CN109880059A - 一种聚氨酯海绵的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚氨酯海绵的制备方法，聚氨酯海绵包括以下重量份数的原料组分：聚醚多元醇90‑110份、甲苯二异氰酸酯50‑65份、硅油1.5‑3份、胺0.1‑0.5份、辛酸亚锡0.22‑0.6份、二氯甲烷5.5‑6.5份；本发明采用发泡工艺制备聚氨酯海绵，在恒温条件下将原料混合输送通过发泡通道过程中，使得反应生成的发泡体受发泡通道的钢质外壳包裹的外轮廓束缚作用逐渐固化成型至熟化，由于发泡通道密封效果较好，从而保证了较高的发泡、固化成型及熟化质量；该聚氨酯海绵的回弹率达到42％，既具有一定的硬度，又具有清凉凉爽的舒适性，并且成本较低。

Description

一种聚氨酯海绵的制备方法

技术领域

本发明涉及一种海绵，尤其涉及一种聚氨酯海绵的制备方法。

背景技术

聚氨酯海绵具有柔软、密度低、回弹性好、压缩永久形变小等优点，其被广泛应用于汽车、鞋材、家具、服装、装饰材料等领域。普通的聚氨酯海绵产品耐候性较差，暴露在太阳光的照射下，在光与热的作用下会引起化学反应，导致材料黄变、发脆、机械性能下降，以至失去使用价值。

自聚氨酯工业化以来，泡棉的光氧化和降解问题一直是聚氨酯工业界研究和关注的热点问题。特别是，在装饰材料、女性内衣、家具、鞋帽、服装等领域，既要求海绵材料环保舒适，又要美观耐用。尤其这对聚氨酯海绵在光、热条件下的耐黄变特性具有较高的要求。因此，开发出具有优异耐黄变性能、环保舒适的聚氨酯海绵材料具有重要的实用价值。

目前，聚氨酯海绵制备方法中常添加光稳定剂与热稳定剂、添加增白剂、添加纳米粒子。光稳定剂与热稳定剂的作用原理是阻止聚氨酯大分子链的断裂降解过程。增白剂的作用原理是在光照条件下，材料能反射白色光线，从肉眼观察到材料呈现白色。纳米粒子(TiO2、ZnO)具有紫外线活性特征，能够对一定波段的紫外线有效吸收，从而减缓紫外线对海绵材料的辐射作用。

光稳定剂与热稳定剂主要是有机胺或有机胺盐类的化合物。一方面，该化合物具有一定生理毒性，会对人体健康构成危害。另一方面，该化合物也会造成泡棉空隙结构不规则、粗糙等问题。增白剂一般都使用荧光剂，该化合物对人体的生理毒性一直存在争议。该助剂的大量、广泛使用无疑会存在环境、人体造成危害的潜在问题。常用于耐黄变泡棉的纳米粒子有纳米TiO2、纳米ZnO等。该材料与发泡体系的相容性较差，会造成泡孔不规则、塌泡等一系列问题。同时，该助剂在耐黄变性能提升上仍具有相当的局限性，因此并没有在工业生产中大量推广。

此外，现有的聚氨酯海绵主要存在如下缺点：要么硬度足够而弹性不足，要么弹性足够而硬度不足，要么硬度和弹性均足够，但诸如清凉凉爽等舒适度较差的缺点。

发明内容

本发明解决的技术问题是，克服现有技术的缺陷，提供一种能制得回弹率达到42％、既具有一定的硬度又具有清凉凉爽的舒适性的聚氨酯海绵的聚氨酯海绵制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

一种聚氨酯海绵的制备方法包括如下步骤：

步骤一：按以下重量份数准备原料组分：聚醚多元醇90-110份、甲苯二异氰酸酯50-65份、硅油1.5-3份、胺0.1-0.5份、辛酸亚锡0.22-0.6份、二氯甲烷5.5-6.5份、竹炭粉37.4-44.2份、清凉粉37.4-44.2份；其中，硅油为泡沫稳定剂，既具有优良的稳泡和开孔的性能，又有助于改善制得的聚氨酯海绵产品受压后的恢复性能，还具有良好的耐热性、电绝缘性、耐候性、疏水性、生理惰性和较小的表面张力以及较低的粘温系数、较高的抗压缩性、内辐射性；辛酸亚锡为链增长催化剂，能加速泡沫熟化速度；因发泡工艺过程中反应速率非常快，同时释放大量热量，受热挥发的主要原料包括：聚醚多元醇、甲苯二异氯酸酯、水等，其余原料如硅油、辛酸亚锡等因投放量相对较少，且由于沸点较高等因素，挥发量可忽略不计，同时水与甲苯二异氰酸酯反应放出CO₂气体，由于CO₂无毒无害，基本不会影响周围环境空气质量，也不会污染环境；本发明制备得到的聚氨酯海绵的回弹率达到42％，既具有一定的硬度，又具有清凉凉爽的舒适性，并且成本较低。

步骤二：将液态的聚醛多元醇、竹炭粉和/或清凉粉在小桶中混合并进行搅拌形成预混料，然后分别通过泵将预混料与甲苯二异氰酸酯输送至恒温间进行混合并形成混合物A，其中，根据实际需求加入竹炭粉使得能制备得到足够硬度且舒适的聚氨酯海绵，或者根据实际需求加入清凉粉使得能制备得到清凉凉爽的聚氨酯海绵，或者同时加入竹炭粉和清凉粉使得能制备得到既具有足够硬度又具有清凉凉爽的聚氨酯海绵；恒温间密闭设置，恒温间内的恒温温度设置为25℃，对恒温间的恒温温度的调节通过工业冷水机对恒温间进行制冷和通过热蒸汽对恒温间进行制热，从而通过制冷和制热的温度调节方式将恒温间内的恒温温度保持在25℃。

步骤三：分别将恒温温度为25℃的混合物A和水、硅油、辛酸亚锡经PLC控制装置抽送至高效搅拌器机头并在高效搅拌器机头内混合形成混合物B，然后将混合物B均匀注入发泡通道，混合物B在发泡通道内反应、发泡、膨胀，随着后续混合物B物料的不断注入连续反应、发泡、膨胀形成发泡体，发泡体从发泡通道开始端的进口沿发泡通道向前伸展至发泡通道末端的出口，发泡体在经过发泡通道过程中受发泡通道的外轮廓束缚作用逐渐固化成型至熟化，熟化的发泡体从发泡通道末端的出口连续涌出；其中，发泡通道呈长方体形状，发泡通道的进口和出口均为敞开设置，发泡通道由钢质外壳包裹，发泡体在经过发泡通道过程中受发泡通道的钢质外壳包裹的外轮廓束缚作用逐渐固化成型至熟化，使得发泡通道密封效果较好，保证了较高的发泡、固化成型及熟化质量；发泡通道上方设有覆盖式集气罩，覆盖式集气罩覆盖于发泡通道上方，覆盖式集气罩与发泡通道两侧的框板连成一体，覆盖式集气罩覆盖范围从发泡通道开始端的进口至发泡通道末端的出口，覆盖式集气罩上方均匀布置吸风口，以增强集气效果，使得集气收集率能达到90％，并且减少了无序排放，节能环保。

步骤四：发泡通道末端的出口设有切割装置，通过切割装置将发泡通道末端的出口连续涌出的熟化的发泡体按预先设定的长度逐段切割，得到聚氨酯海绵粗产品；

步骤五：将步骤四得到的聚氨酯海绵粗产品放置于与室温温度相当的自然环境中约24小时，再对聚氨酯海绵粗产品进行熟化、冷却、收缩、定型处理并制得聚氨酯海绵产品，然后将定型处理之后的聚氨酯海绵产品切割成聚氨酯海绵成品，切割根据实际需要进行。从混合物料投放到高效搅拌器机头及发泡通道至发泡反应基本结束形成聚氨酯海绵粗产品的时长只需要短短几分钟，由于聚氨酯海绵粗产品在步骤三的发泡过程中反应速率非常快，同时释放出大量热量，使得制得的聚氨酯海绵粗产品的温度升高最高可升至约140℃，大大高于室温，为了保证后续进一步对聚氨酯海绵粗产品进行熟化、冷却、收缩、定型处理，需将步骤四得到的聚氨酯海绵粗产品放置于与室温温度相当的自然环境中约24小时进行冷却至常温，保证了最终制得的聚氨酯海绵产品的质量和产品合格率。

本发明的聚氨酯海绵的生产发泡工艺属化学发泡，其化学机理可简单解释为：聚醚多元醇、甲苯二异氰酸酯、水等发生扩链、交联反应，生成高分子聚合物，且甲苯二异氰酸酯和水以及二氯甲烷、胺混合反应放出大量C0₂气体，形成海绵体的微孔结构，同时部分水的蒸发，可同时移除反应热，避免大型海绵块中心焦化。

本发明中，聚醚多元醇、甲苯二异氰酸酯均储存在储罐内，储罐采用双层隔热罐，在储罐向阳一侧设有遮阳装置，减少了因温差等造成的储罐废气排放；储罐、恒温间、发泡通道均设有恒温装置，使得在发泡工艺过程中能保持恒温条件，保证了制备聚氨酯海绵所需的恒温。

本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：采用发泡工艺制备聚氨酯海绵，在恒温条件下将原料混合输送通过发泡通道过程中，使得反应生成的发泡体受发泡通道的钢质外壳包裹的外轮廓束缚作用逐渐固化成型至熟化，由于发泡通道密封效果较好，从而保证了较高的发泡、固化成型及熟化质量；该聚氨酯海绵的回弹率达到42％，既具有一定的硬度，又具有清凉凉爽的舒适性，并且成本较低。

附图说明

图1是本发明制备聚氨酯海绵实施例的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合实施例与附图对本发明作进一步详细描述。

一种聚氨酯海绵的制备方法，如图1所示，包括如下步骤：

步骤一：按以下重量份数准备原料组分：聚醚多元醇90-110份、甲苯二异氰酸酯50-65份、硅油1.5-3份、胺0.1-0.5份、辛酸亚锡0.22-0.6份、二氯甲烷5.5-6.5份、竹炭粉37.4-44.2份、清凉粉37.4-44.2份；其中，硅油为泡沫稳定剂，既具有优良的稳泡和开孔的性能，又有助于改善制得的聚氨酯海绵产品受压后的恢复性能，还具有良好的耐热性、电绝缘性、耐候性、疏水性、生理惰性和较小的表面张力以及较低的粘温系数、较高的抗压缩性、内辐射性；辛酸亚锡为链增长催化剂，能加速泡沫熟化速度；因发泡工艺过程中反应速率非常快，同时释放大量热量，受热挥发的主要原料包括：聚醚多元醇、甲苯二异氯酸酯、水等，其余原料如硅油、辛酸亚锡等因投放量相对较少，且由于沸点较高等因素，挥发量可忽略不计，同时水与甲苯二异氰酸酯反应放出CO2气体，由于CO2无毒无害，基本不会影响周围环境空气质量，也不会污染环境。

步骤二：将液态的聚醛多元醇、竹炭粉和清凉粉在小桶中混合并进行搅拌形成预混料，然后分别通过泵将预混料与甲苯二异氰酸酯输送至恒温间进行混合并形成混合物A，其中，根据实际需求加入竹炭粉使得能制备得到足够硬度且舒适的聚氨酯海绵，或者根据实际需求加入清凉粉使得能制备得到清凉凉爽的聚氨酯海绵，或者同时加入竹炭粉和清凉粉使得能制备得到既具有足够硬度又具有清凉凉爽的聚氨酯海绵；恒温间密闭设置，恒温间内的恒温温度设置为25℃，对恒温间的恒温温度的调节通过工业冷水机对恒温间进行制冷和通过热蒸汽对恒温间进行制热，从而通过制冷和制热的温度调节方式将恒温间内的恒温温度保持在25℃。

步骤三：分别将恒温温度为25℃的混合物A和水、硅油、辛酸亚锡经PLC控制装置抽送至高效搅拌器机头并在高效搅拌器机头内混合形成混合物B，然后将混合物B均匀注入发泡通道，混合物B在发泡通道内反应、发泡、膨胀，随着后续混合物B物料的不断注入连续反应、发泡、膨胀形成发泡体，发泡体从发泡通道开始端的进口沿发泡通道向前伸展至发泡通道末端的出口，发泡体在经过发泡通道过程中受发泡通道的外轮廓束缚作用逐渐固化成型至熟化，熟化的发泡体从发泡通道末端的出口连续涌出；其中，发泡通道呈长方体形状，发泡通道的进口和出口均为敞开设置，发泡通道由钢质外壳包裹，发泡体在经过发泡通道过程中受发泡通道的钢质外壳包裹的外轮廓束缚作用逐渐固化成型至熟化，使得发泡通道密封效果较好，保证了较高的发泡、固化成型及熟化质量；发泡通道上方设有覆盖式集气罩，覆盖式集气罩覆盖于发泡通道上方，覆盖式集气罩与发泡通道两侧的框板连成一体，覆盖式集气罩覆盖范围从发泡通道开始端的进口至发泡通道末端的出口，覆盖式集气罩上方均匀布置吸风口，以增强集气效果，使得集气收集率能达到90％，并且减少了无序排放，节能环保。

步骤四：发泡通道末端的出口设有切割装置，通过切割装置将发泡通道末端的出口连续涌出的熟化的发泡体按预先设定的长度逐段切割，得到聚氨酯海绵粗产品；

步骤五：将步骤四得到的聚氨酯海绵粗产品放置于与室温温度相当的自然环境中约24小时，再对聚氨酯海绵粗产品进行熟化、冷却、收缩、定型处理并制得聚氨酯海绵产品，然后将定型处理之后的聚氨酯海绵产品切割成聚氨酯海绵成品，切割根据实际需要进行。从混合物料投放到高效搅拌器机头及发泡通道至发泡反应基本结束形成聚氨酯海绵粗产品的时长只需要短短几分钟，由于聚氨酯海绵粗产品在步骤三的发泡过程中反应速率非常快，同时释放出大量热量，使得制得的聚氨酯海绵粗产品的温度升高最高可升至约140℃，大大高于室温，为了保证后续进一步对聚氨酯海绵粗产品进行熟化、冷却、收缩、定型处理，需将步骤四得到的聚氨酯海绵粗产品放置于与室温温度相当的自然环境中约24小时进行冷却至常温，保证了最终制得的聚氨酯海绵产品的质量和产品合格率。

本发明的聚氨酯海绵的生产发泡工艺属化学发泡，其化学机理可简单解释为：聚醚多元醇、甲苯二异氰酸酯、水等发生扩链、交联反应，生成高分子聚合物，且甲苯二异氰酸酯和水以及二氯甲烷、胺混合反应放出大量C02气体，形成海绵体的微孔结构，同时部分水的蒸发，可同时移除反应热，避免大型海绵块中心焦化。

本发明中，聚醚多元醇、甲苯二异氰酸酯均储存在储罐内，储罐采用双层隔热罐，在储罐向阳一侧设有遮阳装置，减少了因温差等造成的储罐废气排放；储罐、恒温间、发泡通道均设有恒温装置，使得在发泡工艺过程中能保持恒温条件，保证了制备聚氨酯海绵所需的恒温。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (1)

1.一种聚氨酯海绵的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：按以下重量份数准备原料组分：聚醚多元醇90-110份、甲苯二异氰酸酯50-65份、硅油1.5-3份、胺0.1-0.5份、辛酸亚锡0.22-0.6份、二氯甲烷5.5-6.5份、竹炭粉37.4-44.2份、清凉粉37.4-44.2份；

步骤二：将液态的聚醛多元醇、竹炭粉和/或清凉粉在小桶中混合并进行搅拌形成预混料，然后分别通过泵将预混料与甲苯二异氰酸酯输送至恒温间进行混合并形成混合物A；

步骤三：分别将恒温温度为25℃的混合物A和水、硅油、辛酸亚锡经PLC控制装置抽送至高效搅拌器机头并在高效搅拌器机头内混合形成混合物B，然后将混合物B均匀注入发泡通道，混合物B在发泡通道内反应、发泡、膨胀，随着后续混合物B物料的不断注入连续反应、发泡、膨胀形成发泡体，发泡体从发泡通道开始端的进口沿发泡通道向前伸展至发泡通道末端的出口，发泡体在经过发泡通道过程中受发泡通道的外轮廓束缚作用逐渐固化成型至熟化，熟化的发泡体从发泡通道末端的出口连续涌出；

步骤四：发泡通道末端的出口设有切割装置，通过切割装置将发泡通道末端的出口连续涌出的熟化的发泡体按预先设定的长度逐段切割，得到聚氨酯海绵粗产品；

步骤五：将步骤四得到的聚氨酯海绵粗产品放置于与室温温度相当的自然环境中约24小时，再对聚氨酯海绵粗产品进行熟化、冷却、收缩、定型处理并制得聚氨酯海绵产品，然后将定型处理之后的聚氨酯海绵产品切割成聚氨酯海绵成品。