本发明专利技术公开了一种无毒、无异味、可回收的环保型聚氨酯发泡型材及其制备方法，其特点在于该发泡型材是使用聚氨酯原料在物理气体发泡剂存在下由物理气体发泡法直接制备而成，其发泡密度为0.08-0.80g/cm3，发泡倍率为1.5-15倍，平均孔径为10-100μm，泡孔均匀分布，95％的泡孔的直径偏差不超过平均孔径的10％，无皮层结构，可为任何形状的发泡材料。该种环保型聚氨酯发泡型材软硬可调，性能优异，可广泛应用于包装、人体护具、鞋制品、汽车内装饰件、减震垫片、建筑节能、隔音材料等领域。该制备方法从源头上彻底消除了聚氨酯发泡材料生产过程中有害气体排放以及单体残留物对人体健康的伤害和对环境污染的问题，为聚氨酯发泡材料的绿色环保和节能减排提供了一条切实可行的发展途径。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种，属于高聚物物理气体发泡材料领域。
技术介绍
高分子发泡材料是一类气体分散于固体聚合物中形成的聚集体，具有质轻、隔热、 缓冲、绝缘的优点，因此在很多领域中有着广泛的应用。聚氨酯发泡材料是其中最重要的一种发泡材料，它用量大、应用范围广、无可替代。目前，生产聚氨酯发泡材料的方法主要是化学发泡法，即将各种原料如异氰酸酯、 多元醇、催化剂、外发泡剂、交联剂等按一定比例混合均勻后注入模具中，在发生化学反应的同时进行发泡，发泡成型后从模具中取出即可得到一定形状和尺寸的发泡材料。这种方法的优点是可以大量、快速、方便地生产不同规格和形状的产品。然而，近年来这种方法越来越受到来自绿色环保和节能减排的压力，因为化学发泡法使用的各种异氰酸酯都对人体健康有害，生产过程中需要使用的外发泡剂如CFC-11(第一代已被禁用)、HCFC-141b (第二代正在使用)、HFC-M5fa(第三代开始在发达国家使用)、HFC-365mfc(第四代正在研发工业化产品)等化学物质均对臭氧层有破坏作用，同时在生产过程中会排放大量的温室气体二氧化碳，在发泡过程中发生的交联反应使得废弃物不能回收利用，造成巨大的资源浪费和环境污染。所有的这些问题都严重影响了化学发泡法生产聚氨酯发泡材料的生存与发展。此外，为了满足环保法规的要求，聚氨酯产业被迫要投入巨额科研经费、人力及物力资源研发新的发泡剂，以期达到规定的减排目标并同时维持已有聚氨酯发泡材料的性能。即便这样，也还是没有从根本上消除化学有机物对环境的排放问题。因此，必须寻找新的解决聚氨酯产业环保问题的途径。本专利技术就是顺应了当今世界发展的趋势，采用物理气体发泡这种新兴的、更为环保的技术，由聚氨酯的聚合物原料直接制备聚氨酯发泡材料。新技术从源头上彻底消除了产品中的有害物质，避免了对人体健康的伤害和对环境的污染，从而实现真正意义上的绿色环保和节能减排。有关以聚氨酯的聚合物为原料生产聚氨酯发泡材料的文献极少，现已查到如下专利文献DE4015714A1描述了在注塑机中生产的玻璃纤维增强的热塑性聚氨酯(TPU)泡沫板。采用化学发泡剂发泡生产，其发泡密度为800g/L或更大，属于TPU微减重的增强板。W09420568A1公开了基于热塑性聚氨酯的可模塑泡沫。但该专利申请已撤销。CN101370861A也公开了基于热塑性聚氨酯的泡沫。这些泡沫是由熔程起点在 130°C以下的比较柔软的聚氨酯原料，在112-125 反应釜内，用正丁烷浸渍和膨胀生产得到具有堆积密度120-300g/L的发泡珠粒。众所周知，浸渍法生产过程中要使用分散介质和分散剂，泡沫珠粒要酸洗和风干，所以整个生产过程操作繁琐、能耗高、周期长、不环保。ZL01804920. 6公开了聚氨酯热塑弹性体组合物的泡沫体及其制备方法，采用超临界二氧化碳的挤出注塑成型发泡工艺设备，制备受控发泡的聚氨酯泡沫体。众所周知，这种挤出注塑成型的微孔发泡技术很难克服表层和芯层泡孔分布不均勻的缺陷，即表层为未发泡的皮层，而芯层发泡过度，不容易得到高发泡倍率、泡孔大小分布均勻的发泡材料。从实施例所给出的发泡体的泡孔密度才12X 107cm3而泡孔直径为50-90 μ m，远低于相同泡孔直径的微孔发泡材料的泡孔密度至少>106/cm3，可以推断这样的发泡材料泡孔在材料实体中呈离散式分布，不能最大限度的减重和优化材料的力学性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足而提供一种无毒、无异味、可回收的环保型聚氨酯发泡型材的制备方法，其特点是使用聚氨酯的聚合物为原料在物理气体发泡剂存在下由物理气体发泡法直接制备聚氨酯发泡材料，该方法彻底消除了通常的聚氨酯发泡材料中的有害物质和异味，实现了对臭氧层有破坏作用物质的零排放，使产品废弃物可回收利用，促进聚氨酯产业的节能减排和绿色环保。本专利技术者发现，聚氨酯分子链组成结构中的硬段结晶微粒所具有的刚性和其分子链之间氢键相互作用所形成的物理交联网，可有效地限制聚氨酯熔体高分子链的自由移动。本专利技术者还发现当温度介于聚氨酯结晶熔融的起始点到结晶完全熔融的结束点之间 (Tstart-Tend)时，高压气体很容易溶解渗透到聚氨酯熔体中达到平衡；而当高压气体快速卸压时，聚氨酯熔体会在内外压差的驱动下自发地进行气泡成核增长。聚氨酯分子链结构中的软段充当了材料的体积膨胀，而其硬段结晶微粒不仅作为气泡增长的成核点，还可作为聚氨酯熔体结晶的成核点。本专利技术者进一步发现在适当条件下(温度、压力和卸压速度)， 聚氨酯分子链间氢键作用所形成的物理交联网足以包覆住气体膨胀。而在熔体膨胀过程中硬段结晶微粒所诱导产生的聚氨酯结晶，可以快速固化发泡材料的泡孔结构。关于硬段结晶微粒和其分子链之间氢键相互作用在聚氨酯物理气体发泡过程中所起的作用或者作用机理可以看成是本专利技术者的一种合理推测或者假想，是否成立并不影响本专利技术的具体实施结果。本专利技术者发现，在适当的温度下，高压气体在聚氨酯熔体中达到饱和后，可在同一温度下卸压发泡而直接得到泡孔大小均勻的聚氨酯发泡材料。由此也可以推断当发泡剂与聚氨酯熔体在高温下熔融挤出混合均勻后，降温到适当的温度下(Tstart-Tmd),快速挤出卸压和冷却，也可得到聚氨酯发泡材料。因此，本专利技术的无毒、无异味、可回收的环保型聚氨酯发泡型材可以进行如下描述它是使用含有改性剂的聚氨酯原料在物理气体发泡剂存在下由物理气体发泡法直接制备而成，其特征在于该发泡型材的发泡密度为0. 08-0. 80g/cm3，发泡倍率为1. 5-15 倍，平均孔径为10-100 μ m，泡孔均勻分布，95%的泡孔的直径偏差不超过平均孔径的 10%，无皮层结构。本专利技术的物理气体发泡法是模压物理气体发泡法、挤出物理气体发泡法或高压反应釜浸渍法。本专利技术的物理发泡剂为氮气、二氧化碳、空气、3-8个碳原子的饱和脂肪烃中的任一种或几种混合物。本专利技术的聚氨酯可以是基于聚醚多元醇的聚醚型聚氨酯，也可以是基于聚酯多元醇的聚酯型聚氨酯，还可以是两种聚醚型聚氨酯的混合物或两种聚酯型聚氨酯的混合物或聚醚型聚氨酯和聚酯型聚氨酯的混合物。为了优化加工条件和产品性价比，还可将不同熔点的或不同软硬段组分的聚氨酯进行共混而制备的聚氨酯共混物。原则上所有商业化生产销售的聚氨酯都适合作为本专利技术的原料，但是可以根据实际发泡材料应用的要求和加工设备条件的适用范围，选择相应的聚氨酯树脂。例如，作为软泡聚氨酯应用的原料就应当优选熔点较低(< 150°C )和含有较高软段组分的那些；而作为硬泡聚氨酯应用的原料则应当优选熔点较高(150-250°C )和含有较高硬段组分的那些。 本专利技术优选的聚氨酯是通过DSC以10°C /min的升温速度测量的熔程起点介于100-250°C 之间的那些，更优选介于120-220°C之间的那些。本专利技术的改性剂为成核剂、抗氧剂、抗静电剂、脱模剂、染料和颜料、无机和/或有机填料、增强剂、增塑剂、阻燃剂、交联剂和相容剂中的任一种，改性剂在聚氨酯中的含量为0.2-40wt. %。以不影响聚氨酯的可发泡性能和产品的绿色环保理念为度。本专利技术的发泡型材可为发泡粒子、发泡板材或任何形状的发泡材料，其中，为发泡粒子时其长径为3-15mm，为发泡板材时其厚度为0. 5_40mm。一般说来，本本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．无毒、无异味、可回收的环保型聚氨酯发泡型材，它是使用含有改性剂的聚氨酯原料在物理气体发泡剂存在下由物理气体发泡法直接制备而成，发泡倍率为１．５－１５倍，其特征在于该发泡型材的发泡密度为０．０８－０．８０ｇ／ｃｍ３，平均孔径为１０－１００μｍ，泡孔均匀分布，９５％的泡孔的直径偏差不超过平均孔径的１０％，无皮层结构。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李文光，虞晨阳，王亚，吴炳田，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：90
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