一种阻燃慢回弹记忆海绵及其制备方法与流程

1.本发明涉及慢回弹海绵技术领域，具体为一种阻燃慢回弹记忆海绵及其制备方法。


背景技术：

2.慢回弹海绵又叫做惰性海绵、记忆海绵、低反弹海绵、慢弹棉以及零压感海绵等。最初是作为太空计划设计开发的一种高科技材料。目前主要种类就是聚醚发泡系列和聚氨酯模塑成型系列。
3.慢回弹海绵主要的产品物理性能，它的含义是力学性能方面：当慢回弹海绵受过外力压迫变形时，将不会立即反弹，而是延后几秒时间并缓慢还原，并对压迫它的东西形状具有记忆一般，“慢回弹海绵”的名称也因此而来。慢回弹海绵慢回弹性能产生的原因，主要是由于其有特别的蜂巢式构造：慢回弹海绵最微小的单位，由细小的细胞小室(单元)组成，细胞的细胞壁致密可以包含空气，却只有微孔与外界和其他细胞连通，每个细胞构造非常均匀微孔的大小也非常的一致。与普通海绵内小单元间的气体通畅或隔绝有巨大的不同，在大气压力作用下，气体进出细胞的情况决定了慢回弹海绵的主要力学性能。空气被压出细胞、细胞被压扁后，虽然外力已经去除，细胞壁也有还原的弹力，但是由于通气孔细小，空气并不能很快地回到细胞内，细胞也不能很快地恢复形状，回弹的力量被抑制，材料变形复原的时间就被延长了。
4.由于其优异的性能，慢回弹记忆海绵常用于制备成坐垫、枕头、床垫、护垫等物品，由于其主要材料为聚氨酯、聚醚等，缺失了较好的阻燃性能，在遇到明火或炽热的火焰时极易燃烧，一旦燃烧便很难扑灭，且产生的浓烟也具有一定的毒性，导致其安全性能不够高，且燃烧时会对环境造成伤害。


技术实现要素：

5.(一)解决的技术问题
6.本发明提供了一种阻燃慢回弹记忆海绵及其制备方法，用于解决背景技术中的问题。
7.(二)技术方案
8.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种阻燃慢回弹记忆海绵，包括如下重量份原料：聚醚多元醇50
‑
60份、聚酯多元醇45
‑
55份，二异氰酸酯100
‑
130份，锡催化剂0.1
‑
0.3份、碳酸钙10
‑
20份、交联剂0.55
‑
1.65份、分散剂1
‑
3份、发泡剂2.56
‑
14.56份、偶联剂0.5
‑
0.7份、阻燃助剂3.56
‑
7.56份；
9.其中，阻燃助剂由如下步骤制成：
10.步骤s1：在冰浴、氮气保护条件下，将2
‑
呋喃甲胺和三乙胺加入烧瓶中，加入氯仿，搅拌5
‑
10min，然后向烧瓶中滴加三氯氧磷的氯仿溶液，然后在冰浴条件下反应3h，然后升温至50℃继续反应6h，反应结束后过滤、去离子水洗涤、除去溶剂后制得中间物1；所述三氯
氧磷的氯仿溶液为三氯氧磷和氯仿按0.1mol：20ml混合而得，2
‑
呋喃甲胺、三乙胺、氯仿、三氯氧磷的用量比为0.2mol：0.23mol：100ml：0.1mol；
11.反应过程如下所示：
[0012][0013]
步骤s2：将对氨基甲苯与丙酮加入烧瓶中，在温度为20
‑
25℃，氮气保护条件下，搅拌至溶解，然后将中间物1加入烧瓶中，维持上述条件，反应2
‑
3h，进行后处理，后处理步骤为：旋蒸除去溶剂，抽滤，滤液置于0℃静置5h，再次抽滤，滤饼经丙酮洗涤，制得中间物2；所述对氨基甲苯与中间物1的用量摩尔比为1:1；
[0014]
反应过程如下所示：
[0015][0016]
步骤s3：将中间物2与去离子水加入烧瓶，在110℃下进行回流，并加入高锰酸钾，回流反应3h制得中间物3；然后将中间物3与去离子水加入烧瓶中，在温度为50℃条件下搅拌20min，然后向烧瓶中加入二氯亚砜与n，n
‑
二甲基甲酰胺，将温度上升至70℃，反应5h，制得中间物4；所述中间物2与高锰酸钾的用量比为0.1mol：0.13mol，中间物3与二氯亚砜的用量比为1mol：1.35mol；
[0017]
反应过程如下所示：
[0018][0019]
步骤s4：将三聚氯氰与丙酮加入烧瓶中，然后加入三乙胺，通入氮气保护，在温度20
‑
25℃条件下将对氨基苯酚加入烧瓶，维持ph为7
‑
8，反应3h，去除溶剂，制得中间物5；所述三聚氯氰、丙酮、三乙胺、对氨基苯酚的用量比为0.05mol：200ml：0.07mol：0.05mol；
[0020]
反应过程如下所示：
[0021][0022]
步骤s5：将中间物4与四氢呋喃加入烧瓶中，搅拌10min，加入吡啶，然后将中间物5加入烧瓶中，在温度50℃条件下反应3h，制得中间物6；所述中间物4、四氢呋喃、吡啶、中间物5的用量比为0.06mol：250ml：0.08mol：0.03mol；
[0023]
反应过程如下所示：
[0024][0025]
步骤s6：将1,3
‑
双(3
‑
氨基丙基)
‑
1,1,3,3,
‑
四甲基二硅氧烷、碳酸钾加入装有无水乙醇的烧瓶中，通入氮气保护，将中间物6与去离子水加入烧瓶中，在温度为85℃条件下，反应4h，制得阻燃助剂；所述1,3
‑
双(3
‑
氨基丙基)
‑
1,1,3,3,
‑
四甲基二硅氧烷、碳酸钾、无水乙醇、中间物6、去离子水的用量比为0.02mol：0.04mol：150ml：0.04mol：200ml。
[0026]
反应过程如下所示：
[0027][0028]
进一步地，所述交联剂为蓖麻油，分散剂为硬脂酸锌，发泡剂为环戊烷、偶联剂为硅烷偶联剂。
[0029]
一种阻燃慢回弹记忆海绵的制备方法，具体包括如下步骤：
[0030]
步骤一：将碳酸钙、二异氰酸酯加入搅拌釜，在转速400
‑
600r/min条件下，搅拌混
合8
‑
16min，得到混合物料，加热混合物料至40℃，待用；
[0031]
步骤二：将聚醚多元醇、聚酯多元醇、锡催化剂、交联剂、分散剂、发泡剂、偶联剂、阻燃助剂常温下搅拌混合后加入混合物料，在温度40℃，转速2000
‑
2800r/min条件下搅拌3
‑
5min，然后加入温度为50
‑
60℃的反应釜发泡熟化，熟化后静置，制得阻燃慢回弹记忆海绵。
[0032]
(三)有益效果
[0033]
本发明提供了一种阻燃慢回弹记忆海绵及其制备方法。与现有技术相比具备以下有益效果：本发明制备一种聚氨酯海绵，制备添加了一种阻燃助剂，由三氯氧磷的两个活性氯和2
‑
呋喃甲胺的氨基反应，制得中间物1，然后中间物1的一个活性氯与对氨基甲苯的氨基反应，制得中间物2，然后将中间物2的甲基氧化为羧基，制得中间物3，然后将中间物3的羧基氯化为酰氯，制得中间物4，然后由三聚氯氰的两个活性氯与对氨基苯酚的氨基反应，制得中间物5，中间物5的羟基与中间物4的酰氯反应制得中间物6，然后中间物6的一个活性氯与1,3
‑
双(3
‑
氨基丙基)
‑
1,1,3,3,
‑
四甲基二硅氧烷两端的氨基反应制得阻燃助剂，该阻燃助剂为有机磷系阻燃剂和硅系阻燃剂的复合阻燃剂，其中有机磷系阻燃剂在燃烧时会分解产生磷酸及其脱水形成偏磷酸等酸性物质，在材料燃烧时会发生炭化，形成致密的碳层，阻绝氧气和热量，且其在燃烧时分解出的含磷的活跃自由基可以扩散至气相，通过与材料燃烧时释放的含氢的自由基结合达到阻燃的目的；硅系阻燃剂在燃烧过程也会形成炭层或二氧化硅保护层，组织燃烧的进一步发生，且其发挥效果时产生烟雾少，无毒、对环境友好，该阻燃剂还带有多个呋喃环结构具有芳香性，在一定条件下也能环化成炭，进一步提升阻燃性能，且可以提升与基体的粘附性能，增加与树脂基体的相容性，将该阻燃助剂应用于制备慢回弹海绵，可以得到阻燃效果很好的慢回弹记忆海绵，有效的提升了慢回弹记忆海绵的安全性能与使用范围。
具体实施方式
[0034]
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
[0035]
实施例1
[0036]
制备阻燃剂，该阻燃助剂由如下步骤制成：
[0037]
步骤s1：在冰浴、氮气保护条件下，将2
‑
呋喃甲胺和三乙胺加入烧瓶中，加入氯仿，搅拌5min，然后向烧瓶中滴加三氯氧磷的氯仿溶液，然后在冰浴条件下反应3h，然后升温至50℃继续反应6h，反应结束后过滤、去离子水洗涤、除去溶剂后制得中间物1；
[0038]
步骤s2：将对氨基甲苯与丙酮加入烧瓶中，在温度为20℃，氮气保护条件下，搅拌至溶解，然后将中间物1加入烧瓶中，维持上述条件，反应2h，进行后处理，后处理步骤为：旋蒸除去溶剂，抽滤，滤液置于0℃静置5h，再次抽滤，滤饼经丙酮洗涤，制得中间物2；
[0039]
步骤s3：将中间物2与去离子水加入烧瓶，在110℃下进行回流，并加入高锰酸钾，回流反应3h制得中间物3；然后将中间物3与去离子水加入烧瓶中，在温度为50℃条件下搅拌20min，然后向烧瓶中加入二氯亚砜与n，n
‑
二甲基甲酰胺，将温度上升至70℃，反应5h，制
得中间物4；
[0040]
步骤s4：将三聚氯氰与丙酮加入烧瓶中，然后加入三乙胺，通入氮气保护，在温度20℃条件下将对氨基苯酚加入烧瓶，维持ph为7，反应3h，去除溶剂，制得中间物5；
[0041]
步骤s5：将中间物4与四氢呋喃加入烧瓶中，搅拌10min，加入吡啶，然后将中间物5加入烧瓶中，在温度50℃条件下反应3h，制得中间物6；
[0042]
步骤s6：将1,3
‑
双(3
‑
氨基丙基)
‑
1,1,3,3,
‑
四甲基二硅氧烷、碳酸钾加入装有无水乙醇的烧瓶中，通入氮气保护，将中间物6与去离子水加入烧瓶中，在温度为85℃条件下，反应4h，制得阻燃助剂；
[0043]
实施例2
[0044]
制备阻燃剂，该阻燃助剂由如下步骤制成：
[0045]
步骤s1：在冰浴、氮气保护条件下，将2
‑
呋喃甲胺和三乙胺加入烧瓶中，加入氯仿，搅拌7.5min，然后向烧瓶中滴加三氯氧磷的氯仿溶液，然后在冰浴条件下反应3h，然后升温至50℃继续反应6h，反应结束后过滤、去离子水洗涤、除去溶剂后制得中间物1；
[0046]
步骤s2：将对氨基甲苯与丙酮加入烧瓶中，在温度为22.5℃，氮气保护条件下，搅拌至溶解，然后将中间物1加入烧瓶中，维持上述条件，反应2.5h，进行后处理，后处理步骤为：旋蒸除去溶剂，抽滤，滤液置于0℃静置5h，再次抽滤，滤饼经丙酮洗涤，制得中间物2；
[0047]
步骤s3：将中间物2与去离子水加入烧瓶，在110℃下进行回流，并加入高锰酸钾，回流反应3h制得中间物3；然后将中间物3与去离子水加入烧瓶中，在温度为50℃条件下搅拌20min，然后向烧瓶中加入二氯亚砜与n，n
‑
二甲基甲酰胺，将温度上升至70℃，反应5h，制得中间物4；
[0048]
步骤s4：将三聚氯氰与丙酮加入烧瓶中，然后加入三乙胺，通入氮气保护，在温度22.5℃条件下将对氨基苯酚加入烧瓶，维持ph为7.5，反应3h，去除溶剂，制得中间物5；
[0049]
步骤s5：将中间物4与四氢呋喃加入烧瓶中，搅拌10min，加入吡啶，然后将中间物5加入烧瓶中，在温度50℃条件下反应3h，制得中间物6；
[0050]
步骤s6：将1,3
‑
双(3
‑
氨基丙基)
‑
1,1,3,3,
‑
四甲基二硅氧烷、碳酸钾加入装有无水乙醇的烧瓶中，通入氮气保护，将中间物6与去离子水加入烧瓶中，在温度为85℃条件下，反应4h，制得阻燃助剂；
[0051]
实施例3
[0052]
制备阻燃剂，该阻燃助剂由如下步骤制成：
[0053]
步骤s1：在冰浴、氮气保护条件下，将2
‑
呋喃甲胺和三乙胺加入烧瓶中，加入氯仿，搅拌10min，然后向烧瓶中滴加三氯氧磷的氯仿溶液，然后在冰浴条件下反应3h，然后升温至50℃继续反应6h，反应结束后过滤、去离子水洗涤、除去溶剂后制得中间物1；
[0054]
步骤s2：将对氨基甲苯与丙酮加入烧瓶中，在温度为25℃，氮气保护条件下，搅拌至溶解，然后将中间物1加入烧瓶中，维持上述条件，反应3h，进行后处理，后处理步骤为：旋蒸除去溶剂，抽滤，滤液置于0℃静置5h，再次抽滤，滤饼经丙酮洗涤，制得中间物2；
[0055]
步骤s3：将中间物2与去离子水加入烧瓶，在110℃下进行回流，并加入高锰酸钾，回流反应3h制得中间物3；然后将中间物3与去离子水加入烧瓶中，在温度为50℃条件下搅拌20min，然后向烧瓶中加入二氯亚砜与n，n
‑
二甲基甲酰胺，将温度上升至70℃，反应5h，制得中间物4；
[0056]
步骤s4：将三聚氯氰与丙酮加入烧瓶中，然后加入三乙胺，通入氮气保护，在温度25℃条件下将对氨基苯酚加入烧瓶，维持ph为8，反应3h，去除溶剂，制得中间物5；
[0057]
步骤s5：将中间物4与四氢呋喃加入烧瓶中，搅拌10min，加入吡啶，然后将中间物5加入烧瓶中，在温度50℃条件下反应3h，制得中间物6；
[0058]
步骤s6：将1,3
‑
双(3
‑
氨基丙基)
‑
1,1,3,3,
‑
四甲基二硅氧烷、碳酸钾加入装有无水乙醇的烧瓶中，通入氮气保护，将中间物6与去离子水加入烧瓶中，在温度为85℃条件下，反应4h，制得阻燃助剂；
[0059]
实施例4
[0060]
一种阻燃慢回弹记忆海绵，包括如下重量份原料：聚醚多元醇50份、聚酯多元醇45份，二异氰酸酯100份，锡催化剂0.1份、碳酸钙10份、交联剂0.55份、分散剂1份、发泡剂2.56份、偶联剂0.5份、实施例2制备的阻燃助剂3.56份；
[0061]
该阻燃慢回弹记忆海绵，由如下步骤制成：
[0062]
步骤一：将碳酸钙、二异氰酸酯加入搅拌釜，在转速400r/min条件下，搅拌混合8min，得到混合物料，加热混合物料至40℃，待用；
[0063]
步骤二：将聚醚多元醇、聚酯多元醇、锡催化剂、交联剂、分散剂、发泡剂、偶联剂、阻燃助剂常温下搅拌混合后加入混合物料，在温度40℃，转速2000r/min条件下搅拌3min，然后加入温度为50℃的反应釜发泡熟化，熟化后静置，制得阻燃慢回弹记忆海绵。
[0064]
实施例5
[0065]
一种阻燃慢回弹记忆海绵，包括如下重量份原料：聚醚多元醇55份、聚酯多元醇50份，二异氰酸酯115份，锡催化剂0.2份、碳酸钙15份、交联剂1.1份、分散剂2份、发泡剂8.56份、偶联剂0.6份、实施例2制备的阻燃助剂5.56份；
[0066]
该阻燃慢回弹记忆海绵，由如下步骤制成：
[0067]
步骤一：将碳酸钙、二异氰酸酯加入搅拌釜，在转速500r/min条件下，搅拌混合11min，得到混合物料，加热混合物料至40℃，待用；
[0068]
步骤二：将聚醚多元醇、聚酯多元醇、锡催化剂、交联剂、分散剂、发泡剂、偶联剂、阻燃助剂常温下搅拌混合后加入混合物料，在温度40℃，转速2400r/min条件下搅拌4min，然后加入温度为55℃的反应釜发泡熟化，熟化后静置，制得阻燃慢回弹记忆海绵。
[0069]
实施例6
[0070]
一种阻燃慢回弹记忆海绵，包括如下重量份原料：聚醚多元醇60份、聚酯多元醇55份，二异氰酸酯130份，锡催化剂0.3份、碳酸钙20份、交联剂1.65份、分散剂3份、发泡剂14.56份、偶联剂0.7份、实施例2制备的阻燃助剂7.56份；
[0071]
该阻燃慢回弹记忆海绵，由如下步骤制成：
[0072]
步骤一：将碳酸钙、二异氰酸酯加入搅拌釜，在转速600r/min条件下，搅拌混合16min，得到混合物料，加热混合物料至40℃，待用；
[0073]
步骤二：将聚醚多元醇、聚酯多元醇、锡催化剂、交联剂、分散剂、发泡剂、偶联剂、阻燃助剂常温下搅拌混合后加入混合物料，在温度40℃，转速2800r/min条件下搅拌5min，然后加入温度为60℃的反应釜发泡熟化，熟化后静置，制得阻燃慢回弹记忆海绵。
[0074]
对比例1：与实施例5相比不添加阻燃助剂。
[0075]
对比例2：与实施例相比添加阻燃剂磷酸三丁酯。
[0076]
对比例3：申请号201710379845.x的专利中实施例1制备的慢回弹聚醚型聚氨酯海绵。
[0077]
对实施例4
‑
6和对比例1
‑
3得到的海绵进行性能测试，阻燃性能采用ul94阻燃防火等级测试及标准进行测试，回弹率测试采用iso8307
‑
2008测试机标准进行测试，得到结果如下表1所示：
[0078]
表1
[0079] 回弹率(％)阻燃性能实施例42.6v0实施例52.5v0实施例62.3v0对比例13.9v2对比例23.9v1对比例33.8v0
[0080]
由上表可以看出实施例4
‑
6具有良好的慢回弹效果和优异的阻燃性能。
[0081]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0082]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。