CN117069905A - 一种慢回弹生物基海绵及其制备方法和应用 - Google Patents

一种慢回弹生物基海绵及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种慢回弹生物基海绵及其制备方法和应用。本发明的慢回弹生物基海绵包括以下组分:15~25份普通生物基聚醚多元醇A、15~20份慢回弹普通聚醚多元醇B、20~30份慢回弹生物基聚醚多元醇C、35~40份普通聚醚多元醇D、2~5份水、1.1~1.4份改性硅油、0.24~0.28份胺催化剂、0.24~0.28份锡催化剂、52~57份甲苯二异氰酸酯。本发明的慢回弹生物基海绵,采用可再生的生物基起始剂替代石油基起始剂制备的生物基聚醚多元醇为原料,减少了对不可再生资源的依赖,具有环保性、慢回弹性能和良好的生物降解性。同时,该制备方法的生物基起始剂原料来源广泛,工艺简单,适合大规模生产。

Description

一种慢回弹生物基海绵及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及海绵技术领域,尤其涉及一种慢回弹生物基海绵及其制备方法和应用。
背景技术
海绵是一种多孔弹性材料,具有良好的吸水性,能够用于清洁物品。人们常用的海绵由木纤维素纤维或发泡塑料聚合物制成。另外,也有由海绵动物制成的天然海绵,大多数天然海绵用于身体清洁或绘画。另外,还有三类其他材料制成的合成海绵,分别为低密度聚醚、聚乙烯醇和聚酯。海绵给人以柔软舒适的体验,被人们大量使用在不同的领域。海绵的用途广泛,其可用于制作沙发、床垫、老板椅、体育器材,如海绵体操垫、海绵健身垫、海绵摔跤垫、海绵汽车坐垫等产品。
在将聚氨酯海绵作为填充物制备枕头等制品时,都是常规石油基的聚氨酯海绵源生料或边角料制作的,目前市场上的海绵的主要成分都是为石油副产品聚醚多元醇,该物质以不可再生资源石油为原料制备得到,制备过程中过度依赖不可再生资源。另外,从石油中提炼聚醚多元醇作为制备海绵的原料,其成品残留的有毒石油基杂质吸入后会有不良健康反应,如刺激皮肤、眼睛和喉咙,导致哮喘和其他严重的肺部问题,长期吸入石油基杂质会对人体健康造成影响。其次,过度使用不可再生石油会对环境造成污染,导致碳排放增加。
发明内容
基于此,本发明的第一个目的在于提供一种慢回弹生物基海绵,该慢回弹生物基海绵采用可再生的生物基起始剂替代石油基起始剂制备的生物基聚醚多元醇为原料。本发明的慢回弹生物基海绵减少了对不可再生资源的依赖,具有良好的生物降解性和慢回弹性能,更具环保性。
本发明的第二个目的在于提供一种上述慢回弹生物基海绵的制备方法,该制备方法的反应路线便捷,工艺简单,成本低,适合大规模生产。
本发明的第三个目的在于提供一种上述慢回弹生物基海绵在家具家居领域中的应用,采用本发明的慢回弹生物基海绵制备家具家居产品,给人以柔软舒适体验的同时不会对人体健康造成影响。
实现本发明的目的之一通过采取如下技术方案达到:
一种慢回弹生物基海绵,包括以下按重量份计的组分:15~25份普通生物基聚醚多元醇A、15~20份慢回弹普通聚醚多元醇B、20~30份慢回弹生物基聚醚多元醇C、35~40份普通聚醚多元醇D、2~5份水、1.1~1.4份改性硅油、0.24~0.28份胺催化剂、0.24~0..28份锡催化剂、52~57份甲苯二异氰酸酯。
优选的,包括以下按重量份计的组分:18~22份普通生物基聚醚多元醇A、16~18份慢回弹普通聚醚多元醇B、23~28份慢回弹生物基聚醚多元醇C、36~38份普通聚醚多元醇D、3~5份水、1.1~1.3份改性硅油、0.26~0.28份胺催化剂、0.26~0.28份锡催化剂、54~56份甲苯二异氰酸酯。
优选的,所述普通生物基聚醚多元醇A为的羟值为50~60,官能度为3;所述慢回弹普通聚醚多元醇B的羟值为45~55,官能度为2;所述慢回弹生物基聚醚多元醇C的羟值为70~80,官能度为3;所述普通聚醚多元醇D的羟值为60~70,官能度为3。
优选的,所述胺催化剂为A-33。
优选的,所述锡催化剂为2-乙基己酸亚锡。
优选的,所述改性硅油购自迈图有机硅材料有限公司,型号为L-418。
实现本发明的目的之二通过采取如下技术方案达到:
一种慢回弹生物基海绵的制备方法,包括以下步骤:
S1、将普通生物基聚醚多元醇A、慢回弹普通聚醚多元醇B、慢回弹生物基聚醚多元醇C与普通聚醚多元醇D进行混合,然后在惰性气体环境下降温,得到第一混合物;
S2、向第一混合物中加入水、改性硅油、胺催化剂和锡催化剂后进行混合,得到第二混合物;
S3、向第二混合物中加入甲苯二异氰酸酯进行搅拌得到慢回弹生物基海绵。
优选的,步骤S1中混合的时间为25~35min,降温至20~24℃;步骤S2中混合的时间为3~5s。
优选的,步骤S3中搅拌的工艺条件为6000r/s,搅拌的时间为3~5s。
优选的,包括成型步骤,所述成型步骤是将搅拌后得到的慢回弹生物基海绵倒入模箱中成型,成型温度为25~35℃。
相比现有技术,本发明的有益效果在于:
1、本发明的慢回弹生物基海绵,采用可再生的生物基起始剂替代石油基起始剂制备的生物基聚醚多元醇为原料,本发明的慢回弹生物基海绵减少了对不可再生资源的依赖,更具环保性。其次,本发明的慢回弹生物基海绵采用多种生物基聚醚多元醇协同制备得到,提高慢回弹生物基海绵的硬度、强度等力学性能,而且具有良好的生物降解性和慢回弹性能。
2、本发明的慢回弹生物基海绵的制备方法,该制备方法的原料来源广,反应路线便捷,工艺简单,成本低,具有较好的环保性能,适合大规模生产,能够有效提高慢回弹生物基海绵在家具家居领域的应用价值。
3、采用本发明的慢回弹生物基海绵制备家具家居产品,解决了由传统石油副产品聚醚多元醇制备得到的海绵会引起人体不良健康反应的问题,给人以柔软舒适体验的同时不会对人体健康造成影响。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然,所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例,而不是全部实施例。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的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。
一种慢回弹生物基海绵,包括以下按重量份计的组分:15~25份普通生物基聚醚多元醇A、15~20份慢回弹普通聚醚多元醇B、20~30份慢回弹生物基聚醚多元醇C、35~40份普通聚醚多元醇D、2~5份水、1.1~1.4份改性硅油、0.24~0.28份胺催化剂、0.24~0..28份锡催化剂、52~57份甲苯二异氰酸酯。
在将聚氨酯海绵作为填充物制备枕头等制品时,都是常规石油基的聚氨酯海绵源生料或边角料制作的,目前市场上的海绵的主要成分都是为石油副产品聚醚多元醇,该物质以不可再生资源石油为原料制备得到,制备过程中过度依赖不可再生资源。本发明的慢回弹生物基海绵,采用可再生的生物基起始剂替代石油基起始剂制备的生物基聚醚多元醇为原料,本发明的慢回弹生物基海绵减少了对不可再生资源的依赖,更具环保性。其次,本发明的慢回弹生物基海绵采用多种生物基聚醚多元醇协同制备得到,显著提高慢回弹生物基海绵的硬度、强度等力学性能,而且具有良好的生物降解性和慢回弹性能。另外,本发明制备的慢回弹生物基海绵是一种以天然材料为抗菌技术基础的高分子材料,本发明的慢回弹生物基海绵具有抗菌性能。
其中,普通生物基聚醚多元醇A为非慢回弹生物基聚醚多元醇;慢回弹普通聚醚多元醇B为非生物基慢回弹普通聚醚多元醇;普通聚醚多元醇D为非慢回弹非生物基聚醚多元醇。
在其中的一个实施方式中,包括以下按重量份计的组分:18~22份普通生物基聚醚多元醇A、16~18份慢回弹普通聚醚多元醇B、23~28份慢回弹生物基聚醚多元醇C、36~38份普通聚醚多元醇D、3~5份水、1.1~1.3份改性硅油、0.26~0.28份胺催化剂、0.26~0.28份锡催化剂、54~56份甲苯二异氰酸酯。
在其中的一个实施方式中,所述普通生物基聚醚多元醇A为的羟值为50~60,官能度为3;所述慢回弹普通聚醚多元醇B的羟值为45~55,官能度为2;所述慢回弹生物基聚醚多元醇C的羟值为70~80,官能度为3;所述普通聚醚多元醇D的羟值为60~70,官能度为3。
在其中的一个实施方式中,所述胺催化剂为A-33。
在其中的一个实施方式中,所述锡催化剂为2-乙基己酸亚锡。
在其中的一个实施方式中,所述改性硅油购自迈图有机硅材料有限公司,型号为L-418。
本发明还提供上述任一所述的一种慢回弹生物基海绵的制备方法。
一种慢回弹生物基海绵的制备方法,包括以下步骤:
S1、将普通生物基聚醚多元醇A、慢回弹普通聚醚多元醇B、慢回弹生物基聚醚多元醇C与普通聚醚多元醇D进行混合,然后在惰性气体环境下降温,得到第一混合物;
S2、向第一混合物中加入水、改性硅油、胺催化剂和锡催化剂后进行混合,得到第二混合物;
S3、向第二混合物中加入甲苯二异氰酸酯进行搅拌得到慢回弹生物基海绵。
在其中的一个实施方式中,步骤S1中混合的时间为25~35min,降温至20~24℃;步骤S2中混合的时间为3~5s。其中,步骤S1中在惰性气体环境下降温为抽真空氮气下进行降温。
在其中的一个实施方式中,步骤S3中搅拌的工艺条件为6000r/s,搅拌的时间为3~5s。
在其中的一个实施方式中,包括后处理步骤,所述后处理步骤是将慢回弹生物基海绵倒入模箱中成型,成型温度为25~35℃。
下面,以具体的实施例说明本发明的慢回弹生物基海绵及其制备方法。
实施例1:
称取以下按重量份计的组分:15份普通生物基聚醚多元醇A、20份慢回弹普通聚醚多元醇B、20份慢回弹生物基聚醚多元醇C、40份普通聚醚多元醇D、2份水、1.1份改性硅油、0.28份A-33、0.24份2-乙基己酸亚锡、53份甲苯二异氰酸酯;所述普通生物基聚醚多元醇A的羟值为50,官能度为3;所述慢回弹普通聚醚多元醇B的羟值为55,官能度为2;所述慢回弹生物基聚醚多元醇C的羟值为70,官能度为3;所述普通聚醚多元醇D的羟值为70,官能度为3。
慢回弹生物基海绵的制备方法包括以下步骤:
S1、将普通生物基聚醚多元醇A、慢回弹普通聚醚多元醇B、慢回弹生物基聚醚多元醇C和普通聚醚多元醇D进行混合25min,然后在惰性气体环境下降温至20℃,得到第一混合物;
S2、向第一混合物中加入水、改性硅油、胺催化剂和锡催化剂后进行混合5s,得到第二混合物;
S3、向第二混合物中加入甲苯二异氰酸酯在6000r/s下搅拌3s,得到慢回弹生物基海绵,将搅拌后得到的慢回弹生物基海绵倒入模箱中,在25℃下成型。
实施例2
称取以下按重量份计的组分:25份普通生物基聚醚多元醇A、15份慢回弹普通聚醚多元醇B、30份慢回弹生物基聚醚多元醇C、35份普通聚醚多元醇D、5份水、1.4份改性硅油、0.24份A-33、0.28份2-乙基己酸亚锡、56份甲苯二异氰酸酯;所述普通生物基聚醚多元醇A的羟值为60,官能度为3;所述慢回弹普通聚醚多元醇B的羟值为45,官能度为2;所述慢回弹生物基聚醚多元醇C的羟值为80,官能度为3;所述普通聚醚多元醇D的羟值为60,官能度为3。
慢回弹生物基海绵的制备方法包括以下步骤:
S1、将普通生物基聚醚多元醇A、慢回弹普通聚醚多元醇B、慢回弹生物基聚醚多元醇C和普通聚醚多元醇D进行混合35min,然后在惰性气体环境下降温至24℃,得到第一混合物;
S2、向第一混合物中加入水、改性硅油、胺催化剂和锡催化剂后进行混合3s,得到第二混合物;
S3、向第二混合物中加入甲苯二异氰酸酯在6000r/s下搅拌5s,得到慢回弹生物基海绵,将搅拌后得到的慢回弹生物基海绵倒入模箱中,在35℃下成型。
实施例3
称取以下按重量份计的组分:20份普通生物基聚醚多元醇A、17份慢回弹普通聚醚多元醇B、25份慢回弹生物基聚醚多元醇C、38份普通聚醚多元醇D、3份水、1.3份改性硅油、0.26份A-33、0.26份2-乙基己酸亚锡、55份甲苯二异氰酸酯;所述普通生物基聚醚多元醇A的羟值为55,官能度为3;所述慢回弹普通聚醚多元醇B的羟值为48,官能度为2;所述慢回弹生物基聚醚多元醇C的羟值为75,官能度为3;所述普通聚醚多元醇D的羟值为65,官能度为3。
慢回弹生物基海绵的制备方法包括以下步骤:
S1、将普通生物基聚醚多元醇A、慢回弹普通聚醚多元醇B、慢回弹生物基聚醚多元醇C和普通聚醚多元醇D进行混合30min,然后在惰性气体环境下降温至22℃,得到第一混合物;
S2、向第一混合物中加入水、改性硅油、胺催化剂和锡催化剂后进行混合4s,得到第二混合物;
S3、向第二混合物中加入甲苯二异氰酸酯在6000r/s下搅拌4s,得到慢回弹生物基海绵,将搅拌后得到的慢回弹生物基海绵倒入模箱中,在30℃下成型。
实施例4
称取以下按重量份计的组分:18份普通生物基聚醚多元醇A、18份慢回弹普通聚醚多元醇B、23份慢回弹生物基聚醚多元醇C、38份普通聚醚多元醇D、3份水、1.3份改性硅油、0.27份A-33、0.26份2-乙基己酸亚锡、54份甲苯二异氰酸酯;所述普通生物基聚醚多元醇A的羟值为53,官能度为3;所述慢回弹普通聚醚多元醇B的羟值为53,官能度为2;所述慢回弹生物基聚醚多元醇C的羟值为74,官能度为3;所述普通聚醚多元醇D的羟值为68,官能度为3。
慢回弹生物基海绵的制备方法包括以下步骤:
S1、将普通生物基聚醚多元醇A、慢回弹普通聚醚多元醇B、慢回弹生物基聚醚多元醇C和普通聚醚多元醇D进行混合32min,然后在惰性气体环境下降温至21℃,得到第一混合物;
S2、向第一混合物中加入水、改性硅油、胺催化剂和锡催化剂后进行混合4s,得到第二混合物;
S3、向第二混合物中加入甲苯二异氰酸酯在6000r/s下搅拌5s,得到慢回弹生物基海绵,将搅拌后得到的慢回弹生物基海绵倒入模箱中,在28℃下成型。
实施例5
称取以下按重量份计的组分:22份普通生物基聚醚多元醇A、16份慢回弹普通聚醚多元醇B、28份慢回弹生物基聚醚多元醇C、36份普通聚醚多元醇D、4份水、1.2份改性硅油、0.28份A-33、0.27份2-乙基己酸亚锡、55份甲苯二异氰酸酯;所述普通生物基聚醚多元醇A的羟值为58,官能度为3;所述慢回弹普通聚醚多元醇B的羟值为48,官能度为2;所述慢回弹生物基聚醚多元醇C的羟值为77,官能度为3;所述普通聚醚多元醇D的羟值为64,官能度为3。
慢回弹生物基海绵的制备方法包括以下步骤:
S1、将普通生物基聚醚多元醇A、慢回弹普通聚醚多元醇B、慢回弹生物基聚醚多元醇C和普通聚醚多元醇D进行混合28min,然后在惰性气体环境下降温至23℃,得到第一混合物;
S2、向第一混合物中加入水、改性硅油、胺催化剂和锡催化剂后进行混合3s,得到第二混合物;
S3、向第二混合物中加入甲苯二异氰酸酯在6000r/s下搅拌3s,得到慢回弹生物基海绵,将搅拌后得到的慢回弹生物基海绵倒入模箱中,在32℃下成型。
实施例6
称取以下按重量份计的组分:20份普通石油基聚醚多元醇E、17份慢回弹普通聚醚多元醇B、25份慢回弹石油基聚醚多元醇F、38份普通聚醚多元醇D、3份水、1.3份改性硅油、0.26份A-33、0.26份2-乙基己酸亚锡、55份甲苯二异氰酸酯;所述普通石油基聚醚多元醇E的羟值为55,官能度为3;所述慢回弹普通聚醚多元醇B的羟值为48,官能度为2;所述慢回弹石油基聚醚多元醇F的羟值为75,官能度为3;所述普通聚醚多元醇D的羟值为65,官能度为3。
石油基海绵的制备方法包括以下步骤:
S1、将普通石油基聚醚多元醇E、慢回弹普通聚醚多元醇B、慢回弹石油基聚醚多元醇F和普通聚醚多元醇D进行混合30min,然后在惰性气体环境下降温至22℃,得到第一混合物;
S2、向第一混合物中加入水、改性硅油、胺催化剂和锡催化剂后进行混合4s,得到第二混合物;
S3、向第二混合物中加入甲苯二异氰酸酯在6000r/s下搅拌4s,得到石油基海绵,将搅拌后得到的石油基海绵倒入模箱中,在30℃下成型。
实施例7
称取以下按重量份计的组分:20份普通生物基聚醚多元醇A、17份普通聚醚多元醇G、25份生物基聚醚多元醇H、38份普通聚醚多元醇D、3份水、1.3份改性硅油、0.26份A-33、0.26份2-乙基己酸亚锡、55份甲苯二异氰酸酯;所述普通生物基聚醚多元醇A的羟值为55,官能度为3;所述普通聚醚多元醇G的羟值为48,官能度为2;所述生物基聚醚多元醇H的羟值为75,官能度为3;所述普通聚醚多元醇D的羟值为65,官能度为3。
生物基海绵的制备方法包括以下步骤:
S1、将普通生物基聚醚多元醇A、普通聚醚多元醇G、生物基聚醚多元醇H和普通聚醚多元醇D进行混合30min,然后在惰性气体环境下降温至22℃,得到第一混合物;
S2、向第一混合物中加入水、改性硅油、胺催化剂和锡催化剂后进行混合4s,得到第二混合物;
S3、向第二混合物中加入甲苯二异氰酸酯在6000r/s下搅拌4s,得到生物基海绵,将搅拌后得到的生物基海绵倒入模箱中,在30℃下成型。
性能测试
1.将实施例3、实施例6和实施例7制备得到的海绵切割成相同大小的尺寸,进行性能检测,结果如表1所示。
表1海绵成品性能检测
2.测试实施例1-5的生物基海绵中的生物基碳含量占总有机碳含量的百分比,测试结果均通过ISO/IEC 17025:2017测试认证标准,结果如表2所示。
表2生物基海绵中的生物基碳含量占总有机碳含量的百分比
实施例1 28.01%
实施例2 28.12%
实施例3 28.07%
实施例4 28.04%
实施例5 28.09%
由上述实施例1~5可知,由本发明的慢回弹生物基海绵及其制备方法制备得到的慢回弹生物基海绵,采用可再生的生物基起始剂替代石油基起始剂制备的生物基聚醚多元醇为原料,本发明的慢回弹生物基海绵减少了对不可再生资源的依赖,更具环保性。其次,本发明的慢回弹生物基海绵采用多种生物基聚醚多元醇协同制备得到,提高慢回弹生物基海绵的硬度、强度等力学性能,而且具有良好的生物降解性、慢回弹性能和抗菌性能,同时解决了由传统石油副产品聚醚多元醇制备得到的海绵会引起人体不良健康反应的问题。本发明的慢回弹生物基海绵的制备方法工艺简单,成本低,具有较好的环保性能,适合大规模生产,能够有效提高慢回弹生物基海绵在家具家居领域的应用价值。由表1可知,实施例3慢回弹生物基海绵的拉伸强度和撕裂强度均优于实施例6的由石油基聚醚多元醇制备得到的海绵,同时,实施例3的慢回弹生物基海绵在70℃压缩打卷形变条件下恢复率达到了97%,实施例3的慢回弹生物基海绵硬度更高,其高承载有更好的优势。由表2可知,本发明实施例1-5的慢回弹生物基海绵的生物基碳含量占总有机碳含量的百分比均大于28%,本发明的慢回弹生物基海绵更具环保性。
对本领域的技术人员来说,可根据以上描述的技术方案以及构思,做出其它各种相应的改变以及形变,而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种慢回弹生物基海绵,其特征在于,包括以下按重量份计的组分:15~25份普通生物基聚醚多元醇A、15~20份慢回弹普通聚醚多元醇B、20~30份慢回弹生物基聚醚多元醇C、35~40份普通聚醚多元醇D、2~5份水、1.1~1.4份改性硅油、0.24~0.28份胺催化剂、0.24~0.28份锡催化剂、52~57份甲苯二异氰酸酯。
2.根据权利要求1所述的一种慢回弹生物基海绵,其特征在于,包括以下按重量份计的组分:18~22份普通生物基聚醚多元醇A、16~18份慢回弹普通聚醚多元醇B、23~28份慢回弹生物基聚醚多元醇C、36~38份普通聚醚多元醇D、3~5份水、1.1~1.3份改性硅油、0.26~0.28份胺催化剂、0.26~0.28份锡催化剂、54~56份甲苯二异氰酸酯。
3.根据权利要求1所述的一种慢回弹生物基海绵,其特征在于,所述普通生物基聚醚多元醇A为的羟值为50~60,官能度为3;所述慢回弹普通聚醚多元醇B的羟值为45~55,官能度为2;所述慢回弹生物基聚醚多元醇C的羟值为70~80,官能度为3;所述普通聚醚多元醇D的羟值为60~70,官能度为3。
4.根据权利要求1所述的一种慢回弹生物基海绵,其特征在于,所述胺催化剂为A-33。
5.根据权利要求1所述的一种慢回弹生物基海绵,其特征在于,所述锡催化剂为2-乙基己酸亚锡。
6.一种慢回弹生物基海绵的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、将普通生物基聚醚多元醇A、慢回弹普通聚醚多元醇B、慢回弹生物基聚醚多元醇C与普通聚醚多元醇D进行混合,然后在惰性气体环境下降温,得到第一混合物;
S2、向第一混合物中加入水、改性硅油、胺催化剂和锡催化剂后进行混合,得到第二混合物;
S3、向第二混合物中加入甲苯二异氰酸酯进行搅拌得到慢回弹生物基海绵。
7.根据权利要求6所述的一种慢回弹生物基海绵的制备方法,其特征在于,步骤S1中混合的时间为25~35min,降温至20~24℃;步骤S2中混合的时间为3~5s。
8.根据权利要求6所述的一种慢回弹生物基海绵的制备方法,其特征在于,步骤S3中搅拌的工艺条件为6000r/s,搅拌的时间为3~5s。
9.根据权利要求6所述的一种慢回弹生物基海绵的制备方法,其特征在于,包括成型步骤,所述成型步骤是将搅拌后得到的慢回弹生物基海绵倒入模箱中成型,成型温度为25~35℃。
10.权利要求1~5任一项所述的一种慢回弹生物基海绵或权利要求6~9任一项所述的一种慢回弹生物基海绵的制备方法制备得到的慢回弹生物基海绵在家具家居领域中的应用。
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