CN113583205B - 一种慢回弹海绵及其制备方法和应用 - Google Patents

一种慢回弹海绵及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于记忆棉制备技术领域，具体涉及一种慢回弹海绵及其制备方法和应用。以重量份数计，该慢回弹海绵的原料包括100份聚醚多元醇组合物、30‑70份异氰酸酯和3‑15份助剂；其中，所述聚醚多元醇组合物包括端羟基聚醚、聚醚二元醇和聚合物多元醇。该慢回弹海绵具有较高的舒适性、撕裂强度、断裂伸长率，并且该慢回弹海绵的性能稳定，其性能不会随着使用环境(如温度)的变化而发生变化。本发明通过端羟基聚醚、聚醚二元醇和聚合物多元醇配合使用可以提高慢回弹海绵的舒适因子和撕裂强度，使慢回弹海绵表面和内部具有相同或相近的柔软性和硬度，支撑力好，更能满足人们对舒适性的要求。

Description

一种慢回弹海绵及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于记忆棉制备技术领域，具体涉及一种慢回弹海绵及其制备方法和应用。
背景技术
随着汽车行业快速的发展，越来越多的研究者开始关注汽车内饰的改进，如何提高驾驶的舒适性成为研究热点之一。汽车头枕是一种驾驶舒适性配置用品和安全性防护用品。汽车头枕包括装饰外罩、头枕支杆和头枕芯，其中汽车头枕芯一般采用高回弹泡沫，落球回弹率高于50％以上。现有技术中，聚氨酯高回弹软泡在减振性、舒适性、吸能性等方面具有更广阔的应用前景，同时聚氨酯泡沫的低分子物质挥发及其生产过程中产生的挥发性有害气体是影响其环保性及清洁生产的重要方面，为了改善生产环境，提高驾乘体验，市场急需开发出具有优良回弹性、低VOC、低气味等优良性能的汽车头枕。
中国专利文献CN210680489U公开了一种汽车座椅头颈一体枕，该汽车头枕以慢回弹记忆棉作为原料，而慢回弹记忆棉虽然柔软性好，但是该慢回弹记忆棉的支撑力和舒适性较差。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的用于慢回弹记忆棉的支撑性和舒适性差，不能作为汽车头枕使用等缺陷，从而提供了一种慢回弹海绵及其制备方法和应用。
为此，本发明提供了以下技术方案。
本发明提供了一种慢回弹海绵，以重量份数计，其原料包括100份聚醚多元醇组合物、30-70份异氰酸酯和3-15份助剂；
其中，所述聚醚多元醇组合物包括端羟基聚醚、聚醚二元醇和聚合物多元醇。
所述聚醚二元醇的羟值为20-150mg KOH/g；
优选地，所述聚醚二元醇的羟值为30-100mg KOH/g。
所述端羟基聚醚、聚醚二元醇和聚合物多元醇之间的质量比为(50-80)：(5-20)：(30-50)。
所述端羟基聚醚的羟值为30-50mg KOH/g；
优选地，在制备端羟基聚醚时，环氧乙烷的用量要大于环氧丙烷；通过控制环氧乙烷的用量大于环氧丙烷，有助于改善慢回弹海绵硬度过高、不柔软的问题。
所述聚合物多元醇的固含量为10-60％，羟值为15-50mg KOH/g，粘度为2000-8000mPa·S；
优选地，所述聚合物多元醇的固含量为43-48％。
所述异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯，二苯基甲烷二异氰酸酯，多聚二苯甲烷二异氰酸酯，六亚甲基二异氰酸酯，异佛尔酮二异氰酸酯中的至少一种；或，
所述异氰酸酯为多苯基甲烷多异氰酸酯。
所述助剂包括0.5-2份的表面活性剂、3-5份的水、0.1-1.5份的催化剂和1-5份阻燃剂；
所述表面活性剂为硅油；
所述催化剂包括三亚乙烯二胺一缩二乙二醇溶液，质量比为7:3的双(二甲氨基乙基)醚与一缩二丙二醇的混合剂。
本发明还提供了一种上述慢回弹海绵的制备方法，包括以下步骤，
(1)聚醚多元醇组合物与助剂搅拌均匀，得到混合料；
(2)将混合料与异氰酸酯混合均匀，得到组合料；
(3)组合料在室温条件下固化后，得到慢回弹海绵。
此外，本发明提供了上述慢回弹海绵或上述制备得到的慢回弹海绵在汽车头枕中的应用。
进一步地，本发明提供了一种汽车头枕的制备方法，采用上述慢回弹海绵，所述汽车头枕的制备方法包括以下步骤，
(1)将头枕支架和头枕外套一体物放入模具中；
(2)聚醚多元醇组合物与助剂搅拌均匀，得到混合料；
(3)将混合料与异氰酸酯混合均匀，得到组合料；
(4)组合料在室温条件下放置到步骤(1)中的模具中，经固化后得到一体化的汽车头枕。
所述固化时间为2-10min。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的慢回弹海绵，以重量份数计，其原料包括100份聚醚多元醇组合物、30-70份异氰酸酯和3-15份助剂；其中，所述聚醚多元醇组合物包括端羟基聚醚、聚醚二元醇和聚合物多元醇。该慢回弹海绵具有较高的舒适性、撕裂强度、断裂伸长率，并且该慢回弹海绵的性能稳定，其性能不会随着使用环境(如温度)的变化而发生变化。本发明通过端羟基聚醚、聚醚二元醇和聚合物多元醇配合使用可以提高慢回弹海绵的舒适因子和撕裂强度，使慢回弹海绵表面和内部具有相同或相近的柔软性和硬度，支撑力好，更能满足人们对舒适性的要求。聚醚二元醇作为原料用于制备慢回弹海绵，有助于使海绵具有较低的表面硬度和压缩硬度等性能，并且该慢回弹海绵具有较好的永久压缩变形性能，在产品压缩过程中有良好的恢复原状性能。
本发明提供的慢回弹海绵用于汽车头枕的制备中，可以使汽车头枕具有更好的舒适性，同时该慢回弹海绵具有优异的物理化学性能，可以进一步提高汽车头枕的使用寿命。
2.本发明提供的慢回弹海绵，通过控制聚醚二元醇的羟值，可以有助于平衡慢回弹海绵的柔韧性和硬度，羟值过低，分子量变大，海绵回弹过快，羟值过高，分子量较小，海绵不能回弹。
本发明通过对端羟基聚醚、聚醚二元醇和聚合物多元醇的质量比例进行控制，可以优化慢回弹海绵的舒适性、安全性、断裂伸长率、撕裂强度等整体性能。
3.本发明提供的慢回弹海绵的制备方法，该方法简单易操作，能够降低后续人工成本。
另外，本发明提供的慢回弹海绵可以与头枕支架、外套等一体成型，降低了制备汽车头枕的成本，并且该一体成型过程可以在室温条件下进行，无需将组合料放入带有温度的模具中，操作简便易行，也进一步降低了制备汽车头枕的成本；另外，与现有技术相比，该方法得到的汽车头枕的使用寿命长。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例1
本实施例提供了一种慢回弹海绵，包括以下原料，
100份聚醚多元醇组合物，聚醚多元醇包括质量比为65:5:30的端羟基聚醚、聚醚二元醇和聚合物多元醇；端羟基聚醚为佳化化学股份有限公司生产的聚醚多元醇F3521，由甘油为起始剂与环氧乙烷和环氧丙烷共聚反应制备，环氧乙烷和环氧丙烷的质量比为3:2，官能度为3，羟值为40.0-44.0mg KOH/g，粘度为800-1200mPa·s；聚醚二元醇采用佳化化学生产的型号为D210的聚醚多元醇，由二甘醇为起始剂与环氧丙烷反应制备，起始剂和环氧丙烷的质量比为2:3，官能度为2，羟值107-117mg KOH/g，粘度为100-200mPa·s；聚合物多元醇采用佳化化学生产的型号为PP3645的聚合物多元醇，由质量比为7:2:1的软泡聚醚三醇、苯乙烯和丙烯腈进行自由基接枝聚合而成，固含量为45％，羟值为19-23mg KOH/g，粘度为5000-7000mPa·s。
55份多苯基甲烷多异氰酸酯，来自万华化学生产的8019。
0.4份胺类催化剂，江苏奥斯佳材料科技股份有限公司A1，0.1份，和奥斯佳A33，0.3份。
0.6份表面活性剂，中山市东骏化工有限公司H-360。
3份阻燃剂，浙江万盛化工有限公司TCPP。
3.2份去离子水。
上述慢回弹海绵的制备方法，包括以下步骤，
端羟基聚醚、聚醚二元醇和聚合物多元醇混合，形成聚醚多元醇组合物；将聚醚多元醇组合物与助剂(胺类催化剂、表面活性剂和阻燃剂)混合均匀，得到混合料，将上述混合料加入到低压机的A储罐内，将多苯基甲烷多异氰酸酯加入到低压机B储罐内，A、B储罐物料温度均在30-32℃，然后将混合料与多苯基甲烷多异氰酸酯按照100:55的比例经过机头在指数为0.75的条件下混合反应后浇筑在室温的模具中，4min后脱模得到密度为50的慢回弹海绵。
实施例2
本实施例提供了一种慢回弹海绵，包括以下原料，
100份聚醚多元醇组合物，聚醚多元醇包括质量比为50:10:40的端羟基聚醚、聚醚二元醇和聚合物多元醇；端羟基聚醚为佳化化学股份有限公司生产的型号为P156M的聚醚，官能度为3，羟值为33-37mg KOH/g，粘度为900-1500mPa·s。聚醚二元醇采用佳化化学生产的型号为D220的聚醚多元醇，官能度为2，羟值54-58mg KOH/g，粘度为200-400mPa·s。聚合物多元醇采用佳化化学生产的型号为HP505的聚合物多元醇，固含量为50％，羟值为21-25mg KOH/g，粘度为5000-7500mPa·s。
60份多苯基甲烷多异氰酸酯，来自东曹生产的1344。
0.4份胺类催化剂，奥斯佳A33。
0.8份表面活性剂，中山市东骏化工有限公司H-550。
5份阻燃剂，浙江万盛化工有限公司TCPP。
5份去离子水。
上述慢回弹海绵的制备方法，包括以下步骤，
端羟基聚醚、聚醚二元醇和聚合物多元醇混合，形成聚醚多元醇组合物；将聚醚多元醇组合物与助剂(胺类催化剂、表面活性剂和阻燃剂)混合均匀，得到混合料，将上述混合料加入到低压机的A储罐内，将多苯基甲烷多异氰酸酯加入到低压机B储罐内，A、B储罐物料温度均在30-32℃，然后将混合料与多苯基甲烷多异氰酸酯按照100:60的比例经过机头在指数为0.8的条件下混合反应后浇筑在室温的模具中，4min后脱模得到密度为50的慢回弹海绵。
实施例3
本实施例提供了一种慢回弹海绵，包括以下原料，
100g聚醚多元醇组合物，聚醚多元醇包括质量比为60:20:20的端羟基聚醚、聚醚二元醇和聚合物多元醇；端羟基聚醚为佳化化学股份有限公司生产的型号为F3500M的聚醚，官能度为3，羟值为31-37mg KOH/g，粘度为1050-1400mPa·s。聚醚二元醇采用佳化化学生产的型号为D230的聚醚多元醇，官能度为2，羟值33-39mg KOH/g，粘度为300-600mPa·s。聚合物多元醇采用佳化化学生产的型号为PP3630的聚合物多元醇，固含量为30％，羟值为19-23mg KOH/g，粘度为2500-3500mPa·s。
50份多苯基甲烷多异氰酸酯，来自东曹化学生产的1344。
0.45份胺类催化剂，江苏奥斯佳材料科技股份有限公司A1，0.1份；奥斯佳A33，0.35份。
1份表面活性剂，中山市东骏化工有限公司H-360。
5份阻燃剂，浙江万盛化工有限公司TCPP。
3.2份去离子水。
上述慢回弹海绵的制备方法，包括以下步骤，
端羟基聚醚、聚醚二元醇和聚合物多元醇混合，形成聚醚多元醇组合物；将聚醚多元醇组合物与助剂(胺类催化剂、表面活性剂和阻燃剂)混合均匀，得到混合料，将上述混合料加入到低压机的A储罐内，将多苯基甲烷多异氰酸酯加入到低压机B储罐内，A、B储罐物料温度均在30-32℃，然后将混合料与多苯基甲烷多异氰酸酯按照100:45的比例经过机头在指数为0.7的条件下混合反应后浇筑在室温的模具中，4min后脱模得到密度为50的慢回弹海绵。
实施例4
100份聚醚多元醇组合物，聚醚多元醇包括质量比为65:5:30的端羟基聚醚、聚醚二元醇和聚合物多元醇；端羟基聚醚为佳化化学股份有限公司生产的聚醚多元醇F3521，由甘油为起始剂与环氧乙烷和环氧丙烷共聚反应制备，环氧乙烷和环氧丙烷的质量比为3:2，官能度为3，羟值为40.0-44.0mg KOH/g，粘度为800-1200mPa·s；聚醚二元醇采用佳化化学生产的型号为D210的聚醚多元醇，由二甘醇为起始剂与环氧丙烷反应制备，起始剂和环氧丙烷的质量比为2:3，官能度为2，羟值107-117mg KOH/g，粘度为100-200mPa·s；聚合物多元醇采用佳化化学生产的型号为PP3645的聚合物多元醇，由质量比为7:2:1的软泡聚醚三醇、苯乙烯和丙烯腈进行自由基接枝聚合而成，固含量为45％，羟值为19-23mg KOH/g，粘度为5000-7000mPa·s。
55份甲苯二异氰酸酯。
0.4份胺类催化剂，江苏奥斯佳材料科技股份有限公司A1，0.1份；奥斯佳A33，0.3份。
0.7份表面活性剂，中山市东骏化工有限公司H-360。
3份阻燃剂，浙江万盛化工有限公司TCPP。
3.2份去离子水。
上述慢回弹海绵的制备方法，包括以下步骤，
端羟基聚醚、聚醚二元醇和聚合物多元醇混合，形成聚醚多元醇组合物；将聚醚多元醇组合物与助剂(胺类催化剂、表面活性剂和阻燃剂)混合均匀，得到混合料，将上述混合料加入到低压机的A储罐内，将多苯基甲烷多异氰酸酯加入到低压机B储罐内，A、B储罐物料温度均在30-32℃，然后将混合料与多苯基甲烷多异氰酸酯按照100:55的比例经过机头在指数为0.75的条件下混合反应后浇筑在室温的模具中，4min后脱模得到密度为50的慢回弹海绵。
实施例5
本实施例提供了一种慢回弹海绵，包括以下原料，
100份聚醚多元醇组合物，聚醚多元醇包括质量比为65:5:30的端羟基聚醚、聚醚二元醇和聚合物多元醇；端羟基聚醚为为F330N，由由甘油为起始剂与环氧乙烷和环氧丙烷共聚反应制备，环氧乙烷和环氧丙烷的质量比为1:4，官能度为3，羟值为33.0-37.0mg KOH/g，粘度为750-950mPa·s，分子量为4800；聚醚二元醇采用佳化化学生产的型号为D210的聚醚多元醇，由二甘醇为起始剂与环氧丙烷反应制备，起始剂和环氧丙烷的质量比为2:3，官能度为2，羟值107-117mg KOH/g，粘度为100-200mPa·s；聚合物多元醇采用佳化化学生产的型号为PP3645的聚合物多元醇，由质量比为7:2:1的软泡聚醚三醇、苯乙烯和丙烯腈进行自由基接枝聚合而成，固含量为45％，羟值为19-23mg KOH/g，粘度为5000-7000mPa·s。
55份多苯基甲烷多异氰酸酯，来自万华化学生产的8019。
0.4份胺类催化剂，江苏奥斯佳材料科技股份有限公司A1，0.1份；奥斯佳A33，0.3份。
0.6份表面活性剂，中山市东骏化工有限公司H-360。
3份阻燃剂，浙江万盛化工有限公司TCPP。
3.2份去离子水。
上述慢回弹海绵的制备方法，包括以下步骤，
端羟基聚醚、聚醚二元醇和聚合物多元醇混合，形成聚醚多元醇组合物；将聚醚多元醇组合物与助剂(胺类催化剂、表面活性剂和阻燃剂)混合均匀，得到混合料，将上述混合料加入到低压机的A储罐内，将多苯基甲烷多异氰酸酯加入到低压机B储罐内，A、B储罐物料温度均在30-32℃，然后将混合料与多苯基甲烷多异氰酸酯按照100:55的比例经过机头在指数为0.75的条件下混合反应后浇筑在室温的模具中，4min后脱模得到密度为50的慢回弹海绵。
实施例6
本实施例与实施例1的区别仅在于，采用佳化D280替换聚醚多元醇，其余条件与实施例1完全相同；D280的羟值为12.5-15.5mg KOH/g，分子量为8000。
对比例1
本对比例与实施例1的区别仅在于，去掉聚醚二元醇，其余条件与实施例1完全相同。
对比例2
本对比例与实施例1的区别仅在于，用慢回弹聚醚替换聚醚多元醇，其余条件与实施例1完全相同；其中，慢回弹聚醚采用佳化化学生产的型号为G308的聚醚多元醇，其由甘油为起始剂与环氧丙烷反应制备，起始剂和环氧丙烷的质量比为2:3，官能度为3，羟值为180-220mg KOH，粘度为200-400mPa·s。
试验例
本试验例提供了实施例1-6和对比例1-2制备得到的慢回弹海绵的性能测试及测试结果，测试方法如下：
慢回弹海绵的压陷硬度的测试方法：采用包括GB/T10807-2006软质泡沫聚合塑料硬度的测定(压陷法)(idt ISO 2439:1997)所引用的测试标准进行测量的25％和65％压陷硬度，计算得到舒适因子，计算公式见式1；其中，每组样品采用三个，取平均值。
Figure BDA0003138772500000111
慢回弹海绵的拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度参照GB/T 10802-2006《通用软质聚醚型聚氨酯泡沫塑料》所引用的测试标准进行测试。
慢回弹海绵的表面硬度采用Asker F测试法测试得到。
慢回弹海绵的永久压缩变形的测试方法为：参照GB/T6669-2008《软质泡沫聚合材料压缩永久变形的测定》所引用的测试标准进行测试，单位：(90％，22h，70℃)/％。
慢回弹海绵的固化时间的测试方法为：海绵表面不粘手的时间，单位：min。
上述测试结果见表1。
表1各实施例和对比例慢回弹海绵的测试结果
Figure BDA0003138772500000112
Figure BDA0003138772500000121
通过表1的实验结果，舒适因子的数值越高，说明海绵的舒适性越好，本发明以聚醚二元醇作为慢回弹海绵的原料，有助于提高海绵的舒适性，同时海绵还具有较好的断裂伸长率、拉伸轻度和撕裂强度，该海绵在使用过程中的抗变形性好，不易发生变形，聚醚二元醇可以使海绵表面柔软的同时内部具有足够的支撑力，舒适性可以显著提升。
通过表1记载的结果，羟值为20-150mg KOH/g的聚醚二元醇有助于提高慢回弹海绵的舒适性，羟值优选为30-100mg KOH/g时，可以显著提高慢回弹海绵的舒适性；同时采用适当的端羟基聚醚也有助于改善慢回弹海绵的柔软性，不会使海绵硬度过高。
本发明采用质量比为(50-80)：(5-20)：(30-50)的端羟基聚醚、聚醚二元醇和聚合物多元醇，得到慢回弹海绵的产品硬度适中，舒适性能和物理性能好；另外，该慢回弹海绵的固化时间短，大大缩短了生产时间，提高了生产效率。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种慢回弹海绵，其特征在于，以重量份数计，其原料包括100份聚醚多元醇组合物、30-70份异氰酸酯和3-15份助剂；
其中，所述聚醚多元醇组合物为质量比为60:20:20的端羟基聚醚、聚醚二元醇和聚合物多元醇；
所述端羟基聚醚为佳化化学股份有限公司生产的型号为F3500M的聚醚，官能度为3，的羟值为31～37mg KOH/g，粘度为1050～1400mPa·s；
所述聚醚二元醇采用佳化化学股份有限公司生产的型号为D230的聚醚多元醇，官能度为2，的羟值为33～39mg KOH/g，粘度为300～600mPa·s；
所述聚合物多元醇采用佳化化学股份有限公司生产的的型号为PP3630的聚合物多元醇，固含量为30％，羟值为19～23mg KOH/g，粘度为2500～3500mPa·s。
2.根据权利要求1所述的慢回弹海绵，其特征在于，所述异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯，二苯基甲烷二异氰酸酯，多聚二苯甲烷二异氰酸酯，六亚甲基二异氰酸酯，异佛尔酮二异氰酸酯中的至少一种；或，
所述异氰酸酯为多苯基甲烷多异氰酸酯。
3.根据权利要求1-2任一项所述的慢回弹海绵，其特征在于，所述助剂包括0.5-2份的表面活性剂、3-5份的水、0.1-1.5份的催化剂和1-5份阻燃剂；
所述表面活性剂为硅油；
所述催化剂包括三亚乙烯二胺一缩二乙二醇溶液，质量比为7:3的双(二甲氨基乙基)醚与一缩二丙二醇的混合剂。
4.权利要求1-3任一项所述的慢回弹海绵的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
(1)聚醚多元醇组合物与助剂搅拌均匀，得到混合料；
(2)将混合料与异氰酸酯混合均匀，得到组合料；
(3)组合料在室温条件下固化后，得到慢回弹海绵。
5.权利要求1-3任一项所述的慢回弹海绵或权利要求4所述的方法制备得到的慢回弹海绵在汽车头枕中的应用。
6.一种汽车头枕的制备方法，其特征在于，采用权利要求1-3任一项所述的慢回弹海绵，所述汽车头枕的制备方法包括以下步骤，
(1)将头枕支架和头枕外套一体物放入模具中；
(2)聚醚多元醇组合物与助剂搅拌均匀，得到混合料；
(3)将混合料与异氰酸酯混合均匀，得到组合料；
(4)组合料在室温条件下放置到步骤(1)中的模具中，经固化后得到一体化的汽车头枕。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述固化时间为2-10min。
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