验前后称量样品并测量重量损失，从而确定形成的并通过砂纸从表面除去的细毛量。
抗起毛性试验的结果示于图5，并且表明在高密度泡沫材料上使用弹性无纺布基材(实施例4)改进了抗表面起球性。评价的对照样品是射流喷网的(spun-laced)PET。射流喷网法依靠机械缠绕纤维形成无纺布片，并且不使用化学或熔融粘合剂将纤维结合在一起。如此，这些纤维更加易于磨损和从基材中除去，导致较高的起毛水平测量结果。如美国专利6,994,763中描述的，所用的弹性无纺布利用熔化的结合点来粘结无纺布的纤维。这些粘结点在摩擦试验期间降低纤维的释放(release)，产生较低的起毛水平，对于这类无纺布，起毛水平通常为0.35～0.4mg/cm2。正如所示的，当以层压体的形式包含在高密度泡沫材料样品中(实施例4)时，这种无纺布的起毛水平仅仅增加至0.44mg/cm2。当所述弹性无纺布和低密度泡沫材料结合使用时，起毛水平更加显著地增加，起毛水平为0.91mg/cm2。这表明，底层材料的刚性和/或密度对表面基材的起毛水平有影响，较高密度的泡沫材料导致更好的起毛性能，更加接近底部无纺布的性能。
此数据显示，相比于射流喷网的无纺布，弹性无纺布改进的摩擦性能可以保持，同时膨松性或厚度增加，在整个结构的上述手压力试验组中测量。此改进的保持取决于底层材料的密度。
“手压力”的测量结果认为是以下性质的组合：因表面摩擦引起的阻力，挠性，和织物材料的可压缩性。也使用了手压力的这一测量结果描述无纺布制品的柔软度(如在美国专利6,241,780和6,779,718及WO2006065563A1中)。试样的手压力是移动试样通过在仪器制造商所述的四个方向的每个上具有固定宽度的狭缝所需要的力的加和。
样品的总手压力是基于样品的三个试样的平均值。通常记录此得到的以克-力计的总手压力，然而在比较中假设每单位面积和体积的样品重量水平均一。相对于恒定的固定狭缝宽度总的样品体积增加将对样品记录的总手压力有影响。此外，每单位面积的样品重量之间的变化将影响样品记录的总手压力。为了考虑样品体积和/或每单位面积的重量，更好的比较措施是在这些因素，即体积和每单位面积的重量的归一化基础上记录样品的总手压力。每单位体积和每单位重量/面积具有较低的手压力是合乎需要的。
图6和7分别显示每立方厘米样品测得的手压力和每基重(克/平方米，gsm)测得的手压力。这些数据显示实施例比对照样品提供了较低的每样品基重和每样品体积的手压力值。每体积/充实感的柔软度/挠性也可以参见手压力小组试验数据。
KES压缩回弹性提供了材料在压缩之后回到它初始状态的能力的度量。压缩回弹性越高，材料可以在使用中保持膨松性和柔软度感觉的能力越好。KES压缩回弹性的结果示于图8。数据显示，当与对照样品比较时，实施例提供了类似的改进性能。此改进的压缩回弹性和较高的膨松性同时获得，如手压力小组试验结果所示。
PPT撕裂试验提供无纺布体系的撕裂强度的度量，测量为总负荷、平均峰值负荷、和平均负荷。PPT撕裂试验的结果示于图9-11。此数据显示，实施例比评价的对照样品提供更高的总PPT撕裂强度。更高的总PPT撕裂强度是相比于竞争样品在使用期间具有耐久性优势的指示。此耐久性优势与更大的膨松性同时获得，如手压力小组试验结果所示。
使用KES-FB4表面试验仪测定几个实施例和对照样品的表面性质(摩擦系数)和表面轮廓(粗糙度)值，其中向样品施加20gf/cm的拉力负荷。摩擦系数以MIU给出，它是摩擦系数的度量，以0-1的等级计量，其中较高的MIU值对应于较大的摩擦力或阻力和拖曳力。对于以微米测量的KES表面粗糙度，较高的值对应于更大几何粗糙的表面。
在图12和13中给出了表面性质试验的结果。图12是本文公开的复合结构体的实施方式相比于市售对比样品的Kawabata评估体系测量的几何粗糙度结果的示意图。图13是本文公开的复合结构体的实施方式相比于市售对比样品的Kawabata评估体系测量的摩擦系数结果的示意图。数据显示，实施例相比之下表面粗糙度较低，同时具有较高的摩擦系数。
有利的是，本文公开的实施方式可以提供具有一个或多个基材层的复合结构体，包括泡沫材料和/或无纺布。该复合结构体可有利地允许在单一结构或复合结构体中实现柔软度、膨松性和每种组分的功能。
本文公开的实施方式的优势可包括增加的柔软度、增加的膨松性、增加的韧性和这些相冲突的要求的平衡。此外，这些优势连同较大的容纳与传递活性组分如清洁剂的能力可以得到满足。额外的益处可包括在运输和容器内存储时清洁剂的保持力(retention)和分离降低，在湿体系中表面活性剂的发泡增加，以及活性物的受控传递。
本文公开的实施方式(包括“干”样品)可有利地展示高的按压深度和高的充实感/体积，以及相比于较高体积的对照样品低的硬度。干湿样品的数据表明，本文公开的复合结构体的实施方式可以比对照样品具有更合乎需要的柔软度特性。此外，本文公开的实施方式可有利地使高拉伸撕裂强度和低细毛产生量相结合。
虽然已经通过有限数目的实施方式描述了本发明，受益于本发明公开的本领域技术人员将会理解能够想出其它实施方式，它们不偏离如本文所披露的本发明的范围。因此，本发明应的范围该仅由所附权利要求所限定。