CN114262421A - 一种聚氨酯聚合物、制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚氨酯聚合物、制备方法及应用，该该聚氨酯聚合物，包括以下重量份数的原料：聚醚多元醇100，异氰酸酯30‑60，胺类催化剂0.1‑1，发泡剂0.5‑3，泡沫稳定剂0.5‑3，延迟催化剂0.1‑1。本发明相比于现有的聚氨酯聚合物，本发明能够水洗、透气性好、舒适性高，具有湿润的手感，同时能保持良好的回弹性能和力学强度，手感和性能可以与乳胶泡沫相媲美，适用于枕头、床垫等寝具领域，且本发明根据ISO 845‑2006标准，密度在50kg/m3‑80kg/m3的范围。
Description
技术领域
本发明涉及有机化工生产技术领域，具体来说，涉及一种聚氨酯聚合物、制备方法及应用。
背景技术
聚氨酯慢回弹泡沫塑料可以有效分散人体压力，保证人体的血液循环，给人体舒适的感觉，因此被大量应用于生产枕头。随着人民生活水平的提高，对枕头提出了可清洗、透气性好、舒适性高的要求。
目前，市面上常见普通聚氨酯慢回弹泡沫塑料透气性较差，无吸水性，通过挤压方式吸水后难以排出水分，不易晾干；另一种胀气慢回弹泡沫塑料，具有良好的舒适感和释压能力，但无法自发吸水，通过挤压吸水后泡沫发生膨胀，且难以复原，透气性差，清洗后较难晾干。
发明内容
针对相关技术中的问题，本发明提出一种聚氨酯聚合物、制备方法及应用，该聚氨酯聚合物能够水洗、透气性好、舒适性高。
本发明的技术方案是这样实现的：
根据本发明的一个方面，提供了一种聚氨酯聚合物。
该聚氨酯聚合物，包括以下重量份数的原料：
聚醚多元醇100，异氰酸酯30-60，胺类催化剂0.1-1，发泡剂0.5-3，泡沫稳定剂0.5-3，延迟催化剂0.1-1。
其中，所述聚醚多元醇由小分子醇起始剂、环氧乙烷、环氧丙烷组成，且所述聚醚多元醇包括以下重量份数的原料：聚醚多元醇A 20-60，聚醚多元醇B 10-40，聚醚多元醇C20-40，聚醚多元醇D 10-30，且所述聚醚多元醇A、聚醚多元醇B、聚醚多元醇C以及聚醚多元醇D的总和为100。
优选的，所述聚醚多元醇A羟值为120-180mgKOH/g，官能度2-4，环氧乙烷质量占比20％-60％；所述聚醚多元醇B羟值为60-112mgKOH/g,官能度2-4，环氧乙烷质量占比60％-85％；所述聚醚多元醇C羟值为30-45mgKOH/g,官能度2-3，环氧乙烷质量占比50％-80％；所述聚醚多元醇D羟值为15-36mgKOH/g，官能度4-6，环氧乙烷质量占比10％-30％，且伯羟基含量大于85％。
可选的，所述异氰酸酯包括以下至少之一：甲苯二异氰酸酯、二苯甲基二异氰酸酯、改性二苯甲基二异氰酸酯。
可选的，所述胺催化剂包括以下至少之一：三亚乙基二胺、2-二甲基氨基乙基醚、N,N,N’,N’-四甲基己二胺、五甲基二亚丙基三胺、N,N-二甲基乙醇胺。
可选的，所述发泡剂为水，所述泡沫稳定剂为聚硅氧烷-氧化烯烃共聚物；所述延迟催化剂为酸封端的有机胺催化剂。
此外，所述聚氨酯聚合物按重量份数计还包括：添加剂0.1-30。
可选的，所述添加剂包括以下至少之一：阻燃剂、开孔剂、色浆、抗氧剂、抗黄剂、增塑剂、填充剂。
根据本发明的另一方面，提供了一种聚氨酯聚合物的制备方法。
该聚氨酯聚合物的制备方法，包括以下步骤：
根据预先配置的重量份数比例，称取聚醚多元醇、异氰酸酯、胺类催化剂，发泡剂，泡沫稳定剂，延迟催化剂；
将聚醚多元醇、胺类催化剂，发泡剂，泡沫稳定剂，延迟催化剂进行混合并搅拌；得到初步混合物；
将异氰酸酯加入到初步混合物中并进行搅拌，得到混合物料；
将混合物料快速倒入预先配置的模具中，进行凝固成型，并在凝固成型后取出放置，熟化24h后即得聚氨酯聚合物。
其中，所述初步混合物在进行搅拌时，搅拌速度为2000～3000rpm；温度为20～30℃。
其中，所述混合物料在进行搅拌时，搅拌速度为2000～5000rp，搅拌时间为4-6s,且异氰酸酯的温度为20-25℃。
其中，所述预先配置的模具为铝制模具，且模具的温度为45-65℃，凝固成型时间为5m。
根据本发明的又一方面，提供了一种聚氨酯聚合物的应用，具体的，将上述的聚氨酯聚合物应用于寝具。优选的，将上述的聚氨酯聚合物应用于枕头。
有益效果：相比于现有的聚氨酯聚合物，本发明能够水洗、透气性好、舒适性高，具有湿润的手感，同时能保持良好的回弹性能和力学强度，手感和性能可以与乳胶泡沫相媲美，适用于枕头、床垫等寝具领域，且本发明根据ISO845-2006标准，密度在50kg/m3-80kg/m3的范围。
具体实施方式
下面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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的实施例，提供了一种聚氨酯聚合物、制备方法及应用。
根据本发明实施例的一种聚氨酯聚合物，包括以下重量份数的原料：
聚醚多元醇100，异氰酸酯30-60，胺类催化剂0.1-1，发泡剂0.5-3，泡沫稳定剂0.5-3，延迟催化剂0.1-1；其中，所述聚醚多元醇由小分子醇起始剂、环氧乙烷、环氧丙烷组成，且所述聚醚多元醇包括以下重量份数的原料：聚醚多元醇A 20-60，聚醚多元醇B 10-40，聚醚多元醇C 20-40，聚醚多元醇D 10-30，且所述聚醚多元醇A、聚醚多元醇B、聚醚多元醇C以及聚醚多元醇D的总和为100。
具体制备时，在容器中按照重量份数计算，聚醚多元醇A:20-60份，聚醚多元醇B:10-40份，聚醚多元醇C:20-40份，聚醚多元醇D:10-30份，发泡剂：0.5-3份，胺类催化剂：0.1-1份，延迟胺催化剂：0.1-1份，泡沫稳定剂：0.5-3份，均匀搅拌，此时物料温度为20-30℃；按重量份数计，向容器中加入温度20-25℃的异氰酸酯为40-70份，搅拌4-6秒钟得到混合物料，搅拌速度为2000-5000rpm；将混合物料快速倒入铝制模具中，模具温度45-65℃，在模具中停留5分钟后取出制品，然后熟化24小时即制得聚氨酯聚合物。
在实际应用时，所述聚醚多元醇A羟值为120-180mgKOH/g，官能度2-4，环氧乙烷质量占比20％-60％；优选聚醚多元醇A羟值为134-170mgKOH/g，官能度2-3，环氧乙烷含量25％-45％。而该范围内的所述聚醚多元醇A则具有较低的分子量，有助于提高泡沫塑料的玻璃化转变温度和降低相分离程度，从而使泡沫塑料具有慢回弹效果。此外，聚醚多元醇A的制备方法包括以下步骤：向反应容器中加入小分子醇起始剂；在KOH催化剂作用下，加入环氧乙烷、环氧丙烷进行聚合反应，反应温度110-120℃，反应时间3-4h；加入磷酸中和，并加入吸附剂，在110-120℃下真空脱水，即得到聚醚多元醇A；
对于聚醚多元醇B来说，聚醚多元醇B的羟值则为60-112mgKOH/g,官能度2-4，环氧乙烷质量占比60％-85％；优选聚醚多元醇B羟值为65-92mgKOH/g,官能度2-3，环氧乙烷质量占比75％-85％。所述聚醚多元醇B具有高的环氧乙烷含量，使泡沫塑料具有亲水性。聚醚多元醇B的羟值应在上述范围内，这样可以更好的保证泡沫塑料一定的交联密度，提高泡沫塑料吸水后不易膨胀的效果。而聚醚多元醇B的制备方法与聚醚多元醇A的制备方法雷同，只需改变起始剂以及环氧乙烷比例即可。
对于聚醚多元醇C来说，聚醚多元醇C的羟值则为30-45mgKOH/g,官能度2-3，环氧乙烷质量占比50％-80％。优选聚醚多元醇C羟值为32-42mgKOH/g,官能度3，环氧乙烷质量占比70％-80％；所述聚醚多元醇C在上述范围内时，可以提高泡沫塑料的柔软度，并改善泡沫塑料在低温时的温感性。同样的，而聚醚多元醇C的制备方法与聚醚多元醇A的制备方法雷同，只需改变起始剂以及环氧乙烷比例即可。
对于聚醚多元醇D来说，所述聚醚多元醇D的羟值则为15-36mgKOH/g，官能度4-6，环氧乙烷质量占比10％-30％，且伯羟基含量大于85％。优选聚醚多元醇D羟值为24-32mgKOH/g，官能度4-6，环氧乙烷质量占比10％-30％，且伯羟基含量大于85％。所述聚醚多元醇D因其较高的伯羟基含量使得它与异氰酸酯具有较快的反应速度，保证了制品生产过程具有较快的生产速度。同时，聚醚多元醇D还可以调节制品的回弹速度。同样的，而聚醚多元醇D的制备方法与聚醚多元醇A的制备方法雷同，只需改变起始剂以及环氧乙烷比例即可。
而为了加快熟化速度，提高生产率，在实际应用时，所述异氰酸酯则可选用甲苯二异氰酸酯、二苯甲基二异氰酸酯、改性二苯甲基二异氰酸酯中的一种或多种。优选改性二苯甲基二异氰酸酯，更优选地，改性二苯甲基二异氰酸酯应具有25％-33％的NCO基团质量比。而对于胺催化剂来说，其则可选用三亚乙基二胺、2-二甲基氨基乙基醚、N,N,N’,N’-四甲基己二胺、五甲基二亚丙基三胺、N,N-二甲基乙醇胺的一种或多种，优选三亚乙基二胺、N,N,N’,N’-四甲基己二胺。
而发泡剂则可选用水，所述泡沫稳定剂则可选用聚硅氧烷-氧化烯烃共聚物；所述延迟催化剂则可选用酸封端的有机胺催化剂。延迟催化剂的作用是：在发泡反应初期不过度促进反应，使物料具有较好的流动性，且泡沫塑料具有开孔结构，在反应末期提高反应速度，促进熟化。
当然，在实际应用时，根据不同的需求，还可增加添加剂，而添加剂的重量份数则为0.1-30；例如，增加阻燃剂、开孔剂、色浆、抗氧剂、抗黄剂、增塑剂、填充剂。优选使用磷酸盐类阻燃剂、脂肪醇类开孔剂、反应型色浆、酰胺类抗黄剂、碳酸钙填充剂。
为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体应用实例，对本发明的上述技术方案进行详细说明。
具体应用实例所采用的物料具体如下：异氰酸酯采用万华化学公司牌号为Wannate 8122b的改性二苯甲基二异氰酸酯；发泡剂采用水；胺催化剂采用迈图公司牌号为Niax A-33的三亚乙基二胺的醇溶液；延迟催化剂采用迈图公司牌号为Niax A-300的酸封端的有机胺催化剂；泡沫稳定剂使用迈图公司牌号为Niax L-580的聚硅氧烷-氧化烯烃共聚物。
比较例中所使用的物料具体如下：聚醚多元醇采用羟值为240mgKOH/g且官能度3的佳化化学Puranol VE 7321；羟值为56mgKOH/g且官能度3的新加坡壳牌SC56-16S；羟值为41mgKOH/g且官能度3的长华化学CHK-3601；羟值为24mgKOH/g且官能度3的长华化学CHP-H30；所采用的锡催化剂采用evonik公司牌号为KOSMOS T-9的二月桂酸二丁基锡；泡沫稳定剂则采用两种，一种为evonik公司牌号为Tegostab B-8002的聚硅氧烷-氧化烯烃共聚物，另一种为迈图公司牌号为Niax L-580的聚硅氧烷-氧化烯烃共聚物；其余物料与实施例一致。
其中，聚醚多元醇A的制备包括：向反应釜中投入丙三醇92g，浓度50％的KOH水溶液5g，用氮气多次置换掉反应釜中的空气，抽真空至-0.1～-0.01Mpa；向反应釜中加入环氧乙烷317.8、环氧丙烷590.2g，控制反应温度为110-120℃，反应压力为0.01-0.4Mpa，反应3-4小时，得到粗醚；将釜内温度降至80-85℃，加入14.5g浓度为10％的磷酸，在搅拌条件下加入硅酸镁复配吸附剂6g，搅拌40-90分钟后，将釜内温度升至110-120℃，进行脱水2-4小时后，得到聚醚多元醇A，经测定，羟值为168mgKOH/g。
实施例中所用的聚醚多元醇都可参照上述方法制备，除起始剂、环氧乙烷比例有所不同外，其他条件保持一致。
实施例1
向容器中加入聚醚多元醇A 75g，聚醚多元醇B 175g，聚醚多元醇C 200g，聚醚多元醇D 50g，水11.5g，胺催化剂1.5g，延迟催化剂2.5g，泡沫稳定剂1 2.5g，开孔剂10g，搅拌均匀，控组分混合物料温度23-25℃。
向装有混合物料的容器中加入232g异氰酸酯，用高速分散机进行搅拌，搅拌时间5s，搅拌速度3000rpm，快速将混合物倒入长宽高300mm*300mm*120mm的铝制模具中，模具温度55℃。
5min后，取出制品，熟化24h。
具体测试时，测试方法及标准为：复原时间测试：依据《GBT 26392-2011慢回弹泡沫复原时间的测定》；吸水性测试：将泡沫塑料切成20*20*10cm的块，将水滴在泡沫塑料表面，观察水能否自动进入泡沫塑料内部，可以进入标记○，无法进入标记×；吸水膨胀率：将泡沫塑料切成2.5*2.5*2.5cm的方块，丢入盛有水的烧杯中，按压方块，使水充分进入泡沫塑料，2h后取出，测量方块的体积，计算膨胀率：吸水膨胀率＝(吸水后体积-吸水前体积)*100％。
实施例2-8，按照实施例1的各个步骤进行，区别为反应原料不同、配比不同，具体见表1，表1为实施例的测试参数表，具体如下：
表1：实施例的测试参数表
比较例1
向容器中加入Puranol VE 7321 52g，SC56-16S 38g，CHK-3601 10g，水2.05g，胺催化剂0.21g，锡催化剂0.08，泡沫稳定剂1 1.0g，开孔剂3g，搅拌均匀，控组分混合物料温度23～25℃。
向装有混合物料的容器中加入58g异氰酸酯，用高速分散机进行搅拌，搅拌时间5s，搅拌速度3000rpm，快速将混合物倒入铺有聚乙烯薄膜的木箱中，熟化24h。
比较例2
向容器中加入Puranol VE 7321 18，CHP-H30 14g,CHK-3601 68g，水3.6g，胺催化剂0.49g，延迟催化剂0.21g，泡沫稳定剂2 1.8g，开孔剂1g，搅拌均匀，控组分混合物料温度23～25℃。
向装有混合物料的容器中加入47.3g异氰酸酯，用高速分散机进行搅拌，搅拌时间5s，搅拌速度3000rpm，快速将混合物倒入铝制模具中，模具温度55℃。
5min后，取出制品，熟化24h。
将上述比较例1和比较例2，按照上述测试方法及标准进行测试，所测试的结果参数如表2所示，表2为比较例的测试参数表。
表2：比较例的测试参数表
根据上述表1和表2，可见，比较例1-2制备的聚氨酯聚合物不具有自吸水性或吸水后膨胀率偏大，难以复原。实施例1-8制备的聚氨酯聚合物具有良好自吸水性，吸水后膨胀小，舒适性好且易于清洗，适合应用于聚氨酯枕头行业。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，相比于现有的聚氨酯聚合物，本发明能够水洗、透气性好、舒适性高，具有湿润的手感，同时能保持良好的回弹性能和力学强度，手感和性能可以与乳胶泡沫相媲美，适用于枕头、床垫等寝具领域，且本发明根据ISO 845-2006标准，密度在50kg/m3-80kg/m3的范围。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种聚氨酯聚合物，其特征在于，包括以下重量份数的原料：
聚醚多元醇100，异氰酸酯30-60，胺类催化剂0.1-1，发泡剂0.5-3，泡沫稳定剂0.5-3，延迟催化剂0.1-1。
2.根据权利要求1所述的聚氨酯聚合物，其特征在于，所述聚醚多元醇由小分子醇起始剂、环氧乙烷、环氧丙烷组成，且所述聚醚多元醇包括以下重量份数的原料：
聚醚多元醇A 20-60，聚醚多元醇B10-40，聚醚多元醇C 20-40，聚醚多元醇D10-30，且所述聚醚多元醇A、聚醚多元醇B、聚醚多元醇C以及聚醚多元醇D的总和为100。
3.根据权利要求2所述的聚氨酯聚合物，其特征在于，所述聚醚多元醇A羟值为120-180mgKOH/g，官能度2-4，环氧乙烷质量占比20％-60％；所述聚醚多元醇B羟值为60-112mgKOH/g,官能度2-4，环氧乙烷质量占比60％-85％；所述聚醚多元醇C羟值为30-45mgKOH/g,官能度2-3，环氧乙烷质量占比50％-80％；所述聚醚多元醇D羟值为15-36mgKOH/g，官能度4-6，环氧乙烷质量占比10％-30％，且伯羟基含量大于85％。
4.根据权利要求1所述的聚氨酯聚合物，其特征在于，所述异氰酸酯包括以下至少之一：
甲苯二异氰酸酯、二苯甲基二异氰酸酯、改性二苯甲基二异氰酸酯。
5.根据权利要求1所述的聚氨酯聚合物，其特征在于，所述胺催化剂包括以下至少之一：
三亚乙基二胺、2-二甲基氨基乙基醚、N,N,N’,N’-四甲基己二胺、五甲基二亚丙基三胺、N,N-二甲基乙醇胺。
6.根据权利要求1所述的聚氨酯聚合物，其特征在于，所述发泡剂为水，所述泡沫稳定剂为聚硅氧烷-氧化烯烃共聚物；所述延迟催化剂为酸封端的有机胺催化剂。
7.根据权利要求1所述的聚氨酯聚合物，其特征在于，按重量份数计，还包括：添加剂0.1-30，且所述添加剂包括以下至少之一：阻燃剂、开孔剂、色浆、抗氧剂、抗黄剂、增塑剂、填充剂。
8.一种聚氨酯聚合物的制备方法，其特征在于，用于权利要求1所述的聚氨酯聚合物的制备，包括以下步骤：
根据预先配置的重量份数比例，称取聚醚多元醇、异氰酸酯、胺类催化剂，发泡剂，泡沫稳定剂，延迟催化剂；
将聚醚多元醇、胺类催化剂，发泡剂，泡沫稳定剂，延迟催化剂进行混合并搅拌；得到初步混合物；
将异氰酸酯加入到初步混合物中并进行搅拌，得到混合物料；
将混合物料快速倒入预先配置的模具中，进行凝固成型，并在凝固成型后取出放置，熟化24h后即得聚氨酯聚合物。
9.根据权利要求8所述的聚氨酯聚合物制备方法，其特征在于，所述初步混合物在进行搅拌时，搅拌速度为2000～3000rpm；温度为20～30℃；所述混合物料在进行搅拌时，搅拌速度为2000～5000rp，搅拌时间为4-6s,且异氰酸酯的温度为20-25℃；所述预先配置的模具为铝制模具，且模具的温度为45-65℃，凝固成型时间为5m。
10.一种聚氨酯聚合物的应用，其特征在于，将权利要求1-7中任意一项所述的聚氨酯聚合物应用于寝具。
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