一種耐磨防靜電瑜伽墊及其製備方法與流程
2023-06-10 03:37:46
本發明涉及體育器材技術領域，具體涉及一種耐磨防靜電瑜伽墊及其製備方法。
背景技術：
隨時社會的發展，人們生活水平的提高，越來越多的人們開始注重自己的身體健康，會實踐各種體育鍛鍊方式。練習瑜伽成為當今社會的時尚運動之一，長期練習瑜伽可以預防疾病，有效調節神經系統和內分泌系統，改善人體健康。在做瑜伽運動時通常會使用瑜伽墊，瑜伽墊可有效減小人體與地面接觸的疼痛感。目前大部分的瑜伽墊的主要材料是，pvc、eva、tpe三種。這些材質都多多少少會出現靜電現象，對人體健康產生影響。而且，有些瑜伽墊雖然材質柔軟，但是使用一段時間後就會磨破現象，使用壽命不長。
酚醛泡沫塑料具有密度低、重量輕，導熱係數低，使用溫度範同大，尺寸穩定性好的特點，而且相比於聚氯乙烯泡沫、聚乙烯泡沫、聚氨酯泡沫，酚醛泡沫具有優異的難燃、自熄、低煙霧、耐火焰貫穿的優點。因此，近年來，酚醛泡沫塑料在體育器材領域得到了廣泛的應用。
但由於分子結構中亞甲基連接的剛性芳環的緊密堆砌，酚羥基和亞甲基容易氧化，使得酚醛泡沫塑料本身耐氧化性不好，力學性能較差，尤其是脆性大、易粉化，這一缺陷極大地限制了其應用，特別是室外體育器材上的應用。在體育器材領域，為使酚醛泡沫塑料具有耐磨、緩衝、防靜電等性能，並且滿足強度需求，須對其進行增強增韌改性處理。
技術實現要素：
鑑於上述現有技術的缺陷，本發明要解決的技術問題是，提供一種耐磨防靜電瑜伽墊及其製備方法，該瑜伽墊是採用改性酚醛泡沫複合材料製作而成，能夠滿足強度要求，且具有耐磨和防靜電的性能。
鑑於上述要解決的技術問題，本發明提供如下的技術解決方案：
一種耐磨防靜電瑜伽墊，包括如下重量份原料：酚醛樹脂基體25-40份、改性聚氨酯預聚體15-20份、聚甲基矽氧烷8-12份、增強劑7-12份、複合纖維5-8份、炭粉4-8份、發泡劑4-8份、表面活性劑5-9份、固化劑5-10份、抗氧化劑2-4份、外加劑12-24份；
其中，所述增強劑包括氧化鋁微粉、白雲母粉、羧甲基纖維素鈉和改性海泡石絨，其重量比為3-5：7-9：2-3：1-1.4；所述複合纖維包括碳納米纖維、聚丙烯腈纖維和二苯甲酸二甘醇酯，其重量比為1-2：3-4：9-12；所述發泡劑為松本系列微球發泡劑；所述炭粉為植物材料燒制而成的竹炭、木炭或活性炭的至少一種，所述炭粉的粒徑為100-6000目，所述炭粉的碘吸附值為150-1000mg/g。
優選的，所述表面活性劑包括吐溫-80和水溶性矽油，其重量比為1：3。
優選的，所述固化劑包括甲苯-4-磺酸和水，其重量比為2:3。
優選的，所述改性聚氨酯預聚體的製備方法包括如下步驟：
（1）在矽溶膠中依次加入佔矽溶膠重量1-3%的矽微粉、矽溶膠重量1-3%的六鈦酸鉀晶須和矽溶膠重量0.5-1%的乙酸鈉，然後在75-80℃條件下攪拌1-2h，製得改性矽溶膠，備用；
（2）將納米二氧化鈦中加入佔納米二氧化鈦重量2-5%的表面改性劑ⅰ，攪拌製得改性納米二氧化鈦，備用；其中，表面改性劑ⅰ由氫氧化鋇、碳酸鈉和kh570，依次按照重量比為2-4：1-3：30的比例混合而成；
（3）取mdi型聚氨酯預聚體，加入改性填料混合攪拌而得改性聚氨酯預聚體；其中，改性填料與mdi型聚氨酯預聚體的重量比為7：5；改性填料由鄰苯二甲酸二正辛酯、丙酮、步驟（1）製得的改性矽溶膠和步驟（2）製得的改性納米二氧化鈦，依次按照重量比為2：3：1：2的比例混合而成。
優選的，所述增強劑的製備方法包括如下步驟：
（1）將海泡石絨與佔其重量2-5%的表面改性劑ⅱ混合後，靜置1-2h後過濾晾乾製得改性海泡石絨；其中，表面改性劑ⅱ由kh550、乙醇、丙酮和氫氧化鋇，依次按照重量比2-4：80：2-4：1-2的比例混合而成；
（2）按照重量比3-5：7-9：2-3：1-1.4的比例，依次取氧化鋁微粉、炭粉、白雲母粉、羧甲基纖維素鈉和步驟（1）製得的改性海泡石絨混合均勻，製得增強劑。
優選的，所述外加劑的製備方法為：按照1：8-10的重量比，取正矽酸乙酯與去離子水混合，再向其中依次加入1-2份海泡石絨、佔正矽酸乙酯重量12%的冰醋酸和佔正矽酸乙酯重量4%的導電炭黑混合均勻進行反應，反應過程中，每隔20min向反應體系內施加頻率240-270khz的超聲波2min，待反應結束後對反應體系進行超濾得到固體粉末，最後將固體粉末在有氧條件下充分灼燒除去碳粉，即得到外加劑。
本發明還提供一種製備上述耐磨防靜電瑜伽墊的方法，包括以下步驟：
（1）根據需要選取目標尺寸的未固化的紙蜂窩，將其浸泡於酚醛樹脂基體中3h，然後取出紙蜂窩，拉開平鋪在平板發泡模上，固定好後放入140℃的烘箱中加熱1.5h，最後將紙蜂窩取出，冷卻至室溫，待用；
（2）按照權利要求1所述重量份數，首先將酚醛樹脂基體在水浴鍋中預熱至45℃，然後加入改性聚氨酯預聚體，在450-550r/min的轉速下攪拌20-30min；然後依次加入增強劑、複合纖維和聚甲基矽氧烷，在500-600r/min的轉速下攪拌25-30min；再依次加入表面活性劑、發泡劑、抗氧化劑和外加劑，在500-600r/min的轉速下攪拌15-25min；然後加入固化劑，在600-700r/min的轉速下攪拌5-10min後製得混合溶液，將混合溶液倒入塗有脫模劑並預熱至45℃的模具中，壓入步驟一製備的紙蜂窩，合上模具，並將模具移至75℃的烘箱中固化2h，最後冷卻至室溫脫模，得到所需耐磨防靜電瑜伽墊。
優選的，所述紙蜂窩採用厚度為0.1-0.5mm的nomex紙蜂窩，孔格邊長為1.6-4.7mm，公稱容重為32-48kg/m3。
與現有技術相比，本發明的有益效果是：
（1）本發明中所用增強劑中含有改性海泡石絨、納米氧化鋁微粉，這兩種物質能夠在羧甲基纖維素鈉的輔助下混煉時均勻分散在塑料中，一方面，改性海泡石絨具有很大的內表面積，具有的微孔結構能夠有效削減並吸收的外力作用；另一方面，改性過程中使改性海泡石絨的內外表面接枝大量的矽羥基，這些基團通過化學反應將改性海泡石絨與基體連接起來，保證二者具有良好的界面結合力；
（2）本發明採用無機酸和有機酸相結合，這樣既保證效率，又能夠較好地控制整個發泡工藝過程。此外，導電炭黑和碳納米纖維對酚醛泡沫材料的力學性能也有一定的貢獻，更為重要的是，二者在酚醛泡沫材料中形成立體導電網絡結構，使酚醛泡沫塑料具有一定的導電性能，消除材料表面的靜電，使值得的瑜伽墊更加人性化；
（3）本發明由於採用了微球發泡劑，並通過本發明提供的方法所得酚醛樹脂發泡複合材料，不僅防火性能好，而且泡孔孔徑可控；且所得複合材料強度高、耐磨。
（4）本發明使用的炭粉，具有發達的空隙結構和極大的比表面積，使瑜伽墊具有除臭，除菌，吸附有害異味，產生負離子，屏蔽靜電和防電磁波輻射的功能。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明作進一步說明，以使本領域的技術人員可以更好的理解本發明並能予以實施，但所舉實施例不作為對本發明的限定。
實施例1
一種耐磨防靜電瑜伽墊，包括如下重量份原料：酚醛樹脂基體25份、改性聚氨酯預聚體15份、聚甲基矽氧烷8份、增強劑7份、複合纖維5份、炭粉4份、發泡劑4份、表面活性劑5份、固化劑5份、抗氧化劑2份、外加劑12份；
其中，增強劑包括氧化鋁微粉、白雲母粉、羧甲基纖維素鈉和改性海泡石絨，其重量比為3：7：2：1；複合纖維包括碳納米纖維、聚丙烯腈纖維和二苯甲酸二甘醇酯，其重量比為1：3：9；所述發泡劑為松本系列微球發泡劑；炭粉為植物材料燒制而成的竹炭、木炭或活性炭的至少一種，所述炭粉的粒徑為100目，所述炭粉的碘吸附值為150mg/g。
其中表面活性劑包括吐溫-80和水溶性矽油，其重量比為1：3；固化劑包括甲苯-4-磺酸和水，其重量比為2:3。
其中改性聚氨酯預聚體的製備方法包括如下步驟：
（1）在矽溶膠中依次加入佔矽溶膠重量1%的矽微粉、矽溶膠重量1%的六鈦酸鉀晶須和矽溶膠重量0.5%的乙酸鈉，然後在75℃條件下攪拌1h，製得改性矽溶膠，備用；
（2）將納米二氧化鈦中加入佔納米二氧化鈦重量2%的表面改性劑ⅰ，攪拌製得改性納米二氧化鈦，備用；其中，表面改性劑ⅰ由氫氧化鋇、碳酸鈉和kh570，依次按照重量比為2：1：30的比例混合而成；
（3）取mdi型聚氨酯預聚體，加入改性填料混合攪拌而得改性聚氨酯預聚體；其中，改性填料與mdi型聚氨酯預聚體的重量比為7：5；改性填料由鄰苯二甲酸二正辛酯、丙酮、步驟（1）製得的改性矽溶膠和步驟（2）製得的改性納米二氧化鈦，依次按照重量比為2：3：1：2的比例混合而成。
其中增強劑的製備方法包括如下步驟：
（1）將海泡石絨與佔其重量2%的表面改性劑ⅱ混合後，靜置1h後過濾晾乾製得改性海泡石絨；其中，表面改性劑ⅱ由kh550、乙醇、丙酮和氫氧化鋇，依次按照重量比2：80：2：1的比例混合而成；
（2）按照重量比3：7：2：1的比例，依次取氧化鋁微粉、炭粉、白雲母粉、羧甲基纖維素鈉和步驟（1）製得的改性海泡石絨混合均勻，製得增強劑。
其中外加劑的製備方法為：按照1：8的重量比，取正矽酸乙酯與去離子水混合，再向其中依次加入1份海泡石絨、佔正矽酸乙酯重量12%的冰醋酸和佔正矽酸乙酯重量4%的導電炭黑混合均勻進行反應，反應過程中，每隔20min向反應體系內施加頻率240khz的超聲波2min，待反應結束後對反應體系進行超濾得到固體粉末，最後將固體粉末在有氧條件下充分灼燒除去碳粉，即得到外加劑。
本實施例中還提供了一種製備上述耐磨防靜電瑜伽墊的方法，包括以下步驟：
（1）根據需要選取目標尺寸的未固化的紙蜂窩，將其浸泡於酚醛樹脂基體中3h，然後取出紙蜂窩，拉開平鋪在平板發泡模上，固定好後放入140℃的烘箱中加熱1.5h，最後將紙蜂窩取出，冷卻至室溫，待用；
（2）按照權利要求1所述重量份數，首先將酚醛樹脂基體在水浴鍋中預熱至45℃，然後加入改性聚氨酯預聚體，在450r/min的轉速下攪拌20min；然後依次加入增強劑、複合纖維和聚甲基矽氧烷，在500r/min的轉速下攪拌25min；再依次加入表面活性劑、發泡劑、抗氧化劑和外加劑，在500r/min的轉速下攪拌15min；然後加入固化劑，在600r/min的轉速下攪拌5min後製得混合溶液，將混合溶液倒入塗有脫模劑並預熱至45℃的模具中，壓入步驟一製備的紙蜂窩，合上模具，並將模具移至75℃的烘箱中固化2h，最後冷卻至室溫脫模，得到所需耐磨防靜電瑜伽墊。
本實施例中的紙蜂窩採用厚度為0.1mm的nomex紙蜂窩，孔格邊長為1.6mm，公稱容重為32kg/m3。
實施例2
一種耐磨防靜電瑜伽墊，包括如下重量份原料：酚醛樹脂基體40份、改性聚氨酯預聚體20份、聚甲基矽氧烷12份、增強劑12份、複合纖維8份、炭粉8份、發泡劑8份、表面活性劑9份、固化劑10份、抗氧化劑4份、外加劑24份；
其中，增強劑包括氧化鋁微粉、白雲母粉、羧甲基纖維素鈉和改性海泡石絨，其重量比為5：9：3：1.4；複合纖維包括碳納米纖維、聚丙烯腈纖維和二苯甲酸二甘醇酯，其重量比為2：4：12；所述發泡劑為松本系列微球發泡劑；炭粉為植物材料燒制而成的竹炭、木炭或活性炭的至少一種，所述炭粉的粒徑為6000目，所述炭粉的碘吸附值為1000mg/g。
其中表面活性劑包括吐溫-80和水溶性矽油，其重量比為1：3；固化劑包括甲苯-4-磺酸和水，其重量比為2:3。
其中改性聚氨酯預聚體的製備方法包括如下步驟：
（1）在矽溶膠中依次加入佔矽溶膠重量3%的矽微粉、矽溶膠重量3%的六鈦酸鉀晶須和矽溶膠重量1%的乙酸鈉，然後在80℃條件下攪拌2h，製得改性矽溶膠，備用；
（2）將納米二氧化鈦中加入佔納米二氧化鈦重量5%的表面改性劑ⅰ，攪拌製得改性納米二氧化鈦，備用；其中，表面改性劑ⅰ由氫氧化鋇、碳酸鈉和kh570，依次按照重量比為4：3：30的比例混合而成；
（3）取mdi型聚氨酯預聚體，加入改性填料混合攪拌而得改性聚氨酯預聚體；其中，改性填料與mdi型聚氨酯預聚體的重量比為7：5；改性填料由鄰苯二甲酸二正辛酯、丙酮、步驟（1）製得的改性矽溶膠和步驟（2）製得的改性納米二氧化鈦，依次按照重量比為2：3：1：2的比例混合而成。
其中增強劑的製備方法包括如下步驟：
（1）將海泡石絨與佔其重量2-5%的表面改性劑ⅱ混合後，靜置2h後過濾晾乾製得改性海泡石絨；其中，表面改性劑ⅱ由kh550、乙醇、丙酮和氫氧化鋇，依次按照重量比4：80：4：2的比例混合而成；
（2）按照重量比5：9：3：1.4的比例，依次取氧化鋁微粉、炭粉、白雲母粉、羧甲基纖維素鈉和步驟（1）製得的改性海泡石絨混合均勻，製得增強劑。
其中外加劑的製備方法為：按照1：10的重量比，取正矽酸乙酯與去離子水混合，再向其中依次加入2份海泡石絨、佔正矽酸乙酯重量12%的冰醋酸和佔正矽酸乙酯重量4%的導電炭黑混合均勻進行反應，反應過程中，每隔20min向反應體系內施加頻率270khz的超聲波2min，待反應結束後對反應體系進行超濾得到固體粉末，最後將固體粉末在有氧條件下充分灼燒除去碳粉，即得到外加劑。
本實施例中還提供了一種製備上述耐磨防靜電瑜伽墊的方法，包括以下步驟：
（1）根據需要選取目標尺寸的未固化的紙蜂窩，將其浸泡於酚醛樹脂基體中3h，然後取出紙蜂窩，拉開平鋪在平板發泡模上，固定好後放入140℃的烘箱中加熱1.5h，最後將紙蜂窩取出，冷卻至室溫，待用；
（2）按照權利要求1所述重量份數，首先將酚醛樹脂基體在水浴鍋中預熱至45℃，然後加入改性聚氨酯預聚體，在550r/min的轉速下攪拌30min；然後依次加入增強劑、複合纖維和聚甲基矽氧烷，在600r/min的轉速下攪拌30min；再依次加入表面活性劑、發泡劑、抗氧化劑和外加劑，在600r/min的轉速下攪拌25min；然後加入固化劑，在700r/min的轉速下攪拌10min後製得混合溶液，將混合溶液倒入塗有脫模劑並預熱至45℃的模具中，壓入步驟一製備的紙蜂窩，合上模具，並將模具移至75℃的烘箱中固化2h，最後冷卻至室溫脫模，得到所需耐磨防靜電瑜伽墊。
本實施例中的紙蜂窩採用厚度為0.5mm的nomex紙蜂窩，孔格邊長為4.7mm，公稱容重為48kg/m3。
對上述兩個實施例製得的瑜伽墊進行性能測試，試驗結果如下表所示：
有上述表格中數據顯示，本發明的瑜伽墊是採用改性酚醛泡沫複合材料製備而成，其具有足夠的表觀密度、壓縮強度和彎曲強度，具有良好的耐磨性能。本發明採用無機酸和有機酸相結合，這樣既保證效率，又能夠較好地控制整個發泡工藝過程。此外，導電炭黑、碳納米纖維以及炭粉的用於，使酚醛泡沫塑料具有一定的導電性能，消除材料表面的靜電，使值得的瑜伽墊更加人性化。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明方法的前提下，還可以做出若干改進和補充，這些改進和補充也應視為本發明的保護範圍。