一种胀气慢回弹聚醚多元醇、聚氨酯软泡材料及其制备方法和应用与流程

本技术属于高分子材料制备，涉及一种胀气慢回弹聚醚多元醇、聚氨酯软泡材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、聚氨酯泡沫是在多元醇和异氰酸酯的基础上添加发泡剂、催化剂、匀泡剂等得到的泡沫塑料，具有低密度、易加工、性能可调整范围大等特点，是聚氨酯材料用量最大的市场。聚氨酯软质泡沫在外力下可以压缩，撤去外力后可回复到原有形状，是家具、汽车内饰件、运动器材等的主要材料，起提高舒适度、减震和支撑作用。

2、根据回弹率，聚氨酯软质泡沫可大致分为三种类型：普通软泡（回弹率40~50%）、高回弹软泡（回弹率50~65%）和慢回弹软泡（回弹率<5%），均可以用于软体家具的生产。其中，慢回弹软质泡沫床垫上人体受到的压强最小，压力分布更均匀，有效降低毛细血管和软组织受到的压力。胀气慢回弹软质泡沫因触感柔软、包裹性好等优点发展迅速，主要用于枕头、床垫等软体家具。

3、现有的胀气慢回弹泡沫在配方设计上存在固有矛盾：为了获得理想的慢回弹性能，配方设计要求异氰酸酯的化学计量比较低（即异氰酸酯指数偏低），这导致泡沫在发泡过程中反应不够充分，分子链交联密度不足，进而使得泡沫的拉伸强度偏低、韧性差。这种低强度的泡沫在抽真空压缩、运输颠簸以及后续的裁剪、缝制等加工过程中，极易发生破损、撕裂，进一步加剧了质量问题的发生，给生产商造成了巨大的经济损失。此外，从下游生产企业的制造工艺来看，目前行业内生产胀气慢回弹泡沫时，为了平衡成本、硬度和回弹性能，通常需要将胀气慢回弹聚醚与常规分子量较小的聚醚多元醇、聚合物多元醇（pop）等两种或多种原料进行混合使用，增加了生产操作难度和工艺波动风险。

4、聚醚多元醇的分子结构（起始剂官能度、分子量/羟值、eo/po配比、端羟基类型、分子量分布）直接决定了聚氨酯泡沫的骨架与最终力学性能，然而现有慢回弹专用聚醚多元醇的结构设计存在固有局限，无法兼顾低密度、低永久压缩变形与高拉伸强度的要求，且必须依赖多组分复配使用。

5、因此亟需开发一种能够在保持胀气慢回弹泡沫主要性能的基础上，降低密度和永久压缩变形比例、提高泡沫拉伸强度的聚醚多元醇，且能够单独使用，不需要和其他聚醚多元醇复配。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本技术的目的在于提供一种胀气慢回弹聚醚多元醇、聚氨酯软泡材料及其制备方法和应用，所述胀气慢回弹聚醚多元醇制成的聚氨酯泡沫在保持胀气慢回弹泡沫主要性能的基础上，还具有密度低、压缩永久变形比例低、拉伸强度以及压缩强度高等优势，且能够单独使用，不需要和其他聚醚多元醇复配。

2、为达到此发明目的，本技术采用以下技术方案：

3、第一方面，本技术提供一种胀气慢回弹聚醚多元醇，所述胀气慢回弹聚醚多元醇的制备原料包括起始剂、催化剂和环氧单体；

4、所述起始剂包括起始剂a和起始剂b，所述起始剂a为官能度为3的含活泼氢化合物，所述起始剂b为官能度＞3（例如3、4、5、6、7或8等）的含活泼氢化合物，且所述起始剂a和起始剂b的平均官能度为3~5（例如3、4或5）；

5、所述催化剂为氢氧化钾。

6、本技术提供的胀气慢回弹聚醚多元醇采用官能度为3的含活泼氢化合物作为起始剂a，搭配采用官能度＞3的含活泼氢化合物作为起始剂b，并限定二者的平均官能度为3~5，搭配催化剂和环氧单体，使所得聚醚多元醇制成的聚氨酯泡沫在保持胀气慢回弹泡沫主要性能的基础上，还具有密度低、压缩永久变形比例低、拉伸强度以及压缩强度高等优势，且能够单独使用，不需要和其他聚醚多元醇复配。

7、在一些具体实施方式中，所述起始剂a和起始剂b的摩尔比为(0.5~10):1，例如0.5:1、1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1、10:1等。

8、在一些具体实施方式中，所述起始剂a包括甘油、三羟甲基丙烷、1,2,6-己三醇、三乙醇胺、二乙醇胺、一乙醇胺、一异丙醇胺、二异丙醇胺或三异丙醇胺中的任意一种或至少两种的组合，优选为甘油。

9、在一些具体实施方式中，所述起始剂b包括季戊四醇、赤藓糖醇、双甘油（二聚甘油）、山梨醇、卫矛醇、蔗糖、木糖醇、麦芽糖、果糖或葡萄糖任意一种或至少两种的组合，优选为山梨醇和/或蔗糖。

10、在一些具体实施方式中，所述环氧单体包括环氧丙烷、环氧乙烷、环氧丁烷或环氧苯乙烷中的任意一种或至少两种的组合。

11、在一些具体实施方式中，以制备所得粗聚醚的质量为100 g计，所述催化剂的用量为0.01~0.1 g，例如0.01 g、0.02 g、0.04 g、0.06 g、0.08 g或0.1 g等。

12、在一些具体实施方式中，所述胀气慢回弹聚醚多元醇的羟值为30~50 mgkoh/g，例如30 mgkoh/g、32 mgkoh/g、35 mgkoh/g、38 mgkoh/g、40 mgkoh/g、42 mgkoh/g、45 mgkoh/g、48 mgkoh/g、50 mgkoh/g等。

13、第二方面，本技术提供一种如第一方面所述胀气慢回弹聚醚多元醇的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

14、（1）将起始剂和催化剂进行反应，得到醇钾；

15、（2）将步骤（1）所得醇钾和环氧单体进行反应，得到中间体；

16、（3）将步骤（2）所得中间体和环氧单体进行反应，得到粗聚醚；

17、（4）将步骤（3）所得粗聚醚进行精制，得到所述胀气慢回弹聚醚多元醇。

18、在一些具体实施方式中，所述制备方法包括如下步骤：

19、（1）醇钾制备：将反应釜预热至100~120℃（例如100℃、105℃、110℃、115℃、120℃等），在200~500 rpm（例如200 rpm、250 rpm、300 rpm、350 rpm、400 rpm、450 rpm、500 rpm等）搅拌下投入起始剂和催化剂，抽真空搅拌脱水至产物含水量≤0.03%（例如0.005%、0.01%、0.015%、0.02%、0.025%、0.03%等），得到醇钾；

20、（2）中间体合成：向步骤（1）所得醇钾中通入环氧单体进行第一段烷氧基化反应，反应温度为100~120℃（例如100℃、105℃、110℃、115℃、120℃等），保温1~3 h（例如1 h、1.2 h、1.5 h、1.8 h、2 h、2.5 h、3 h等），得到中间体；

21、（3）粗聚醚合成：向步骤（2）所得中间体中再次通入环氧单体进行第二段烷氧基化反应，反应温度为110~130℃（例如110℃、115℃、120℃、125℃、130℃等），保温1~3 h（例如1h、1.5 h、2 h、2.5 h、3 h等），得到粗聚醚；

22、（4）精制：将步骤（3）所得粗聚醚升温至90~100℃（例如90℃、92℃、94℃、96℃、98℃、100℃等），加入水和己二酸搅拌1~3 h（例如1 h、1.5 h、2 h、2.5 h、3 h等）进行中和，再升温至110~125℃（例如110℃、115℃、120℃、125℃等）减压至1000 mbar，脱水至水含量<0.05%（例如0.001%、0.005%、0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%等），最后降温至50~60℃（例如50℃、52℃、54℃、56℃、58℃、60℃等）减压过滤，得到所述胀气慢回弹聚醚多元醇。

23、第三方面，本技术提供一种聚氨酯软泡材料，所述聚氨酯软泡材料由如第一方面所述的胀气慢回弹聚醚多元醇和异氰酸酯组分反应制得。

24、在一些具体实施方式中，所述聚氨酯软泡材料的原料按照重量份包括如下组分：

25、如第一方面所述的胀气慢回弹聚醚多元醇50~100重量份；

26、发泡剂2.5~6重量份；

27、凝胶型胺催化剂0.1~0.3重量份；

28、发泡型胺催化剂0.05~0.2重量份；

29、有机硅表面活性剂1~1.5重量份；

30、异氰酸酯 40~60重量份。

31、其中，所述胀气慢回弹聚醚多元醇的用量可以为50重量份、60重量份、70重量份、80重量份、90重量份、100重量份等。

32、所述发泡剂的用量可以为2.5重量份、3重量份、3.5重量份、4重量份、4.5重量份、5重量份、5.5重量份、6重量份等。

33、所述凝胶型胺催化剂的用量可以为0.1重量份、0.15重量份、0.2重量份、0.25重量份、0.3重量份等。

34、所述发泡型胺催化剂的用量可以为0.1重量份、0.15重量份、0.2重量份、0.25重量份、0.3重量份等。

35、所述有机硅表面活性剂的用量可以为1重量份、1.1重量份、1.2重量份、1.3重量份、1.4重量份或1.5重量份等。

36、所述异氰酸酯的用量可以为42重量份、44重量份、46重量份、48重量份、50重量份、52重量份、54重量份、56重量份、58重量份或60重量份等。

37、在一些具体实施方式中，所述发泡剂包括水。

38、第四方面，本技术提供一种如第三方面所述聚氨酯软泡材料的制备方法，所述制备方法包括：将胀气慢回弹聚醚多元醇、发泡剂、凝胶型胺催化剂、发泡型胺催化剂和有机硅表面活性剂进行混合，加入异氰酸酯0进行反应，得到所述聚氨酯软泡材料。

39、第五方面，本技术提供一种如第三方面所述的聚氨酯软泡材料在软体家具中的应用。

40、在本技术中，所述软体家具包括但不限于床垫、沙发、枕头等。

41、相对于现有技术，本技术具有以下有益效果：

42、（1）本技术提供的胀气慢回弹聚醚多元醇的制备原料包括起始剂、催化剂和环氧单体，且所述起始剂包括起始剂a和起始剂b，所述起始剂包括起始剂a和起始剂b，所述起始剂a为3官能度含活泼氢化合物，所述起始剂b为官能度＞3的含活泼氢化合物，且所述起始剂a和起始剂b的平均官能度为3~5；通过对所述起始剂做出上述限定，使所得聚醚多元醇进一步制成的聚氨酯泡沫在保持胀气慢回弹泡沫主要性能的基础上，还具有密度低、压缩永久变形比例低、拉伸强度高以及压缩强度高等优势，且能够单独使用，不需要和其他聚醚多元醇复配；

43、（2）本技术提供的胀气慢回弹聚醚多元醇的密度为32~38 kg/m3，外观均正常，压缩强度不低于41 kpa，拉伸强度不低于87 kpa，断裂伸长率不低于85%，且压缩永久变形为10~30%。