CN1148315C - 弹性体、制造该弹性体的方法和包括该弹性体的垫子 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种具有良好的弹性和冲击吸收效率的弹性体、一种制造该弹性体的方法和一种采用该弹性体的垫子。该弹性体是一个包括聚苯乙烯的发泡聚氨酯体，并具有多个含有空气的泡沫体。该弹性体是通过一种包括下列步骤的方法制备的，即，采用3-5至5-7的重量混合比将多元醇和一种聚醚化合物混合获得聚醚多元醇，将2-20重量份的聚苯乙烯、微量的催化剂和水添加到30-50重量份的所得聚醚多元醇中产生一种多元醇混合物，并在20-80℃在40-80重量份的所得多元醇混合物中添加并搅拌20-60重量份的异氰酸酯化合物，并且将所得的产品注入一个模具从而进行泡沫铸塑。一种利用该弹性体制造的垫子具有良好的弹性并能够吸收压力，从而给用户带来了舒适感。

Description

弹性体、制造该弹性体的方法和包括该弹性体的垫子

技术领域

本发明涉及一种弹性体、一种制造该弹性体的方法以及一种包括该弹性体的垫子，尤其涉及一种具有合适的弹性并能长期保持不同添加剂的弹性体、一种制造该弹性体的有利方法以及一种包括该弹性体的垫子，从而为用户带来合适的弹性和舒适性。

背景技术

一般来说，铁螺旋弹簧、由聚氨酯或胶乳制成的高密度海绵块或橡皮球已被用作床垫的弹性支承装置。

铁螺旋弹簧已是最为广泛的用于床垫的弹性支承装置，因为它们可长期提供优良的弹性。不过，对于用户来说，铁螺旋弹簧存在一些缺陷。由于多个弹簧被互相连接，所以施加到垫子的特定区域上的压力或冲击会导致整个垫子振动，从而给用户带来不稳的感觉。此外，金属噪声使用户受到干扰，有时弹簧穿过垫子的上部到了使垫子的护套或床单受损的程度。

利用由聚氨酯或胶乳制成的高密度海绵块的床垫并不产生这样的金属噪声，而是使用户带着柔软的感觉进入舒适的睡眠。不过，海绵块的弹性不仅随着时间的推移降低，而且因为海绵块在垫子最常用的部分如边缘处的回弹性能相对降低而变得不均一。

具有单个内部空间的橡皮球或具有多个分离的内部空间的气球是这样的弹性支承装置，即其可带来不同于上述弹簧或海绵块的感觉的舒适感觉。该球的弹性在每当随时间推移从球中漏气时降低，并且受气候的影响变得不均一。给漏气的球充气或用新球更换不仅麻烦而且费用高。而且，橡胶老化的特有气味破坏了舒适的室内环境。

为了解决在每种弹性支承装置中发现的上述问题，本发明人在于1996年8月9日申请并于1998年11月9日公开的韩国实用新型0135979中披露了一种弹性独立体。该弹性独立体是一种可透气的海绵，其具有一种网状结构，带有气孔和由聚氨酯基及橡胶基的化合物制成的海绵薄膜。

与现有的弹性支承装置相比，该弹性独立体给用户带来了良好的舒适感，理由在于，不论时间的推移或天气条件的变化，其弹性一直均匀地保持着；没有老化的气味；提供了合适的弹性和柔软性。在所述的韩国实用新型中，垫子被这样制造，即，多个独立成形的弹性体被布置成形成垫子的形状并被支承和包住。该垫子被设计成使由躺在某垫子表面上的人引起的波动传递降到不影响下一个躺在该垫子上的人的最小程度。

图1A是一可透气海绵弹性体的透视图，而图1B是一示出该可透气海绵弹性体的内部结构的横截面图。

参见图1A，一个可透气海绵弹性体10具有一个基本上为圆柱体的形状，其中心部具有一个邻近两个凸起部12、13的凹入部14。两个球形的凸起部12、13中的每一个分别在上部16和下部17中被截平。弹性体10具有源自于其材料和结构性能的优良弹性。在其如图1A所示的中心具有凹入部14的弹性体10可带给用户与弹性和回弹性相协调的舒适感。

由于该弹性体具有产生于泡沫薄膜的弹性，所以对外来冲击的吸收力弱，而排斥力强。在网状海绵结构中与其相邻的泡沫体接触的每个泡沫体是可透气的。正因为具有该透气性，所以存在这样的问题，即比如抗细菌剂和香料的添加剂容易经通道挥发到空气中，这样添加剂所带来的效果经长期使用就会降低。

参见图1B，弹性体10的内部结构在放大的横截面图中示出。该内部结构具有多个可透气的泡沫体16，这样空气可在其中流通并通过相邻的泡沫体。应该注意，尽管仅仅是为了方便而将每个泡沫体以球形示出，但实际上泡沫体也可形成不同形状以具有预定的空间。

发明的公开

因此，考虑到上述问题，本发明的第一个目的在于提供一种弹性体，其能长期保持适当的弹性，并能长期保持比如抗细菌剂和香料的添加剂。

本发明的第二个目的在于提供一种制造该弹性体的有利方法。

本发明的第三个目的在于提供一种使用该弹性体制造出的垫子，这样该垫子具有良好的弹性和改良的冲击吸收力。

为了实现该第一目的，本发明提供了一种弹性体，其由一种包括聚苯乙烯的发泡聚氨酯聚合物制成，具有多个含有空气的泡沫体，并在其中心具有至少一个凹入部，该弹性体是通过包括下列步骤的方法制备的：采用3-5至5-7的重量混合比将一种多元醇化合物和一种聚醚化合物混合；将2-20重量份的聚苯乙烯和微量催化剂添加到30-50重量份的所得混合物中；在20-80℃添加并搅拌20-60重量份的异氰酸酯化合物和水；并且模制该所得的反应物。

本发明的第二个目的是通过一种包括下列步骤的方法实现的，即：通过采用3-5至5-7的重量混合比将多元醇和一种聚醚化合物混合获得聚醚多元醇；通过将2-20重量份的聚苯乙烯、微量的催化剂和水添加到30-50重量份的所得聚醚多元醇中产生一种多元醇混合物；并且在20-80℃将40-80重量份的所得多元醇混合物与20-60重量份的异氰酸酯化合物混合；并将所得的反应物发泡成型。

本发明的第三个目的是通过一种垫子实现的，其包括：一个弹性体阵列，该弹性体阵列是在预定的区域内通过并列布置上述弹性体而获得的；一个支承体，该支承体被安装成在所述弹性体的凹入部支承所述弹性体；两块平板，该两块平板被设置在所述弹性体阵列的上下部分处；以及一个包装装置，该包装装置用来包住所述弹性体阵列、所述支承体和所述平板。

附图的简要说明

图1A是一现有弹性独立体的透视图，而图1B是一示出其内部结构的横截面图；

图2A是一本发明弹性体的透视图，而图2B是一示出其内部结构的横截面图；

图3是一本发明垫子的示意横截面图。

实施本发明的最佳模式

通过参照下面详细的说明和附图，本发明的上述目的及其它特征和优点将变得更加明显，附图中例示了本发明不同实施例的特征。

下文将参照附图对本发明的一个优选实施例进行详细说明。

图2A是一如本发明所述的弹性体的透视图，而图2B是一示出其内部结构的横截面图。

参见图2A，一个弹性体20具有基本上为柱状的形状，优选为一基本上为圆柱体的形状。该弹性体20具有至少一个位于其中心的凹入部24和至少两个邻近该凹入部24的凸起部22、23。凸起部22具有上部26被截平的球形，而凸起部23具有下部27被截平的球形。

本发明的弹性体是由一种包括聚苯乙烯的聚氨酯聚合物的泡沫体制成的，并包括多个含有空气的泡沫体。该弹性体在其中心具有凹入部，从而提供适当的弹性和斥力。如果弹性体具有无凹入部的圆柱体结构，那么弹性体本身的弹性将显着地减小，并且不会获得令人满意的作用，因为弹性体被布置成与相邻的弹性体和其侧面相接触，因此没有用于弹性的空间。

通过适当地调节凸起部的大小和凸起部与凹入部所成的角度，可在弹性和稳定性方面使用户满意。

通过本发明人的重复试验，结果表明，凹入部的高度a优选占弹性体高度b的3-50％，更优选占10％左右。当凹入部的高度超过50％这么大时，弹性体的弹性和稳定性就会急剧降低，使用寿命也缩短。优选地是，凹入部的直径c占凸起部的直径d的30-98％，更优选占85-90％。在凹入部的直径小于凸起部的直径30％的情况下，当给弹性体施加压力时，其上下部发生扭曲，弹性体也就失去了其稳定性。

在凹入部和凸起部所成的角28很小的情况下，弹性降低。另一方面，在角28很大的情况下，稳定性降低，当将一种支承体连到凹入部上时工作效率也降低。考虑到这些因素，优选该角28为5和60度之间，更优选为15度。

图2B示出了弹性体20的内部结构的放大横截面图，该弹性体20的内部结构包括多个可透气泡沫体26和多个独立泡沫体27。由于可透气泡沫体26具有可透气性，所以空气可通过相邻的泡沫体。不过，空气不可能通过独立泡沫体27，因为它们与相邻泡沫体无关，并且不具有这样的可透气性。

与现有的弹性体不同，本发明的弹性体20在其内包含多个独立泡沫体27。该独立泡沫体通过减小排斥弹性而增大了冲击的吸收力，并能长期保持比如抗细菌剂和香料的添加剂带来的效果。

由于可透气泡沫体26可自由地吸收和释放空气，所以它们在受到压力时释放空气，而在压力去除时通过吸收空气而恢复原状。即便时间在消逝，也没有必要给弹性体充气。此外，因为弹性可根据温度和气候方面的外在条件的变化而变化，所以弹性不会因为这样的变化而变得不均一。

不过，因为弹性在具有太多独立泡沫体27时降低，所以有必要将独立泡沫体27和可透气泡沫体26所成的比例调节到适当的程度。优选地是，可透气泡沫体26所占的体积为85-93％，而独立泡沫体27所占的体积为7-15％，优选为10％左右。虽然为了方便将每个泡沫体以球形示出，但只要它在其内形成一定的空间，就可在实际中改变其形状。尽管每个可透气泡沫体的开口对称地分布在横截面图中所示的其四侧，但这样的开口位置并不是限定性的，只要该位置被适当地定位以具有适当的数就可以。

弹性体的抗张强度优选为0.2-8kg/cm²。当抗张强度小于0.2kg/cm²时，就会存在这样的问题，即弹性体带给用户易碎的感觉，并且它不可能充分地执行缓冲功能。当抗张强度大于8kg/cm²时，弹性体变得非常硬。由于弹性在延伸率小于50％时不够好，所以延伸率优选大于50％，特别优选延伸率在200％和300％之间。

下文将对本发明弹性体的制造方法作出详细的说明。

首先，采用3-5至5-7的混合比将如乙二醇、甘油和山梨醇的多元醇与聚醚混合并搅拌，从而制备一种聚醚多元醇化合物。此时，将甲醇用作溶剂。通过混合30-50重量份的所得聚醚多元醇化合物、2-20重量份的聚苯乙烯、以及微量催化剂和水获得一种多元醇混合物。所获得的多元醇混合物的优选粘度在40℃时为约1100±300cps。添加聚苯乙烯以增大弹性体的弹性。当不添加聚苯乙烯将聚醚多元醇化合物用于尿烷发泡反应时，大约占30％体积的泡沫体被用作独立泡沫体。可以理解，聚苯乙烯打开独立泡沫体以将其改变为可透气泡沫体。因此，为了获得适当数目的独立泡沫体，应该控制聚苯乙烯的添加量。

优选地是，将一种氨基化合物尤其是一种氨基酸单体用作催化剂，并添加大约0.3-3重量份的量。

可添加适当量的添加剂如香料、抗细菌剂、杀虫剂等，并予以搅拌。可无例外地添加任何具有玫瑰、丁香、兰花或香草的天然香味、对人体无害并释放一种应力的香料。固体香料优于液体香料，因为前者的气味比后者的气味保持得更长久。就抗细菌剂而言，优选使用能过滤杆菌和空气的淡英斑岩，或合成抗细菌剂，这些对健康无害的。就杀虫剂而言，所有杀虫剂都可使用，无论是天然的还是合成的。可添加不同的添加剂如防霉剂、除臭剂等。

给所获得的产品添加一种异氰酸酯化合物，从而合成聚氨酯并引发发泡反应。大多数用于提供聚氨酯合成的化合物都可用作异氰酸酯化合物。优选异氰酸酯化合物的粘度在25℃时为约50±20cps。聚氨酯合成是这样进行的，即，在大约20-80℃优选在大约40℃时将40-80重量份的多元醇混合物与20-60重量份的异氰酸酯化合物混合和搅拌。实际上，聚醚多元醇化合物和异氰酸酯化合物是被一点点地连续添加并搅拌的。与这种添加和搅拌一致的是，所获得的产品被注入一个模具以铸塑。

在大约4000-5000rpm的速度下搅拌大约10秒。只要搅拌一完成，所得的产品就被马上注入一个模具，从而进行泡沫铸塑。当铸塑温度低时，发泡不够好。当铸塑温度高时，获得的主体粗糙不平。因此，铸塑温度优选为40±10℃，更优选为40±2℃。将预定量的注入产品注入模具。在通过输送器传输模具的过程中，在室温下冷却模具。5-10分钟后分离出铸塑体，从而获得本发明的弹性体。

所得弹性体的薄膜部分具有比其内部更加紧凑的结构。弹性体的内部是作为这样一种弹性体获得的，即该弹性体具有以包括独立泡沫体和可透气泡沫体的泡沫体为单元的网状结构。

下面将描述一种利用根据上述方法制得的弹性体制造垫子的方法。

图3示出了一本发明垫子的示意横截面图。

垫子100包括一个弹性体阵列25、一个支承体30、设置于该弹性体阵列25上下部的平板41、42以及包封该弹性体阵列25、支承体30和平板41、42的包装套50。弹性体阵列25是通过一个接着一个地布置多个弹性体20而获得的，该弹性体20由一个包括聚苯乙烯并包含多个含有空气的泡沫体的聚氨酯聚合物的发泡体制成。支承体30被装在弹性体20的凹入部，从而支承弹性体20。

当制造垫子时，应该布置多个本发明的弹性体。为了防止弹性体在该布置过程中倒塌，具有按预定间隔与凹入部对应的孔的支承体30是依照凹入部安装的。优选将软材料用于支承体30。如果将一种缺乏柔韧性的硬质板用于支承体30，那么施加到某部分上的冲击就会传递到整个垫子上，结果垫子上的人就受到干扰。优选地是，可采用一种热固性树脂如乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)泡沫体。当采用EVA泡沫体时，优选包括一种除臭剂，因为它的气味难闻。

由于通过填补弹性体的结构形成的空区域，将平板41、42用于制造一种具有均匀表面的垫子。一种用于缓冲的靠模加工(profile-processed)的海绵可用于平板41、42。该海绵是一种软海绵。

包装套50可由一种一般用来保持垫子形状的材料制成，并可包括一个内包装套和一个外包装套。该外包装套是其内侧缝有人造丝或人造棉的布。

垫子100可用于各种物体如床、沙发、椅子和软垫上。

下文将对本发明的优选实施例加以详细描述。

示例1

通过采用4-6的重量混合比将多元醇和一种聚醚化合物混合而制得一种聚醚多元醇化合物。在室温下将11.2kg的所得聚醚多元醇化合物与3.3kg的聚苯乙烯混合和搅拌后，添加80g的氨基酸单体和25g的水并与所得混合物一起搅拌30分钟。添加微量的天然玫瑰香料和淡英斑岩并搅拌，从而均匀地混合所获得的混合物。

在40℃将100g所得混合物与30g亚甲基二异氰酸酯混合，并在大约4000-5000rpm的速度下搅拌8秒钟，该混合物被注入一个温度保持在40℃的发泡模具。该模具在通过一个输送器将其传输时被冷却至室温。过了8分钟后，将模制的弹性体从模具分开，从而获得本发明的弹性体。

示例2

按照弹性体直径的间隔在与弹性体400个凹入部对应的部分给支承体穿孔，该支承体由一种通过添加除臭剂制得的热固性EVA海绵制成。这400个凹入部被插到以板形式布置的支承体中。一种用于缓冲的靠模加工软海绵被设置在该弹性体阵列的上下部处。所获得的结构被拉链式的包裹布包住。通过再一次用内侧缝有人造棉的外包装套包住所获得的结构来制造一种用于按商业分类为大号床的垫子。

工业实用性

本发明的弹性体具有如上所述良好的弹性和吸收冲击的功能，并包括在其内可长期包含添加剂如抗细菌剂和香料的独立泡沫体。

因此，利用该弹性体制造的垫子给用户带来了一种柔软而舒适的感觉，并且不会使紧挨着用户的人受到干扰，因为施加到每个弹性体上的冲击被独立的弹性体吸收。在将弹性体应用到家用床垫上时，它们具有良好的耐用性，能达到其使用寿命超过15年的程度。

虽然参照附加实施例对本发明作了详细描述，但可采用各种改型、变更的结构及等价物而不脱离本发明的真正精神和范围。

Claims (12)

1、一种弹性体，所述弹性体由一种包括聚苯乙烯的发泡聚氨酯聚合物制成，具有多个含有空气的泡沫体，并在其中心具有至少一个凹入部，所述弹性体是通过包括下列步骤的方法制备的：

采用3-5至5-7的重量混合比将一种多元醇化合物和一种聚醚化合物混合；

将2-20重量份的聚苯乙烯和微量的催化剂添加到30-50重量份的所得混合物中；

在20-80℃添加并搅拌20-60重量份的异氰酸酯化合物和水；并且模制该所得的反应物。

2、如权利要求1所述的一种弹性体，其特征在于，所述的泡沫体包括占整个弹性体体积85-93％的多个与相邻泡沫体相连的可透气泡沫体和占整个弹性体体积7-15％的多个不与相邻泡沫体相连的独立泡沫体。

3、如权利要求1所述的一种弹性体，其特征在于，所述凹入部的高度占所述弹性体高度的3-50％。

4、如权利要求1所述的一种弹性体，其特征在于，所述凹入部的直径占与所述凹入部相邻的凸起部的直径的30-98％。

5、如权利要求1所述的一种弹性体，其特征在于，所述凹入部和与所述凹入部相邻的所述凸起部所成的角为5-60°。

6、一种制造弹性体的方法，包括的步骤有：

通过采用3-5至5-7的重量混合比将多元醇和一种聚醚化合物混合获得聚醚多元醇；

通过将2-20重量份的聚苯乙烯、微量的催化剂和水添加到30-50重量份的所得聚醚多元醇中产生一种多元醇混合物；并且

在20-80℃将40-80重量份的所得多元醇混合物与20-60重量份的异氰酸酯化合物混合；并将所得的反应物发泡成型。

7、如权利要求6所述的一种方法，还包括的步骤为，在产生所述多元醇混合物的步骤之后，添加从香料、抗细菌剂和杀虫剂中选出的至少一种添加剂。

8、如权利要求6所述的一种方法，其特征在于，所述模制是在40±10℃的温度下实施的。

9、如权利要求6所述的一种方法，其特征在于，所述多元醇混合物的粘度在40℃为1100±300cps。

10、一种垫子，其包括：

一个弹性体阵列，所述弹性体阵列是在预定的区域内通过并列布置如权利要求1所述的弹性体而获得的；

一个支承体，所述支承体被安装在所述弹性体的凹入部，从而支承所述弹性体；

两块平板，所述平板被设置在所述弹性体阵列的上下部分处；

一个包装装置，所述包装装置用来包住所述弹性体阵列、所述支承体和所述平板。

11、如权利要求10所述的一种垫子，其特征在于，所述支承体是由一种热固性树脂制成的。

12、如权利要求10所述的一种垫子，其特征在于，所述垫子用于床、沙发或椅子。

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