CN109293876A - 一种新型健身器材材料及其制备方法 - Google Patents

一种新型健身器材材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种低VOC高回弹聚氨酯泡沫新型健身器材材料，包括第一组分和第二组分，且所述第一组分与所述第二组分按重量比例为100:30～40；所述第一组分包括按重量份数的以下组分：聚合物多元醇30～50份，聚醚多元醇25～35份，纳米碳酸钙15～25份，交联剂2～3.5份，三乙醇氨1～5份，二乙醇氨1～3份，泡沫稳定剂1～3份，阻燃剂1～5份，发泡剂1～5份，催化剂1～2份，开孔剂1～2份；所述第二组分包括以下重量份的原料：TDI80/20甲苯二异氰酸酯60份，改性二苯甲烷二异氰酸酯40份，改性二苯甲烷二异氰酸酯中液化MDI和聚合MDI质量比为2:3。本发明的面料具有回弹性能好、低VOC排放、环境友好的特点。

Description

一种新型健身器材材料及其制备方法
技术领域
本发明属于健身器材技术领域，具体公开了一种新型健身器材材料及其制备方法。
背景技术
随着科技的发展和社会的进步，生活水平不断提高，人们对健身的需求越来越高。人形训练器是采用人体上盘肌肉结构设计，在击打时有真人肌肉感，便于使用者看清人体的击打位置，从而进行有效练习。大多数厂家为了节省生产成本，会在人形训练器的内部填充废纸或泡沫等废弃工业下脚料，使用一段时间后严重变形，并且会持续释放对挥发性有机物(VOC)，对人体存在一定的安全隐患。
聚氨酯高回弹泡沫材料以其优良的使用性能、方便快捷的成型工艺得到迅速发展，特别是近些年来，随着汽车等交通运输工具的迅速发展，高回弹泡沫座椅、座垫等产品需求量大幅提高。传统高回弹泡沫多是以聚醚多元醇、聚合物多元醇和TDI为主要原料生产，产品具有良好的机械力学性能和泡沫承载能力。
近年来将优质的高回弹泡沫材料应用于健身器材中越来越成为趋势，解决现有技术中健身器材中填充物容易变形、产生有害气体的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有身器材填充物容易变形、产生有害气体的问题，提供一种低VOC高回弹聚氨酯泡沫的新型健身器材材料及其制备方法。
为了实现以上目的，本发明通过包括以下技术方案实现：一种新型健身器材材料由低VOC高回弹聚氨酯泡沫制成；所述聚氨酯泡沫包括第一组分和第二组分，且所述第一组分与所述第二组分按重量比例为100:30～40；所述第一组分包括按重量份数的以下组分：聚合物多元醇30～50份，聚醚多元醇25～35份，纳米碳酸钙15～25份，交联剂2～3.5份，三乙醇氨1～5份，二乙醇氨1～3份，泡沫稳定剂1～3份，阻燃剂1～5份，发泡剂1～5份，催化剂1～2份，开孔剂1～2份；所述第二组分包括以下重量份的原料：TDI80/20甲苯二异氰酸酯60份，改性二苯甲烷二异氰酸酯40份，改性二苯甲烷二异氰酸酯中液化MDI和聚合MDI质量比为2:3。
优选地，所述所述聚氨酯泡沫包括第一组分和第二组分，且所述第一组分与所述第二组分按重量比例为100:30～40；所述第一组分包括按重量份数的以下组分：聚合物多元醇30～50份，聚醚多元醇30～35份，纳米碳酸钙10～15份，交联剂1～3份，三乙醇氨1～3份，二乙醇氨1～2份，泡沫稳定剂2～3份，阻燃剂1～3份，发泡剂1～3份，催化剂1～2份，开孔剂1～2份；所述第二组分包括以下重量份的原料：TDI80/20甲苯二异氰酸酯60份，改性二苯甲烷二异氰酸酯40份，改性二苯甲烷二异氰酸酯中液化MDI和聚合MDI质量比为2:3。
所述聚醚多元醇为3～8官能度，分子量为5000-7000g/mol，伯羟基的摩尔分数≥65％的低不饱和度聚醚多元醇。
所述聚合物多元醇的固含量≥30％。
所述阻燃剂包括聚磷酸铵，三聚氰胺磷酸盐，三聚氰胺聚磷酸盐，聚磷酸铵和季戊四醇体系，三聚氰胺聚磷酸盐和季戊四醇体系，以及三聚氰胺磷酸盐和季戊四醇体系的至少一种。
所述发泡剂包括水，HFC-365mfc，HFC-227ea，HFC-245fa和戊烷，所述戊烷为环戊烷、正戊烷和异戊烷中的至少一种。
优选地，所述发泡剂包括水，HFC-365mfc，HFC-227ea，HFC-245fa中的至少一种。
更优选地，所述发泡剂是水。
所述泡沫稳定剂为泡沫稳定剂A或泡沫稳定剂B中的一种或两种；其中，泡沫稳定剂A为非水解型高效软泡硅油，泡沫稳定剂B为非水解型常规硬泡硅油。
优选地，所述泡沫稳定剂为泡沫稳定剂A：非水解型高效软泡硅油。
开孔剂包括聚氧化丙烯一氧化乙烯共聚醚、聚氧化烯烃一聚硅氧烷共聚物中的任意一种。
优选地，所述开孔剂包括聚氧化丙烯一氧化乙烯共聚醚。
所述酸催化剂为有机羧酸类或/和有机磺酸类，包括甲酸、乙酸、丙酸、正丁酸、正戊酸、己酸、正辛酸、正壬酸、正癸酸、月桂酸、草酸、丙二酸、苯甲酸、邻苯二甲酸、酒石酸、水杨酸、富马酸、柠檬酸、苹果酸、葡萄糖酸、乙醇酸、乳酸、丁二酸、丙烯酸、甲基丙烯酸、丁烯酸、甲磺酸、苯磺酸和氨基磺酸中的一种或几种。
优选地，所述酸催化剂为甲酸、乙酸、丙酸、正丁酸、正戊酸、己酸中的一种或多种。
更有选地，所述酸催化剂为丙酸。
所述第二组分中游离NCO含量为26.5％～27.5％。
一种制备所述的新型健身器材材料的方法，包括如下步骤：(1)第一组分的制备：将聚醚多元醇和聚合物多元醇按比例加入反应器中，开启搅拌，按顺序依次加入纳米碳酸钙，交联剂，三乙醇氨，二乙醇氨，泡沫稳定剂，阻燃剂，发泡剂，催化剂，开孔剂；搅拌速度为100r/min搅拌1小时，检测指标合格后出料；(2)第二组分的制备：将TDI80/20加入反应器中，开启搅拌，加入液化MDI和聚合MDI，一小时后检测指标，合格后装料；(3)生产聚氨酯：将模具预热至60℃，将第一组分和第二组分快速搅拌均匀，倒入模具，合模，脱模，即的聚氨酯泡沫产品。
综上所述，本发明提供一种新型健身器材材料及其制备方法，本发明的有益技术效果如下：
(1)回弹性能、抗撕裂性能明显优于传统健身器材材料；
(2)良好的抗热氧老化性、耐冲击性、耐摔打性；
(3)低VOC排放，环境友好，具有良好的市场应用价值。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
下面结合实施例进一步阐述本发明。应理解，实施例仅用于说明本发明，而非限制本发明的范围。
实施例1
为了实现以上目的，本发明通过包括以下技术方案实现：一种新型健身器材材料由低VOC高回弹聚氨酯泡沫制成；所述所述聚氨酯泡沫包括第一组分和第二组分，且所述第一组分与所述第二组分按重量比例为100：40；所述第一组分包括按重量份数的以下组分：聚合物多元醇35份，聚醚多元醇35份，纳米碳酸钙15份，交联剂3份，三乙醇氨1份，二乙醇氨2份，泡沫稳定剂1份，阻燃剂2份，发泡剂2份，催化剂2份，开孔剂1份；所述第二组分包括以下重量份的原料：TDI80/20甲苯二异氰酸酯60份，改性二苯甲烷二异氰酸酯40份，改性二苯甲烷二异氰酸酯中液化MDI和聚合MDI质量比为2:3。
所述阻燃剂为聚磷酸铵。
所述发泡剂是水。
所述泡沫稳定剂为泡沫稳定剂A：非水解型高效软泡硅油。
所述开孔剂为聚氧化丙烯一氧化乙烯共聚醚。
所述酸催化剂为丙酸。
所述第二组分中游离NCO含量为26.5％～27.5％。
一种制备所述的新型健身器材材料的方法，包括如下步骤：(1)第一组分的制备：将聚醚多元醇和聚合物多元醇按比例加入反应器中，开启搅拌，按顺序依次加入纳米碳酸钙，交联剂，三乙醇氨，二乙醇氨，泡沫稳定剂，阻燃剂，发泡剂，催化剂，开孔剂；搅拌速度为100r/min搅拌1小时，检测指标合格后出料；(2)第二组分的制备：将TDI80/20加入反应器中，开启搅拌，加入液化MDI和聚合MDI，一小时后检测指标，合格后装料；(3)生产聚氨酯：将模具预热至60℃，将第一组分和第二组分快速搅拌均匀，倒入模具，合模，脱模，即的聚氨酯泡沫产品。
表1实施例1～4中各原料组分的重量配比
实施例2
为了实现以上目的，本发明通过包括以下技术方案实现：一种新型健身器材材料由低VOC高回弹聚氨酯泡沫制成；所述所述聚氨酯泡沫包括第一组分和第二组分，且所述第一组分与所述第二组分按重量比例为100：40；所述第一组分包括按重量份数的以下组分：聚合物多元醇45份，聚醚多元醇35份，纳米碳酸钙10份，交联剂3份，三乙醇氨1份，二乙醇氨2份，泡沫稳定剂1份，阻燃剂2份，发泡剂2份，催化剂2份，开孔剂1份；所述第二组分包括以下重量份的原料：TDI80/20甲苯二异氰酸酯60份，改性二苯甲烷二异氰酸酯40份，改性二苯甲烷二异氰酸酯中液化MDI和聚合MDI质量比为2:3。
所述阻燃剂为聚磷酸铵。
所述发泡剂是水。
所述泡沫稳定剂为泡沫稳定剂A：非水解型高效软泡硅油。
所述开孔剂为聚氧化丙烯一氧化乙烯共聚醚。
所述酸催化剂为丙酸。
所述第二组分中游离NCO含量为26.5％～27.5％。
一种制备所述的新型健身器材材料的方法，包括如下步骤：(1)第一组分的制备：将聚醚多元醇和聚合物多元醇按比例加入反应器中，开启搅拌，按顺序依次加入纳米碳酸钙，交联剂，三乙醇氨，二乙醇氨，泡沫稳定剂，阻燃剂，发泡剂，催化剂，开孔剂；搅拌速度为100r/min搅拌1小时，检测指标合格后出料；(2)第二组分的制备：将TDI80/20加入反应器中，开启搅拌，加入液化MDI和聚合MDI，一小时后检测指标，合格后装料；(3)生产聚氨酯：将模具预热至60℃，将第一组分和第二组分快速搅拌均匀，倒入模具，合模，脱模，即的聚氨酯泡沫产品。
实施例3
为了实现以上目的，本发明通过包括以下技术方案实现：一种新型健身器材材料由低VOC高回弹聚氨酯泡沫制成；所述所述聚氨酯泡沫包括第一组分和第二组分，且所述第一组分与所述第二组分按重量比例为100：40；所述第一组分包括按重量份数的以下组分：聚合物多元醇40份，聚醚多元醇30份，纳米碳酸钙12份，交联剂3份，三乙醇氨1份，二乙醇氨2份，泡沫稳定剂3份，阻燃剂3份，发泡剂1份，催化剂2份，开孔剂2份；所述第二组分包括以下重量份的原料：TDI80/20甲苯二异氰酸酯60份，改性二苯甲烷二异氰酸酯40份，改性二苯甲烷二异氰酸酯中液化MDI和聚合MDI质量比为2:3。
所述阻燃剂为聚磷酸铵。
所述发泡剂是水。
所述泡沫稳定剂为泡沫稳定剂A：非水解型高效软泡硅油。
所述开孔剂为聚氧化丙烯一氧化乙烯共聚醚。
所述酸催化剂为丙酸。
所述第二组分中游离NCO含量为26.5％～27.5％。
一种制备所述的新型健身器材材料的方法，包括如下步骤：(1)第一组分的制备：将聚醚多元醇和聚合物多元醇按比例加入反应器中，开启搅拌，按顺序依次加入纳米碳酸钙，交联剂，三乙醇氨，二乙醇氨，泡沫稳定剂，阻燃剂，发泡剂，催化剂，开孔剂；搅拌速度为100r/min搅拌1小时，检测指标合格后出料；(2)第二组分的制备：将TDI80/20加入反应器中，开启搅拌，加入液化MDI和聚合MDI，一小时后检测指标，合格后装料；(3)生产聚氨酯：将模具预热至60℃，将第一组分和第二组分快速搅拌均匀，倒入模具，合模，脱模，即的聚氨酯泡沫产品。
实施例4
为了实现以上目的，本发明通过包括以下技术方案实现：一种新型健身器材材料由低VOC高回弹聚氨酯泡沫制成；所述所述聚氨酯泡沫包括第一组分和第二组分，且所述第一组分与所述第二组分按重量比例为100：40；所述第一组分包括按重量份数的以下组分：聚合物多元醇35份，聚醚多元醇35份，纳米碳酸钙15份，交联剂3份，三乙醇氨1份，二乙醇氨2份，泡沫稳定剂1份，阻燃剂2份，发泡剂2份，催化剂2份，开孔剂1份；所述第二组分包括以下重量份的原料：TDI80/20甲苯二异氰酸酯60份，改性二苯甲烷二异氰酸酯40份，改性二苯甲烷二异氰酸酯中液化MDI和聚合MDI质量比为2:3。
所述阻燃剂为聚磷酸铵。
所述发泡剂是水。
所述泡沫稳定剂为泡沫稳定剂A：非水解型高效软泡硅油。
所述开孔剂为聚氧化丙烯一氧化乙烯共聚醚。
所述酸催化剂为丙酸。
所述第二组分中游离NCO含量为26.5％～27.5％。
一种制备所述的新型健身器材材料的方法，包括如下步骤：(1)第一组分的制备：将聚醚多元醇和聚合物多元醇按比例加入反应器中，开启搅拌，按顺序依次加入纳米碳酸钙，交联剂，三乙醇氨，二乙醇氨，泡沫稳定剂，阻燃剂，发泡剂，催化剂，开孔剂；搅拌速度为100r/min搅拌1小时，检测指标合格后出料；(2)第二组分的制备：将TDI80/20加入反应器中，开启搅拌，加入液化MDI和聚合MDI，一小时后检测指标，合格后装料；(3)生产聚氨酯：将模具预热至60℃，将第一组分和第二组分快速搅拌均匀，倒入模具，合模，脱模，即的聚氨酯泡沫产品。
检测结果：
按照国家标准GB18586-2001规定，选择较为严格的VOC定义，熔点低于室温而沸点在50～260℃之间的有机挥发物的总称，包括苯、甲苯、二甲苯以及其他有机挥发性物质，该标准规定其VOC总量小于35ppm。根据国家标准GB18586-2001的方法测试的VOC含量的结果如表1所示。
表1本发明实施例1至实施例4的VOC检测数据
样品 VOC含量(ppm)
实施例1 20
实施例2 22
实施例3 25
实施例4 24
根据国家标准GB18586-2001的方法测试的VOC含量的结果，从实施例1至实施例4检测数据，表明本发明合成高回弹聚氨酯泡沫VOC含量均低于30ppm，大幅度地降低了VOC含量，增强环保效果。
以上的实施例是为了说明本发明公开的实施方案，并不能理解为对本发明的限制。此外，本文所列出的各种修改以及发明中方法、组合物的变化，在不脱离本发明的范围和精神的前提下对本领域内的技术人员来说是显而易见的。虽然已结合本发明的多种具体优选实施例对本发明进行了具体的描述，但应当理解，本发明不应仅限于这些具体实施例。事实上，各种如上所述的对本领域内的技术人员来说显而易见的修改来获取发明都应包括在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种新型健身器材材料，其特征在于：所述新型健身器材材料是低VOC高回弹聚氨酯泡沫；所述聚氨酯泡沫包括第一组分和第二组分，且所述第一组分与所述第二组分按重量比例为100:30～40；所述第一组分包括按重量份数的以下组分：聚合物多元醇30～50份，聚醚多元醇25～35份，纳米碳酸钙15～25份，交联剂2～3.5份，三乙醇氨1～5份，二乙醇氨1～3份，泡沫稳定剂1～3份，阻燃剂1～5份，发泡剂1～5份，催化剂1～2份，开孔剂1～2份；所述第二组分包括以下重量份的原料：TDI80/20甲苯二异氰酸酯60份，改性二苯甲烷二异氰酸酯40份，改性二苯甲烷二异氰酸酯中液化MDI和聚合MDI质量比为2:3。
2.根据权利要求1所述的一种新型健身器材材料，其特征在于：所述聚醚多元醇为3～8官能度，分子量为5000-7000g/mol，伯羟基的摩尔分数≥65％的低不饱和度聚醚多元醇。
3.根据权利要求1所述的一种新型健身器材材料，其特征在于：所述聚合物多元醇的固含量≥30％。
4.根据权利要求2所述的一种新型健身器材材料，其特征在于：所述阻燃剂包括聚磷酸铵，三聚氰胺磷酸盐，三聚氰胺聚磷酸盐，聚磷酸铵和季戊四醇体系，三聚氰胺聚磷酸盐和季戊四醇体系，以及三聚氰胺磷酸盐和季戊四醇体系的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种新型健身器材材料，其特征在于：所述发泡剂包括水，HFC-365mfc，HFC-227ea，HFC-245fa和戊烷，所述戊烷为环戊烷、正戊烷和异戊烷其中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的一种新型健身器材材料，其特征在于：所述泡沫稳定剂为泡沫稳定剂A或泡沫稳定剂B中的一种或两种；其中，泡沫稳定剂A为非水解型高效软泡硅油，泡沫稳定剂B为非水解型常规硬泡硅油。
7.根据权利要求1所述的一种新型健身器材材料，其特征在于：开孔剂包括聚氧化丙烯一氧化乙烯共聚醚、聚氧化烯烃一聚硅氧烷共聚物中的任意一种。
8.根据权利要求1所述的一种新型健身器材材料，其特征在于：所述酸催化剂为有机羧酸类或/和有机磺酸类，包括甲酸、乙酸、丙酸、正丁酸、正戊酸、己酸、正辛酸、正壬酸、正癸酸、月桂酸、草酸、丙二酸、苯甲酸、邻苯二甲酸、酒石酸、水杨酸、富马酸、柠檬酸、苹果酸、葡萄糖酸、乙醇酸、乳酸、丁二酸、丙烯酸、甲基丙烯酸、丁烯酸、甲磺酸、苯磺酸和氨基磺酸中的一种或几种。
9.根据权利要求1所述的一种新型健身器材材料，其特征在于：所述第二组分中游离NCO含量为26.5％～27.5％。
10.一种制备如权利要求1至9任意一项所述的新型健身器材材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)第一组分的制备：将聚醚多元醇和聚合物多元醇按比例加入反应器中，开启搅拌，按顺序依次加入纳米碳酸钙，交联剂，三乙醇氨，二乙醇氨，泡沫稳定剂，阻燃剂，发泡剂，催化剂，开孔剂；搅拌速度为100r/min搅拌1小时，检测指标合格后出料；(2)第二组分的制备：将TDI80/20加入反应器中，开启搅拌，加入液化MDI和聚合MDI，一小时后检测指标，合格后装料；(3)生产聚氨酯：将模具预热至60℃，将第一组分和第二组分快速搅拌均匀，倒入模具，合模，脱模，即的聚氨酯泡沫产品。
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