一种可降解高弹海绵的制备方法技术

本发明专利技术涉及海绵领域，尤其涉及一种环境友好且具备优良力学性能的可降解高弹海绵的制备方法，其包括：S1)配料；S2)配制用以浸渍改性的混合溶液；S3)对复合海绵基体进行改性；S4)加入添加成分并进行硫化制备得到可降解高弹海绵。本发明专利技术中所用基体材料及其中大量组分均为绿色环保可降解材料，所制得的产品也更加绿色环保，具有良好的生物相容性，制备过程和使用过程对人体无危害，且还具有良好的化学稳定性和优秀的力学性能，尤其在弹性性能上极为优秀。

【技术实现步骤摘要】
一种可降解高弹海绵的制备方法
本专利技术涉及海绵领域，尤其涉及一种环境友好且具备优良力学性能的可降解高弹海绵的制备方法。
技术介绍
海绵是一种极为常见的多孔材料，具有良好的吸水性，部分具有良好的弹性、变形恢复性等等性能，能够用于清洁物品或用于生产一些舒适柔软的座垫。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(不吸水海绵)、聚乙烯醇(高吸水材料，无明显气孔)和聚酯。目前来说，市场上海绵的生成成本与海绵密度呈正相关，密度越高成本也越高，但低密度海绵的物理性能往往不如高密度海绵，特别是在作为座垫等方面的使用，因而寻求一种低密度却有良好力学性能能够符合国际上座垫海绵所需力学性能标准的低密度高弹性海绵是一大发展方向。同时目前海绵的制备过程中产生的污染较大，海绵多为人造高聚物难以降解，发泡剂在发泡过程中对人造成危害、对环境造成污染，也是一个亟待解决的问题。中国专利局于2017年2月15日公布了一个一种低密度高承载海绵及制作工艺的专利技术专利申请文件，申请公布号为CN106397711A，该专利技术专利通过降低海绵的发泡密度，使得生产相同体积的海绵时所需的生产物料大幅减少，降低了生产成本，另一方面选用了聚醚多元醇和聚合物多元醇提高了海绵的硬度，避免了因密度过低而造成物理性能下降的问题。但其仍存在海绵的制备过程中产生的污染较大，人造高聚物难以降解，发泡剂在发泡过程中对人造成危害、对环境造成污染的问题。
技术实现思路
为解决上述高密度海绵生产成本过高，低密度海绵力学性能较差无法符合座垫海绵标准，且目前海绵的制备过程中产生的污染较大，人造高聚物难以降解，发泡剂在发泡过程中对人造成危害、对环境造成污染的问题，本专利技术提供了一种环境友好且具备优良力学性能的可降解高弹海绵的制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种可降解高弹海绵的制备方法，所述制备方法包括以下制备步骤：S1)按照复合海绵基体100份，A添加剂3～5.5重量份，B添加剂4～9重量份，氧化锌0.5～1.1重量份，氟硅酸钠1.75～2.55重量份，A促进剂2.35～4.5重量份和B促进剂1.1～2.35重量份的比例称取各组分进行配料；S2)将A添加剂溶于适量的水中置于80～90℃条件下超声震荡36～48h，配制成4～6.5wt％的A添加剂水溶液，加入B添加剂，置于65～75℃条件下超声震荡3～5h，得到混合溶液；S3)将复合海绵基体浸渍于步骤S2)所得的混合溶液中，置于85～90℃水浴中超声震荡12～18h，随后静置20～28h，取出浸渍后的复合海绵基体，以吸水纸吸去其表面溶液，再将其置于-25～-30℃条件下冷冻5～6h，置于1～4℃条件下解冻2～3.5h，置于15～20℃条件下解冻2～2.5h，此为一个循环，重复此循环4～6次，得到改性基体；S4)将氟硅酸钠、A促进剂和B促进剂配制成合浓度为15～35wt％的乙醇溶液，并将步骤S3)所制得的改性基体置于其中浸渍6～8h，再加入氧化锌，置于100～115℃条件下水热12～16h，随后冷却至20～25℃后用水洗涤表面残留物，先用无水乙醇浸渍进行溶剂置换，再用叔丁醇浸泡进行溶剂置换，最后对置换完成的复合醇凝胶进行冷冻干燥得到可降解高弹海绵。作为优选，步骤S1)所述配料按照复合海绵基体100份，A添加剂3.95～4.25重量份，B添加剂6.75～7.5重量份，氧化锌0.8～1.05重量份，氟硅酸钠1.95～2.15重量份，A促进剂3.15～3.5重量份和B促进剂1.9～2.15重量份的比例称取各组分。作为优选，步骤S1)所述配料按照复合海绵基体100份，A添加剂4.05重量份，B添加剂7.1重量份，氧化锌0.95重量份，氟硅酸钠2.05重量份，A促进剂3.35重量份和B促进剂1.95重量份的比例称取各组分。作为优选，步骤S1)所述复合海绵基体的制备方法包括以下制备步骤：1)高分子添加剂制备：a)将顺丁烯二酸酐和其50倍重量份的去离子水混合，加入到装有回流冷凝装置的仪器中，并通过油浴加热并恒温至60℃，在60℃条件下搅拌反应30～35min，转速为500～1000r/min，水解得到顺丁烯二酸酐溶液；b)在冰浴条件下，向步骤a)得到的顺丁烯二酸酐溶液中加入氨水，搅拌均匀后升温至85℃，反应175～200min，转速为500～1000r/min，反映结束后趁热导入瓷质容器中在80～85℃条件下干燥，干燥后得到白色固体状的顺丁烯二酸酐铵盐；c)将步骤b)得到的顺丁烯二酸酐铵盐置于150～230℃的高温环境中进行聚合反应1～5h，的聚琥珀酰亚胺，并研磨至粉末状；d)将步骤c)所得粉末状聚琥珀酰亚胺加入到过量水中，搅拌溶解，以0.5mol/L的氢氧化钠水溶液调节pH值至10.9～11.2，在50℃水浴条件下水解60～80min，并以0.5mol/L的氢氧化钠水溶液保持水解过程pH值保持在10.8～11.2，随后向溶液中边搅拌边加入无水乙醇，产生棕色油状液滴后缓慢滴加，直至上层不产生白色浑浊物，对溶液进行震荡分液，去下层液体置于120～130℃环境中干燥至每小时质量变化率小于0.5％，即得到高分子添加剂；2)将膨润土溶于其100～120倍重量份的去离子水中，对其进行超声分散60～80min，通入氮气对其进行吹扫30～35min，使其脱气；3)向步骤2)经脱气后的膨润土分散水溶液中加入丙烯酰胺、聚乙烯醇、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和步骤1)所制得的高分子添加剂的混合物，搅拌混合均匀后加入十二烷基硫酸钠和辅助发泡剂以600～800r/min的转速进行快速搅拌15～20min，再以120～180r/min的转速进行慢速搅拌20～30min，随后加入过硫酸铵开始反应，反应过程中控制升温至75℃并保持5～6h，反应结束后以去离子水冲洗，并在45～50℃条件下干燥48～50h，得到复合海绵基体。本专利技术中复合海绵基体以丙烯酰胺单体作为合成单体，是因为它是一种非离子单体，可以提高所制备的复合海绵基体的一定耐盐性能，丙烯酰胺单体和交联剂配比及各聚合物和引发剂用量都会影响水凝胶交联程度，从而影响其性能。交联剂的质量较小导致交联密度较低，易溶解，导致其吸水性差；相反，高质量交联剂产生更多的交联点，产生额外的网络并降低可用的自由体积，因而也会降低其吸水性。所选用的N,N-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂具有与丙烯酰胺单体最好的适配程度，为水凝胶提供了一个极好的交联程度，提供了其较优的吸水性能性能。此外引发剂过硫酸铵同样若用量过大，则会造成反应剧烈，产生大量的副产物并导致其结构破坏，造成性能下降，若引发剂过硫酸铵用量过小，则会导致反应不完全，交联/线性非交联网络结构不稳定，也会造成性能下降。在复合海绵基体中，交联/线性非交联混合的网络结构使得复合海绵基体具有极为优异的力学性能，其在弹性模量、压缩永久变形值及断裂伸长率等性能上相较于普通海绵体均有极大的提升，并且由十二烷基硫酸钠和辅助发泡剂产生协同发泡效果，相较于油酸钾、硫酸铵、甘油等易造成污染或对人体产生不良影响的发泡剂，更具环保价值。作为优选，所述复合海绵基体中所用原料的质量份本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可降解高弹海绵的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下制备步骤：S1)按照复合海绵基体100份，A添加剂3～5.5重量份，B添加剂4～9重量份，氧化锌0.5～1.1重量份，氟硅酸钠1.75～2.55重量份，A促进剂2.35～4.5重量份和B促进剂1.1～2.35重量份的比例称取各组分进行配料；S2)将A添加剂溶于适量的水中置于80～90℃条件下超声震荡36～48h，配制成4～6.5wt％的A添加剂水溶液，加入B添加剂，置于65～75℃条件下超声震荡3～5h，得到混合溶液；S3)将复合海绵基体浸渍于步骤S2)所得的混合溶液中，置于85～90℃水浴中超声震荡12～18h，随后静置20～28h，取出浸渍后的复合海绵基体，以吸水纸吸去其表面溶液，再将其置于‑25～‑30℃条件下冷冻5～6h，置于1～4℃条件下解冻2～3.5h，置于15～20℃条件下解冻2～2.5h，此为一个循环，重复此循环4～6次，得到改性基体；S4)将氟硅酸钠、A促进剂和B促进剂配制成合浓度为15～35wt％的乙醇溶液，并将步骤S3)所制得的改性基体置于其中浸渍6～8h，再加入氧化锌，置于100～115℃条件下水热12～16h，随后冷却至20～25℃后用水洗涤表面残留物，先用无水乙醇浸渍进行溶剂置换，再用叔丁醇浸泡进行溶剂置换，最后对置换完成的复合醇凝胶进行冷冻干燥得到可降解高弹海绵。...

【技术特征摘要】
1.一种可降解高弹海绵的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下制备步骤：S1)按照复合海绵基体100份，A添加剂3～5.5重量份，B添加剂4～9重量份，氧化锌0.5～1.1重量份，氟硅酸钠1.75～2.55重量份，A促进剂2.35～4.5重量份和B促进剂1.1～2.35重量份的比例称取各组分进行配料；S2)将A添加剂溶于适量的水中置于80～90℃条件下超声震荡36～48h，配制成4～6.5wt％的A添加剂水溶液，加入B添加剂，置于65～75℃条件下超声震荡3～5h，得到混合溶液；S3)将复合海绵基体浸渍于步骤S2)所得的混合溶液中，置于85～90℃水浴中超声震荡12～18h，随后静置20～28h，取出浸渍后的复合海绵基体，以吸水纸吸去其表面溶液，再将其置于-25～-30℃条件下冷冻5～6h，置于1～4℃条件下解冻2～3.5h，置于15～20℃条件下解冻2～2.5h，此为一个循环，重复此循环4～6次，得到改性基体；S4)将氟硅酸钠、A促进剂和B促进剂配制成合浓度为15～35wt％的乙醇溶液，并将步骤S3)所制得的改性基体置于其中浸渍6～8h，再加入氧化锌，置于100～115℃条件下水热12～16h，随后冷却至20～25℃后用水洗涤表面残留物，先用无水乙醇浸渍进行溶剂置换，再用叔丁醇浸泡进行溶剂置换，最后对置换完成的复合醇凝胶进行冷冻干燥得到可降解高弹海绵。2.根据权利要求1所述的一种可降解高弹海绵的制备方法，其特征在于，步骤S1)所述配料按照复合海绵基体100份，A添加剂3.95～4.25重量份，B添加剂6.75～7.5重量份，氧化锌0.8～1.05重量份，氟硅酸钠1.95～2.15重量份，A促进剂3.15～3.5重量份和B促进剂1.9～2.15重量份的比例称取各组分。3.根据权利要求1所述的一种可降解高弹海绵的制备方法，其特征在于，步骤S1)所述配料按照复合海绵基体100份，A添加剂4.05重量份，B添加剂7.1重量份，氧化锌0.95重量份，氟硅酸钠2.05重量份，A促进剂3.35重量份和B促进剂1.95重量份的比例称取各组分。4.根据权利要求1或2或3所述的一种可降解高弹海绵的制备方法，其特征在于，步骤S1)所述复合海绵基体的制备方法包括以下制备步骤：1)高分子添加剂制备：a)将顺丁烯二酸酐和其50倍重量份的去离子水混合，加入到装有回流冷凝装置的仪器中，并通过油浴加热并恒温至60℃，在60℃条件下搅拌反应30～35min，转速为500～1000r/min，水解得到顺丁烯二酸酐溶液；b)在冰浴条件下，向步骤a)得到的顺丁烯二酸酐溶液中加入氨水，搅拌均匀后升温至85℃，反应175～200m...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢伟，蔡盼盼，
申请(专利权)人：德清顾舒家华高分子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33