一种高缓冲性能的多层结构生物基泡棉的制作方法

1.本实用新型涉及材料领域，具体地涉及一种高缓冲性能的多层结构生物基泡棉。


背景技术：

2.传统泡棉(如pe、pu和硅基泡棉等)是非生物基泡棉。目前广泛使用的用于缓冲的pu泡棉一般为单层纯pu泡棉结构(如图1所示)或者单表面或者双表面具有增强层(如pet层或tpu层)的复合pu泡棉结构(如图2所示)。
3.但是，现有用于缓冲的泡棉存在如下一个或多个不足：
4.1)为非生物基(即传统石油基材料)或者生物基含量低，石油资源是有限的且不可再生，储量日益减少，不利于资源的再利用，对环境造成很大压力；
5.2)缓冲性能不足；
6.3)机械强度不足。
7.因此，本领域急需开发一种综合性能优异的生物基泡棉。


技术实现要素：

8.本实用新型的目的在于提供一种综合性能优异的生物基泡棉。
9.本实用新型的第一方面，提供了一种生物基泡棉，所述生物基泡棉依序包含：
10.1)第一生物基pu泡棉层；
11.2)生物基薄膜；
12.3)第二生物基pu泡棉层。
13.在另一优选例中，所述第一生物基pu泡棉层和所述第二生物基pu泡棉层的厚度相同或不同。
14.在另一优选例中，所述第一生物基pu泡棉层和所述第二生物基pu泡棉层的厚度相同。
15.在另一优选例中，所述第一生物基pu泡棉层的厚度和所述第二生物基pu泡棉层的厚度独立地为10-100um。
16.在另一优选例中，所述生物基薄膜的厚度为10-100um。
17.在另一优选例中，所述生物基泡棉的总厚度为30-300um。
18.在另一优选例中，所述生物基薄膜的厚度大于或等于单层生物基pu泡棉层的厚度。
19.在另一优选例中，以所述生物基泡棉的总厚度计，所述生物基薄膜的厚度比例为10-80％。
20.在另一优选例中，以所述生物基泡棉的总厚度计，所述生物基薄膜的厚度比例为15-70％。
21.在另一优选例中，以所述生物基泡棉的总厚度计，所述生物基薄膜的厚度比例为20-50％。
22.应理解，在本实用新型范围内中，本实用新型的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。
附图说明
23.图1是现有pu泡棉的示意结构一。
24.图2是现有pu泡棉的示意结构二。
25.图3是本实用新型生物基泡棉的结构示意图。
26.图4是本实用新型缓冲性能测试示意图。
具体实施方式
27.本发明人经过长期而深入的研究，通过优化泡棉结构获得了一种缓冲性能优异的生物基泡棉。具体地，本发明人通过在生物基pu泡棉中间设置一层生物基薄膜，获得了一种具有如下三层结构的生物基泡棉：生物基pu泡棉+生物基薄膜+生物基pu泡棉，相比相同总厚度的单层纯pu泡棉，本实用新型所述三层结构生物基泡棉具有显著改善的缓冲性能；相比两侧为生物基薄膜且中间层为pu泡棉的复合pu泡棉，本实用新型所述三层结构生物基泡棉同样具有显著改善的缓冲性能。在此基础上，发明人完成了本实用新型。
28.术语
29.如本文所用，如下英文缩写具有如下含义：
30.pe：聚乙烯；
31.pu：聚氨酯；
32.pet：聚对苯二甲酸乙二醇酯；
33.tpu：热塑性聚氨酯。
34.如本文所用，术语“非生物基泡棉”是指：由非生物基即石油基材料制成的泡棉。以pu泡棉为例，由异氰酸酯与多元醇聚合得到水性pu乳液，之后通过机械发泡制得pu泡棉。
35.如本文所用，术语“生物基泡棉”是指：由生物基材料制成的泡棉。以生物基pu泡棉为例，聚合体系中的多元醇部分可以由可再生的生物质资源如玉米为原料生产，通过将外皮植物纤维水解后的水溶液经过氢化反应、分离等步骤制得多元醇，继而与异氰酸酯聚合，得到部分生物基pu乳液，之后通过机械发泡制得pu泡棉。
36.如本文所用，术语“非生物基薄膜”是指：由非生物基材料制成的薄膜。以pet薄膜为例，是指由有机二元酸和二元醇缩聚而成的聚酯切片经过干燥、熔融挤出、流延铸片、双轴向拉伸之后得到的薄膜。
37.如本文所用，术语“生物基薄膜”是指：由生物基材料制成的薄膜。以天然橡胶薄膜为例，可由天然橡胶乳液经过涂布、烘干制得薄膜。
38.生物基泡棉
39.本实用新型提供了一种依序具有如下三层结构的生物基泡棉，其结构如图3所示：
40.1)第一生物基pu泡棉层；
41.2)生物基薄膜；
42.3)第二生物基pu泡棉层。
43.所述生物基pu泡棉为由水性聚氨酯体系通过机械发泡形成的开孔泡棉。
44.所述生物基薄膜可由以下体系制得：聚氨酯(pu)乳液、天然橡胶(nr)乳液、聚乳酸(pla)乳液、丙烯酸乳液等。
45.示意性地，本实用新型所述三层结构的生物基泡棉可采用如下方法制得：首先将生物基pu乳液发泡并涂布，得到第一层；之后将pu乳液或其他类型的乳液涂布在第一层之上形成第二层，最后将发泡好的pu乳液涂布在第二层之上形成第三层，由此制得三层结构。
46.所述第一生物基pu泡棉层和所述第二生物基pu泡棉层的厚度可相同或不同，优选相同。
47.在另一优选例中，所述第一生物基pu泡棉层的厚度和所述第二生物基pu泡棉层的厚度独立地为10-100um，较佳地20-80um，更佳地30-70um。
48.在另一优选例中，所述生物基薄膜的厚度为10-100um，较佳地15-80um，更佳地20-75um。
49.在另一优选例中，所述生物基泡棉的总厚度为50-300um，较佳地100-200um，更佳地120-160um。
50.在另一优选例中，所述生物基薄膜为选自下组材料的薄膜：pu、tpu、nr。
51.在另一优选例中，所述生物基薄膜的厚度等于单层生物基pu泡棉层的厚度。
52.在另一优选例中，所述生物基薄膜的厚度大于单层生物基pu泡棉层的厚度。
53.在另一优选例中，以所述三层结构的生物基泡棉的总厚度计，所述生物基薄膜的厚度比例为10-80％，较佳地15-70％，更佳地20-60％，最佳地20-50％。
54.在另一优选例中，所述生物基泡棉的生物基含量为50-90wt％，较佳地55-90wt％。应理解，在本发明中，生物基含量越高越好。
55.应理解，在本实用新型中，泡棉为乳液经发泡处理后涂布所得产物，薄膜为乳液直接涂布所得产物。
56.应理解，形成本实用新型的生物基pu泡棉层的材料可使用具有本实用新型泡棉类似性质的任何材料，包括但不限于下组材料：pu,pe,eva,sbr,epdm。
57.应理解，形成本实用新型的生物基薄膜的材料可使用具有本实用新型薄膜类似性质的任何材料，包括但不限于下组材料：pu,tpu,pet,nr,pp。
58.应理解，在本实用新型中，形成泡棉的乳液和形成薄膜的乳液组成可相同或不同。
59.与现有技术相比，本实用新型具有以下主要优点：
60.(1)相比相同总厚度的单层纯pu泡棉，本实用新型所述三层结构生物基泡棉具有显著改善的缓冲性能；
61.(2)相比两侧为生物基薄膜且中间层为pu泡棉的复合pu泡棉，本实用新型所述三层结构生物基泡棉同样具有显著改善的缓冲性能；
62.(3)本实用新型所述三层结构生物基泡棉具有优异的机械强度；
63.(4)本实用新型所述三层结构生物基泡棉具有环境友好的优点。随着化石资源的逐渐枯竭，开发和利用生物质可再生资源能够缓解石油日渐紧缺的危机；
64.(5)本实用新型所述三层结构生物基泡棉具有组成和/或结构可灵活设计的优点；
65.(6)与纯生物基pu泡棉相比，三层结构泡棉通过将pu泡棉与高生物基含量的薄膜相结合，其生物基含量可以得到提升；
66.(7)在开孔泡棉中加入薄膜层，可以提高泡棉的防水性能；
67.(8)由于薄膜的机械强度更高，有助于该泡棉所制成胶带的可移除性。
68.下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则百分比和份数按重量计算。
69.除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本实用新型方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。
70.通用原料
71.如下乳液可通过机械发泡来制作泡棉：
[0072][0073]
说明：尽管天然橡胶的生物基含量很高，但纯天然橡胶的耐老化性能不佳，且有一定粘性，因此不适合单独用作开孔泡棉。
[0074]
通用测试方法
[0075]
缓冲性能
[0076]
本实用新型中缓冲性能是如下测试的：
[0077]
1)将被测样品放置在测力传感器上；
[0078]
2)通过控制电磁铁，使2.04g的钢球从10cm高度自由下落，砸至样品上；
[0079]
3)测力传感器测得经过样品缓冲后所感应到的力值，即为泡棉对应的缓冲力值。
[0080]
缓冲力值越小，说明样品的缓冲性能越好。
[0081]
机械强度
[0082]
本实用新型中机械强度是如下测试的：
[0083]
1)试样准备：剪取15mm宽样条；
[0084]
2)测试条件：传感器100n，夹具间距离100mm，拉伸速度300mm/min；
[0085]
3)测试方法：夹好试样，以300mm/min速度拉伸至样品断裂，记录拉伸过程中的最大力值n/cm。
[0086]
实施例1结构设计一(生物基含量与机械强度)
[0087]
表1
[0088][0089]
实施例2结构设计二(缓冲性能)
[0090]
表2
[0091][0092][0093]
从表2可知：
[0094]
1)相比于单层pu泡棉，在总厚度基本相同时，本实用新型所述三层结构的生物基泡棉具有更低的缓冲力值，因此具有更优的缓冲性能；
[0095]
2)对于本实用新型生物基泡棉，随着中间pu薄膜层的厚度增大，所得生物基泡棉的缓冲性能更好；
[0096]
3)在总厚度为150um下，对于150um的单层pu泡棉、50/50/50um的三层结构pu泡棉+pu薄膜+pu泡棉和25/100/25的三层结构的pu薄膜+pu泡棉+pu薄膜，其缓冲性能从高到低依次为：
[0097]
i)50/50/50um的三层结构pu泡棉+pu薄膜+pu泡棉
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
113n；
[0098]
ii)150um的单层pu泡棉
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
142n；
[0099]
iii)25/100/25的三层结构的pu薄膜+pu泡棉+pu薄膜
ꢀꢀꢀ
159n；
[0100]
这表明：
[0101]
a)相同总厚下，相比于现有的pu缓冲泡棉，本实用新型的特定结构的生物基泡棉具有显著更优的缓冲性能；
[0102]
b)相同总厚下，“pu泡棉+pu薄膜+pu泡棉结构”的缓冲性能明显优于“pu薄膜+pu泡棉+pu薄膜”的缓冲性能。
[0103]
实施例3结构设计三(不同中间层)
[0104]
表3
[0105]
设计各层厚度/μm总厚度/um缓冲值/npu泡棉150150142pet薄膜150150197pu泡棉+pet薄膜+pu泡棉65/20/65150152tpu薄膜150150112pu泡棉+tpu薄膜+pu泡棉60/30/60150119pu薄膜150150100pu泡棉+pu薄膜+pu泡棉50/50/50150113nr薄膜15015090pu泡棉+nr薄膜+pu泡棉50/50/50150110
[0106]
从上表3可知：
[0107]
1)随着中间层薄膜的软硬度由硬变软，所得生物基泡棉的缓冲值越来越小，缓冲
性能越来越好。
[0108]
在本实用新型提及的所有文献都在本技术中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本实用新型的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。

技术特征：
1.一种生物基泡棉，其特征在于，所述生物基泡棉依序包含：1)第一生物基pu泡棉层；2)生物基薄膜；3)第二生物基pu泡棉层。2.如权利要求1所述的生物基泡棉，其特征在于，所述第一生物基pu泡棉层和所述第二生物基pu泡棉层的厚度相同或不同。3.如权利要求1所述的生物基泡棉，其特征在于，所述第一生物基pu泡棉层和所述第二生物基pu泡棉层的厚度相同。4.如权利要求1所述的生物基泡棉，其特征在于，所述第一生物基pu泡棉层的厚度和所述第二生物基pu泡棉层的厚度独立地为10-100um。5.如权利要求1所述的生物基泡棉，其特征在于，所述生物基薄膜的厚度为10-100um。6.如权利要求1所述的生物基泡棉，其特征在于，所述生物基泡棉的总厚度为30-300um。7.如权利要求1所述的生物基泡棉，其特征在于，所述生物基薄膜的厚度大于或等于单层生物基pu泡棉层的厚度。8.如权利要求1所述的生物基泡棉，其特征在于，以所述生物基泡棉的总厚度计，所述生物基薄膜的厚度比例为10-80％。9.如权利要求1所述的生物基泡棉，其特征在于，以所述生物基泡棉的总厚度计，所述生物基薄膜的厚度比例为15-70％。10.如权利要求1所述的生物基泡棉，其特征在于，以所述生物基泡棉的总厚度计，所述生物基薄膜的厚度比例为20-50％。

技术总结
本实用新型涉及一种高缓冲性能的多层结构生物基泡棉。具体地，本实用新型公开了一种具有三层结构的生物基泡棉，其通过在单层生物基PU泡棉中间设置生物基薄膜，可显著改善所得生物基泡棉的缓冲性能等。生物基泡棉的缓冲性能等。生物基泡棉的缓冲性能等。


技术研发人员：张君婷 曹敏 王建新
受保护的技术使用者：德莎欧洲股份公司
技术研发日：2021.08.16
技术公布日：2022/3/8