一种高硬度海绵及其加工工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种高硬度海绵及其加工工艺，属于海绵材料领域，其技术方案要点是原料按重量份包括多元醇14‑24份、甲苯二异氰酸酯4‑14份、泡沫稳定剂0.12‑0.2份、催化剂0.002‑0.1份、环戊烷0.07‑0.11份、扩链剂0.28‑0.46份、填料2.3‑3.5份；填料包括改性有机填料和改性无机纳米填料，改性有机填料与改性无机纳米填料的重量比值为0.7‑1.6；达到提高聚氨酯弹性体硬度的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种高硬度海绵及其加工工艺
本专利技术涉及海绵材料领域，特别涉及一种高硬度海绵及其加工工艺。
技术介绍
海绵的由发泡塑料聚合物制成的一种弹性材料，由于海绵具有保温、隔热、吸音、减震、阻燃、透气性好等特性，因此涉及汽车行业、电池行业、化妆品行业、家居等多个行业内。海绵床垫是现代常用的床垫，具有良好的回弹特性，极大的减少了在床上翻来覆去的必要性，进而提高了人们的睡眠质量，与其他材质的床垫相比，具有轻便、舒适等特点。但是海绵床垫的缺点是比较软，当人躺下时不能对腰部起到良好的支撑，导致腰肌长期处于紧张状态，尤其是小孩和老人，床垫太软不适合小孩骨骼的生长，而老人由于肌肉和韧带弹性的降低，其调整功能大部分丧失，长期睡在柔软的床垫上，对椎间盘都均有不良的影响。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的一是提供一种高硬度海绵，达到提高聚氨酯弹性体硬度的效果。本专利技术的上述技术目的一是通过以下技术方案得以实现的：一种高硬度海绵，原料按重量份包括多元醇14-24份、甲苯二异氰酸酯4-14份、泡沫稳定剂0.12-0.2份、催化剂0.002-0.1份、环戊烷0.07-0.11份、扩链剂0.28-0.46份、填料2.3-3.5份；填料包括改性有机填料和改性无机纳米填料，改性有机填料与改性无机纳米填料的重量比值为0.7-1.6；有机填料的改性方法，包括如下步骤：将重量份的有机填料加入容器中，加入25-35mL蒸馏水，置于28℃-34℃的水浴中，加入重量为有机填料重量的2.2-2.5倍的次氯酸钠溶液，搅拌反应30min以上，反应结束后，将混合液冷却至20℃-21℃，离心并洗涤，将所得物在75℃-85℃的条件下干燥，将干燥后的固体研磨成粉末得到改性有机填料；无机纳米填料的改性方法，包括如下步骤：向容器中加入重量份的无机纳米填料，后加入N-甲基吡咯烷酮25-30mL，然后超声分散25-35min，再加入重量份的硅烷偶联剂4.6-8.6份，反应2h以上，再通过离心分离沉淀，再干燥研磨得到改性无机纳米填料。通过采用上述技术方案，有机填料中含有大量的有机物质以及有机官能团，将有机填料加入后不仅能够改变基体的粘度，同时还有助于改善基体中泡孔的均匀度，提高聚氨酯的密度，从而提高聚氨酯的硬度。无机纳米填料由于微粒尺寸小，在聚合物中的分散性能好，比表面积大，表面原子数多，且表面原子处于不饱和状态，所以无机纳米粒子活性高，且无机纳米粒子经过改性后，与其他原子结合，因此，纳米粒子与聚合物分子链之间有强的作用力，形成的聚氨酯纳米复合材料的具有优良的力学性能、，主要是由于无机纳米粒子的加入，改变了聚氨酯软硬段的结晶形态，使微晶更加细化，且硬段微晶混合在软段中，改善了聚氨酯弹性体的微相分离，从而改善了聚氨酯弹性体的力学性能和硬度。本专利技术进一步设置为，原料按重量份包括多元醇16-22份、甲苯二异氰酸酯6-12份、泡沫稳定剂0.14-0.18份、催化剂0.004-0.008份、环戊烷0.08-0.1份、扩链剂0.31-0.42份、填料2.6-3.4份；填料包括改性有机填料和改性无机纳米填料，改性有机填料与改性无机纳米填料的重量比值为0.9-1.3。本专利技术进一步设置为，多元醇包括聚氧化丙烯醚二醇和聚己内酯二醇，聚氧化丙烯醚二醇和聚己内酯二醇的重量比为(0.8-1.2):(1.2-1.5)。通过采用上述技术方案，聚己内酯二醇的分子链中含有键能较高的酯键，因而强度高，耐热效果也好，而聚氧化丙烯醚二醇分子主链中与醚键，分子链运动位垒低，柔顺性好，低温性能好，因此将聚己内酯二醇与聚氧化丙烯醚二醇复合使用，有效提高聚氨酯弹性体的强度和硬度。本专利技术进一步设置为，泡沫稳定剂包括硅油。通过采用上述技术方案，硅油的加入，能够有效降低泡沫的表面张力，使得泡壁内外两侧压力达到平衡，防止基体产生塌泡现象，同时还可以减少气体扩散，稳定泡孔结构，制得泡孔均匀的泡沫材料，同时硅油的加入，还可以增加物料之间的粘度，提高泡沫壁的韧性，增加泡沫壁的强度，从而尽可能降低体系中的杂质，避免产生局部塌泡现象，但是硅油的量添加过多时，会使得泡孔壁进一步减薄，泡壁的强度也会进一步的降低，从而容易塌泡的现象，导致聚氨酯的强度和硬度都会降低。本专利技术进一步设置为，催化剂包括有机锡和辛酸钾，有机锡和辛酸钾的重量比为(0.6-0.9)：(1.0-1.2)。通过采用上述技术方案，催化剂在发泡反应中，起着重要的作用，不仅控制链增长反应(NCO-OH之间)，发泡反应(NCO-H2O)二者之间的平衡，而且还能使体系达到理想的发泡和固化时间，使泡沫达到最佳的升起高度以及泡沫不塌泡、不收缩，并具有优良的机械和物理性能，发泡过快容易出现泡沫塌泡现象，固化太快容易出现泡沫容重大或收缩等现象，甚至影响制品的性能。有机锡能与异氰酸跟产生配位，使-NCO极化，从而使异氰酸酯分子中带正电荷的碳原子更加活泼，更容易受到多元醇聚合物端羟基的攻击，提高催化活性。辛酸钾催化活性高，不易水解，且自身的化学稳定性好，且在多元醇与甲苯二异氰酸酯反应的过程中，不失活，同时辛酸钾还具有发泡和凝胶的双重作用，与扩链剂配合促进NCO-OH链的增长和交联反应。有机锡与辛酸钾配合使用后，有效改变反应体系的发泡和固化时间，提高聚氨酯制品的强度和硬度。有机锡催化剂和叔胺催化剂配合使用具有较好的协调作用，二者比例的调节，可以改变反应体系的发泡和固化时间。本专利技术进一步设置为，有机锡包括二月硅酸二丁基锡、辛酸亚锡中的一种或两种。本专利技术进一步设置为，有机填料包括橡胶粉、木质素中的一种或两种。通过采用上述技术方案，橡胶粉是由废旧轮胎粉碎后制得的粉末颗粒，橡胶粉本身含有大量一些有机物，但在轮胎使用的过程中，由于轮胎的老化以及表面杂物的沉积，使得橡胶粉直接加入时与多元醇和甲苯二异氰酸酯的相容性差，从而导致橡胶粉容易在基体中发生团聚，将对废橡胶粉进行氧化时，使得橡胶粉表面含有的双键、亚甲基等活性基团被氧化为羟基，增加橡胶粉表面的极性以及反应活性，从而增加橡胶粉与多元醇、甲苯二异氰酸酯之间的相容性，同时橡胶粉表面生成的羟基还可与甲苯二异氰酸酯进行反应。木质素中含有酚羟基、醇羟基、甲氧基、羰基和羧基等多种官能团，因此木质素可以发生多种化学反应，但是由于木质素中每一种官能团的反应活性均不足，而将木质酸经过次氯酸钠改性后，可以增加其与聚氨酯基体的相容性，同时木质素中含有醇羟基可以异氰酸酯进行反应，形成化学键，同时使得基体中泡孔的尺寸逐渐缩小并趋于一致，主要是由于改性木质素的加入，增加了基体的黏度，使得泡沫发泡时泡孔的扩张受到限制，从而提高了聚氨酯的硬度。木质素中含有的苯环具有一定的刚性，且能够增加泡沫的密度，从而有助于提高聚氨酯的硬度本专利技术进一步设置为，无机纳米填料包括纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、纳米氧化铁中的一种或多种。本专利技术进一步设置为，扩链剂包括1,4-丁二醇与3,3'-二氯-4,4-而氨基二苯基甲烷，其中1,4-丁二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高硬度海绵，其特征在于：原料按重量份包括多元醇14-24份、甲苯二异氰酸酯4-14份、泡沫稳定剂0.12-0.2份、催化剂0.002-0.1份、环戊烷0.07-0.11份、扩链剂0.28-0.46份、填料2.3-3.5份；/n填料包括改性有机填料和改性无机纳米填料，改性有机填料与改性无机纳米填料的重量比值为0.7-1.6；/n有机填料的改性方法，包括如下步骤：将重量份的有机填料加入容器中，加入25-35mL蒸馏水，置于28℃-34℃的水浴中，加入重量为有机填料重量的2.2-2.5倍的次氯酸钠溶液，搅拌反应30min以上，反应结束后，将混合液冷却至20℃-21℃，离心并洗涤，将所得物在75℃-85℃的条件下干燥，将干燥后的固体研磨成粉末得到改性有机填料；/n无机纳米填料的改性方法，包括如下步骤：向容器中加入重量份的无机纳米填料，后加入N-甲基吡咯烷酮25-30mL，然后超声分散25-35min，再加入重量份的硅烷偶联剂4.6-8.6份，反应2h以上，再通过离心分离沉淀，再干燥研磨得到改性无机纳米填料。/n

【技术特征摘要】
1.一种高硬度海绵，其特征在于：原料按重量份包括多元醇14-24份、甲苯二异氰酸酯4-14份、泡沫稳定剂0.12-0.2份、催化剂0.002-0.1份、环戊烷0.07-0.11份、扩链剂0.28-0.46份、填料2.3-3.5份；
填料包括改性有机填料和改性无机纳米填料，改性有机填料与改性无机纳米填料的重量比值为0.7-1.6；
有机填料的改性方法，包括如下步骤：将重量份的有机填料加入容器中，加入25-35mL蒸馏水，置于28℃-34℃的水浴中，加入重量为有机填料重量的2.2-2.5倍的次氯酸钠溶液，搅拌反应30min以上，反应结束后，将混合液冷却至20℃-21℃，离心并洗涤，将所得物在75℃-85℃的条件下干燥，将干燥后的固体研磨成粉末得到改性有机填料；
无机纳米填料的改性方法，包括如下步骤：向容器中加入重量份的无机纳米填料，后加入N-甲基吡咯烷酮25-30mL，然后超声分散25-35min，再加入重量份的硅烷偶联剂4.6-8.6份，反应2h以上，再通过离心分离沉淀，再干燥研磨得到改性无机纳米填料。


2.根据权利要求1所述的一种高硬度海绵，其特征在于：原料按重量份包括多元醇16-22份、甲苯二异氰酸酯6-12份、泡沫稳定剂0.14-0.18份、催化剂0.004-0.008份、环戊烷0.08-0.1份、扩链剂0.31-0.42份、填料2.6-3.4份；填料包括改性有机填料和改性无机纳米填料，改性有机填料与改性无机纳米填料的重量比值为0.9-1.3。


3.根据权利要求1所述的一种高硬度海绵，其特征在于：多元醇包括聚氧化丙烯醚二醇和聚己内酯二醇，聚氧化丙烯醚二醇和聚己内酯二醇的重量比为（0.8-1.2）:（1.2-1.5）。


4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭学章，
申请(专利权)人：泉州玺堡家居科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35