技术领域
本发明涉及一种高分子合成材料，尤其涉及一种慢回弹聚氨酯泡沫材料及其制备方法。
背景技术
聚氨酯慢回弹泡沫材料，也称记忆棉、太空棉、惰性棉以粘弹性泡沫材料，是在普通软质聚氨酯泡沫的合成中添加了特种聚醚，使泡沫在受到外力产生形变后，缓慢地恢复原形。目前，聚氨酯慢回弹泡沫材料广泛的用于寝具（如枕头、床垫等）、玩具中，现有的用于枕头、床垫等的慢回弹材料存在着冬天在低温中硬化、夏天回弹速度快以至于慢回弹固有的特性降低的问题，降低聚氨酯慢回弹材料的回弹速度以及减少低温硬度成为科研人员努力的目标，以便开发出回弹速度慢且低温硬化少的产品。
发明内容
发明目的：为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提出一种回弹速度慢、低温硬化少的慢回弹聚氨酯泡沫材料及其制备方法。
技术内容：为实现上述技术目的，本发明提出一种慢回弹聚氨酯泡沫材料，包括如下重量份数的组分：聚醚90~100份、催化剂0.2~1份、硅油0.8~1.5份、开孔剂2.5~4份、水2~4份，还包括甲苯二异氰酸酯，其中，所述聚醚与甲苯二异氰酸酯的摩尔比率为75~90；所述聚醚的环氧乙烷含量为0~30%，所述聚醚为分子量为300-800的普通聚醚、软泡聚醚和软泡接枝聚醚中的任意两种或三种的混合物。
优选地，所述聚醚为分子量为300~800的普通聚醚、KGF3010和KGP345的混合物，其重量分数比例为5:2:2~3:1:1。
更为优选地，所述聚醚为分子量为KGF700、KGF3010和KGP345的混合物，其重量分数比例为3:1:1。
其中，所述催化剂为A-1或33LV。
本发明还提出了上述慢回弹聚氨酯泡沫材料的制备方法，包括如下步骤：将配方量的聚醚、催化剂、硅油、开孔剂和水按照重量份数比例在常温下充分混合，再与甲苯二异氰酸酯（TDI）均匀搅拌反应即得慢回弹聚氨酯泡沫材料。
本发明的反应机理如下：在聚醚和TDI的感应过程中存在着两个主要反应：一是聚醚和TDI中的异氰酸酯发生聚合反应，形成许多-NHCOO-基团构成的高分子化合物，此反应又称链增长反应或凝胶反应；另一个是水与异氰酸酯反应，由此产生二氧化碳，是形成泡沫材料的泡孔气体的来源，所以也称为发泡反应。因为在聚氨酯泡沫合成过程中，同时存在着聚醚与异氰酸酯的凝胶反应和水与异氰酸酯的发气反应，且这两个反应需达到一个平衡，所以只有特定的原料和催化剂的反应活性及其配比才可使整个过程得以顺利进行。
有益效果：本发明通过改变聚醚分子量与环氧乙烷含量以及调整聚醚与TDI的比率，并添加以合适配比的催化剂、硅油和开孔剂，有效地改善了慢回弹聚氨酯泡沫材料的回弹速度与低温硬化问题。
具体实施方式
本发明的制备方法为将聚醚、催化剂、硅油、开孔剂和水按照重量份数比例在常温下充分混合，再与甲苯二异氰酸酯（TDI）均匀搅拌反应即得慢回弹聚氨酯泡沫材料。以下实施例均按照上述方法根据表格中提供的组分的重量分数制备慢回弹聚氨酯泡沫材料。其中，所使用的催化剂为A-1或33LV等催化剂，所使用的开孔剂为枕头用或合成橡胶用的常用开孔剂。
实施例1~4聚醚分子量对回弹速度和硬度的影响。
实施例1~4通过改变聚醚的分子量，考察了聚醚分子量对制备的慢回弹聚氨酯泡沫材料的回弹速度和硬度的影响。实施例1~4分别采用了分子量为700、600、500、400的聚醚，考察了材料的回弹速度以及在低温（4℃）和常温（25℃）的硬度。各实施例的聚氨酯泡沫材料的配方及重量份数用量如表1所示。结果表明，当用甘油将聚醚分子量从700减少到400后，在温度为25℃时，回弹速度从6~7秒延长至10秒，在低温下（4℃），40%ILD（识别载荷挠度，IdentificationLoadDeflection）时，硬度可从150~200kg/316cm2降至40~70kg/316cm2。
表1
项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 聚醚(分子量) 60(700) 60(600) 50(500) 50(400) KGF3010 20 20 20 20 KGP345 20 20 20 20 催化剂 0.35 0.35 0.35 0.35 硅油 1 1 1 1 开孔剂 3 3 3 3 水 2.5 2.5 2.5 2.5 聚醚/TDI摩尔比率 80 80 80 80 SR 速度 （sec） 6 8 10 8 40% 硬度 （25℃） 32 29 23 27 40%硬度 （4℃） 88 73 48 57
实施例5~8聚醚与TDI比率对回弹速度和硬度的影响。
实施例5~8考察了聚醚与TDI比率对回弹速度和硬度的影响。各实施例的聚氨酯泡沫材料的配方及重量份数用量如表2所示。随着聚醚与TDI摩尔比率的增加，所制备的聚氨酯泡沫的回弹时间从6~7秒延长至10~13秒，在低温中，40%ILD（识别载荷挠度，IdentificationLoadDeflection）时，硬度可从150~200kg/316cm2降至10~70kg/316cm2。
表2
项目 实施例5 实施例6 实施例7 实施例8 KGF700 60 60 60 60 KGF3010 20 20 20 20 KGP345 20 20 20 20 催化剂 0.35 0.35 0.35 0.35 硅油 1 1 1 1 开孔剂 3 3 3 3 水 2.5 2.5 2.5 2.5 聚醚/TDI摩尔比率 90 85 80 75 SR 速度 (sec) 7 10 12 13 40% 硬度(4℃) 205 120 49 41
实施例9~12聚醚环氧乙烷含量对硬度的影响。
实施例9~12考察了环氧乙烷含量对硬度的影响。各实施例的聚氨酯泡沫材料的配方及重量份数用量如表3所示。当环氧乙烷的含量逐渐增加至20%时，在低温4℃，40%ILD（识别载荷挠度，IdentificationLoadDeflection）时，硬度可从150~200kg/316cm2降至10~70kg/316cm2。
表3
项目 实施例9 实施例10 实施例11 实施例12 KGF700 60 60 60 60 KGF3010 20 20 20 20 KGP345 20 20 20 20 催化剂 0.35 0.35 0.35 0.35 硅油 1 1 1 1 开孔剂 3 3 3 3 水 2.5 2.5 2.5 2.5 聚醚/TDI摩尔比率 80 80 80 80 环氧乙烷含量（%） 0 10 20 30 40% 硬度（4℃） 140 70 45 40
本发明的研究表明，通过改变聚醚分子量与环氧乙烷含量以及调整聚醚与TDI的比率，并添加以合适配比的催化剂、硅油和开孔剂，可以有效地改善慢回弹聚氨酯泡沫材料的回弹速度与低温硬化问题，回弹速度可以由6~7秒延长至10~13秒，低温硬度由150-200kg/316cm2降至40~70kg/316cm2。