CN113897050A - 一种竹炭记忆棉及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及记忆棉领域，具体公开了一种竹炭记忆棉及其制备方法。所述竹炭记忆棉由包括如下重量份数的原料制成；聚醚多元醇：95‑100份；甲苯二异氰酸酯：45‑60份；水：4‑8份；竹炭粉：20‑35份；聚乙烯醇：10‑15份；交联剂：0.1‑0.85份；液氨催化剂：5‑12份；锡催化剂：0.5‑1.5份；扩链剂：4‑6份；所述制备方法为：将聚醚多元醇、水、扩链剂、液氨催化剂和锡催化剂混合均匀，得到混合物A；将竹炭粉、聚乙烯醇以及交联剂混合均匀，得到混合物B；将混合物A、混合物B和甲苯二异氰酸酯混合后注入模具，恒温加热，得到竹炭记忆棉半成品；将竹炭记忆棉半成品从模具中取出，并在通风条件下熟化，得到竹炭记忆棉成品。本申请的竹炭记忆棉有效抑制细菌。

Description

一种竹炭记忆棉及其制备方法
技术领域
本申请涉及记忆棉领域，更具体地说，它涉及一种竹炭记忆棉。
背景技术
记忆棉是一种具有开放式单元结构的聚氨酯高分子聚合物，又称为慢回弹海绵，记忆棉具有显著的黏弹特性。作为冲击缓冲用材料时，有很强的冲击能量吸收能力，同时对与缓冲用材料接触的施压物体很小的反弹力，从而有效降低冲击对施压物体造成的损害；作为垫子类产品材料时，受到的压力近似静态压力，而在这类压力作用下，记忆棉材料的分子结构会发生流动位移，变形以贴合施压面轮廓，将支撑点扩散至整个接触面，使压力得以在整个接触面上均匀分散。
记忆棉顺应人体的形状，增大接触面积以减少应力集中，有效减少局部挤压给人带来的不适现象，因此记忆棉被广泛应用于枕头、座垫、U型枕等领域。
人们在使用记忆枕头、记忆U型枕等产品时，人体分泌的汗液会透过记忆枕头的外包布渗入记忆枕头的棉芯内，若不及时清洁棉芯，残留与棉芯内的汗液容易滋养细菌，由于记忆棉经清水清洗或高温暴晒后慢回弹结构会遭到破坏而失去回弹特性，大大降低记忆棉产品的使用寿命，因此当汗液渗入记忆棉产品内时，清洁极其不方便。
发明内容
为了减少残留于记忆棉内的汗液滋养细菌的现象，本申请提供一种竹炭记忆棉。
本申请提供的一种竹炭记忆棉，采用如下的技术方案：
一种竹炭记忆棉，其特征在于，由包括如下重量份数的原料制成；
聚醚多元醇：95-100份；
甲苯二异氰酸酯：45-60份；
水：4-8份；
竹炭粉：20-35份；
聚乙烯醇：10-15份；
交联剂：0.1-0.85份；
液氨催化剂：5-12份；
锡催化剂：0.5-1.5份；
扩链剂：4-6份。
竹炭是竹材高温热解的固体产物，竹炭孔隙发达，比表面积大，又有良好的功能性，通过采用上述技术方案，往聚氨酯聚合物掺入竹炭，所制得的记忆棉不仅具有回弹性功能，还具有竹炭的功能，竹材经炭化所形成的竹炭是一种多孔性物质，竹炭的孔大小不一且细密，其丰富的孔隙分布和高比表面积结构使竹炭具有良好的吸湿性和透气性。人体汗液渗入记忆棉后可通过竹炭吸收汗液，使的人体肌肤保持干爽；对记忆棉整理清洁时，将记忆棉放置通风处，竹炭的透气特性使得残留于记忆棉内的汗液挥发于空气中，有效抑制细菌于记忆棉内滋养。
为了不影响记忆棉的回弹特性，竹炭需研磨破碎成粉状掺入记忆棉中，由于竹炭粉与记忆棉的结合性较差，本申请在聚氨酯聚合物中添加的聚乙烯醇可以作为短纤维为竹炭粉提供附着结构，使得竹炭粉均匀且稳定地分布于记忆棉内，有效提高竹炭粉与记忆棉的结合性，减少竹炭粉在记忆棉内局部聚合，以及解决竹炭粉与记忆棉分离的问题。本申请的竹炭粉均匀分布于记忆棉内，使得记忆棉整体的吸湿性能和透气性能更佳；此外，本申请聚乙烯醇和竹炭粉所形成的骨架对记忆棉起支撑性作用，能有效提高记忆棉的回弹韧性，延长记忆棉使用寿命。
优选的，所述竹炭粉的粒径为0.3mm-0.5mm。
当竹炭粉的粒径过小时，则竹炭粉失去多孔结构，从而降低吸湿性能和透气性能；当竹炭粉的粒径过大时，则影响记忆棉的使用质感，同时竹炭粉粒径过大所造成的自重大和大体积引起的空间阻隔效应，会降低竹炭粉与聚乙烯醇的结合性，因此通过采用上述技术方案所制得的竹炭记忆棉的吸湿性、透气性以及使用质感佳。
优选的，所述扩链剂为1,4-丁二醇、山梨醇、新戊二醇和三羟甲基丙烷中的一种或多种。
更优的，所述扩链剂为1,4-丁二醇。
由于聚醚多元醇和甲苯二异氰酸酯反应形成的聚氨酯聚合物基本是（A-B）x类型的线型结构的嵌段共聚物，其软链段由聚醇大分子构成，硬链段由甲苯二异氰酸酯与低分子二醇反应构成，通过采用上述技术方案，1,4-丁二醇具有适中的碳-碳链长度，能使聚氨酯聚合物的软硬链段产生微区向分离，使得甲苯二异氰酸酯-1,4丁二醇硬链能较好地定向结晶和定向排列，使聚合物分子间更容易形成氢链，结晶的阻旋作用和聚合物链段迁移，使得聚乙烯醇与聚氨酯结合紧密，同时使得聚合物具有优异的韧性和硬度。
优选的，所述交联剂为硼酸、硫酸钠和硫酸锌中的一种或多种。
更优的，所述交联剂为硼酸，所述硼酸的用量为所述聚乙烯醇用量的0.1wt%-5wt%。
通过采用上述技术方案，硼酸对聚乙烯醇的交联作用，增加聚乙烯醇的粘度，从而提高竹炭粉与聚乙烯醇的结合性，硼酸用量过大会导致聚乙烯醇的交联密度过大，进而导致聚氨酯高分子聚合物的拉伸强度过大，从而降低记忆棉的回弹性，所以硼酸用量在0.1wt%-5wt%范围内，竹炭粉与聚乙烯醇结合性以及聚氨酯高分子聚合物的回弹性均在一个较佳的范围。
优选的，所述液氨催化剂为AN-33催化剂，所述AN-33催化剂由三乙烯二胺固体溶解于有机醇溶液后形成的溶液，所述AN-33催化剂的用量为原料总量的3wt%-5wt%。
由于记忆棉的回弹性与体系中气泡密度和气泡孔径大小有关，而竹炭粉与聚乙烯醇形成的骨架结构导致记忆棉的韧性增加，影响聚氨酯聚合物发泡，从而导致回弹性下降，因此通过采用上述技术方案，将AN-33催化剂掺入竹炭粉、聚乙烯醇和聚氨酯聚合物组成的体系中，通过加快发泡反应的速率以增大体系中的气泡密度以及气泡孔径大小，从而提高记忆棉的回弹性能，开孔率随着AN-33质量分数的增加而增加，但若发泡反应速率过快，严重时气流过大会破坏气泡孔的空间结构，影响聚氨酯聚合物的回弹性，AN-33催化剂用量在3wt%-5wt%范围内所制得的记忆棉的回弹性佳。
优选的，所述锡催化剂为二丁基二月桂酸锡，所述二丁基二月桂酸锡的用量为原料总量的0.3wt%-0.5wt%。
通过采用上述技术方案，二丁基二月桂酸锡催化剂提高体系凝胶反应速率，提高体系的化学交联程度，使得体系的黏度增强，进而提高竹炭粉和聚乙烯醇形成的骨架与聚氨酯聚合物的结合性，此外增强体系的表面张力，提高气泡的完整性，减少气泡因缺口而发生坍落现象，有效抑制体系的消泡现象，从而提高聚氨酯聚合物的回弹性。
优选的，所述聚醚多元醇包括有聚氧气丙烯二醇、聚氧气丙烯三醇和聚四氢呋喃二醇中的一种或多种。
第二方面，本申请提供一种竹炭记忆棉的制备方法，采用如下技术方案：
一种竹炭记忆棉的制备方法，包括以下步骤：
按比例将聚醚多元醇、水、扩链剂、液氨催化剂以及锡催化剂混合均匀，得到混合物A；
按比例将竹炭粉、聚乙烯醇以及交联剂混合均匀，得到混合物B；
将混合物A、混合物B和甲苯二异氰酸酯混合后注入模具，恒温加热，得到竹炭记忆棉半成品；将竹炭记忆棉半成品从模具中取出，并在通风条件下熟化，得到竹炭记忆棉成品。
通过采用上述技术方案，本申请将聚醚多元醇、水、扩链剂、液氨催化剂以及锡催化剂混合均匀，得到混合物A；将竹炭粉、聚乙烯醇以及交联剂混合均匀，得到混合物B；将混合物A、混合物B和甲苯二异氰酸酯混合后注入模具，可以使得竹炭粉均匀分布于记忆棉内，提高记忆棉整体的吸湿性能和透气性能；此外，聚乙烯醇和竹炭粉所形成的骨架对记忆棉起支撑性作用，能有效提高记忆棉的回弹韧性，延长记忆棉使用寿命。
优选的，将混合物A、混合物B和甲苯二异氰酸酯混合后注入模具，在45-60℃下保温8-12分钟，得到竹炭记忆棉半成品。
通过采用上述技术方案，可以提高记忆棉的发泡效果，从而提高记忆棉的回弹韧性。
优选的，所述竹炭记忆棉半成品从模具取出后，在通风条件下熟化20-25小时，得到竹炭记忆棉成品。
综上所述，本申请具有以下有效效果：
1.竹炭记忆棉具有良好的吸湿性和透气性，使用时竹炭记忆棉能吸收人体的汗液使人体肌肤保持干爽，清洁整理时，将竹炭记忆棉置于通风处即可将渗入竹炭记忆棉内的汗液挥发掉，有效减少细菌于竹炭记忆棉内滋养。
2.竹炭粉与聚乙烯醇所形成的骨架，提高竹炭记忆棉的支撑性和韧性，从而提高竹炭记忆棉的回弹耐性。
3.竹炭记忆棉内的竹炭可发射远红外线，波长适合人体吸收，有助于改善人体微循环系统，促进新陈代谢，活化组织细胞，增强身体免疫力。
具体实施方式
以下结合和实施例对本申请作进一步详细说明。
实施例中所使用的原料均可通过市售获得。其中聚醚多元醇选购自山东满航化工科技有限公司，甲苯二异氰酸酯选购自山东登诺新材料科技有限公司，二丁基二月桂酸锡选购自济南铭威化工有限公司，AN-33催化剂选购自济南子腾化工科技有限公司，硼酸选购自合肥顺之源化工有限公司，1,4-丁二醇选购自济南远祥化工有限公司，竹炭粉选购自江苏麦科特炭业有限公司，聚乙烯醇选购自广西亿平化工有限公司。
实施例
实施例1-3
一种竹炭记忆棉的制备方法，包括：
1．将聚醚多元醇、水、1,4丁二醇、AN-33催化剂和二丁基二月桂酸锡加入搅拌机中，充分搅拌得到混合物A；
2.将粒径为0.05mm-0.15mm的竹炭粉、聚乙烯醇和硼酸加入搅拌机中，充分搅拌得到混合物B；
3.将混合物A、混合物B和甲苯二异氰酸酯分别装入挤出机的三个料筒中，然后一起挤出并注入模具中，在50℃下保温10分钟，得到竹炭记忆棉半成品；
4.将竹炭记忆棉半成品从模具中取出，并在通风条件下熟化22h，得到竹炭记忆棉成品。
实施例1-3中各原料的用量如表1所示。
表1
原料（kg） 实施例1 实施例2 实施例3
聚醚多元醇 95 98 100
水 4 6 8
1,4-丁二醇 4 5 6
AN-33催化剂 5 8 12
二丁基二月桂酸锡 0.5 1 1.5
竹炭粉 20 30 35
聚乙烯醇 10 13 15
硼酸 0.1 0.55 0.85
甲苯二异氰酸酯 45 55 60
实施例4
本实施例与实施例2的区别仅在于，在本实施例中，竹炭粉的粒径范围为0.3mm-0.5mm。
实施例5
本实施例与实施例2的区别仅在于，在本实施例中，用等量的硫酸钠代替硼酸。
实施例6
本实施例与实施例2的区别仅在于，在本实施例中，用等量的硫酸钠和硫酸锌代替硼酸。
实施例7
本实施例与实施例2的区别仅在于，在本实施例中，用等量的山梨醇代替1,4-丁二醇。
实施例8
本实施例与实施例2的区别仅在于，在本实施例中，用等量的新戊二醇和三羟甲基丙烷代替1,4-丁二醇。
实施例9
本实施例与实施例2的区别仅在于，在本实施例中，用等量的山梨醇、新戊二醇和三羟甲基丙烷代替1,4-丁二醇。
对比例
对比例1
本对比例与实施例2的区别仅在于，在本对比例中，竹炭记忆棉的原料组成中不加入聚乙烯醇。
对比例2
本对比例与实施例2的区别仅在于，在本对比例中，竹炭记忆棉的原料组成中不加入硼酸。
对比例3
本对比例与实施例2的区别仅在于，在本对比例中，硼酸所用的质量为1kg。
对比例4
本对比例与实施例2的区别仅在于，在本对比例中，竹炭记忆棉的原料组成中不加入1,4丁二醇。
对比例5
本对比例与实施例2的区别仅在于，在本对比例中，AN-33所用的质量为25kg。
对比例6
本对比例与实施例2的区别仅在于，在本对比例中，竹炭记忆棉的原材料组成中不加入二丁基二月桂酸锡。
性能检测试验
实施例1-9和对比例1-6所制得的竹炭记忆棉的尺寸为600mm×400mm×150mm。
吸湿性测试：实施例1-9和对比例1-6所制得的竹炭记忆棉裁剪成尺寸为60mm×60mm×60mm的试样，然后进行吸湿性测试，测试前先将竹炭记忆棉称重，然后将竹炭记忆棉置于相对湿度为80%、温度为26℃的恒温箱内静置3小时，从恒温箱取出竹炭记忆棉并测量竹炭记忆棉的重量，测试前后的竹炭记忆棉重量差为该竹炭记忆棉的吸水量。每组试验重复三次，结果取平均值，测试结果参见表2。
透气性测试：实施例1-9和对比例1-6所制得的竹炭记忆棉进行透气性测试，将吸湿性测试完毕的竹炭记忆棉放置于相对湿度为45%、温度为26℃的恒温室内静置3小时，测试竹炭记忆棉的重量，测试前后的竹炭记忆棉的重量差为该竹炭记忆棉的干燥量。每组试验重复三次，结果取平均值，测试结果参见表2。
复原时间测试：根据GB/T26392-20011《慢回弹泡沫复原时间的测定》，对实施例1-9和对比例1-6所制得的竹炭记忆棉进行复原时间测试，对试样施加4.5N的预加负荷，以该点为原点测定试样的初始厚度，压头立即开始以（1000±100）mm/min的速度压陷试样，压入试样初始厚度的75%，保持60s，压头以（1000±100）mm/min的速度返回试样的初始厚度位置，压头返回运动开始的同时，启动秒表记录复原时间，一旦试样恢复到对压头重新产生4.5N的预加负荷，停止计时，每组试验重复三次，结果求平均值，测试结果记录于表2。
复原时间测试要求：试样在测试前应在温度（23±2）℃、相对湿度（50±10）%的环境中进行状态调节，调节时间为17h。
硬度测试：根据GB/T10807-2006《软质泡沫聚合材料硬度的测定》，对实施例1-4和对比例1-6所制得的竹炭记忆棉进行硬度测试，对样品进行三次预压后，立即压陷试样，压入试样厚度（40±1）%，保持（30±1）s，记录相应的力（N），然后卸载，每组试验重复三次，结果取平均值，测试结果记录于表2。
表2
吸水量/g 干燥量/g 复原时间/s 弹力/N
实施例1 0.63 0.43 4.1 9.4
实施例2 0.64 0.45 4.3 9.6
实施例3 0.62 0.42 4.2 9.3
实施例4 0.76 0.58 4.4 9.9
实施例5 0.59 0.41 4.1 9.3
实施例6 0.60 0.42 4.2 9.4
实施例7 0.62 0.41 4.1 9.2
实施例8 0.61 0.43 4.0 9.4
实施例9 0.63 0.42 4.2 9.3
对比例1 0.48 0.23 4.8 6.8
对比例2 0.46 0.21 4.4 8.1
对比例3 0.57 0.38 3.4 10.6
对比例4 0.59 0.42 6.1 6.3
对比例5 0.58 0.37 5.7 7.2
对比例6 0.52 0.34 5.8 6.7
根据表2中的实施例2和对比例1-6的数据可知，实施例2制成的竹炭记忆棉，其吸湿性、透气性、复原性以及硬度均优于对比例1-6制成的竹炭记忆棉，对比例1的原料不含聚乙烯，因此使得记忆棉的支撑性能下降，且降低记忆棉的复原性，竹炭粉与记忆棉的连结性也随之而下降，影响竹炭粉均匀分布于记忆棉内，影响竹炭粉多孔结构的性能发挥。
对比例2的原料不含硼酸，因此使得竹炭粉与聚乙烯醇的结合性下降，进而使得竹炭粉与记忆棉的结合性下架，从而影响竹炭粉多孔结构的性能发挥。
对比例3中，过量使用硼酸导致聚乙烯醇的交联密度随之而增大，进而使得聚氨酯高分子聚合物的拉伸强度过大，并影响竹炭粉的均匀分布，使得记忆棉的回弹性能有所下降，即记忆棉复原时间变长且回弹力较大，同时使得记忆棉的吸湿性和透气性能下降。
对比例4的竹炭记忆棉的复原时间比实施例2的竹炭记忆棉的复原时间长，同时对比例4的竹炭记忆棉的回弹力比实施例2的竹炭记忆棉的回弹力小，由于对比例4中的竹炭记忆棉不含有1,4丁二醇，使得聚乙烯醇与聚氨酯的结合性下降，进而使得竹炭记忆棉的韧性下降，从而降低对比例4的竹炭记忆棉的弹性以及回弹性。
对比例5中的AN-33催化剂的用量超过3wt%-5wt%范围，使得聚氨酯聚合物的发泡反应速率过快，过快的反应速率所产生的大量气体破坏记忆棉的气泡孔结构，即破坏记忆棉的回弹结构，从而降低对比例5的竹炭记忆棉的弹性及回弹性。
对比例6中不加入二丁基二月桂酸锡所制得的竹炭记忆棉的吸湿性、透气性以及回弹性能均弱于实施例2中加入二丁基二月桂酸锡催化剂所制得的竹炭记忆棉，二丁基二月桂酸锡催化剂的加入能有效抑制体系中的消泡现象，提高聚氨酯聚合物的回弹结构稳定性，从而提高竹炭记忆棉的回弹性能。
根据表2中的实施例2和实施例4的数据可知，竹炭粉的粒径过小会导致竹炭的多孔结构的缺失，从而降低记忆棉的吸湿性后透气性。
根据表2中的实施例2、实施例5和6的数据可知，相对于硫酸钠和硫酸锌，硼酸对聚乙烯醇的交联作用更佳，使得竹炭粉与聚氨酯高分子聚合物的结合性更加，从而所制得竹炭记忆棉的吸湿性以及透气性更佳。
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 (10)

1.一种竹炭记忆棉，其特征在于，由包括如下重量份数的原料制成；
聚醚多元醇：95-100份；
甲苯二异氰酸酯：45-60份；
水：4-8份；
竹炭粉：20-35份；
聚乙烯醇：10-15份；
交联剂：0.1-0.85份；
液氨催化剂：5-12份；
锡催化剂：0.5-1.5份；
扩链剂：4-6份。
2.根据权利要求1所述的一种竹炭记忆棉，其特征在于：所述竹炭粉的粒径为0.3mm-0.5mm。
3.根据权利要求1所述的一种竹炭记忆棉，其特征在于：所述扩链剂为1,4-丁二醇、山梨醇、新戊二醇和三羟甲基丙烷中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种竹炭记忆棉，其特征在于：所述交联剂为硼酸、硫酸钠和硫酸锌中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种竹炭记忆棉，其特征在于：所述液氨催化剂为AN-33催化剂，所述AN-33催化剂由三乙烯二胺固体溶解于有机醇溶液后形成的溶液，所述AN-33催化剂的用量为原料总量的3wt%-5wt%。
6.根据权利要求1所述的一种竹炭记忆棉，其特征在于：所述锡催化剂为二丁基二月桂酸锡，所述二丁基二月桂酸锡的用量为原料总量的0.3wt%-0.5wt%。
7.根据权利要求1所述的一种竹炭记忆棉，其特征在于：所述聚醚多元醇包括有聚氧气丙烯二醇、聚氧气丙烯三醇和聚四氢呋喃二醇中的一种或多种。
8.一种竹炭记忆棉的制备方法，用于制备如权利要求1-7任一项所的竹炭记忆棉，其特征在于：包括以下步骤；
按比例将聚醚多元醇、水、扩链剂、液氨催化剂以及锡催化剂混合均匀，得到混合物A；
按比例将竹炭粉、聚乙烯醇以及交联剂混合均匀，得到混合物B；
将混合物A、混合物B和甲苯二异氰酸酯混合后注入模具，恒温加热，得到竹炭记忆棉半成品；将竹炭记忆棉半成品从模具中取出，并在通风条件下熟化，得到竹炭记忆棉成品。
9.根据权利要求8所述的一种竹炭记忆棉的制备方法，其特征在于：将混合物A、混合物B和甲苯二异氰酸酯混合后注入模具，在45-60℃下保温8-12分钟，得到竹炭记忆棉半成品。
10.根据权利要求8所述的一种竹炭记忆棉的制备方法，其特征在于：所述竹炭记忆棉半成品从模具取出后，在通风条件下熟化20-25小时，得到竹炭记忆棉成品。
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