CN115505159A - 一种用于聚氨酯慢回弹泡沫的开孔剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于聚氨酯慢回弹泡沫的开孔剂及其制备方法，所述开孔剂由基础油、乳化剂及水制成，其中基础油选自聚氧化丙烯一醇、聚氧化丙烯二醇、聚氧化丙烯三醇、聚氧化丙烯四醇、聚氧化丙烯‑氧化乙烯二醇、聚氧化丙烯‑氧化乙烯三醇、聚氧化丙烯‑氧化乙烯四醇、聚氧化丙烯‑氧化乙烯五醇、聚氧化丙烯‑氧化乙烯六醇、聚四氢呋喃二醇、聚氧化丙烯‑四氢呋喃二醇中的至少一种；乳化剂选自氧化镁、碳酸氢镁、棕榈酸镁、棕榈酸钙、硬脂酸钠、硬脂酸镁、硬脂酸锌、棕榈酸、硬脂酸、十二羟基硬脂酸、三硬脂酸甘油酯、月桂酸单甘油酯中的至少一种。本发明的开孔剂可提高慢回弹泡沫开孔率，防止慢回弹泡沫产品的收缩，同时保持细腻的泡沫泡孔结构。
Description
技术领域
本发明涉及化工产品技术领域，具体为一种用于聚氨酯慢回弹泡沫的开孔剂及其制备方法。
背景技术
聚氨酯慢回弹泡沫是一种具有特殊单元结构的高分子聚合物，受到外力发生形变后，回弹速度慢、回弹性低，经过一定的时间可以恢复原状，因此又被称为记忆海绵。由于其具有优异的缓冲减震、隔音、质量轻、机械强度高等特殊性能，被广泛应用于医疗、家具、服饰等领域，且随着人们对高舒适性生活的要求不断提高，聚氨酯慢回弹泡沫的需求越来越大。
聚氨酯慢回弹泡沫作为一种交联密度高的软质高分子聚合材料，需要有一定的开孔性，否则容易导致泡沫收缩导致产品质量不合格。为此，聚氨酯慢回弹泡沫在发泡过程中必须加入一特殊的助剂，即慢回弹开孔剂；其通过改变泡沫泡孔的表面张力，促使泡沫泡孔破泡，使得所制得的泡沫具有足够的开孔性的同时，能够保持较为规则、细腻的泡孔结构。
聚氨酯慢回弹开孔剂的成分比较复杂，早期使用疏水性的液体石蜡、聚丁二烯、二甲基聚硅氧烷等作为开孔剂；经过本领域技术人员的攻关，市场出现特殊结构的聚氧化丙烯氧化乙烯共聚醚开孔剂、聚氧化稀烃聚硅氧院共聚物开孔剂。专利CN 1269373 A公开了一种含有蜡物质/乳化剂的水蜡分散体开孔剂，其中蜡物质(微晶蜡、石蜡等)至少35％的颗粒具有0.2-5微米的粒度，以及具有在最高泡沫放热温度之下 0-55℃范围内的熔点，其具备较好的开孔性能，但其应用受限于发泡配方的放热性能。专利CN 108530604 A公开了一种用于制备开孔型聚酯型聚氨酯微孔材料的开孔剂，能够在不降低撕裂强度和拉伸强度的前提下，使聚酯型聚氨酯发泡材料获得比较优异的开孔性，但其局限于聚酯型发泡使用，难以满足聚醚型聚氨酯市场的应用需求。专利CN 111518306 A公开了一种由至少一种炔二醇聚氧化烯醚醇、领苯二甲酸酯、有机硅表面活性剂、二甲基硅油组成的热塑性聚氨酯泡沫开孔剂，能够提高工艺的操作宽容度，提高泡沫的开孔率，改善泡沫的吸音效果，但因开孔剂会参与发泡反应，降低泡沫的交联程度，因而降低聚氨酯泡沫的撕裂强度、拉伸强度等部分物理性能。
目前市面上所使用的开孔剂一般为酯类、硅氧烷共聚物、聚醚类等，其对于聚氨酯发泡的放热性能适应性较差且参与发泡反应降低泡沫的交联程度，所得到的聚氨酯泡沫泡孔粗大，撕裂强度、拉伸强度、压陷硬度等物理性能会明显下降，影响产品品质。
发明内容
因此，基于以上背景，本发明提供了一种用于聚氨酯慢回弹泡沫的开孔剂及其制备方法，旨在解决现有技术中开孔剂的放热性能适应性较差且参与发泡反应降低泡沫物理性能，所制备的聚氨酯泡沫会存有泡孔粗大，撕裂强度、拉伸强度等物理性能下降等问题，本发明技术在不改变聚氨酯泡沫骨架交联状态的前提下，通过引入具有[基础油-乳化剂-水]结构的两亲性活性物质改变聚氨酯慢回弹泡沫泡孔表面的表面张力促进泡孔壁破孔，使聚氨酯泡沫具有较好的撕裂强度、拉伸强度，且具有优良的慢回弹效果及细腻的泡沫手感。
本发明提供的技术方案为：
一种用于聚氨酯慢回弹泡沫的开孔剂，其由水、基础油、乳化剂组成制成；其中基础油选自聚氧化丙烯一醇、聚氧化丙烯二醇、聚氧化丙烯三醇、聚氧化丙烯四醇、聚氧化丙烯-氧化乙烯二醇、聚氧化丙烯- 氧化乙烯三醇、聚氧化丙烯-氧化乙烯四醇、聚氧化丙烯-氧化乙烯五醇、聚氧化丙烯-氧化乙烯六醇、聚四氢呋喃二醇、聚氧化丙烯-四氢呋喃二醇中的至少一种；
乳化剂选自氧化镁、碳酸氢镁、棕榈酸镁、棕榈酸钙、硬脂酸钠、硬脂酸镁、硬脂酸锌、棕榈酸、硬脂酸、十二羟基硬脂酸、三硬脂酸甘油酯、月桂酸单甘油酯中的至少一种。
优选地，所述基础油选自聚氧化丙烯二醇、聚氧化丙烯三醇、氧化丙烯四醇、聚氧化丙烯-氧化乙烯三醇、聚氧化丙烯-氧化乙烯四醇、聚氧化丙烯-氧化乙烯五醇、聚四氢呋喃二醇、聚氧化丙烯-四氢呋喃二醇中的至少一种；
更为优选地，所述基础油选自聚氧化丙烯三醇、聚氧化丙烯四醇、聚氧化丙烯-氧化乙烯三醇、聚氧化丙烯-氧化乙烯四醇、聚四氢呋喃二醇、聚氧化丙烯-四氢呋喃二醇中的至少一种；
更为优选地，所述基础油选自聚氧化丙烯三醇、聚氧化丙烯-氧化乙烯三醇、聚氧化丙烯-四氢呋喃二醇中的至少一种。
优选地，所述乳化剂选自碳酸氢镁、棕榈酸镁、硬脂酸钠、硬脂酸镁、硬脂酸锌、棕榈酸、硬脂酸、十二羟基硬脂酸、三硬脂酸甘油酯、月桂酸单甘油酯中的至少一种；
更为优选地，所述乳化剂选自棕榈酸镁、硬脂酸镁、硬脂酸锌、棕榈酸、硬脂酸、十二羟基硬脂酸、三硬脂酸甘油酯中的至少一种；
更为优选地，所述乳化剂选自硬脂酸镁、硬脂酸锌、棕榈酸、硬脂酸中的至少一种。
进一步地，基础油的质量百分含量为55～95％，乳化剂的质量百分含量为5～45％，水的质量百分含量为0～10％。
优选地，基础油的质量百分含量为70～90％，乳化剂的质量百分含量为7～35％，水的质量百分含量为 1～8％。
更为优选地，基础油的质量百分含量为75～85％，乳化剂的质量百分含量为10％～25％，水的质量百分含量为1～5％。
本发明还提供了上述的用于聚氨酯慢回弹泡沫的开孔剂的制备方法，其包括如下步骤：
其包括如下步骤：
S1、将基础油加入反应釜中，在预搅拌温度下，进行搅拌；
S2、步骤S1中基础油预搅拌结束后，使用乳化剂和水按照比例加入预搅拌后的基础油中，在一定的反应温度下，进行混合搅拌；
S3、对步骤S2得到的混合乳液加入球磨机中球磨；
S4、对步骤S3得到的球磨乳液在反应控制温度下熟化静置后过滤，熟化静置，即可得到用于聚氨酯慢回弹泡沫的开孔剂。
进一步地，步骤S1中的反应温度控制为0～70℃。
优选地，步骤S1中的反应温度控制为0-60℃。
更为优选地，步骤S1中的反应温度控制为20-40℃。在此温度下制备得到的开孔剂能够最快的达到最佳乳化效果，形成具有[基础油-乳化剂-水]结构的两亲性活性物质，达到所需的开孔效果。
进一步地，步骤S2中的反应温度控制为0～70℃。
优选地，步骤S2中的反应温度控制为0-60℃。
更为优选地，步骤S2中的反应温度控制为20-40℃。在此温度下制备得到的开孔剂能够最快的达到最佳乳化效果，形成具有[基础油-乳化剂-水]结构的两亲性活性物质，达到所需的开孔效果。
采用本发明实现的有益效果为：
本发明制备的开孔剂是以基础油、乳化剂及水制成，在制备过程中通过基础油、乳化剂及水在一定的条件下充分乳化，形成具有[基础油-乳化剂-水]结构的两亲性活性物质，在聚氨酯泡沫发泡过程中，两亲性活性物质亲水段的水与异氰酸酯反应生成脲和CO2，而两亲性活性物质亲油段的基础油因为具有较高的粘度，导致亲水段反应生成的脲难以分散到液相中，使得大量的脲积聚在泡沫表面，导致泡沫表面张力变大，破泡吐泡，形成聚氨酯开孔泡沫。因此，本发明的开孔剂在聚氨酯慢回弹发泡配方体系中，展现出较高的开孔活性，所得到的聚氨酯慢回弹泡沫在获得较好的开孔性能的同时，能够保持细腻的泡孔结构，且撕裂强度、拉伸强度、压陷硬度等物理性能均能保持优异的状态。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的详细介绍，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在没有作出创造性劳动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。
在本发明的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
本发明所用基础油中的各组分的分子结构式分别如下：
聚氧化丙烯一醇(结构式：
)；
聚氧化丙烯二醇(结构式：
)；
聚氧化丙烯三醇(结构式：
)；
聚氧化丙烯四醇(结构式：
)；
聚氧化丙烯-氧化乙烯二醇(结构式：
)；
聚氧化丙烯-氧化乙烯三醇(结构式：
)；
聚氧化丙烯-氧化乙烯四醇(结构式：
)；
聚氧化丙烯-氧化乙烯五醇(结构式：
)；
聚氧化丙烯-氧化乙烯六醇(结构式：
)；
聚四氢呋喃二醇(结构式：
)；
聚氧化丙烯-四氢呋喃二醇(结构式：
)。
实施例1：一种用于聚氨酯慢回弹泡沫的开孔剂，其中以基础油的质量百分含量为55％，乳化剂的质量百分含量为40％，水的质量百分含量为5％制成；
制备步骤方法如下：
S1、在2m3反应釜中加入300kg聚氧化丙烯二醇和250kg聚四氢呋喃二醇，在20℃预搅拌温度下，进行搅拌1hr；
S2、步骤S1中基础油预搅拌结束后，向含有基础油的反应釜中加入200kg棕榈酸镁、150kg硬脂酸镁、 50kg硬脂酸和50kg水，在20℃反应温度下，进行混合搅拌3hrs；
S3、对步骤S2得到的混合乳液加入球磨机中球磨2hrs；
S4、对步骤S3得到的球磨乳液在反应控制温度下熟化静置后过滤，熟化静置时间为3hrs，得到用于聚氨酯慢回弹泡沫的开孔剂。
实施例2：一种用于聚氨酯慢回弹泡沫的开孔剂，其以基础油的质量百分含量为62％，乳化剂的质量百分含量为35％，水的质量百分含量为3％制成；
制备步骤如下：
S1、在2m3反应釜中加入320kg聚氧化丙烯三醇和300kg聚四氢呋喃二醇，在20℃预搅拌温度下，进行搅拌1hr；
S2、步骤S1中基础油预搅拌结束后，向含有基础油的反应釜中加入200kg棕榈酸镁、130kg硬脂酸锌、 20kg硬脂酸和30kg水，在20℃反应温度下，进行混合搅拌3hrs；
S3、对步骤S2得到的混合乳液加入球磨机中球磨2hrs；
S4、对步骤S3得到的球磨乳液在反应控制温度下熟化静置后过滤，熟化静置时间为3hrs，得到用于聚氨酯慢回弹泡沫的开孔剂。
实施例3：一种用于聚氨酯慢回弹泡沫的开孔剂，其以基础油的质量百分含量为72％，乳化剂的质量百分含量为25％，水的质量百分含量为3％制成；
制备步骤如下：
S1、在2m3反应釜中加入400kg聚氧化丙烯-氧化乙烯三醇和320kg聚氧化丙烯-氧化乙烯六醇在30℃预搅拌温度下，进行搅拌1hr；
S2、步骤S1中基础油预搅拌结束后，向含有基础油的反应釜中加入100kg棕榈酸镁、130kg硬脂酸镁、 20kg硬脂酸钠和30kg水，在30℃反应温度下，进行混合搅拌3hrs；
S3、对步骤S2得到的混合乳液加入球磨机中球磨2hrs；
S4、对步骤S3得到的球磨乳液在反应控制温度下熟化静置后过滤，熟化静置时间为3hrs，得到用于聚氨酯慢回弹泡沫的高活性开孔剂。
实施例4：一种用于聚氨酯慢回弹泡沫的开孔剂，其以基础油的质量百分含量为79％，乳化剂的质量百分含量为20％，水的质量百分含量为1％制成；
制备步骤如下：
S1、在2m3反应釜中加入390kg聚氧化丙烯-氧化乙烯三醇、400kg聚氧化丙烯-四氢呋喃二醇，在35℃预搅拌温度下，进行搅拌1hr；
S2、步骤S1中基础油预搅拌结束后，向含有基础油的反应釜中加入100kg硬脂酸镁镁、80kg硬脂酸锌、 20kg三硬脂酸甘油酯和10kg水，在35℃反应温度下，进行混合搅拌3hrs；
S3、对步骤S2得到的混合乳液加入球磨机中球磨2hrs；
S4、对步骤S3得到的球磨乳液在反应控制温度下熟化静置后过滤，熟化静置时间为3hrs，得到用于聚氨酯慢回弹泡沫的高活性开孔剂。
实施例5：一种用于聚氨酯慢回弹泡沫的开孔剂，其以基础油的质量百分含量为84％，乳化剂的质量百分含量为15％，水的质量百分含量为1％；
制备步骤如下：
S1、在2m3反应釜中加入200kg聚氧化丙烯-氧化乙烯三醇、300kg聚氧化丙烯-氧化乙烯六醇和340kg 聚氧化丙烯-四氢呋喃二醇在40℃预搅拌温度下，进行搅拌1hr；
S2、步骤S1中基础油预搅拌结束后，向含有基础油的反应釜中加入110kg硬脂酸镁、20kg硬脂酸钠、 20kg三硬脂酸甘油酯和10kg水，在40℃反应温度下，进行混合搅拌3hrs；
S3、对步骤S2得到的混合乳液加入球磨机中球磨2hrs；
S4、对步骤S3得到的球磨乳液在反应控制温度下熟化静置后过滤，熟化静置时间为3hrs，得到用于聚氨酯慢回弹泡沫的高活性开孔剂。
实施例6：一种用于聚氨酯慢回弹泡沫的开孔剂，其以基础油的质量百分含量为89％，乳化剂的质量百分含量为10％，水的质量百分含量为1％制成；
制备步骤如下：
S1、在2m3反应釜中加入200kg聚氧化丙烯-氧化乙烯三醇、300kg聚氧化丙烯-氧化乙烯六醇和390kg 聚氧化丙烯-四氢呋喃二醇，在40℃预搅拌温度下，进行搅拌1hr；
S2、步骤S1中基础油预搅拌结束后，向含有基础油的反应釜中加入80kg硬脂酸镁、10kg硬脂酸钠、 10kg硬脂酸和10kg水，在40℃反应温度下，进行混合搅拌3hrs；
S3、对步骤S2得到的混合乳液加入球磨机中球磨2hrs；
S4、对步骤S3得到的球磨乳液在反应控制温度下熟化静置后过滤，熟化静置时间为3hrs，得到用于聚氨酯慢回弹泡沫的高活性开孔剂。
实施例1至实施例6所制备的开孔剂的性能见表1。
表1：实施例1-6制备得到的开孔剂的具体测试数据
| 粘度(mPa·s,25℃) | 水分(％) | 酸值(mgKOH/g) | pH | 外观 | |
| 实施例1 | 37600 | 5.24 | 0.41 | 8.72 | 乳白色流体 |
| 实施例2 | 31920 | 3.13 | 0.39 | 8.68 | 乳白色流体 |
| 实施例3 | 25840 | 3.05 | 0.40 | 8.65 | 乳白色流体 |
| 实施例4 | 21200 | 1.13 | 0.38 | 8.67 | 乳白色流体 |
| 实施例5 | 18310 | 1.14 | 0.35 | 8.61 | 乳白色流体 |
| 实施例6 | 14970 | 1.09 | 0.36 | 8.66 | 乳白色流体 |
实施例7：将实施例1-6制备的开孔剂用于慢回弹聚氨酯泡沫的制备。
比较例1：将国产慢回弹泡沫用BDM-4开孔剂用于慢回弹聚氨酯泡沫的制备。
比较例2：将进口慢回弹泡沫用SKC-1900开孔剂用于慢回弹聚氨酯泡沫的制备。
实施例7、比较例1、比较例2所制备的慢回弹聚氨酯泡沫性能表征结果见表2。
表2：慢回弹聚氨酯泡沫性能表征数据
从表2中可以发现，在相同的慢回弹发泡体系下，使用本发明的慢回弹开孔剂与进口SKC-1900开孔剂、国产BMD-4开孔剂相比。就泡沫泡孔状态而言，本发明的慢回弹开孔剂制备的聚氨酯慢回弹泡沫泡孔手感均比较细腻，而国产BMD-4开孔剂和进口SKC-1900开孔剂制备的聚氨酯慢回弹泡沫泡孔手感均较粗；在收缩率方面，本发明的慢回弹开孔剂与进口SKC-1900开孔剂相当，明显优于国产BMD-4开孔剂；由于聚氨酯泡沫骨架交联状态没有发生改变，仅通过改变聚氨酯慢回弹泡沫泡孔表面的表面张力促进泡孔壁破孔，使用本发明的慢回弹开孔剂制备得到的聚氨酯泡沫具有较好的撕裂强度、拉伸强度，明显优于国产BMD-4开孔剂和进口SKC-1900开孔剂。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，实施例中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于聚氨酯慢回弹泡沫的开孔剂，其特征在于，其由水、基础油、乳化剂组成制成；
其中基础油选自聚氧化丙烯一醇、聚氧化丙烯二醇、聚氧化丙烯三醇、聚氧化丙烯四醇、聚氧化丙烯-氧化乙烯二醇、聚氧化丙烯-氧化乙烯三醇、聚氧化丙烯-氧化乙烯四醇、聚氧化丙烯-氧化乙烯六醇、聚四氢呋喃二醇、聚氧化丙烯-四氢呋喃二醇中的至少一种；
乳化剂选自氧化镁、碳酸氢镁、棕榈酸镁、棕榈酸钙、硬脂酸钠、硬脂酸镁、硬脂酸锌、棕榈酸、硬脂酸、十二羟基硬脂酸、三硬脂酸甘油酯、月桂酸单甘油酯中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的一种用于聚氨酯慢回弹泡沫的开孔剂，其特征在于，所述基础油选自聚氧化丙烯三醇、聚氧化丙烯-氧化乙烯三醇、聚氧化丙烯-四氢呋喃二醇中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种用于聚氨酯慢回弹泡沫的开孔剂，其特征在于，所述乳化剂选自硬脂酸镁、硬脂酸锌、棕榈酸、硬脂酸中的至少一种。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种用于聚氨酯慢回弹泡沫的开孔剂，其特征在于，基础油的质量百分含量为55～95％，乳化剂的质量百分含量为5～45％，水的质量百分含量为0～10％。
5.根据权利要求1至3任一项所述的一种用于聚氨酯慢回弹泡沫的开孔剂，其特征在于，基础油的质量百分含量为70～90％，乳化剂的质量百分含量为7～35％，水的质量百分含量为1～8％。
6.根据权利要求1至3任一项所述的一种用于聚氨酯慢回弹泡沫的开孔剂，其特征在于，基础油的质量百分含量为75～85％，乳化剂的质量百分含量为10％～25％，水的质量百分含量为1～5％。
7.权利要求1至6任一项所述的一种用于聚氨酯慢回弹泡沫的开孔剂的制备方法，其特征在于，
其包括如下步骤：
S1、将基础油加入反应釜中，在预搅拌温度下，进行搅拌；
S2、步骤S1中基础油预搅拌结束后，使用乳化剂和水按照比例加入预搅拌后的基础油中，在一定的反应温度下，进行混合搅拌；
S3、对步骤S2得到的混合乳液加入球磨机中球磨；
S4、对步骤S3得到的球磨乳液在反应控制温度下熟化静置后过滤，熟化静置，即可得到用于聚氨酯慢回弹泡沫的开孔剂。
8.根据权利要求7所述的一种用于聚氨酯慢回弹泡沫的开孔剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中的反应温度控制为0～70℃。
9.根据权利要求7所述的一种用于聚氨酯慢回弹泡沫的开孔剂的制备方法，其特征在于，步骤S2中的反应温度控制在0～70℃。
10.一种聚氨酯慢回弹泡沫材料，其特征在于，其采用权利要求1至9任一项所述的开孔剂制成。
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| WO2000063269A1 (en) * | 1999-04-19 | 2000-10-26 | Inolex Investment Corporation | Polyurethane foam cell opening agents and methods for making foam using the same |
| CN102336900A (zh) * | 2010-07-27 | 2012-02-01 | 中国石油化工集团公司 | 聚醚多元醇或聚醚多元酯作为慢回弹聚氨酯泡沫用开孔剂的应用 |
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