CN113429658A - 一种弹性床垫材料及其制备方法和床垫 - Google Patents

一种弹性床垫材料及其制备方法和床垫 Download PDF

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Abstract

本申请涉及生活用品的领域，具体公开了一种弹性床垫材料，其由包括以下重量份的原料制备而成：聚乙烯100‑120份、防老化剂3‑6份、三元乙丙橡胶4‑7份、聚氨酯3‑6份、高密度聚乙烯1‑3份、季戊四醇硬脂酸酯2‑4份、聚丙烯纤维5‑8份、纳米二氧化钛0.7‑1.3份、纳米银‑石墨烯复合材料0.8‑1.8份，其具有使床垫不易产生细菌的优点；另外，本申请还提供了一种弹性床垫材料的制备方法及床垫。

Description

一种弹性床垫材料及其制备方法和床垫
技术领域
本申请涉及生活用品的领域，更具体地说，它涉及一种弹性床垫材料及其制备方法和床垫。
背景技术
由于现在人们追求睡眠的舒适感，床垫的材质也逐渐增多。目前，主要有弹簧床垫、棕榈床垫、乳胶床垫、海绵床垫和3D床垫。其中，3D床垫的原料包括聚酯、聚乙烯等，由于聚酯、聚乙烯等高分子材料的回弹性较好，并且3D床垫本身透气性好，被广泛应用。
针对上述中的相关技术，发明人认为，聚乙烯材质的床垫在使用时间较长时，容易滋生细菌，不利于人体健康。
发明内容
为了使床垫不易产生细菌，本申请提供一种弹性床垫材料及其制备方法和床垫。
本申请提供的一种弹性床垫材料采用如下的技术方案：
一种弹性床垫材料，其由包括以下重量份的原料制备而成：聚乙烯100-120份、防老化剂3-6份、三元乙丙橡胶4-7份、聚氨酯3-6份、高密度聚乙烯1-3份、季戊四醇硬脂酸酯2-4份、聚丙烯纤维5-8份、纳米二氧化钛0.7-1.3份、纳米银-石墨烯复合材料0.8-1.8份
通过采用上述技术方案，纳米二氧化钛和纳米银均具有优异的抗菌性能，纳米银与石墨烯进行复合，石墨烯优异的力学性能，可以提高床垫的各项力学性能，并且应用氧化石墨烯，可以增大纳米银之间的距离，使纳米银的分散性提高，加之，纳米二氧化钛和纳米银两者的协同作用，使弹性床垫材料制备的床垫的抗菌性良好。
优选的，所述纳米银-石墨烯复合材料通过纳米银与表面活性剂反应，然后氧化石墨烯通过静电作用吸附在纳米银表面制得。
通过采用上述技术方案，表面活性剂使纳米银颗粒表面带电，通过静电吸引，使氧化石墨烯吸附在纳米银表面，反应快速，工艺简单，较适合工厂生产。
优选的，所述纳米银-石墨烯复合材料的添加量为1.2-1.6重量份。
通过采用上述技术方案，在此添加量时，制备的床垫的抑菌率较优，并且其各项力学性能表现优异。
优选的，所述纳米银-石墨烯复合材料为改性纳米银-石墨烯复合材料，其通过在氧化石墨烯表面接枝聚苯乙烯制得。
通过采用上述技术方案，通过在氧化石墨烯远离纳米银一面接枝聚苯乙烯，可以使纳米银-石墨烯复合材料与主原料聚乙烯的相容性更好，使其分布更加均匀，并且聚苯乙烯分子使纳米银-石墨烯复合材料颗粒之间的距离加大，使其不易团聚，在弹性床垫材料中分布更加均匀。
优选的，所述改性纳米银-石墨烯复合材料的制备步骤如下：
在氮气保护下，将纳米银-石墨烯复合材料分散在DMF中，然后加入苯乙烯和偶氮二异丁腈，升高温度到70℃，搅拌反应，过滤，洗涤，干燥，得改性纳米银-石墨烯复合材料。
通过采用上述技术方案，偶氮二异丁腈作为引发剂，苯乙烯作为单体，通过聚合反应，得到表面接枝聚苯乙烯的纳米银-石墨烯复合材料。
优选的，所述改性纳米银-石墨烯复合材料的添加量为0.9-1.1重量份。
通过采用上述技术方案，在此添加量下，其制备的床垫的抑菌率可达到100%，并且添加的改性纳米银-石墨烯复合材料量适宜，其床垫各项力学性能较优。
第二方面，本申请提供一种弹性床垫材料的制备方法，采用如下的技术方案：
一种弹性床垫材料的制备方法，其包括如下步骤：
将聚乙烯、防老化剂、三元乙丙橡胶、聚氨酯、高密度聚乙烯、季戊四醇硬脂酸酯、聚丙烯纤维、纳米二氧化钛和纳米银-石墨烯复合材料进行混合，然后造粒，即得弹性床垫材料。
通过采用上述技术方案，通过混料、熔融、造粒，即可制得弹性床垫材料，无需特殊设备及工艺，适宜生产。
优选的，一种弹性床垫材料的制备方法，其包括如下步骤：
将聚乙烯、防老化剂、三元乙丙橡胶、聚氨酯、高密度聚乙烯、季戊四醇硬脂酸酯、聚丙烯纤维、纳米二氧化钛和改性纳米银-石墨烯复合材料进行混合，然后造粒，即得弹性床垫材料。
第三方面，本申请提供一种床垫，其采用如下方案：
一种床垫，所述床垫由权利要求1-6任一所述的一种弹性床垫材料制备而成。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、纳米二氧化钛和纳米银均具有优异的抗菌性能，纳米银与石墨烯进行复合，石墨烯优异的力学性能，可以提高床垫的各项力学性能，并且应用氧化石墨烯，可以增大纳米银之间的距离，使纳米银的分散性提高，加之，纳米二氧化钛和纳米银两者的协同作用，使弹性床垫材料制备的床垫的抗菌性良好。
2、通过在氧化石墨烯远离纳米银一面接枝聚苯乙烯，可以使纳米银-石墨烯复合材料与主原料聚乙烯的相容性更好，使其分布更加均匀，并且聚苯乙烯分子使纳米银-石墨烯复合材料颗粒之间的距离加大，使其不易团聚，在弹性床垫材料中分布更加均匀。
3、本申请制备的床垫，其抑菌率最大可达到100%，其拉伸强度最大可达到12.7kg/cm2，压缩强度均超过8.3 MPa，压陷硬度均大于147N，压缩变形特征均超过8.1。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
原料
聚乙烯：生产厂家为北京新塑世纪商贸有限公司；
防老化剂：生产厂家为深圳市华尔信化工原料有限公司，型号为抗氧剂1098；
三元乙丙橡胶：生产厂家为东莞市鼎信塑胶原料有限公司；
聚氨酯：生产厂家为余姚市佳倍塑料厂；
高密度聚乙烯：生产厂家为上海祥利实业有限公司；
季戊四醇硬脂酸酯：生产厂家为江苏省海安石油化工厂；
聚丙烯纤维：生产厂家为山东新势力工程材料有限公司。
制备例
制备例1
一种纳米银-石墨烯复合材料，其制备步骤如下：
1）配制0.001g/mL的氧化石墨烯水分散液；
2）将1kg纳米银分散在3kg水中，然后加入0.05kg的十二烷基苯磺酸钠，搅拌反应1h，然后加入1L步骤1）的氧化石墨烯分散液，继续搅拌反应30min，过滤，在60℃下真空干燥2h，得纳米银-石墨烯复合材料。
制备例2
一种改性纳米银-石墨烯复合材料，其制备步骤如下：
在氮气保护下，将0.5kg的制备例1得到的纳米银-石墨烯复合材料分散在2kg 的DMF中，然后加入0.8kg的苯乙烯和4g的偶氮二异丁腈，搅拌0.5h后，升高温度到70℃，搅拌反应24h，过滤，DMF洗涤3次后，用乙醇洗涤3次，在40℃下，真空干燥2h，得改性纳米银-石墨烯复合材料。
实施例
实施例1-3
实施例1-3的弹性床垫材料，其各原料如表1所示，其制备方法如下：
将聚乙烯、防老化剂、三元乙丙橡胶、聚氨酯、高密度聚乙烯、季戊四醇硬脂酸酯、聚丙烯纤维、纳米二氧化钛和纳米银-石墨烯复合材料放入混合机中进行混合，然后转移到双螺杆挤出机中进行熔融共混并挤出造粒，即得弹性床垫材料。
其中，纳米银-石墨烯复合材料来自制备例1。
表1 实施例1-3的弹性床垫材料各原料及各原料用量（kg）
实施例1 实施例2 实施例3
聚乙烯 100 110 120
防老化剂 6 5 3
三元乙丙橡胶 4 5 7
聚氨酯 6 4 3
高密度聚乙烯 1 2 3
季戊四醇硬脂酸酯 4 3 2
聚丙烯纤维 5 6.5 8
纳米二氧化钛 1.3 1.0 0.7
纳米银-石墨烯复合材料 0.8 0.8 0.8
实施例4
一种弹性床垫材料，与实施例2的不同之处在于，其纳米银-石墨烯复合材料的添加量为1.2kg，其余步骤与实施例2均相同。
实施例5
一种弹性床垫材料，与实施例2的不同之处在于，其纳米银-石墨烯复合材料的添加量为1.6kg，其余步骤与实施例2均相同。
实施例6
一种弹性床垫材料，与实施例2的不同之处在于，其纳米银-石墨烯复合材料的添加量为1.8kg，其余步骤与实施例2均相同。
实施例7
一种弹性床垫材料，与实施例2的不同之处在于，其纳米银-石墨烯复合材料替换为改性纳米银-石墨烯复合材料，其中，改性纳米银-石墨烯复合材料的添加量为0.8kg，其余步骤与实施例2均相同。
实施例8
一种弹性床垫材料，与实施例2的不同之处在于，其纳米银-石墨烯复合材料替换为改性纳米银-石墨烯复合材料，其中，改性纳米银-石墨烯复合材料的添加量为0.9kg，其余步骤与实施例2均相同。
实施例9
一种弹性床垫材料，与实施例2的不同之处在于，其纳米银-石墨烯复合材料替换为改性纳米银-石墨烯复合材料，其中，改性纳米银-石墨烯复合材料的添加量为1.1kg，其余步骤与实施例2均相同。
实施例10
一种弹性床垫材料，与实施例2的不同之处在于，其纳米银-石墨烯复合材料替换为改性纳米银-石墨烯复合材料，其中，改性纳米银-石墨烯复合材料的添加量为1.5kg，其余步骤与实施例2均相同。
实施例11
一种弹性床垫材料，与实施例2的不同之处在于，其纳米银-石墨烯复合材料替换为改性纳米银-石墨烯复合材料，其中，改性纳米银-石墨烯复合材料的添加量为1.8kg，其余步骤与实施例2均相同。
对比例
对比例1
一种弹性床垫材料，与实施例2的不同之处在于，其纳米二氧化钛的添加量为0，其余步骤与实施例2均相同。
对比例2
一种弹性床垫材料，与实施例2的不同之处在于，其纳米银-石墨烯复合材料的添加量为0，其余步骤与实施例2均相同。
对比例3
一种弹性床垫材料，与实施例2的不同之处在于，其纳米银-石墨烯复合材料替换为同等重量的纳米银，其余步骤与实施例2均相同。
应用例
应用例1-14
应用实施例1-11和对比例1-3的弹性床垫材料，通过3D打印技术成型，即制得床垫，制备的床垫为镂空式弹性材料。
性能检测试验
检测方法/试验方法
对应用例1-14得到的床垫，按照如下方法对其力学性能和抗菌性进行检测，其检测结果如表2所示。
压陷硬度指标（HA（40％/30s），单位N）：指试样压缩达到总厚度的(40±1)％，保载(30±1)s后的，测试其压力。
压缩变形特征(Sf＝F65/F25)：指试样先压缩至总厚度的(75±1)％，然后卸载，Sf为压缩量分别达到(65±1)％和(25±1)％时，两个即时力之比。
抑菌率：通过细菌减少率进行检测，随机抽取应用例1-14的床垫，并进行剪裁，得到边长为2cm的方形试样；
抑菌率=（a-b）/b×100%
其中，a为“1h”接触时间从测试样品回收的细菌数量，b为“0”接触时间从空白组回收的细菌数量，细菌采用金黄色葡萄球菌。
表2 应用例1-14的床垫的检测结果
拉伸强度（kg/cm<sup>2</sup>） 压缩强度（MPa） 压陷硬度（N） 压缩变形特征 抑菌率（%）
应用例1 11.2 8.3 147 8.3 86
应用例2 11.5 8.5 152 8.4 89
应用例3 11.3 8.4 150 8.1 88
应用例4 11.9 9.2 156 8.5 90
应用例5 12.3 9.9 158 8.6 92
应用例6 12.7 10.3 159 8.6 93
应用例7 11.8 8.6 153 8.5 96
应用例8 11.9 9.0 155 8.6 100
应用例9 12.2 9.9 158 8.9 100
应用例10 12.5 10.4 160 9.1 100
应用例11 12.6 10.9 162 9.1 100
应用例12 11.2 6.5 88 6.1 76
应用例13 8.8 6.0 73 5.6 74
应用例14 8.9 6.9 86 6.0 83
结合应用例1-14，并结合表2可以看出，应用本申请的弹性床垫材料制备的床垫，具有优异的抗菌性能，其抑菌率均在86%及以上。并且在抑菌率较高的情况下，其床垫的拉伸强度、压缩强度、压陷硬度和压缩变形特征，均表现良好，适宜人们睡眠。
从应用例2和应用例12-13的检测数据可以看出，纳米二氧化钛和纳米银-石墨烯复合材料，在床垫的抑菌率上，具有协同作用，并且加入纳米二氧化钛和纳米银-石墨烯复合材料后，床垫的拉伸强度、压缩强度、压陷硬度和压缩变形特征均有提高。
从应用例2和应用例4-6的检测数据可以看出，添加的纳米银-石墨烯复合材料逐渐增多时，其抑菌率逐渐增大。
改性纳米银-石墨烯复合材料是通过在纳米银-石墨烯复合材料表面接枝聚苯乙烯制得，根据相似相溶原理，改性纳米银-石墨烯复合材料与床垫其它原料的相容性更好，其在床垫中分布更均匀，使得改性纳米银-石墨烯复合材料与未改性前的添加量相同时，添加改性纳米银-石墨烯复合材料，得到的床垫的抗菌性更优。从应用例2和应用例7的检测数据可以看出，通过添加改性纳米银-石墨烯复合材料，应用例7得到的床垫的抑菌率更高。
从应用例7-11的检测数据可以看出，添加的改性纳米银-石墨烯复合材料越多，其对应的床垫的抑菌率逐渐提高，在添加量达到0.9kg时，其抑菌率达到100%。
从应用例2和应用例14的检测数据可以看出，添加纳米银和添加纳米银-石墨烯复合材料制备的床垫，添加纳米银-石墨烯复合材料制备的床垫，其各项力学性能更优，其抑菌率更高。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种弹性床垫材料，其特征在于，其由包括以下重量份的原料制备而成：聚乙烯100-120份、防老化剂3-6份、三元乙丙橡胶4-7份、聚氨酯3-6份、高密度聚乙烯1-3份、季戊四醇硬脂酸酯2-4份、聚丙烯纤维5-8份、纳米二氧化钛0.7-1.3份、纳米银-石墨烯复合材料0.8-1.8份。
2.根据权利要求1所述的一种弹性床垫材料，其特征在于：所述纳米银-石墨烯复合材料通过纳米银与表面活性剂反应，然后氧化石墨烯通过静电作用吸附在纳米银表面制得。
3.根据权利要求1所述的一种弹性床垫材料，其特征在于：所述纳米银-石墨烯复合材料的添加量为1.2-1.6重量份。
4.根据权利要求2所述的一种弹性床垫材料，其特征在于：所述纳米银-石墨烯复合材料为改性纳米银-石墨烯复合材料，其通过在氧化石墨烯表面接枝聚苯乙烯制得。
5.根据权利要求4所述的一种弹性床垫材料，其特征在于：所述改性纳米银-石墨烯复合材料的制备步骤如下：
在氮气保护下，将纳米银-石墨烯复合材料分散在DMF中，然后加入苯乙烯和偶氮二异丁腈，升高温度到70℃，搅拌反应，过滤，洗涤，干燥，得改性纳米银-石墨烯复合材料。
6.根据权利要求4所述的一种弹性床垫材料，其特征在于：所述改性纳米银-石墨烯复合材料的添加量为0.9-1.1重量份。
7.一种权利要求1-3任一所述的一种弹性床垫材料的制备方法，其特征在于：其包括如下步骤：
将聚乙烯、防老化剂、三元乙丙橡胶、聚氨酯、高密度聚乙烯、季戊四醇硬脂酸酯、聚丙烯纤维、纳米二氧化钛和纳米银-石墨烯复合材料进行混合，然后造粒，即得弹性床垫材料。
8.一种权利要求4-6任一所述的一种弹性床垫材料的制备方法，其特征在于：其包括如下步骤：
将聚乙烯、防老化剂、三元乙丙橡胶、聚氨酯、高密度聚乙烯、季戊四醇硬脂酸酯、聚丙烯纤维、纳米二氧化钛和改性纳米银-石墨烯复合材料进行混合，然后造粒，即得弹性床垫材料。
9.一种床垫，其特征在于：所述床垫由权利要求1-6任一所述的一种弹性床垫材料制备而成。
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