发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒及其制备方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒及其制备方法和装置，本发明专利技术的方法，包括如下步骤：(1)将热塑性聚氨酯弹性体颗粒，加入到第一阶双螺杆挤出机中，同时将超临界状态的CO2、N2及惰性气体分别注入到螺杆挤出机中，然后挤出；(2)将从第一阶双螺杆挤出的物料，送入第二阶单螺杆挤出机，通过模头挤出后，进行水下切粒，即得到发泡的热塑性聚氨酯弹性体珠粒，堆积密度为60～300g/L，粒径为6mm±0.1的颗粒为总颗粒质量的77～79％。本发明专利技术生产自动化程度高，生产效率提高至少20％，产品的回弹性能明显提高。

Foamed thermoplastic polyurethane elastomer beads and their preparation methods and devices

The invention discloses a foamed thermoplastic polyurethane elastomer bead and its preparation method and device. The method of the invention comprises the following steps: (1) adding thermoplastic polyurethane elastomer particles into the first-order twin-screw extruder, injecting supercritical CO2, N 2 and inert gas into the screw extruder respectively, and then extruding; (2) extruding from the first-order twin-screw extruder. The extruded material is fed into the second-order single screw extruder. After extrusion by die, the foamed thermoplastic polyurethane elastomer beads are obtained by underwater granulation. The bulk density is 60-300 g/L and the particle size is 6 mm (+0.1) is 77-79% of the total particle mass. The production automation of the invention is high, the production efficiency is improved by at least 20%, and the resilience of the product is obviously improved.

【技术实现步骤摘要】
发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒及其制备方法和装置
本专利技术涉及螺杆挤出制备发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒的方法。
技术介绍
以不同塑料材料为基体，通过物理发泡或化学发泡的方法在塑料材料内部填充气体，可以得到发泡的聚合物材料。发泡材料具有密度小、隔热隔音好、弹性好、有缓冲性等一系列优点，因此广泛应用于包装行业、农业、工业、交通运输业、航天和军事领域以及日常生活用品等领域。目前常用的发泡材料有聚氨酯(PU)软质和硬质泡沫、发泡聚苯乙烯(PS)、发泡聚乙烯(PE)、发泡聚丙烯(PP)等。热塑性聚氨酯弹性体(TPU)是一种加热可塑化、溶剂可溶解的弹性体材料。TPU具有较宽泛的硬度范围(40A-80D)，同时具有优异的耐磨性能、机械强度高、耐水解、耐油、耐化学腐蚀、耐菌性好、环保可回收利用等特点。将发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒填充到模具中，通过一定压力的水蒸气进行加热模塑成型，可得到发泡TPU制品。发泡TPU制品除保留TPU原有的优异性能外，同时还拥有了优异的回弹性，密度小，质量轻，制品形状可通过模具设计来随意控制，且可以在相对较宽的温度范围内正常使用。基于以上优点，发泡TPU材料将在众多工业领域以及生活领域广泛应用，目前典型的应用有运动地板、鞋材、座垫等。目前，市场上常用的发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒的制备方法，基本以釜压法为主。如专利CN104987525A公开的方法，釜压法包括物料准备阶段和发泡阶段，其中发泡阶段包括超临界流体的加压，保压和卸压。该方法工艺操作复杂，生产成本高且生产效率较低，相比连续挤出法基本无优势可言。专利CN104385479A公开了一种连续挤出发泡制备TPU发泡珠粒的方法，该方法把TPU颗粒与有机修饰的无机纳米颗粒混合，制备出一种开孔率低的发泡TPU珠粒。由于该方法添加了无机物，会导致发泡弹性体的物性下降，回弹性能将出现明显的下降。专利CN103804890B公开了一种使用单螺杆连续挤出制备发泡热塑性聚氨酯弹性体粒子的方法，该方法只用一阶单螺杆，对于超临界流体与熔体的混合效果和混合物料的冷却效果相对较差，将会导致最终产品的颗粒内部孔径分布不均匀，且不同颗粒之间直径和形状差别也较大。专利CN105884998A公开了一种发泡型热塑性聚氨酯弹性体材料及其制备方法，该专利技术也使用双阶螺杆，但是该专利技术的原物料为异氰酸酯、聚酯多元醇和扩链剂三种，原材料添加速率若出现波动偏差，将明显影响最终产品的硬度等物性，废品率高。该专利技术在第一阶螺杆的末端注气，会造成物料混合时间不足，最终导致发泡珠粒内部泡孔不均匀。该专利技术对于第二阶螺杆的冷却过程缺乏强力的控制，也会导致最终发泡珠粒密度偏差大。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒及其制备方法和装置，以克服现有技术存在的缺陷。本专利技术的方法，包括如下步骤：(1)将热塑性聚氨酯弹性体颗粒，以150-220kg/h的添加速率，加入到第一阶双螺杆挤出机中，同时将超临界状态的CO2、超临界状态的N2及惰性气体分别注入到螺杆挤出机中，优选的，可通过3个注入口，将超临界状态的CO2、N2及惰性气体分别注入到螺杆挤出机中，将所述的热塑性聚氨酯弹性体颗粒塑化为熔体，然后挤出；螺杆温度为180-220℃，螺杆转速为400-900rpm；优选的，通过失重式喂料机，将热塑性聚氨酯弹性体颗粒加入到第一阶双螺杆挤出机中；所述的超临界CO2加入量为热塑性聚氨酯弹性体颗粒质量的0.1-5.0％；超临界N2加入量为热塑性聚氨酯弹性体颗粒质量的0.1-1.0％；所述的惰性气体选自氦气、氖气或氩气，压力为7～9Mpa，惰性气体的加入量为热塑性聚氨酯弹性体颗粒质量的0.03-0.3％；(2)将从第一阶双螺杆挤出的物料，送入第二阶单螺杆挤出机，通过模头挤出后，进行水下切粒，即得到发泡的热塑性聚氨酯弹性体珠粒；优选的，将从第一阶双螺杆挤出的物料，送入第二阶单螺杆挤出机，同时将惰性气体注入设置在第二阶螺杆机第一段惰性气体入口，加入量为热塑性聚氨酯粒子质量的0.05～0.15％，压力为7～9Mpa；进一步，将超临界状态的CO2和超临界状态的N2同时注入设置在第二阶螺杆机第一段的二次超临界状态的CO2入口和二次超临界状态N2入口；超临界状态的CO2加入量为热塑性聚氨酯粒子质量的0-2.5％，超临界状态的N2加入量为热塑性聚氨酯粒子质量的0-2.5％；所述的惰性气体选自氦气、氖气或氩气；所述的发泡的热塑性聚氨酯弹性体珠粒，堆积密度为60～300g/L；粒径为6mm±0.1的颗粒为总颗粒质量的77～79％；优选的，通过熔体泵输送至第二阶单螺杆挤出机；双螺杆长径比为40～50:1；模头温度为100-150℃，切粒系统水温控制为0-50℃，水下切粒机的转速控制在1500-5000rpm；所述的第二阶单螺杆挤出机，包括二阶套筒和设置在所述的二阶套筒内的单螺杆，所述的二阶套筒设有通入冷却介质的夹套，所述的单螺杆设有中空的内腔，并设有与所述的内腔相连通的冷却介质的入口和出口；采用上述的结构和方法，可以使熔体以相对较低的温度进入水下切粒系统，单螺杆内部通冷却水，控制螺杆本身温度，同时单螺杆的套筒外壁也通冷却水，通过双层冷却系统，控制螺杆温度在120-150℃；所述热塑性聚氨酯弹性体颗粒，选自聚醚型热塑性聚氨酯弹性体颗粒或聚酯型热塑性聚氨酯弹性体颗粒中的一种或其组合；是以包括如下三种原料制备的：异氰酸酯、聚合物多元醇和扩链剂；所用的热塑性聚氨酯粒子均为huafon品牌的市售TPU，厂家提供COA报告，包括不同规格的聚醚和聚酯材料。所述的异氰酸酯包括脂肪族、脂环族、芳香族以及芳脂族中的一种或几种的混合物，例如二苯基甲烷-2,2’-二异氰酸酯(MDI)，二苯基甲烷-2,4’-二异氰酸酯，二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯，六亚甲基二异氰酸酯(HDI)，3-异氰酸酯基亚甲基-3,5,5-三甲基环己基异氰酸酯(IPDI)，二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)，对苯二异氰酸酯(PPDI)，1,5-奈二异氰酸酯(NDI)，优选为二苯基甲烷-4,4’二异氰酸酯(4,4-MDI)等。聚合物多元醇包括聚己二酸丁二醇酯二醇(PBA)，聚四氢呋喃二元醇(PTMEG)，聚己二酸乙二醇酯二醇(PEA)，聚己二酸二甘醇酯二醇(PDA)，聚己二酸丙二醇酯二醇(PPA)，聚1,2-丙二醇(PPG)，聚1，3-丙二醇(PO3G)等。扩链剂包括脂肪族、芳香族或脂环族二醇化合物中的一种或几种混合物。例如，乙二醇(EG)，1,2-丙二醇(PG)，1,4-丁二醇(BDO)，一缩二丙二醇(DPG)，1,6-己二醇(HG)，氢醌双(2-羟乙基)醚(HQEE)，1,4-二羟甲基环己烷(CHDM)，间苯二醇双(羟乙基)醚(HER)；优选为1,4-丁二醇(BDO)。优选的，所述热塑性聚氨酯弹性体颗粒的邵氏硬度范围在65-95A；本专利技术制备所述的装置包括：第一阶双螺杆挤出机、第二阶单螺杆挤出机、喂料机、熔体泵和水下切粒机；所述的第一阶双螺杆挤出机的挤出口通过所述的熔体泵与所述的第二阶单螺杆挤出机的物料入口相连接，所述的第二阶单螺杆挤出机的模头与所述的水下切粒机相连接；所述的第一阶双螺杆挤出机，包括一阶套筒和设置在所述的一阶套筒内的双螺杆，所述的一阶套筒设有与第一阶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒的制备装置，其特征在于，包括第一阶双螺杆挤出机(1)、第二阶单螺杆挤出机(2)、喂料机(3)、熔体泵(4)和水下切粒机(5)；所述的第一阶双螺杆挤出机的挤出口通过所述的熔体泵(4)与所述的第二阶单螺杆挤出机(2)的物料入口相连接，所述的第二阶单螺杆挤出机(2)的模头与所述的水下切粒机(5)相连接；所述的第一阶双螺杆挤出机，包括一阶套筒(102)和设置在所述的一阶套筒(102)内的双螺杆(103)，所述的套筒设有与第一阶双螺杆挤出机内腔相连通的超临界状态的CO2入口(104)、超临界状态N2入口(105)和惰性气体入口(106)；所述的第二阶单螺杆挤出机包括：二阶套筒(202)和设置在所述的二阶套筒(202)内的单螺杆(203)；所述的二阶套筒设有通入冷却介质的夹套(204)，所述的单螺杆设有中空的螺杆内腔(211)和与所述的螺杆内腔(211)相连通的冷却介质入口(205)和冷却介质出口(206)。

【技术特征摘要】
1.发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒的制备装置，其特征在于，包括第一阶双螺杆挤出机(1)、第二阶单螺杆挤出机(2)、喂料机(3)、熔体泵(4)和水下切粒机(5)；所述的第一阶双螺杆挤出机的挤出口通过所述的熔体泵(4)与所述的第二阶单螺杆挤出机(2)的物料入口相连接，所述的第二阶单螺杆挤出机(2)的模头与所述的水下切粒机(5)相连接；所述的第一阶双螺杆挤出机，包括一阶套筒(102)和设置在所述的一阶套筒(102)内的双螺杆(103)，所述的套筒设有与第一阶双螺杆挤出机内腔相连通的超临界状态的CO2入口(104)、超临界状态N2入口(105)和惰性气体入口(106)；所述的第二阶单螺杆挤出机包括：二阶套筒(202)和设置在所述的二阶套筒(202)内的单螺杆(203)；所述的二阶套筒设有通入冷却介质的夹套(204)，所述的单螺杆设有中空的螺杆内腔(211)和与所述的螺杆内腔(211)相连通的冷却介质入口(205)和冷却介质出口(206)。2.根据权利要求1所述的发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒的制备装置，其特征在于，所述的双螺杆长径比为40～50:1。3.根据权利要求1～2任一项所述的发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒的制备装置，其特征在于，所述的第二阶单螺杆挤出机(2)的第一段设有与二阶单螺杆挤出机内腔相连通的二次惰性气体入口(208)。4.根据权利要求3所述的发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒的制备装置，其特征在于，所述的第二阶单螺杆挤出机的第一段还设有与二阶单螺杆挤出机内腔相连通的二次超临界状态的CO2入口(209)和二次超临界状态N2入口(210)。5.发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将热塑性聚氨酯弹性体颗粒，加入到第一阶双螺杆挤出机中，同时将超临界状态的CO2、超临界状态的N2及惰性气体分别注入到螺杆挤出机中，然后挤出；(2)将从第一阶双螺杆挤出的物料，送入第二阶单螺杆挤出机，通过模头挤出后，进行水...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈光静，杨鹏洲，袁仁能，施龙敏，李俊江，范东风，马肥，陈敏，
申请(专利权)人：浙江华峰热塑性聚氨酯有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33