CN115232462A - 一种抗变形复合型抗疲劳垫 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及抗疲劳垫的领域，具体公开了一种抗变形复合型抗疲劳垫。一种抗变形复合型抗疲劳垫，由包括发泡材料组成，发泡材料包括以下物质：A料：聚醚多元醇50‑60份、聚酯多元醇20‑30份；B料：多亚甲基多苯基多异氰酸酯、非离子型多异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯或者甲苯二异氰酸酯中的任意一种；所述发泡材料还包括纤维素纳米晶。本申请的抗疲劳垫可作为室内运动垫、厨房脚垫等，其具有高支撑力、高弹性以及抗疲劳抗变形的优点。

Description

一种抗变形复合型抗疲劳垫
技术领域
本申请涉及抗疲劳垫的领域，尤其是涉及一种抗变形复合型抗疲劳垫。
背景技术
抗疲劳垫是一种由高密度发泡棉组成的抗疲劳垫，抗疲劳垫具有较佳的耐用性以及回弹性，因此能够对长时间站立人群进行支撑，并且起到缓冲作用，减少长时间站立人群的疲劳。
抗疲劳垫的制备方法，通常是采用聚氨酯、聚氯乙烯、EVA、人造橡胶等材料作为基体材料进行制备，通过将基体材料放置于模具中，通过发泡在基体材料中引入大量孔洞结构，使垫获得较佳的弹性以及支撑力。
针对上述相关技术，发明人认为垫在长时间的使用下，使用者持续踩踏垫，使垫较易塌陷不易回弹，即发生变形，即垫存在较易变形的缺陷。
发明内容
为了改善垫存在较易变形的缺陷，本申请提供一种抗变形复合型抗疲劳垫，采用如下的技术方案：
一种抗变形复合型抗疲劳垫，由包括发泡材料组成，发泡材料包括以下物质：
A料：聚醚多元醇50-60份、聚酯多元醇 20-30份；
B料：多亚甲基多苯基多异氰酸酯、非离子型多异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯或者甲苯二异氰酸酯中的任意一种；
所述发泡材料还包括纤维素纳米晶；
所述发泡材料的制备方法包括如下步骤：
（1）配料： 取A料和B料进行配料；（2）搅拌：将A料泵入混合器内，向混合器内通入氮气，然后加入B料，均匀搅拌，得到混合物料；（3）去湿：将混合器的温度调节至95-105℃，保持0.5-1h，降温至50-55℃，得到去湿后的物料；（4）上料：将去湿后的混合物料上料至发泡载体上，加入抗撕裂层，继续加入去湿后的混合物料，利用刮刀将混合物料刮平；（5）发泡：混合物料经发泡载体运至发泡炉内，进行发泡；（6）剥离：发泡完成后，分别对发泡载体、发泡产品进行收卷；（7）裁切发泡产品。
通过采用上述技术方案，首先本申请技术方案中优选采用连续发泡的方式制备垫，由于连续发泡过程中，发泡材料不易受到模具的限制，能够自由发泡，并且在分离发泡材料与模具时，有效降低了发泡材料破损的可能性。
其次，在发泡材料中添加了纤维素纳米晶，不仅提高了泡孔内壁的支撑强度，还提高了A料的粘度，在发泡过程中，泡孔内壁不易破裂，形成了连通贯穿的泡孔结构，即通过连通贯穿的泡孔结构在垫内形成交错的交联结构，协同提高了垫的支撑性以及耐疲劳效果。
优选的，所述发泡材料还包括有机锡催化剂、增塑剂和填料，所述填料包括支撑材料，所述支撑材料包括胶原蛋白和壳聚糖。
通过采用上述技术方案，本申请技术方案中优选采用胶原蛋白与壳聚糖配合作为支撑材料，由于胶原蛋白自身具有较佳的粘性，能够在垫内部形成粘结丝状结构；同时，一方面，壳聚糖能够通过自身类纤维素的结构作为交联剂，提高垫内的交联致密度；另一方面，在垫中引入抗菌粒子，延长垫的使用寿命。
而胶原蛋白与壳聚糖配合后，二者之间能够交联并形成三维多孔结构，在垫中引入三维骨架结构，并且多孔结构不仅能够连通发泡材料中的孔洞，还能够提高发泡材料与支撑材料之间的结合性以及相容性，即支撑材料能够稳定提高垫的支撑效果。
优选的，所述支撑材料的制备方法包括以下步骤：按质量比1-3:2-7:10分别取胶原蛋白、壳聚糖、戊二醛，取胶原蛋白与壳聚糖搅拌混合，真空冷冻干燥，得到中间物，向中间物中加入戊二醛，搅拌混合，得到支撑材料。
通过采用上述技术方案，首先，本申请技术方案优化了胶原蛋白与壳聚糖之间的配比，使支撑材料的交联密度适宜，孔隙适宜的三维骨架结构，在提高垫的支撑力的同时，还能够改善垫的回弹性以及弹性效果。
其次，在支撑材料中加入戊二醛，在支撑材料中引入了牢固的化学交联键，提高了支撑材料的交联密度以及表面粗糙度，改善了支撑材料对发泡材料的支撑效果以及结合效果；而且，赋予了支撑材料适宜的吸水效果，使垫能够吸收使用者在使用时中产生的部分汗液，降低使用者滑倒的可能性。
优选的，所述填料选自超细纤维、石墨烯、碳纳米纤维、碳纳米管以及二氧化钛中的一种或多种。
通过采用上述技术方案，首先，在发泡材料中添加超细纤维，超细纤维在发泡材料中转变为纤维束，且纤维束在发泡材料中的分散效果较佳，能够均匀分散在发泡材料中，通过纤维束与发泡材料基材之间存在一些孔隙，能够改善垫的柔软性；而纤维束构成的三维骨架结构以及发散的线性结构，能够在发泡材料中起到牵拉连接以及骨架支撑的作用，提高了垫的柔软性以及支撑效果。
其次，采用在发泡材料中添加石墨烯、碳纳米管、碳纳米纤维等碳系材料，能够提高发泡材料的强度，在发泡过程中，发泡材料中形成的孔隙结构不易发生破孔、并孔的现象，同时能够适当减小发泡材料中的孔隙结构尺寸，减少不良大孔隙的数量，有效提高垫的弹性以及支撑力。
最后，在发泡材料中添加二氧化钛，不仅作为纳米材料进行填充，提高发泡材料的硬度，还能促进发泡材料中的硬段含量增加，增强了发泡材料的粘性，提高泡孔的稳定性，降低破孔、并孔现象的发生，改善了垫的弹性以及支撑力。
此外，采用超细纤维、碳系材料以及二氧化钛配合，纤维结构以及多孔结构之间都能相互配合，形成交联交错的负载结构，能够在发泡材料中引入支撑骨架，并且负载于骨架上的纳米粒子能够滑动，进一步提高垫的弹性以及支撑力。
优选的，所述二氧化钛包括大孔二氧化钛。
通过采用上述技术方案，本申请技术方案优选采用大孔二氧化钛，一方面，大孔二氧化钛能够与发泡材料中的纤维结构发生穿插结合，提高了填料与发泡材料之间的结合效果，即填料能够稳定提高垫的支撑力，并维持泡孔的稳定性；另一方面，大孔二氧化钛能够降低填料的总重量，使得二氧化钛能够悬浮分散于发泡材料中，使得垫获得均匀的支撑强度。
优选的，所述二氧化钛为硅酸钠改性处理的二氧化钛。
通过采用上述技术方案，本申请技术方案采用硅酸钠改性二氧化钛，一方面，在发泡材料中引入了硅醇键，硅醇键能够发生缩聚进而产生水，水的产生会进一步促进发泡材料中的聚合，缩短了发泡的速度，提高了发泡材料的固化速度，形成更加稳固的聚氨酯分子链段；另一方面，水玻璃包裹二氧化钛之后，能够适当提高二氧化钛的粘结性，即降低填料均上浮至发泡材料表面的可能性，使垫获得均匀的支撑强度以及弹性。
优选的，所述填料还包括泥土炭和纳米氧化锌。
通过采用上述技术方案，本申请技术方案采用在发泡材料中添加泥土炭，泥土炭不仅具有较多的孔隙结构，还具有部分纤维结构，泥炭纤维能够穿插在泡孔中，并与泡孔稳定结合，支撑泡孔内壁，有效提高泡孔的强度；同时，泥土炭能够缩小泡孔的尺寸，冲破部分闭孔，改善了垫的支撑强度。
其次，在发泡材料中添加纳米氧化锌，纳米氧化锌的结构为纳米棒组成的纳米花，单个纳米棒为六方相，纳米氧化锌的填充，能够使发泡材料获得不规则的孔洞结构，提高了垫的回弹效果。
最后，采用泥土炭与纳米氧化锌配合，由于泥土炭的多孔结构以及纤维线性结构，使得泥土炭与纳米氧化锌之间能够相互结合并牵拉，提高了纳米氧化锌在发泡材料中的悬浮分散性；并且，通过泥土炭对纳米氧化锌形成的泡孔结构的内壁进行支撑，不仅提高垫的支撑力，还提高了垫的回弹效果。
优选的，所述填料为经改性剂改性处理的填料，所述改性剂选自三乙烯二胺、丙三醇、硅烷偶联剂、聚醚胺中的任意一种或多种。
通过采用上述技术方案，本申请技术方案通过三乙烯二胺或丙三醇改性填料，即对填料表面改性并接枝氨基基团或羟基基团，使填料上接枝有与B料反应的活性基团，参与发泡材料的固化，提高了填料与发泡材料之间的结合效果，改善垫的支撑力以及弹性。
其次，通过硅烷偶联剂对填料进行改性，在填料上引入硅烷键，进一步改善了填料与发泡材料的相容性，改善了填料在发泡材料中的分散均匀性，即垫获得了均匀的弹性以及支撑强度。
最后，采用聚醚胺对填料进行胺基化表面改性，调节发泡材料中的软硬段含量，调节发泡材料的粘度，并调节填料在发泡材料中的分散均匀性，协同改善垫支撑力。
此外，采用三乙烯二胺、丙三醇、硅烷偶联剂、聚醚胺配合对填料改性，通过氨基化、羟基化、偶联接枝以及胺基化改性，在填料上引入多种活性基团，不仅使填料参与发泡材料的固化，还提高了填料与发泡材料之间的结合效果，协同改善了垫的支撑强度、弹性以及支撑力均匀性。
优选的，所述改性处理包括以下步骤：将填料浸渍于酸液中，浸渍处理，取出，洗涤，干燥，得到酸化处理的填料；将酸化处理的填料、改性剂以及二甲基甲酰胺，超声分散，氮气氛围下，反应，冷凝回流，抽滤，洗涤，干燥，得到经改性处理的填料。
通过采用上述技术方案，本申请技术方案优选对填料进行酸化预处理，去除填料表面的灰分并在填料表面形成刻蚀坑道，增加改性剂与填料之间的结合强度，增加填料表面活性基团的结合强度，提高填料在发泡材料中的分散均匀性，使垫获得了较为优异的支撑力以及支撑强度。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请优选采用连续发泡制备垫，发泡材料不易受到模具的限制，降低了垫脱模时破损的可能性；本申请技术方案优选在发泡材料中添加纤维素纳米晶，一方面，纤维素纳米晶能够形成三维的交联结构，作为支撑骨架，另一方面，能够支撑泡孔内壁，提高泡孔结构的稳定性，有效改善垫的支撑性以及耐疲劳效果。
2、本申请中优选采用胶原蛋白与壳聚糖配合，二者之间能够发生交联，形成适宜的三维多孔的骨架结构，不仅连通发泡材料中的孔洞，形成交联的结构，还能够增加支撑材料与发泡材料中的结合强度，使支撑骨架稳定提高垫的支撑力。
3、本申请中优选在发泡材料中添加泥土炭和纳米氧化锌，通过泥土炭的多孔结构以及纤维结构，使得泥土炭与纳米氧化锌之间相互牵拉，不仅提高填料在发泡材料中的分散均匀性，还能增加不规则孔洞的牢固性，有效改善垫的支撑力以及回弹效果。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
制备例
支撑材料制备例
制备例1-3
分别取胶原蛋白、壳聚糖、戊二醛，具体质量见表1。取胶原蛋白配置得到质量分数为2％的胶原蛋白溶液，在25℃下搅拌1h，4℃环境下，在3000rpm下离心10min，保留沉淀物。取壳聚糖配置得到质量分数为2％的壳聚糖溶液，将沉淀物与壳聚糖溶液混合，室温反应1h。于-20℃下真空冷冻干燥48h，制得中间物。将中间物与质量分数为0.025％的戊二醛溶液搅拌混合，4℃下反应24h，得到支撑材料1-3。
表1制备例1-3支撑材料组成
Figure DEST_PATH_IMAGE002
填料制备例
制备例4-7
分别取超细纤维、石墨烯、二氧化钛、碳纳米管，具体质量见表2，混合，得到填料1-4。其中，超细纤维为密度小于0.1tex的涤纶纤维。
表2制备例4-7填料组成
Figure DEST_PATH_IMAGE004
其中，值得说明的是：填料包括但不限于超细纤维、石墨烯、碳纳米纤维、碳纳米管、二氧化钛中的任意一种或多种的组合。
制备例8
与制备例7的区别在于：采用大孔二氧化钛，以代替制备例7中的二氧化钛，制备填料5。
制备例9
与制备例7的区别在于：对二氧化钛进行硅酸钠改性处理，硅酸钠改性处理包括以下步骤：取10kg硅酸钠溶液（水玻璃）和1kg二氧化钛，搅拌混合，过滤，保留固体物，干燥，得到经硅酸钠改性的二氧化钛，制备填料6。
制备例10
与制备例8的区别在于：取1kg硅酸钠溶液和1kg大孔二氧化钛搅拌混合，过滤，保留固体物，干燥，得到经硅酸钠改性的大孔二氧化钛，制备填料7。
制备例11
与制备例7的区别在于：填料还包括0.5kg泥土炭和1kg纳米氧化锌，得到填料8。
其中，纳米氧化锌的制备方法包括以下步骤：取质量浓度为10％的六水硝酸锌和质量浓度为10％的六亚甲基四胺，磁力搅拌，10min后，调节温度至90℃，保温4h，冷却，过滤，保留沉淀，无水乙醇以及去离子水分别洗涤3次，烘干，得到纳米氧化锌。
改性剂制备例
制备例12-16
分别取三乙烯二胺、丙三醇、硅烷偶联剂KH560、聚醚胺（PEA），具体质量见表3，混合，得到改性剂1-5。
表3制备例12-16改性剂组成
Figure DEST_PATH_IMAGE006
制备例17
取1kg改性剂1和1kg填料4，将填料4浸渍于10kg质量分数为20％的硫酸中，浸渍30s，过滤，洗涤，得到酸化处理的填料。将1kg经酸化处理的填料、改性剂与10kg二甲基甲酰胺中，超声分散，氮气氛围下，充分反应1h，在120℃下搅拌回流30h，采用二甲基甲酰胺反复冲洗，干燥，得到经改性处理的填料1。
制备例18-21
与制备例17的区别在于：采用改性剂2-5，以代替制备例17中的改性剂1，制备经改性处理的填料2-5。
实施例
实施例1-5
本申请提供抗变形复合型抗疲劳垫，由发泡材料组成，发泡材料包含以下物质：40kgA料、10kgB料、2kg纤维素纳米晶、1kg有机锡催化剂、0.5kg增塑剂。
A料：取50kg羟值为535-590mgKOH/g的聚醚多元醇、25kg羟值为53-59mgKOH/g的聚酯多元醇，搅拌混合，得到A料；
B料：取多亚甲基多苯基多异氰酸酯作为B料；
其中，值得说明的是：B料包括但不限于多亚甲基多苯基多异氰酸酯、非离子型多异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯或者甲苯二异氰酸酯中的任意一种。
发泡材料的制备包括以下步骤：将A料加入混合器中，向混合容器中通入氮气，加入B料，均匀搅拌。去湿：调节混合器的温度为100℃，保持1h，降温至52℃，得到去湿后的物料。将去湿后的物料上料至发泡载体上，采用刮刀将混合物料刮平，运送至发泡炉内，在180℃下进行发泡处理，得到发泡产品，分别对发泡载体和发泡产品进行收卷，裁切发泡产品，得到抗疲劳垫1。
实施例2
与实施例1的区别在于：发泡材料还包括1kg支撑材料1，制得抗疲劳垫2。
实施例3-4
与实施例2的区别在于：采用等质量的支撑材料2-3，以代替实施例2中的支撑材料1，制备抗疲劳垫3-4。
实施例5
与实施例2的区别在于：发泡材料还包括1kg填料1，制备抗疲劳垫5。
实施例6-12
与实施例5的区别在于：采用等质量的填料2-8，以代替实施例5中的填料1，制备抗疲劳垫6-12。
实施例13-17
与实施例5的区别在于：采用等质量的经改性剂改性处理的填料1-5，以代替实施例5中的填料1，制备抗疲劳垫13-17。
对比例
对比例1
本对比例与实施例1的不同之处在于，本对比例中未添加纤维素纳米晶，制备抗疲劳垫18。
对比例2
本对比例与实施例2的不同之处在于，本对比例中仅添加胶原蛋白作为支撑材料，制备抗疲劳垫19。
性能检测试验
（1）耐疲劳压陷回弹性能检测：按《Q/AM005-2016直立绵耐疲劳性能的测定》，使用立绵疲劳测试机测试发泡复合绵的耐疲劳压陷回弹性能。具体步骤为：将复合绵块裁成300mm×300mm×40mm的标准片材；在压头压力为(750±20)N，频率为(70±5)次/min，每次压入厚度为原始厚度的40%条件下，共施加30000次；完成后切成8块，计算每块的圈内厚度(受压部分)与圈外厚度，结果取这8个样品的平均厚度。回弹率由试验后的圈内的平均厚度与圈外平均厚度的百分比表示。
（2）柔韧性：利用RT-10型电子万能试验机测试样品的拉伸性能，通过拉伸强度来表征抗疲劳垫的柔韧性能，测定样品采用测试标准中的哑铃形状，上下两端面相互平行，且与轴线垂直，每个样品做三次试样取平均值，加载速度为500mm/min，测试标准采用GB/T528-2009。
（3）表观情况：肉眼观察剥离后的发泡垫表面的气泡情况。
（4）压缩性能：按照国标《GB／T 8813-2008》对试样进行测试，所测样的直径是60±1mm，厚度是50±1mm，承压面为圆面，所测试样不少于5个。
表4实施例1-17、对比例1-2性能检测
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采用《GB / T 6670—2008 软质泡沫聚合材料落 球法回弹性能的测定》检测实施例1-17中抗疲劳垫的回弹效果，得到实施例1-17的回弹率均大于50％，其中实施例12中的抗疲劳垫的回弹力为59.4％，即本申请制备的抗疲劳垫获得了较为优异的回弹效果，不易发生变形。
结合表4性能检测对比可以发现：
（1）结合实施例1、实施例2-4和对比例1-2对比可以发现：实施例1-4中制得抗疲劳垫的拉伸强度、回弹率以及压缩性能有所提升，这说明本申请采用壳聚糖与胶原蛋白配合交联，形成适宜的多孔三维骨架结构，连通并交联发泡材料中的孔洞，增加抗疲劳垫中的交联致密度，并改善支撑材料与发泡材料中的结合强度，使支撑骨架稳定提高抗疲劳垫的压缩性能，即支撑效果。根据表4可以看出，实施例3中制得的抗疲劳垫的弹性以及支撑性能较佳，说明此时支撑材料中各组分配比较为合适。
（2）结合实施例5-7、实施例8-10、实施例12和实施例2对比可以发现：实施例5-12中制得抗疲劳垫的拉伸强度、回弹率以及压缩性能有所提升，这说明本申请采用超细纤维、碳系材料以及二氧化钛配合，纤维的线性结构以及填料中其余组分的多孔结构相互配合，形成相互负载结构，在发泡材料中引入支撑骨架，通过负载于骨架上的纳米粒子发生相对滑动，进一步提高抗疲劳垫的弹性以及支撑力。根据表4可以看出，实施例8中制得的抗疲劳垫的弹性以及支撑性能较佳，说明此时填料中各组分配比较为合适。
（3）结合实施例13-16、实施例7和实施例8对比可以发现：实施例13-17中制得抗疲劳垫的拉伸强度、回弹率以及压缩性能有所提升，这说明本申请采用多组分改性剂配合改性填料，通过氨基化、羟基化、偶联接枝以及胺基化等手段对填料表面进行改性，在填料上引入多种活性基团，不仅使填料参与发泡材料的固化，还提高了填料与发泡材料之间的结合效果，协同改善了抗疲劳垫的支撑强度、弹性以及支撑力均匀性。根据表4可以看出，实施例17中制得的抗疲劳垫的弹性以及支撑性能较佳，说明此时支撑材料中各改性剂配比较为合适。
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 (9)

1.一种抗变形复合型抗疲劳垫，其特征在于，由包括发泡材料组成，发泡材料包括以下物质：
A料：聚醚多元醇50-60份、聚酯多元醇 20-30份；
B料：多亚甲基多苯基多异氰酸酯、非离子型多异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯或者甲苯二异氰酸酯中的任意一种；
所述发泡材料还包括纤维素纳米晶；
所述发泡材料的制备方法包括如下步骤：
（1）配料：取A料和B料，进行配料；
（2）搅拌：将A料泵入混合器内，向混合器内通入氮气，然后加入B料，均匀搅拌，得到混合物料；
（3）去湿：将混合器的温度调节至95-105℃，保持0.5-1h，降温至50-55℃，得到去湿后的物料；
（4）上料：将去湿后的混合物料上料至发泡载体上，加入抗撕裂层，继续加入去湿后的混合物料，利用刮刀将混合物料刮平；
（5）发泡：混合物料经发泡载体运至发泡炉内，进行发泡；
（6）剥离：发泡完成后，分别对发泡载体、发泡产品进行收卷；
（7）裁切发泡产品。
2.根据权利要求1所述的一种抗变形复合型抗疲劳垫，其特征在于：所述发泡材料还包括有机锡催化剂、增塑剂和填料，所述填料包括支撑材料，所述支撑材料包括胶原蛋白和壳聚糖。
3.根据权利要求2所述的一种抗变形复合型抗疲劳垫，其特征在于：所述支撑材料的制备方法包括以下步骤：按质量比1-3:2-7:10分别取胶原蛋白、壳聚糖、戊二醛，取胶原蛋白与壳聚糖搅拌混合，真空冷冻干燥，得到中间物，向中间物中加入戊二醛，搅拌混合，得到支撑材料。
4.根据权利要求2所述的一种抗变形复合型抗疲劳垫，其特征在于：所述填料选自超细纤维、石墨烯、碳纳米纤维、碳纳米管以及二氧化钛中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的一种抗变形复合型抗疲劳垫，其特征在于：所述二氧化钛包括大孔二氧化钛。
6.根据权利要求4所述的一种抗变形复合型抗疲劳垫，其特征在于：所述二氧化钛为硅酸钠改性处理的二氧化钛。
7.根据权利要求4所述的一种抗变形复合型抗疲劳垫，其特征在于：所述填料还包括泥土炭和纳米氧化锌。
8.根据权利要求4所述的一种抗变形复合型抗疲劳垫，其特征在于：所述填料为经改性剂改性处理的填料，所述改性剂选自三乙烯二胺、丙三醇、硅烷偶联剂、聚醚胺中的任意一种或多种。
9.根据权利要求8所述的一种抗变形复合型抗疲劳垫，其特征在于：所述改性处理包括以下步骤：将填料浸渍于酸液中，浸渍处理，取出，洗涤，干燥，得到酸化处理的填料；将酸化处理的填料、改性剂以及二甲基甲酰胺，超声分散，氮气氛围下，反应，冷凝回流，抽滤，洗涤，干燥，得到经改性处理的填料。
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