CN108912660A - 高性能改性蒙脱土/热塑性聚氨酯弹性体发泡珠粒及其制备方法 - Google Patents

高性能改性蒙脱土/热塑性聚氨酯弹性体发泡珠粒及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高性能改性蒙脱土/热塑性聚氨酯弹性体发泡珠粒及其制备方法，属于聚合物技术领域。所述的发泡珠粒，由下列质量份数的物质组成：热塑性聚氨酯弹性体100‑200份；有机改性蒙脱土0.5‑10份；脱模剂0.5‑10份。制得的发泡珠粒具有高强度、高耐热和高尺寸稳定性，且热收缩率低。本发明还提供其制备方法，分为两个步骤，科学合理，简单易行。

Description

高性能改性蒙脱土/热塑性聚氨酯弹性体发泡珠粒及其制备 方法
技术领域
本发明涉及一种高性能改性蒙脱土/热塑性聚氨酯弹性体发泡珠粒及其制备方法，属于聚合物技术领域。
背景技术
热塑性聚氨酯弹性体是一类性能与加工工艺介于塑料和橡胶之间的特殊的、性能优异的、应用范围广的高分子材料。以热塑性聚氨酯弹性体为基体制备的泡沫材料既保留原基体优异的性能，同时又获得优异的回弹性，可以在比较宽泛的温度范围内使用。目前热塑性聚氨酯弹性体发泡珠粒的制备工艺主要为间歇式釜压发泡，连续挤出发泡和注塑发泡成型。制备出的发泡粒子具有密度低，隔热隔音、比强度高、缓冲等一列优点，因此在包装业、工业、农业、交通运输业、军事工业、航天工业以及日用品等领域得到广泛应用。然而，目前大部分热塑性聚氨酯弹性体发泡粒子的尺寸稳定性差，容易热收缩，造成制品不稳定而影响使用。近年来，有机-无机纳米复合材料由于具有特殊的纳米表面界面效应，使得其优于相同成分的常规材料的尺寸稳定性和力学性能。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种高性能改性蒙脱土/热塑性聚氨酯弹性体发泡珠粒，具有高强度、高耐热和高尺寸稳定性，且热收缩率低。
同时，本发明还提供其制备方法，科学合理，简单易行。
本发明所述的高性能改性蒙脱土/热塑性聚氨酯弹性体发泡珠粒，由下列质量份数的物质组成：
热塑性聚氨酯弹性体 100-200份；
有机改性蒙脱土 0.5-10份；
脱模剂 0.5-10份；
其中，热塑性聚氨酯弹性体为聚醚型、聚酯型或聚碳酸酯型中的一种或几种；R值为0.900-1.300，硬度范围55-95A。
天然蒙脱土因其高长径比、高比表面积和多维度等特点被广泛应用在纳米复合材料中以提高其尺寸稳定性和力学性能。
所述的有机改性蒙脱土为季铵盐、硅烷偶联剂或者脂肪胺改性后的蒙脱土中的一种。
优选的，所述的有机改性剂为单季铵盐、三季铵盐、多季铵盐或超支化季铵盐中的一种。
所述的脱模剂为橡胶类脱模剂。
优选的，所述的脱模剂为有机硅树脂、硅油、硅橡胶或甲基硅油中的一种。
本发明所述的高性能改性蒙脱土/热塑性聚氨酯弹性体发泡珠粒的制备方法，包括以下步骤：
1)将100-200份热塑性聚氨酯弹性体、0.5-10份有机改性蒙脱土和0.5-10份脱模剂加入双螺杆挤出机中熔融共混后并进行造粒；
2)将步骤1中所制得粒子倒入高压釜中，排净釜内气体，按照每分钟1-5kg的流量通入CO2，升温升压使得CO2处于超临界状态，并在70-180℃、3-30MPa的压力下保压渗透0.2-5小时，接着快速泄压得到改性蒙脱土/热塑性聚氨酯弹性体发泡珠粒。
所述的步骤2中，超临界状态CO2发泡，发泡工艺为间歇式釜压发泡；并采用一阶泄压的方式。
所述的步骤1中，双螺杆挤出机的温区温度范围为120-220℃。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.制得的发泡珠粒具有高强度、高耐热和高尺寸稳定性，热收缩率低，有机改性蒙脱土的加入提高了聚氨酯弹性体发泡珠粒的尺寸稳定性；
2.制得的发泡珠粒的热收缩率有原来的1-0.3％降低到0.1-0.02％，将发泡珠粒模压成型后，测试其拉伸强度由原来10-15kgf/cm2提高到25-40kgf/cm2，并且其压缩形变由原来的15-30％降低到1-8％；
3.所述的制备方法，科学合理，简单易行。
附图说明
图1是不同含量的改性蒙脱土对改性蒙脱土/热塑性聚氨酯弹性体发泡珠粒力学性能的影响图；
图2是发泡工艺对改性蒙脱土/热塑性聚氨酯弹性体发泡珠粒尺寸稳定性的影响图；
图3是发泡工艺对改性蒙脱土/热塑性聚氨酯弹性体发泡珠粒压缩永久变形的影响图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1
取100kg聚酯型的热塑性聚氨酯弹性体(TPU)，2.5kg季铵盐改性的蒙脱土(OMMT)和3kg脱模剂硅油加入至双螺杆挤出机料斗中，三区温度分别为180℃、190℃、200℃，模头温度为100℃，将挤出的物料进行水下造粒得到OMMT/TPU复合粒子；
取500g OMMT/TPU复合粒子放入3L的高压釜中，排净釜内气体，按照每分钟1kg的流量通入CO2，升温升压使得二氧化碳处于超临界状态，并在100℃的温度、25MPa的压力下保压渗透2小时，接着快速泄压得到OMMT/TPU发泡珠粒。
实施例2
取100kg聚酯型的热塑性聚氨酯弹性体(TPU)，5kg季铵盐改性的蒙脱土(OMMT)和3kg脱模剂有机硅树脂加入至双螺杆挤出机料斗中，三区温度分别为150℃、160℃、170℃，模头温度为80℃，将挤出的物料进行水下造粒得到OMMT/TPU复合粒子；
取500g TPU/OMMT复合粒子放入3L的高压釜中，排净釜内气体，按照每分钟1kg的流量通入CO2，升温升压使得二氧化碳处于超临界状态，并在100℃的温度、27MPa的压力下保压渗透2.5小时，接着快速泄压得到OMMT/TPU发泡珠粒。
实施例3
取100kg聚酯型的热塑性聚氨酯弹性体(TPU)，10kg季铵盐改性的蒙脱土(OMMT)和5kg脱模剂硅橡胶加入至双螺杆挤出机料斗中，三区温度分别为190℃、200℃、210℃，模头温度为80℃，将挤出的物料进行水下造粒得到TPU/OMMT复合粒子；
取500g聚酯型热塑性弹性体(TPU)放入3L的高压釜中，排净釜内气体，按照每分钟2kg的流量通入CO2，升温升压使得二氧化碳处于超临界状态，并在150℃的温度、30MPa的压力下保压渗透4小时，接着快速泄压得到OMMT/TPU发泡珠粒。
实施例4
取100kg聚酯型的热塑性聚氨酯弹性体(TPU)，2kg季铵盐改性的蒙脱土(OMMT)和6kg脱模剂甲基硅油加入至双螺杆挤出机料斗中，三区温度分别为180℃、190℃、200℃，模头温度为100℃，将挤出的物料进行水下造粒得到OMMT/TPU复合粒子；
取500g聚酯型热塑性弹性体(TPU)放入3L的高压釜中，排净釜内气体，按照每分钟5kg的流量通入CO2，升温升压使得二氧化碳处于超临界状态，并在120℃的温度、20MPa的压力下保压渗透1小时，接着快速泄压得到OMMT/TPU发泡珠粒。
实施例5
取100kg聚酯型的热塑性聚氨酯弹性体(TPU)，0.5kg季铵盐改性的蒙脱土(OMMT)和3kg脱模剂有机硅树脂放置在挤出机料斗中，三区温度分别为180℃、190℃、200℃，模头温度为100℃，将挤出的物料进行水下造粒得到TPU/OMMT复合粒子；
取500g聚酯型热塑性弹性体(TPU)放入3L的高压釜中，排净釜内气体，按照每分钟3kg的流量通入CO2，升温升压使得二氧化碳处于超临界状态，并在110℃的温度、30MPa的压力下保压渗透2小时，接着快速泄压得到TPU发泡珠粒。
实施例6
取100kg聚酯型的热塑性聚氨酯弹性体(TPU)，8kg季铵盐改性的蒙脱土(OMMT)和2kg脱模剂硅油加入至双螺杆挤出机料斗中，三区温度分别为185℃、190℃、210℃，模头温度为100℃，将挤出的物料进行水下造粒得到OMMT/TPU复合粒子；
取500g聚酯型热塑性弹性体(TPU)放入3L的高压釜中，排净釜内气体，按照每分钟2.5kg的流量通入CO2，升温升压使得二氧化碳处于超临界状态，并在160℃的温度、20MPa的压力下保压渗透3.5小时，接着快速泄压得到OMMT/TPU发泡珠粒。
实施例7
取100kg聚酯型的热塑性聚氨酯弹性体(TPU)，1kg季铵盐改性的蒙脱土(OMMT)和2.5kg脱模剂硅橡胶加入至双螺杆挤出机料斗中，三区温度分别为160℃、170℃、200℃，模头温度为100℃，将挤出的物料进行水下造粒得到OMMT/TPU复合粒子；
取500g聚酯型热塑性弹性体(TPU)放入3L的高压釜中，排净釜内气体，按照每分钟1.5kg的流量通入CO2，升温升压使得二氧化碳处于超临界状态，并在110℃的温度、30MPa的压力下保压渗透2小时，接着快速泄压得到OMMT/TPU发泡珠粒。
实施例8
取100kg聚酯型的热塑性聚氨酯弹性体(TPU)，4kg季铵盐改性的蒙脱土(OMMT)和3kg脱模剂甲基硅油加入至双螺杆挤出机料斗中，三区温度分别为120℃、200℃、220℃，模头温度为80℃，将挤出的物料进行水下造粒得到OMMT/TPU复合粒子；
取500g聚酯型热塑性弹性体(TPU)放入3L的高压釜中，排净釜内气体，按照每分钟5kg的流量通入CO2，升温升压使得二氧化碳处于超临界状态，并在120℃的温度、30MPa的压力下保压渗透4.5小时，接着快速泄压得到OMMT/TPU发泡珠粒。
实施例9
取100kg聚酯型的热塑性聚氨酯弹性体(TPU)，7kg季铵盐改性的蒙脱土(OMMT)和3kg脱模剂有机硅树脂加入至双螺杆挤出机料斗中，三区温度分别为170℃、205℃、210℃，模头温度为80℃，将挤出的物料进行水下造粒得到OMMT/TPU复合粒子；
取500g聚酯型热塑性弹性体(TPU)放入3L的高压釜中，排净釜内气体，按照每分钟3kg的流量通入CO2，升温升压使得二氧化碳处于超临界状态，并在170℃的温度、15MPa的压力下保压渗透3小时，接着快速泄压得到OMMT/TPU发泡珠粒
对比例1
取500g聚酯型热塑性弹性体(TPU)放入3L的高压釜中，排净釜内气体，按照每分钟1kg的流量通入CO2，升温升压使得二氧化碳处于超临界状态，并在100℃的温度、25MPa的压力下保压渗透2小时，接着快速泄压得到TPU发泡珠粒。
对实施例1-9和对比例中的发泡珠粒性能进行表征，结果如图1、图2和图3所示。
力学性能：从图1中可以看出不同含量的有机改性的蒙脱土不同程度的提高TPU的拉伸强度，当OMMT的含量为4-6％时，OMMT/TPU的拉伸强度最大，断裂伸长率最高。随着OMMT含量的增加，明显的团聚效应使得其分子结构发生变化而影响了力学性能。
热稳定性：从图2中可以看出不同工艺参数对发泡珠粒尺寸稳定性的影响，当保压压力30MPa时，热尺寸稳定性最优，48小时后热收缩率保持在0.1％。
压缩永久变形：从图3中可以看出不同工艺参数对发泡珠粒压缩永久变形的影响，在保压压力30MPa的条件下，48小时后，发泡珠粒的压缩永久变形仅为1mm。
综上所述，通过添加有机改性后的OMMT，能大大提高发泡珠粒的力学性能，OMMT的含量为4-6％时，拉伸强度和断裂伸长率达到最大值，当保压压力为30MPa时，热尺寸稳定性和压缩永久变形达到最佳效果。

Claims (8)

1.一种高性能改性蒙脱土/热塑性聚氨酯弹性体发泡珠粒，其特征在于：由下列质量份数的物质组成：
热塑性聚氨酯弹性体 100-200份；
有机改性蒙脱土 0.5-10份；
脱模剂 0.5-10份；
其中，热塑性聚氨酯弹性体为聚醚型、聚酯型或聚碳酸酯型中的一种或几种；R值为0.900-1.300，硬度范围55-95A。
2.根据权利要求1所述的高性能改性蒙脱土/热塑性聚氨酯弹性体发泡珠粒，其特征在于：有机改性蒙脱土为季铵盐、硅烷偶联剂或者脂肪胺改性后的蒙脱土中的一种。
3.根据权利要求2所述的高性能改性蒙脱土/热塑性聚氨酯弹性体发泡珠粒，其特征在于：有机改性剂为单季铵盐、三季铵盐、多季铵盐或超支化季铵盐中的一种。
4.根据权利要求1所述的高性能改性蒙脱土/热塑性聚氨酯弹性体发泡珠粒，其特征在于：脱模剂为橡胶类脱模剂。
5.根据权利要求4所述的高性能改性蒙脱土/热塑性聚氨酯弹性体发泡珠粒，其特征在于：脱模剂为有机硅树脂、硅油、硅橡胶或甲基硅油中的一种。
6.一种权利要求1-5任一所述的高性能改性蒙脱土/热塑性聚氨酯弹性体发泡珠粒的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)将100-200份热塑性聚氨酯弹性体、0.5-10份有机改性蒙脱土和0.5-10份脱模剂加入双螺杆挤出机中熔融共混后并进行造粒；
2)将步骤1中所制得粒子倒入高压釜中，排净釜内气体，按照每分钟1-5kg的流量通入CO2，升温升压使得CO2处于超临界状态，并在70-180℃、3-30MPa的压力下保压渗透0.2-5小时，接着快速泄压得到改性蒙脱土/热塑性聚氨酯弹性体发泡珠粒。
7.根据权利要求6所述的高性能改性蒙脱土/热塑性聚氨酯弹性体发泡珠粒的制备方法，其特征在于：步骤2中，超临界状态CO2发泡，发泡工艺为间歇式釜压发泡；并采用一阶泄压的方式。
8.根据权利要求6所述的高性能改性蒙脱土/热塑性聚氨酯弹性体发泡珠粒的制备方法，其特征在于：步骤1中，双螺杆挤出机的温区温度范围为120-220℃。
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