CN104877230A - 一种复合填充材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了复合填充材料及其制备方法和应用，主要由以下原料制得：以质量份数计，聚乙烯-辛稀共聚物40-70份，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物50-80份，发泡剂8-10份，阻燃剂2-6份，加工助剂3-10份。制备方法包括：(A)将聚乙烯-辛稀共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物以及发泡剂混合搅拌均匀并通过挤出机进行挤压；(B)挤压过程中，添加阻燃剂以及加工助剂后挤入模具中真空定型，最后冷却即得产品。该复合填充材料作为坐垫、床垫以及枕头内的填充物进行应用。该复合填充材料具有不易老化、保气性能好以及亲和度柔软性能佳，而且长期使用不易变形的效果。

Description

一种复合填充材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及高分子材料加工领域，具体而言，涉及一种复合填充材料及其制备方法和应用。
背景技术
随着时代的进步，人们对各种生活用品都有了更高的追求。而且现在生活节奏普遍比较快，因此睡眠时都希望能得到足够的放松，而市面上针对有此类需求的人群也相继推出种类繁多的产品，比如具有护理作用的床垫、枕头以及坐垫等，还宣传具有一定的医疗、助睡眠功效，因此消费者在进行选取的时候，只是着眼于具体功效，对其真正所使用的材料并没有认真探究。
现有技术中，市面上售卖的床垫、枕头以及坐垫这些产品内所用的填充物其材料多为化纤、珍珠棉或者PVC材质，但是采用这些材料作为称里，其柔软舒适度不佳、稳定性不好，还有其透气性、抗老化抗氧化以及抗冲击性能本身也比较薄弱，因此会很影响消费者的感受度，使用一段时间后容易变形，不能持久使用，尤其化纤由于其本身含有化学物质，不绿色环保，对身体还有一定的危害。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种复合填充材料，所述的复合填充材料解决了以上出现的技术问题，具有不易老化、保气性能好以及亲和度柔软性能佳，而且长期使用不易变形等优点。
本发明的第二目的在于提供一种所述的复合填充材料的制备方法，该方法具有制备方法简单、操作方便，能够完整的保留每个原材料的有效成分等优点。
本发明的第三目的在于提供一种所述的复合填充材料的应用方法，具有用途广泛，适用人群广以及适于大规模推广形成批量生产等优点。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明实施例提供了一中复合填充材料，主要由以下原料制得：以质量份数计，聚乙烯-辛稀共聚物40-70份，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物50-80份，发泡剂8-10份，阻燃剂2-6份，加工助剂3-10份。
优选地，为了达到协同增效的效果，所述原料包括：以质量份数计，聚乙烯-辛稀共聚物50-60份，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物60-70份，发泡剂9-10份，阻燃剂3-5份，加工助剂5-8份。
现今社会人们越来越追求高质量的生活，因此对于家居用品也有更高的要求，尤其生活节奏本身比较快的原因，为了充分放松身心，消费者在选择床垫、坐垫、枕头时不是只停留在外观，更注重内在填充物的材质是否环保、以及其耐用性、舒适度等一切评判标准。
现有技术中，市面上的产品品种繁多，床垫、坐垫、枕头这些日常家居用品内填充物大多采用珍珠棉或者化纤，但是这些材料柔软舒适度不佳、稳定性不好，还有其透气性、抗老化抗氧化以及抗冲击性能本身也比较薄弱，材质稍好的有采用乳胶或山棕为填充物的，性能上是有所提升，但是采用这些物质作为填充物本身造价比较高，而且也还是存在稳定性差以及易变形的问题。
本发明为了解决以上出现的各种技术问题，发明了一种采用环保复合型高分子材料作为原料得到的复合填充材料，其主料为聚乙烯-辛稀共聚物(POE)与乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)这两种环境友好的高分子聚合物，而且这两种主料的用量配比也有特定的要求，通过这两种聚合物的混配，得到的产品具有良好的力学性能、加工性能、既有塑料的热塑性又有橡胶的弹性，此外舒适柔软度高、低温韧性好、稳定性佳、透气性可以与乳胶材质相媲美，成本低但是功能很全面强大，适于扩大范围推广应用。
另外，除了主料外原料中还有发泡剂、阻燃剂以及加工助剂，其中，发泡剂具有较高的表面活性，能有效降低原料的表面张力，并在液膜表面双电子层排列而包围空气，形成气泡，再由单个气泡组成泡沫，具体选择时可为偶氮二甲酰胺、对甲苯磺酰肼中的一种或两种；阻燃剂选择多羟基反应型阻燃剂、甲基磷酸二甲酯以及无卤阻燃剂中的一种或几种，这几种阻燃剂均属于环保型阻燃剂，可通过添加阻燃剂来增强材料的阻燃性能，提高稳定性并一定程度上提高了操作安全系数。
在本发明中，加工助剂主要由以下组分组成：以质量份数计，增塑剂1-2份，润滑剂0.5-0.8份，抗氧剂1-2份，其余为PH调节剂。增塑剂可以选择邻苯二甲酸二辛酯以及邻苯二甲酸二辛异酯中的一种或两种，以削弱原料之间分子作用力，增强产品的可塑性，还能降低加工过程中的温度。润滑剂为石蜡、纳米级滑石粉中的一种或两种，以降低原料之间的互相摩擦作用，减少磨损。抗氧剂为二苯胺、对苯二胺以及二氢喹啉中的一种或几种，以阻止产品的老化延长其使用寿命。PH调节剂可调节复合填充材料的酸碱度，因为复合填充材料过酸过碱均会影响到本身的稳定性，PH调节剂最好选用2-甲基-2-羟基-1-丙醇，这种PH调节剂对环境友好、且可实现温和的调节的效果。
需要说明的在于，本发明的原料配比均是发明人通过大量的创造性实验优化出的较优用量，只有在添加这些原料以及该原料配比前提下才能保证制备出的复合填充材料拥有优异性能，现有技术中的填充材料的原料普遍配比不合理，不利于环保的原料添加量反而过大，可提高材料性能的原料却没有添加，本发明综合了现有技术中所有的技术问题，严格控制了每个原料的添加量，而且为了提高复合填充材料的性能，对原料种类的筛选也做了大量的实验，每一个原料的加量相对多与少均是有一定考究的，最终实践出最优添加量使其更加合理，为后续制作该填充材料提供了可参照的配方以及具体用量，具有一定的参考价值。
本发明除提供了复合填充材料的配方，还提供了复合填充材料的制备方法，包括如下步骤：
(A)将聚乙烯-辛稀共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物以及发泡剂混合搅拌均匀并通过挤出机进行挤压；
(B)挤压过程中，添加阻燃剂以及加工助剂后挤入模具中真空定型，最后冷却即得产品。
本发明提供的复合填充材料的制备方法简单，操作方便，能够很好的保留每个原料的有效成分，比较关键的操作步骤在于先将主料混合均匀进行挤出操作时，再添加阻燃剂以及加工助剂，原料的加入时机是有要求的，因为在挤出过程中，复合填充材料的性质最容易不稳定，因此有针对性的在挤出步骤进行时添加助剂等辅料，使得制备出的产品性能更佳。
其中，所述步骤(A)中，混合搅拌均匀的速率控制在200-300rad/min；优选地，混合搅拌均匀的时间为20-30min；优选地，混合搅拌均匀的温度控制在30-45℃。混合搅拌的速率、时间以及温度最好在比较适宜的范围内，因为如果速率过快搅拌时间过长会破坏原料中本身的有效成分，影响产品性能，因此各个参数最好控制在合适的范围内。
在本发明中，所述步骤(A)中，通过挤出机挤出的步骤中，挤出机最好选用双螺杆挤出机，挤出温度控制在150-160℃，主机频率20-30Hz，螺杆直径控制在50-60mm之间。在添加阻燃剂以及加工助剂的过程中，挤出机的温度则控制在130-140℃，主机频率25-28Hz，螺杆直径控制在55-60mm之间，为了使得产品性能更有保证最好使用双螺杆挤出机，双螺杆挤出机由于机筒采取可剖分式，螺杆和机筒内衬套可随意组合，操作方便，损坏之后易维修，降低了成产成本提高了劳动效率。
另外，挤出机的参数控制分为两个阶梯段，在开始没加入其他辅料的阶段挤压机的温度比较高，这样可以更有利于原料之间混合并且挤出成型，但是当添加辅料时温度则要调的稍微低一些，因为此时需避免温度过高将有效成分烧结破坏掉，起不到辅料应有的效果，因此挤出机的参数最好分梯度控制。
最后，冷却的最终温度控制在25-30℃之间，使其充分冷却，有利于后续步骤的顺利进行，以及提高产品的应用性能。冷却后还包括切割的步骤，优选切割采用激光切割机，加工速率控制在500-700mm/min。每分钟切割的速度也是有一定的要求的，如果切割的速率过快会影响准确性，得到的复合填充材料达不到标准的要求，速率过慢又会影响操作周期，延误操作时间。
本发明实施例制备得到的复合填充材料可以用于坐垫、床垫以及枕头内的填充物，使用范围广，而且适用于不同人群的需求，所用的原料均为对环境友好的物质，整个制备的工艺流程也更加合理且实现了标准化，容易操控，得到的产品性能较佳。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明实施例提供了一种复合填充材料，这种复合填充材料具有易老化、保气性能好以及亲和度柔软性能佳，长期使用不易变形的效果，而且加工性能以及力学性能也较优、尤其在强度、稳定性能方便表现优越；
(2)本发明实施例通过特定的原料、配比以及较优的工艺路线，方法简单、操作方便，能够完整的保留每个原料中的有效成分，通过原料本身性质不同实践出了较优的原料添加顺序，还有每个步骤中较优的工艺参数，整个工艺流程更加合理且实现了标准化，容易操控，得到的产品性能较佳；
(3)本发明实施例的复合填充材料应用非常广泛，主要用于坐垫、床垫以及枕头内的填充物，以取代现有技术常用的填充物，解决了现有技术出现的各种技术问题，能够给予消费者良好的感受度，不易老化、保气性能好以及亲和度柔软性能佳、适于扩大范围推广应用。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
复合填充材料的原料如下：
复合填充材料的制备方法如下：
1)将聚乙烯-辛稀共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物以及偶氮二甲酰胺放置于容器中，混合搅拌均匀后通过单螺杆挤出机进行挤压；
2)挤压过程中，添加多羟基反应型阻燃剂以及增塑剂、抗氧剂后挤入模具中真空定型，放置于室温环境下冷却即得，按照要求切割成型直接填充到床垫内使用。
实施例2
复合填充材料的原料如下：
复合填充材料的制备方法如下：
1)将聚乙烯-辛稀共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物以及偶氮二甲酰胺、甲苯磺酰肼放置于容器中，在搅拌速率300rad/min、温度为30℃的条件下混合搅拌均匀20min后通过双螺杆挤出机进行挤压，挤出温度控制在150℃，主机频率30Hz，螺杆直径控制在50mm；
2)挤压过程中，添加甲基磷酸二甲酯以及增塑剂、抗氧剂、润滑剂、PH调节剂后挤入模具中真空定型，此时双螺杆挤出机的挤出温度控制在140℃，主机频率25Hz，螺杆直径控制在55mm，然后放置于室温环境下冷却到25℃，按照要求切割成型，切割采用激光切割机，加工速率控制在700mm/min，切割完成后直接填充到枕头内使用。
实施例3
复合填充材料的原料如下：
复合填充材料的制备方法如下：
1)将聚乙烯-辛稀共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物以及甲苯磺酰肼放置于容器中，在搅拌速率200rad/min、温度为45℃的条件下混合搅拌均匀30min后通过双螺杆挤出机进行挤压，挤出温度控制在160℃，主机频率20Hz，螺杆直径控制在60mm；
2)挤压过程中，添加甲基磷酸二甲酯以及无卤阻燃剂以及增塑剂、抗氧剂、润滑剂、2-甲基-2-羟基-1-丙醇后挤入模具中真空定型，此时双螺杆挤出机的挤出温度控制在130℃，主机频率28Hz，螺杆直径控制在60mm，然后放置于室温环境下冷却到30℃，按照要求切割成型，切割采用激光切割机，加工速率控制在500mm/min，切割完成后直接填充到坐垫内使用。
实施例4
复合填充材料的原料如下：
复合填充材料的制备方法如下：
1)将聚乙烯-辛稀共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物以及甲苯磺酰肼放置于容器中，在搅拌速率250rad/min、温度为35℃的条件下混合搅拌均匀25min后通过双螺杆挤出机进行挤压，挤出温度控制在155℃，主机频率25Hz，螺杆直径控制在55mm；
2)挤压过程中，添加甲基磷酸二甲酯以及无卤阻燃剂以及增塑剂、抗氧剂、润滑剂、2-甲基-2-羟基-1-丙醇后挤入模具中真空定型，此时双螺杆挤出机的挤出温度控制在135℃，主机频率26Hz，螺杆直径控制在58mm，然后放置于室温环境下冷却到28℃，按照要求切割成型，切割采用激光切割机，加工速率控制在600mm/min，切割完成后直接填充到坐垫内使用。
实验例1
将本发明实施例1-4制备出的复合填充材料与市面上用于填充于床垫、坐垫内的PVC材质的填充物(比较例1)的品质进行对比，具体结果如下表1所示：
表1性能参数对照表
项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 比较例1
冲击弹性/％ 37 35 30 32 15
硬度(邵A) 88 88 90 90 60
扯断伸长率/％ 360 380 359 387 100
拉伸强度/MPa 45 47 45.68 56.23 16.12
扯断永久变形/％ 8 8 2 7 30
磨耗(阿克隆)mg 17 19 25 32 65
从表1中可以看出，本发明实施例的复合填充材料的硬度高、不易变形、弹性好、耐磨而且抗拉伸性能好，各方面的物理性能均较优，而且其本身更注重消费者的感受度、柔软耐用，耐老化性能好，属于该领域中非常有前景的一种复合填充材料，广泛应用于坐垫、枕头以及床垫内作为填充物使用。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (10)

1.一种复合填充材料，其特征在于，主要由以下原料制得：以质量份数计，聚乙烯-辛稀共聚物40-70份，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物50-80份，发泡剂8-10份，阻燃剂2-6份，加工助剂3-10份。
2.根据权利要求1所述的复合填充材料，其特征在于，所述原料包括：以质量份数计，聚乙烯-辛稀共聚物50-60份，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物60-70份，发泡剂9-10份，阻燃剂3-5份，加工助剂5-8份。
3.根据权利要求1-2任一项所述的复合填充材料，其特征在于，所述加工助剂主要由以下组分组成：以质量份数计，增塑剂1-2份，润滑剂0.5-0.8份，抗氧剂1-2份，其余为PH调节剂。
4.根据权利要求1-2任一项所述的复合填充材料，其特征在于，所述阻燃剂为多羟基反应型阻燃剂、甲基磷酸二甲酯以及无卤阻燃剂中的一种或几种。
5.根据权利要求1-2任一项所述的复合填充材料，其特征在于，所述发泡剂为偶氮二甲酰胺、对甲苯磺酰肼中的一种或两种。
6.权利要求1-5任一项所述的一种复合填充材料的制备方法，包括如下步骤：
(A)将聚乙烯-辛稀共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物以及发泡剂混合搅拌均匀并通过挤出机进行挤压；
(B)挤压过程中，添加阻燃剂以及加工助剂后挤入模具中真空定型，最后冷却即得产品。
7.根据权利要求6所述的一种复合填充材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(A)中，混合搅拌均匀的速率控制在200-300rad/min；
优选地，混合搅拌均匀的时间为20-30min；
优选地，混合搅拌均匀的温度控制在30-45℃。
8.根据权利要求6所述的一种复合填充材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(A)中，通过挤出机挤出的步骤中，挤出机为双螺杆挤出机，挤出温度控制在150-160℃，主机频率20-30Hz，螺杆直径控制在50-60mm之间。
9.根据权利要求8所述的一种复合填充材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(B)中，在添加阻燃剂以及加工助剂的过程中，挤出机的温度控制在130-140℃，主机频率25-28Hz，螺杆直径控制在55-60mm之间；
优选地，冷却到温度为25-30℃之间；
优选地，冷却后还包括切割的步骤，更优选切割采用激光切割机，加工速率控制在500-700mm/min。
10.权利要求1-5任一项所述的复合填充材料作为坐垫、床垫以及枕头内的填充物的应用。
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