一种高硬度热塑性聚氨酯发泡卷材及其半连续制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高硬度热塑性聚氨酯发泡卷材及其制备方法，涉及新型聚氨酯技术领域。本发明专利技术所述高硬度热塑性聚氨酯发泡卷材的半连续制备方法包括如下步骤：(1)将高硬度热塑性聚氨酯、低硬度热塑性聚氨酯(如有)和助剂混合均匀、熔融挤出、压延、收卷，得到前驱热塑性聚氨酯卷材；(2)将前驱热塑性聚氨酯卷材置入高压流体中浸渍，低温锁气，低温存储；(3)升温发泡，冷却、收卷，得到所述高硬度热塑性聚氨酯发泡卷材；所述高硬度热塑性聚氨酯的硬度为55～90HD，流动点为190～208℃；所述低硬度热塑性聚氨酯的硬度＜55HD；所述前驱热塑性聚氨酯卷材的厚度为0.5～3mm。以本发明专利技术所述方法制备的热塑性聚氨酯发泡卷材既具有较高的硬度，又具有良好的泡孔结构。又具有良好的泡孔结构。

【技术实现步骤摘要】
一种高硬度热塑性聚氨酯发泡卷材及其半连续制备方法


[0001]本专利技术涉及新型聚氨酯
，尤其涉及一种高硬度热塑性聚氨酯发泡卷材及其制备方法。

技术介绍

[0002]软质弹性体发泡材料如乙烯醋酸乙烯酯(EVA)泡沫、聚氨酯(PU)泡沫、聚氯乙烯(PVC)泡沫、硅泡沫、橡胶泡棉等具有轻量化、质地柔软、韧性良好、高回弹、可压缩回弹的优势，已经广泛应用于运动防护、发泡革、隔热、吸音、缓冲包装、减震等多个领域。PU弹性体微发泡材料具有优异的减震、抗疲劳、低压缩永久形变性能，已经应用于高铁轨道的减震垫等领域。高硬度弹性体发泡材料如PU弹性体硬泡具有优异的耐磨性、低的压缩永久形变，已经应用于硅片、蓝宝石抛光等多个领域。
[0003]现有的弹性体发泡材料多是交联弹性体体系，弹性体在发泡时同时发生交联反应，交联过程和发泡过程通常会产生有害物质，发泡弹性体往往残存有害物质残余，这种不环保特征限制了弹性体发泡材料的应用。PU弹性体一般采用反应发泡，浇筑的PU弹性体原液在受热的模具中发生交联反应和发泡过程，因为发泡材料隔热，反应过程产生的热量很难有效排出，导致发泡体芯层泡孔尺寸偏大，这一方面限制了所制备发泡制品的厚度，另一方面也影响了发泡弹性体制品的泡孔结构分布以及材料性能。其次，PU弹性体发泡材料往往采用浇筑的工艺来实施，难以制备弹性体发泡卷材。
[0004]热塑性聚氨酯(TPU)具有耐磨、高回弹、硬度可调、可连续加工、可回收、加工过程环保的优势。不过，作为行业常识，易于热塑加工TPU的硬度为55～95HA(95HA大约等于50HD)，硬度高于55HD的TPU通常称之为高硬度TPU，它的熔点高、粘流温度高、冷却结晶温度高、结晶速度快，使其熔融温度靠近其热分解温度，窄的加工温度窗口对挤出加工装备提出苛刻要求，可制备的片材厚度非常受限。
[0005]制备TPU发泡卷材受到行业的关注。CN105714574B、CN104611942B公开了超临界流体连续挤出发泡TPU发泡薄膜的方法，制备了密度为0.4～0.8g/cm3的TPU发泡薄膜。连续挤出发泡过程中存在高压流体在高温下容易逃逸的问题，导致发泡材料存在泡孔尺寸偏大、泡孔尺寸分布宽、存在开孔结构以及泡孔尺寸难以有效调控的问题，同时，发泡材料的表皮存在气纹、波浪纹等缺陷。高硬度TPU熔融加工非常困难，采用超临界流体连续挤出制备高硬度TPU发泡材料时，对挤出设备的扭矩、分区控温控温精度提出更高要求，这导致加工难度大，也会进一步损害挤出发泡TPU材料的泡孔形态和发泡材料的表面质量。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种高硬度热塑性聚氨酯发泡卷材及其半连续制备方法，该方法的制备条件温和、可实现大规模连续生产，所得卷材表面光洁、厚度均匀、硬度高，芯层中泡孔尺寸微小且均匀。
[0007]为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案为：
[0008]一种高硬度热塑性聚氨酯发泡卷材的半连续制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0009](1)将80～100份高硬度热塑性聚氨酯、0～20份低硬度热塑性聚氨酯、0～5份润滑剂和0～1份抗氧剂混合均匀，加入双螺杆挤出机中熔融挤出、压延、收卷，得到前驱热塑性聚氨酯卷材；
[0010](2)将前驱热塑性聚氨酯卷材置入高压流体中浸渍，得到浸渍热塑性聚氨酯卷材，随后对浸渍热塑性聚氨酯卷材进行低温锁气和低温存储；
[0011](3)在经过低温存储的热塑性聚氨酯卷材中通入加热介质并进行物理发泡，冷却、纠偏、收卷，得到所述高硬度热塑性聚氨酯发泡卷材；所述加热介质为热空气、热水或蒸汽；
[0012]所述高硬度热塑性聚氨酯的硬度为55～90HD，流动点为190～208℃；所述低硬度热塑性聚氨酯的硬度＜55HD；所述前驱热塑性聚氨酯卷材的厚度为0.5～3mm。
[0013]流动点是热塑性聚氨酯热塑加工的下限温度，分解温度是热塑性聚氨酯热塑加工的上限温度，加工温度需高于流动点而低于分解温度时，热塑性聚氨酯才能熔融加工，流动点通过毛细管流变仪来测试。本专利技术通过对高硬度热塑性聚氨酯的硬度、流动点进行限定，提高了高硬度热塑性聚氨酯的加工性能，可以通过挤出加工制备出相对较厚的前驱热塑性聚氨酯卷材以满足后续发泡的要求。添加适量低硬度热塑性聚氨酯可以改善挤出性能。限定前驱热塑性聚氨酯卷材的厚度的目的是为了保障后续高压流体的浸渍、发泡效果以及最终产品的性能，避免厚度不理想导致高压流体浸渍率过高或过低，发泡效果不佳；或者因硬度不足导致产品的硬度太低，达不到性能要求。
[0014]优选地，所述高硬度热塑性聚氨酯的熔点范围为170～210℃；所述高硬度热塑性聚氨酯在210℃、2.16kg条件下测得的熔融指数为1～15g/10min。熔点、熔融指数也会对材料的加工性能及力学性能产生较大的影响。熔点越高，越难加工，熔点过低，硬度也会相应降低；熔融指数过高，材料的流动性太好，加工过程既难以控制，发泡材料的性能又不理想，熔融指数过低，难以加工。熔点、熔融指数、流动性和硬度共同影响高硬度热塑性聚氨酯的加工性能，当各参数的大小符合上述限定时可以进一步提高发泡卷材泡孔结构的均匀性，控制泡孔尺寸在1～200μm的范围内。
[0015]优选地，所述步骤(2)中，高压流体的压力为1～30MPa，高压流体为CO2流体、N2流体中的至少一种，浸渍时间为1～48h，所述浸渍热塑性聚氨酯卷材中高压流体的质量百分含量为1～10％。浸渍热塑性聚氨酯卷材中高压流体的质量百分含量(％)＝(m1‑
m0)
×
100％/m0；其中m0为前驱热塑性聚氨酯卷材的质量，m1为经高压流体浸渍后，常温常压解吸附10min之后的浸渍热塑性聚氨酯卷材的质量。通过对高压流体的浸渍含量进行限定，可进一步控制后续产品的密度、泡孔尺寸、泡孔密度等性质。
[0016]进一步优选地，所述浸渍热塑性聚氨酯卷材中高压流体的质量百分含量为2～8％。
[0017]高压流体的质量百分含量影响热塑性聚氨酯发泡卷材的泡孔尺寸和密度，高压流体的质量百分含量小时，所制备的热塑性聚氨酯发泡卷材的泡孔尺寸大、密度高，随着高压流体的质量百分含量的增大，所制备的热塑性聚氨酯发泡卷材的泡孔尺寸减小、密度降低。进一步地，当高压流体的质量百分含量过大时，所制备的热塑性聚氨酯发泡卷材会存在显著体积收缩，导致发泡卷材出现密度增大、表面褶皱、厚度不均匀等的问题。将高压流体的
质量百分含量限定为2～8％可以保证制备的卷材具有良好的表面质量，并且泡孔尺寸相对较小，均匀性更好。
[0018]优选地，所述步骤(2)中，低温锁气的温度为
‑
18～0℃，低温存储的温度为
‑
18～15℃。专利技术人经过多次测试后发现，高压流体在浸渍本专利技术所述高硬度热塑性聚氨酯后表现出显著降低气体解吸附系数，使得不需要在极端低的温度下就可以实现锁气，使加工过程可以在更为温和的条件下进行，降低了加工难度及加工成本，可以提高经济效益。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高硬度热塑性聚氨酯发泡卷材的半连续制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将80～100份高硬度热塑性聚氨酯、0～20份低硬度热塑性聚氨酯、0～5份润滑剂和0～1份抗氧剂混合均匀，加入双螺杆挤出机中熔融挤出、压延、收卷，得到前驱热塑性聚氨酯卷材；(2)将前驱热塑性聚氨酯卷材置入高压流体中浸渍，得到浸渍热塑性聚氨酯卷材，随后对浸渍热塑性聚氨酯卷材进行低温锁气和低温存储；(3)在经过低温存储的热塑性聚氨酯卷材中通入加热介质并进行物理发泡，冷却、收卷，得到所述高硬度热塑性聚氨酯发泡卷材；所述高硬度热塑性聚氨酯的硬度为55～90HD，流动点为190～208℃；所述低硬度热塑性聚氨酯的硬度＜55HD；所述前驱热塑性聚氨酯卷材的厚度为0.5～3mm。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高硬度热塑性聚氨酯的熔点范围为170～210℃；所述高硬度热塑性聚氨酯在210℃、2.16kg条件下测得的熔融指数为1～15g/10min。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，高压流体的压力为1～30MPa，浸渍时间为1～48h，所述浸渍热塑性聚氨酯卷材中高压流体的质量百分含量为1～10...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟文涛，
申请(专利权)人：中山大学南昌研究院，
类型：发明
国别省市：