CN111269374A - 一种生物质慢回弹网状聚氨酯海绵及制备方法和应用 - Google Patents

一种生物质慢回弹网状聚氨酯海绵及制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种生物质慢回弹网状聚氨酯海绵，其组分和配比如下：以聚醚多元醇100重量份为标准，开孔剂为1‑3份、异氰酸酯35‑42份、泡沫稳定剂0.3‑0.5份和反应催化剂0.3‑0.5份。本发明还公开了生物质慢回弹网状聚氨酯海绵制备方法和应用。本发明的生物质慢回弹网状聚氨酯海绵具有粗孔、无需爆破除膜而自然开孔、无异味、透气性好、水洗不溶胀、脱水快干、可持续利用、减少环境污染、生物质可再生、低温条件下硬度变化少的特点。

Description

一种生物质慢回弹网状聚氨酯海绵及制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种海绵，具体涉及一种以生物质聚醚多元醇为原料的慢回弹网状聚氨酯海绵及制备方法，尤其应用在制作枕头、床垫或坐垫上。
背景技术
聚氨酯慢回弹泡沫材料，也称记忆棉、太空棉、惰性棉，是一种粘弹网状泡沫材料，是在普通软质聚氨酯泡沫的合成中添加了特种聚醚，使泡沫在受到外力产生形变后，缓慢地恢复原形。目前，聚氨酯慢回弹海棉广泛的用于寝具(如枕头、床垫、座垫等)和玩具中。
现有的用于枕头、床垫、座垫等的慢回弹材料存在很明显的缺点，如开孔度低，透气性差，水洗溶胀、脱水难和水洗后久置不干，故不可持续使用。而一次性使用势必造成资源浪费和对环境的污染。
现有技术中的聚氨酯(PU)慢回弹发泡材料因其自身内部特殊的细胞结构，具有不全开孔而有胀气感的特性。当用作家居海绵如PU聚氨酯慢回弹枕头、床垫及座垫时不透气而有闷热感。
现有网状开孔慢回弹海绵(CN 107488252 A)因采用混合气体高温爆破除膜而使之具一定的危险性，且高温爆破除膜开孔后使之带有难闻的烧焦恶臭的味道而不适合做人们日用家居材料如枕头、床垫、座垫等。
发明内容
鉴于目前制备枕头、床垫、座垫等聚氨酯海绵存在的上述不足，本发明的目的之一是提供一种生物质慢回弹网状聚氨酯海绵，本发明的目的之二是提供一种生物质慢回弹网状聚氨酯海绵的制备方法，本发明的目的之三是提供一种生物质慢回弹网状聚氨酯海绵的应用。本发明提供一种生物质慢回弹网状聚氨酯海绵的具有粗孔、无需爆破除膜而自然开孔、无异味、透气性好、水洗不溶胀、脱水快干、可持续利用、减少环境污染、生物质可再生、低温条件下硬度变化少的特点。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种生物质慢回弹网状聚氨酯海绵，所述组分及配比如下：以聚醚多元醇100重量份为标准，开孔剂为1-3份、异氰酸酯35-42份、泡沫稳定剂0.3-0.5份和反应催化剂0.3-0.5份。
依照本发明的一个方面，所述聚醚多元醇包括生物质聚醚多元醇，所述聚醚多元醇还包括慢回弹聚醚多元醇或普通聚醚多元醇。
依照本发明的一个方面，当所述聚醚多元醇包括生物质聚醚多元醇、慢回弹聚醚多元醇和普通聚醚多元醇时，生物质聚醚多元醇35-45 份、慢回弹聚醚多元醇20-45份和普通聚醚多元醇为20-45份。
依照本发明的一个方面，所述的泡沫稳定剂主要由硅油组成。
依照本发明的一个方面，所述的反应催化剂包括三乙烯二胺和辛酸亚锡，三乙烯二胺和辛酸亚锡的质量份数比为 (0.2-0.35):(0.1-0.15)。
依照本发明的一个方面，所述异氰酸酯主要由甲苯二异氰酸脂组成。
依照本发明的一个方面，所述开孔剂主要由硬脂酸镁组成。
依照本发明的一个方面，所述的一种生物质慢回弹网状聚氨酯海绵的制备方法步骤如下：
原料准备：按照所述的海绵成分组分的重量配比称取各原料：
搅拌：将上述称量的聚醚多元醇、开孔剂、泡沫稳定剂和反应催化剂投入混合容器中进行第一次低速搅拌，然后，将上述称量的异氰酸酯投入混合容器中进行第二次低速搅拌，所述的第一次低速搅拌和第二次低速搅拌的过程中，温度控制在18-20℃、常压和低速注入空气，待搅拌均匀，获得聚氨酯发泡材料；
发泡：将聚氨酯发泡材料迅速倒入模具中，进行发泡，获得聚氨酯发泡成型海绵；
熟化：将聚氨酯发泡成型海绵出模熟化，获得未裁剪的聚氨酯海绵；
裁剪：将未裁剪的聚氨酯海绵进行切割得到所述的海棉。
依照本发明的一个方面，所述的的搅拌过程的第一次低速搅拌的转速为10-15r/min，所述的搅拌过程的第一次低速搅拌时间为 60-120s，所述的的搅拌过程的第二次低速搅拌的转速为20-30r/min，所述的搅拌过程的第二次低速搅拌时间为4-8s，所述的搅拌过程中的注入空气的量占所有原料总质量的0.02-0.06％，所述的发泡过程的发泡时间为3-5min，所述的熟化过程的熟化时间超过24h。
依照本发明的一个方面，所述生物质慢回弹网状聚氨酯海绵应用于制作枕头、床垫或坐垫。
本发明的有益效果：通过优化配方及制备方法，使得聚氨脂海棉具有粗孔开孔的网状结构，透气性好，回弹速度似于普通慢回弹海棉，水洗后不溶胀，脱水后自然快速风干的特点，使此类产品可连续持久使用，节约资源，生物质可生物降解减少环境污染，居家卫生。由此种配方及制备方法的聚氨酯海棉因其具有粗孔开孔网状结构，故可水洗且易脱水和自然风干，此聚氨酯海棉的孔径范围为(20-50)PPI；开孔率可达90％以上，慢回弹回弹时间 (1-5)s，密度范围是(40-65)kg/m3。用此种聚氨酯海棉加工生产的海棉枕头及海棉床垫或座垫可水洗，水洗后脱水后可快速自然风干，自然风干时间夏天约为半天左右，冬天约为1-2天。由于其可水洗快干的特点，克服了传统海绵枕头、海绵床垫及座垫久用不洁净有异味后却又不能水洗故而不可持续使用的弊端，具有较高的社会实用价值。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种生物质慢回弹网状聚氨酯海绵，所述组分及配比如下：以聚醚多元醇100重量份为标准，开孔剂为1-3份、异氰酸酯35-42份、泡沫稳定剂0.3-0.5份和反应催化剂0.3-0.5份。
所述聚醚多元醇包括生物质聚醚多元醇，所述聚醚多元醇还包括慢回弹聚醚多元醇或普通聚醚多元醇。聚醚多元醇的三种组合分别是：生物质聚醚多元醇和慢回弹聚醚多元醇；生物质聚醚多元醇和普通聚醚多元醇；生物质聚醚多元醇、慢回弹聚醚多元醇和普通聚醚多元醇。
当所述聚醚多元醇包括生物质聚醚多元醇、慢回弹聚醚多元醇和普通聚醚多元醇时，生物质聚醚多元醇35-45份、慢回弹聚醚多元醇 20-45份和普通聚醚多元醇为20-45份。本申请用的生物质聚醚多元醇的平均分子量约为2800和平均官能度约为2.8，慢回弹聚醚多元醇的平均分子量为550和三官能度，普通聚醚多元醇的平均分子量为3000 和三官能度。
所述的泡沫稳定剂主要由硅油组成。硅油可改善聚醚多元醇和异氰酸酯的相容性。
所述的反应催化剂包括三乙烯二胺和辛酸亚锡，三乙烯二胺和辛酸亚锡的质量份数比为(0.2-0.35):(0.1-0.15)。
所述异氰酸酯主要由甲苯二异氰酸脂组成。
所述开孔剂主要由硬脂酸镁组成。
一种生物质慢回弹网状聚氨酯海绵的制备方法步骤如下：
原料准备：按照海绵成分组分的重量配比称取各原料，称取成分及组分如下：聚醚多元醇100份(生物质聚醚多元醇35-45份、慢回弹聚醚多元醇20-45份和普通聚醚多元醇为20-45份)、开孔剂为1-3 份、异氰酸酯35-42份、泡沫稳定剂0.3-0.5份和反应催化剂0.3-0.5 份(三乙烯二胺和辛酸亚锡的质量份数比为(0.2-0.35):(0.1-0.15))；
搅拌：将上述称量的聚醚多元醇、开孔剂、泡沫稳定剂和反应催化剂投入混合容器(带搅拌叶片的电动搅拌棒+圆形搅拌桶)中进行第一次低速搅拌，其中，转速为10-15r/min，搅拌时间为60-120s，然后，将上述称量的异氰酸酯投入混合容器中进行第二次低速搅拌，其中，转速为20-30r/min，搅拌时间为4-8s，所述的第一次低速搅拌和第二次低速搅拌的过程中，温度控制在18-20℃、常压和低速注入空气，注入空气的量占所有原料总质量的0.02-0.06％，待搅拌均匀，获得聚氨酯发泡材料；
发泡：将聚氨酯发泡材料迅速倒入模具中，进行3-5分钟的发泡，获得聚氨酯发泡成型海绵；
熟化：将聚氨酯发泡成型海绵出模熟化，熟化时间超过24h，获得未裁剪的聚氨酯海绵；
裁剪：将未裁剪的聚氨酯海绵进行切割得到所述的海棉。
按照生物质慢回弹网状聚氨酯海绵的制备方法制备的生物质慢回弹网状聚氨酯海绵应用于制作枕头、床垫或坐垫。由于海绵水洗脱水后，只要不堆积，海绵的风干的速度不受大小和厚度的限制，这是本技术领域的公知常识。此种聚氨酯海棉加工生产的海棉枕头及海棉床垫或座垫可水洗，水洗后脱水后，因其具有网状开孔结构，因此水分易蒸发。
本发明的基本化学反应式如下式：
R'-OH+R-NCO→R'-NCO-R
式中的“R'-OH”代表聚醚多元醇，包括必用的生物质聚醚多元醇和慢回弹聚醚多元醇与普通聚醚多元醇中的两种或三种聚醚多元醇。
式中的“R-NCO”代表异氰酸酯；
式中的“R'-NCO-R”代表聚氨酯。
实施例1
一种生物质慢回弹网状聚氨酯海绵的制备方法步骤如下：
原料准备：按照海绵成分组分的重量配比称取各原料，称取成分及组分如下：聚醚多元醇100份(生物质聚醚多元醇45份、慢回弹聚醚多元醇20份和普通聚醚多元醇为35份)、开孔剂为1份、异氰酸酯35份、泡沫稳定剂0.3份和反应催化剂0.5份(三乙烯二胺和辛酸亚锡的质量份数比为0.35:0.1；
搅拌：将上述称量的聚醚多元醇、开孔剂、泡沫稳定剂和反应催化剂投入混合容器(带搅拌叶片的电动搅拌棒+圆形搅拌桶)中进行第一次低速搅拌，其中，转速为15r/min，搅拌时间为60s，然后，将上述称量的异氰酸酯投入混合容器中进行第二次低速搅拌，其中，转速为20r/min，搅拌时间为8s，所述的第一次低速搅拌和第二次低速搅拌的过程中，温度控制在18-20℃、常压和低速注入空气，注入空气的量占所有原料总质量的0.02％，待搅拌均匀，获得聚氨酯发泡材料；
发泡：将聚氨酯发泡材料迅速倒入模具中，进行3min的发泡，获得聚氨酯发泡成型海绵；
熟化：将聚氨酯发泡成型海绵出模熟化，熟化时间为24.5h，获得未裁剪的聚氨酯海绵；
裁剪：将未裁剪的聚氨酯海绵进行切割得到所述的枕头大小的海棉。
实施例2
一种生物质慢回弹网状聚氨酯海绵的制备方法步骤如下：
原料准备：按照海绵成分组分的重量配比称取各原料，称取成分及组分如下：聚醚多元醇100份(生物质聚醚多元醇35份、慢回弹聚醚多元醇20份和普通聚醚多元醇为45份)、开孔剂为1.5份、异氰酸酯40份、泡沫稳定剂0.4份和反应催化剂0.45份(三乙烯二胺和辛酸亚锡的质量份数比为0.3:0.12；
搅拌：将上述称量的聚醚多元醇、开孔剂、泡沫稳定剂和反应催化剂投入混合容器(带搅拌叶片的电动搅拌棒+圆形搅拌桶)中进行第一次低速搅拌，其中，转速为10r/min，搅拌时间为120s，然后，将上述称量的异氰酸酯投入混合容器中进行第二次低速搅拌，其中，转速为30r/min，搅拌时间为4s，所述的第一次低速搅拌和第二次低速搅拌的过程中，温度控制在18-20℃、常压和低速注入空气，注入空气的量占所有原料总质量的0.06％，待搅拌均匀，获得聚氨酯发泡材料；
发泡：将聚氨酯发泡材料迅速倒入模具中，进行4min的发泡，获得聚氨酯发泡成型海绵；
熟化：将聚氨酯发泡成型海绵出模熟化，熟化时间为25h，获得未裁剪的聚氨酯海绵；
裁剪：将未裁剪的聚氨酯海绵进行切割得到所述的枕头大小的海棉。
实施例3
一种生物质慢回弹网状聚氨酯海绵的制备方法步骤如下：
原料准备：按照海绵成分组分的重量配比称取各原料，称取成分及组分如下：聚醚多元醇100份(生物质聚醚多元醇45份、慢回弹聚醚多元醇20份和普通聚醚多元醇为35份)、开孔剂为2份、异氰酸酯42份、泡沫稳定剂0.5份和反应催化剂0.35份(三乙烯二胺和辛酸亚锡的质量份数比为0.25:0.1；
搅拌：将上述称量的聚醚多元醇、开孔剂、泡沫稳定剂和反应催化剂投入混合容器(带搅拌叶片的电动搅拌棒+圆形搅拌桶)中进行第一次低速搅拌，其中，转速为12r/min，搅拌时间为80s，然后，将上述称量的异氰酸酯投入混合容器中进行第二次低速搅拌，其中，转速为25r/min，搅拌时间为6s，所述的第一次低速搅拌和第二次低速搅拌的过程中，温度控制在18-20℃、常压和低速注入空气，注入空气的量占所有原料总质量的0.06％，待搅拌均匀，获得聚氨酯发泡材料；
发泡：将聚氨酯发泡材料迅速倒入模具中，进行5min的发泡，获得聚氨酯发泡成型海绵；
熟化：将聚氨酯发泡成型海绵出模熟化，熟化时间为24.8h，获得未裁剪的聚氨酯海绵；
裁剪：将未裁剪的聚氨酯海绵进行切割得到所述的枕头大小的海棉。
实施例4
一种生物质慢回弹网状聚氨酯海绵的制备方法步骤如下：
原料准备：按照海绵成分组分的重量配比称取各原料，称取成分及组分如下：聚醚多元醇100份(生物质聚醚多元醇35份、慢回弹聚醚多元醇45份和普通聚醚多元醇为20份)、开孔剂为2.5份、异氰酸酯40份、泡沫稳定剂0.4份和反应催化剂0.3份(三乙烯二胺和辛酸亚锡的质量份数比为0.2:0.15；
搅拌：将上述称量的聚醚多元醇、开孔剂、泡沫稳定剂和反应催化剂投入混合容器(带搅拌叶片的电动搅拌棒+圆形搅拌桶)中进行第一次低速搅拌，其中，转速为12r/min，搅拌时间为100s，然后，将上述称量的异氰酸酯投入混合容器中进行第二次低速搅拌，其中，转速为30r/min，搅拌时间为8s，所述的第一次低速搅拌和第二次低速搅拌的过程中，温度控制在18-20℃、常压和低速注入空气，注入空气的量占所有原料总质量的0.05％，待搅拌均匀，获得聚氨酯发泡材料；
发泡：将聚氨酯发泡材料迅速倒入模具中，进行5min的发泡，获得聚氨酯发泡成型海绵；
熟化：将聚氨酯发泡成型海绵出模熟化，熟化时间为25h，获得未裁剪的聚氨酯海绵；
裁剪：将未裁剪的聚氨酯海绵进行切割得到所述的枕头大小的海棉。
实施例5
一种生物质慢回弹网状聚氨酯海绵的制备方法步骤如下：
原料准备：按照海绵成分组分的重量配比称取各原料，称取成分及组分如下：聚醚多元醇100份(生物质聚醚多元醇40份、慢回弹聚醚多元醇40份和普通聚醚多元醇为20份)、开孔剂为3份、异氰酸酯42份、泡沫稳定剂0.5份和反应催化剂0.4份(三乙烯二胺和辛酸亚锡的质量份数比为0.3:0.1；
搅拌：将上述称量的聚醚多元醇、开孔剂、泡沫稳定剂和反应催化剂投入混合容器(带搅拌叶片的电动搅拌棒+圆形搅拌桶)中进行第一次低速搅拌，其中，转速为15r/min，搅拌时间为70s，然后，将上述称量的异氰酸酯投入混合容器中进行第二次低速搅拌，其中，转速为25r/min，搅拌时间为7s，所述的第一次低速搅拌和第二次低速搅拌的过程中，温度控制在18-20℃、常压和低速注入空气，注入空气的量占所有原料总质量的0.02％，待搅拌均匀，获得聚氨酯发泡材料；
发泡：将聚氨酯发泡材料迅速倒入模具中，进行4min的发泡，获得聚氨酯发泡成型海绵；
熟化：将聚氨酯发泡成型海绵出模熟化，熟化时间为26h，获得未裁剪的聚氨酯海绵；
裁剪：将未裁剪的聚氨酯海绵进行切割得到所述的枕头大小的海棉。
实施例1-5用的各原料型号如下：
生物质聚醚多元醇的型号为EV925；
慢回弹聚醚多元醇的型号为1030；
普通聚醚多元醇的型号为5613；
开孔剂的型号为硬脂酸镁JK1121；
异氰酸脂的型号为甲苯二异氰酸脂TDI-80/20；
泡沫稳定剂的型号为硅油B8020；
催化剂包括三乙烯二胺和辛酸亚锡，三乙烯二胺的型号为A33，辛酸亚锡的型号为T-9。
性能检测：
对实施例1-5制得的一种生物质慢回弹网状聚氨酯海绵进行检测，检测结果如下表所示：
Figure BDA0002406893820000091
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种生物质慢回弹网状聚氨酯海绵，其特征在于：所述组分及配比如下：以聚醚多元醇100重量份为标准，开孔剂为1-3份、异氰酸酯35-42份、泡沫稳定剂0.3-0.5份和反应催化剂0.3-0.5份。
2.根据权利要求1所述的一种生物质慢回弹网状聚氨酯海绵，其特征在于：所述聚醚多元醇包括生物质聚醚多元醇，所述聚醚多元醇还包括慢回弹聚醚多元醇或普通聚醚多元醇。
3.根据权利要求2所述的一种生物质慢回弹网状聚氨酯海绵，其特征在于：当所述聚醚多元醇包括生物质聚醚多元醇、慢回弹聚醚多元醇和普通聚醚多元醇时，生物质聚醚多元醇35-45份、慢回弹聚醚多元醇20-45份和普通聚醚多元醇为20-45份。
4.根据权利要求1所述的一种生物质慢回弹网状聚氨酯海绵，其特征在于：所述的泡沫稳定剂主要由硅油组成。
5.根据权利要求1所述的一种生物质慢回弹网状聚氨酯海绵，其特征在于：所述的反应催化剂包括三乙烯二胺和辛酸亚锡，三乙烯二胺和辛酸亚锡的质量份数比为(0.2-0.35):(0.1-0.15)。
6.根据权利要求1所述的一种生物质慢回弹网状聚氨酯海绵，其特征在于：所述异氰酸酯主要由甲苯二异氰酸脂组成。
7.根据权利要求1所述的一种生物质慢回弹网状聚氨酯海绵，其特征在于：所述开孔剂主要由硬脂酸镁组成。
8.根据权利要求1-7任一所述的一种生物质慢回弹网状聚氨酯海绵的制备方法，其特征在于：
原料准备：按照所述的海绵成分组分的重量配比称取各原料：
搅拌：将上述称量的聚醚多元醇、开孔剂、泡沫稳定剂和反应催化剂投入混合容器中进行第一次低速搅拌，然后，将上述称量的异氰酸酯投入混合容器中进行第二次低速搅拌，所述的第一次低速搅拌和第二次低速搅拌的过程中，温度控制在18-20℃、常压和低速注入空气，待搅拌均匀，获得聚氨酯发泡材料；
发泡：将聚氨酯发泡材料迅速倒入模具中，进行发泡，获得聚氨酯发泡成型海绵；
熟化：将聚氨酯发泡成型海绵出模熟化，获得未裁剪的聚氨酯海绵；
裁剪：将未裁剪的聚氨酯海绵进行切割得到所述的海棉。
9.根据权利要求8所述的一种生物质慢回弹网状聚氨酯海绵的制备方法，其特征在于：所述的的搅拌过程的第一次低速搅拌的转速为10-15r/min，所述的搅拌过程的第一次低速搅拌时间为60-120s，所述的的搅拌过程的第二次低速搅拌的转速为20-30r/min，所述的搅拌过程的第二次低速搅拌时间为4-8s，所述的搅拌过程中的注入空气的量占所有原料总质量的0.02-0.06％，所述的发泡过程的发泡时间为3-5min，所述的熟化过程的熟化时间超过24h。
10.根据权利要求9所述的一种生物质慢回弹网状聚氨酯海绵的应用，其特征在于：所述生物质慢回弹网状聚氨酯海绵应用于制作枕头、床垫或坐垫。
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