一種發泡熱塑性聚氨酯珠粒及其製備方法
2023-04-25 03:14:11 1
一種發泡熱塑性聚氨酯珠粒及其製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種發泡熱塑性聚氨酯珠粒，該發泡珠粒包含100份熱塑性聚氨酯顆粒、1-10份泡孔尺寸穩定劑、1-35份熔體粘度調節劑；這些珠粒是通過採用揮發性發泡劑將包含泡孔尺寸穩定劑與熔體粘度調節劑的熱塑性聚氨酯粒子浸漬在水懸浮液中，然後發泡來生產；該發泡熱塑性聚氨酯珠粒在180℃下的熔體粘度為8000-15000泊；製備的發泡熱塑性聚氨酯珠粒尺寸穩定，泡孔直徑均勻，表面光亮，產品收率高，同時發泡熱塑性聚氨酯珠粒即使在較低的水蒸氣壓力下也具有良好的熔結性能，所得到的模塑泡沫製品形變小，相對於模具的尺寸收縮率低，尺寸穩定性優異，表面美觀。
【專利說明】一種發泡熱塑性聚氨酯珠粒及其製備方法
[0001]【技術領域】:
本發明涉及發泡材料【技術領域】，具體地講是一種發泡熱塑性聚氨酯珠粒及其製備方法，由該發泡珠粒製成的模塑發泡製品可用於緩衝包裝材料、保溫隔熱材料、床上用品(如枕頭、床墊)、休閒場所(如地板塗層)、減震吸能材料(如汽車保險槓芯材)。
[0002]【背景技術】:
以塑料為基體，通過物理或化學方法在塑料內部填充大量氣泡，得到聚合物發泡材料。發泡材料具有密度低，隔熱隔音、比強度高、緩衝等一列優點，因此在包裝業、工業、農業、交通運輸業、軍事工業、航天工業以及日用品等領域得到廣泛應用。常用的泡沫塑料品種有聚氨酯(PU)軟質和硬質泡沫塑料，聚苯乙烯(PS)泡沫塑料，聚乙烯(PE)泡沫塑料，聚丙烯(PP)泡沫塑料等。但是聚氨酯泡沫塑料在發泡過程中容易殘留異氰酸酯，對人體有害，並且發泡材料無法回收利用。聚苯乙烯泡沫塑料產品降解困難，易產生「白色汙染」問題，聯合國環境組織已決定停止使用PS泡沫塑料產品。聚乙烯泡沫塑料耐高溫性能較差，不適合在高溫領域內應用。
[0003]熱塑性聚氨酯彈性體(TPU)具有較寬泛的硬度範圍，優異的耐磨性、機械強度、耐水、耐油、耐化學腐蝕、耐黴菌，對環境友好，可回收利用等優點。通過將發泡熱塑性聚氨酯珠粒填充到模具中，利用水蒸氣進行加熱成型可得到模塑發泡製品。此種製品在保留原基體優異的性能之外，同時擁有優異的回彈性，形狀多樣性，低密度，可以在較寬泛的溫度範圍內使用。基於上述優點，TPU模塑泡沫製品在許多工業領域(汽車工業、包裝材料)以及日常生活領域(鞋材、枕頭、床墊)具有非常廣泛的應用前景。
[0004]熱塑性聚氨酯的可模塑泡沫珠粒在W02007082838中已經被公開。但是該報導的發泡熱塑性聚氨酯珠粒的缺點是泡孔結構尺寸較粗，顆粒表面出現「皺紋」，產品收率低，其發泡過程中採用正丁烷作為`發泡劑，易產生環境汙染問題。
[0005]另一方面，針對發泡熱塑性聚氨酯珠粒及其模塑製品而言，所採用的熱塑性聚氨酯樹脂熔融溫度範圍較窄，熔體粘度較高，高分子鏈中軟段與硬段混合存在，硬段由於分子鏈之間的氫鍵效應，會產生硬段結晶，也屬於半結晶材料。在後續成型加工時，需要將其軟化至適當程度的半熔融狀態下進行。因此，模塑發泡製品的尺寸收縮，變形現象會受到樹脂熔體粘度、結晶度、半熔融時高分子鏈的活動能力等因素的影響。特別對於高發泡倍率的製品，更易受到上述因素影響。本申請的發明人也曾嘗試通過調整樹脂結晶性，軟段分子量以及分子量分布等方法對發泡珠粒以及製品的收縮、變形進行控制，但在顆粒生產以及製品成型過程中，會產生各種問題。
[0006]此外，在用於日常生活領域(鞋材、枕頭、床墊)，休閒場所(如地板塗層)、緩衝包裝材料等用途時，使用者大多重視模塑發泡製品的表觀性。由於發泡製品是採用水蒸氣加熱使發泡珠粒之間相互熔結來製備的，因此發泡珠粒之間的熔結面處可能會產生細縫、孔、皺紋或龜甲紋的痕跡。為了解決上述問題，一般通過採用提高成型水蒸氣壓力的方法，促使發泡粒子之間的熔結。但是，提高成型水蒸氣的壓力涉及到要消耗更多的能耗，進而導致成型加工成本的增加；此外，相應的需要更高耐壓的模具，設備成本也會隨之增加。[0007]
【發明內容】
:
本發明的目的是克服上述已有技術的不足，而提供一種發泡熱塑性聚氨酯珠粒。
[0008]本發明的另一目的是提供一種發泡熱塑性聚氨酯珠粒的製備方法。
[0009]本發明主要解決了現有的熱塑性聚氨酯泡沫珠粒泡孔結構尺寸較粗、發泡過程易產生環境汙染及模塑製品珠粒之間的熔結面處會產生細縫、孔、皺紋或龜甲紋的痕跡等問題。
[0010]本發明的技術方案是:一種發泡熱塑性聚氨酯珠粒，其特殊之處在於，含有下述重量配比的原料，由原料經發泡製成，熱塑性聚氨酯顆粒100份，泡孔尺寸穩定劑1-10份，熔體粘度調節劑1-35份；所述的發泡熱塑性聚氨酯珠粒在180°C下的熔體粘度為8000-15000泊，特別優選在10000-13000泊之間；珠粒泡孔直徑為500-800um。
[0011]進一步的，所述的熱塑性聚氨酯顆粒的邵氏硬度為55A-95A。
[0012]進一步的，所述的熱塑性聚氨酯顆粒熔體流動速率(MI)為5_50g/10分鐘，其根據ASTM-1238在190°C施加5Kg的重量測得。
[0013]進一步的，所述的泡孔尺寸穩定劑為二羥基丙基十八烷酸酯(GMS)、失水山梨醇月桂酸單酯、失水山梨醇棕櫚酸單酯、失水山梨醇硬脂酸單酯或脂肪酸蔗糖酯。
[0014]進一步的，所述的熔體粘度調節劑為乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯-丁二烯-苯 乙烯樹脂(ABS)或聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯(SBS)。
[0015]本發明一種發泡熱塑性聚氨酯珠粒的製備方法，其特殊之處在於，包括如下工藝步驟:
a將稱量後的熱塑性聚氨酯顆粒、泡孔尺寸穩定劑和熔體粘度調節劑，通過高速混合機混合均勻後投入雙螺杆擠出中進行熔融混煉，將熔融混煉物從擠出機擠出成條狀，然後在水槽中冷卻定型，用切粒機進行切割，從而得到熱塑性聚氨酯粒子；
b將上述得到的熱塑性聚氨酯粒子和水加入到高壓反應釜中，熱塑性聚氨酯粒子浸潰在水懸浮液中，在進行攪拌的同時添加揮發性發泡劑；升溫至熱塑性聚氨酯顆粒軟化點附近，在保持高壓釜內溫度、壓力恆定2-4小時後，打開高壓釜底端放料閥門，使高壓反應釜內混合液排放到大氣環境中，從而得到發泡熱塑性聚氨酯珠粒；所得到的發泡熱塑性聚氨酯珠粒密度為0.08-0.2g/cm3。
[0016]進一步的，所述的揮發性發泡劑為二氧化碳、氮氣中一種或兩種混合；加入重量為
1-40 份。
[0017]本發明的性能測試:
根據美國試驗材料學會標準ASTM D792-2008測試發泡珠粒的發泡密度P f。發泡密度計算公式為:P f=ffl/(ffl+W2-ff3)
其中，W1為發泡顆粒在空氣中的質量，W2是使發泡珠粒浸潰在水中的金屬帽的重量，W3發泡珠粒在水中的質量。
[0018]珠粒發泡倍率計算公式:n=pp/pf。其中,η表示珠粒發泡倍率，Ρρ表示基體樹脂的密度，P f表示發泡珠粒的密度。
[0019]珠粒泡孔直徑計算公式:D=L/n。
[0020]其中，採用顯微鏡採集熱塑性聚氨酯發泡珠粒沿直徑方向切割面的圖像，在直徑方向計算熱塑性聚氨酯發泡珠粒表面的2個交點距離(L)與該直線上的泡孔數(η)。
[0021]本發明所述的一種發泡熱塑性聚氨酯珠粒及其製備方法與已有技術相比具有突出的實質性特點和顯著進步，1、採用泡孔尺寸穩定劑有利於揮發性發泡劑進入熱塑性聚氨酯顆粒內部，並且能夠均勻地分布，徹底解決發泡過程中發泡劑在樹脂內部分布不均勻，最終發泡珠粒的泡孔尺寸分布較粗，泡孔不均勻的問題；2、添加熔體粘度調節劑後，擴大了其熔體加工溫度範圍，提高了高分子鏈在熔體狀態下的運動能力，從而避免發泡製品尺寸收縮以及發泡珠粒表面褶皺的問題；3、為了方便後續熱塑性聚氨酯發泡工藝操作，預先採用擠出機將其熔融加工成所需形狀的熱塑性聚氨酯粒子，從而製備的發泡熱塑性聚氨酯珠粒泡孔尺寸均勻，產品收率高；4、本發明的發泡熱塑性聚氨酯珠粒，即使在較低的水蒸氣壓力下也具有良好的熔結性能，所得到的模塑泡沫製品形變小，相對於模具的尺寸收縮率低，尺寸穩定性優異，表面美觀。
[0022]【具體實施方式】:
下面通過實施例對本發明進行更為詳盡的說明；所舉實施例僅用於解釋本發明，並非用於限制本發明。
[0023]在實施例與對比例中所使用熱塑性聚氨酯粒子類型與各組分加入量如表1所示；發泡熱塑性聚氨酯珠粒的生產工藝條件，物理性能以及模塑發泡製品的性能評價如表2所示。
[0024]表1
【權利要求】
1.一種發泡熱塑性聚氨酯珠粒，其特徵在於，含有下述重量配比的原料，由原料經發泡製成，熱塑性聚氨酯顆粒100份，泡孔尺寸穩定劑1-10份，熔體粘度調節劑1-35份；所述的發泡熱塑性聚氨酯珠粒在180°C下的熔體粘度為8000-15000泊，珠粒泡孔直徑為500_800umo
2.根據權利要求1所述的一種發泡熱塑性聚氨酯珠粒，其特徵在於，所述的熱塑性聚氨酯顆粒的邵氏硬度為55A-95A。
3.根據權利要求1所述的一種發泡熱塑性聚氨酯珠粒，其特徵在於，所述的熱塑性聚氨酯顆粒熔體流動速率為5-50g/10分鐘。
4.根據權利要求1所述的一種發泡熱塑性聚氨酯珠粒，其特徵在於，所述的泡孔尺寸穩定劑為二羥基丙基十八烷酸酯、失水山梨醇月桂酸單酯、失水山梨醇棕櫚酸單酯、失水山梨醇硬脂酸單酯或脂肪酸蔗糖酯。
5.根據權利要求1所述的一種發泡熱塑性聚氨酯珠粒，其特徵在於，所述的熔體粘度調節劑為乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚氯乙烯、聚丙烯-丁二烯-苯乙烯樹脂或聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯。
6.上述權利要求1-5任意一種發泡熱塑性聚氨酯珠粒的製備方法，其特徵在於，包括如下工藝步驟:a將稱量後的熱塑性聚氨酯顆粒、泡孔尺寸穩定劑和熔體粘度調節劑，通過高速混合機混合均勻後投入雙螺杆擠出中進行熔融混煉，將熔融混煉物從擠出機擠出成條狀，然後在水槽中冷卻定型，用切粒機進行切割，從而得到熱塑性聚氨酯粒子；b將上述得到的熱塑性聚氨酯粒子和水加入到高壓反應釜中，熱塑性聚氨酯粒子浸潰在水懸浮液中，在進行攪拌的同時添加揮發性發泡劑；升溫至熱塑性聚氨酯顆粒軟化點附近，在保持高壓釜內溫度、壓力恆定2-4小時後，打開高壓釜底端放料閥門，使高壓反應釜內混合液排放到大氣環境中，從而得到發泡熱塑性聚氨酯珠粒；所得到的發泡熱塑性聚氨酯珠粒密度為0.08-0.2g/cm3。
7.根據權利要求6所述的發泡熱塑性聚氨酯珠粒的製備方法，其特徵在於，所述的揮發性發泡劑為二氧化碳、氮氣中一種或兩種混合；加入重量為1-40份。
【文檔編號】C08L75/04GK103642200SQ201310706444
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月20日 優先權日:2013年12月20日
【發明者】王仁鴻, 王光阜, 張生, 孫其軍, 趙瑋 申請人:煙臺開發區新龍華包裝材料有限公司