CN110760168B - 一种热塑性聚酯弹性体发泡颗粒及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种热塑性聚酯弹性体发泡颗粒及其制备方法,本发明涉及高分子发泡材料领域,本热塑性聚酯弹性体发泡颗粒的制备方法为将100重量份的聚酯弹性体粒子,100‑500重量份水,1‑50重量份发泡剂加入到压力容器中,搅拌形成悬浮液;将得到的悬浮液升温至T1,保持压力容器压力为10‑200bar,恒温恒压0‑5分钟;将压力容器内温度降温至T2,保持压力容器压力为10‑200bar,恒温恒压0‑5分钟;将压力容器通过放料阀门泄压,并将悬浮液排入到大气环境中,干燥处理,得到热塑性聚酯弹性体发泡颗粒。本制备方法无需采用泡孔尺寸稳定剂以及熔体粘度调节剂进行改性,另外避免了热塑性聚酯弹性体在釜压发泡过程中耐水解差的问题,生产工艺流程简单,效率高。
Description
技术领域
本发明涉及高分子发泡材料领域,具体涉及一种热塑性聚酯弹性体发泡颗粒及其制备方法。
背景技术
热塑性聚酯弹性体(TPEE)是一种含有芳香族聚酯硬段和聚醚酯软段的呈两相分离微观结构的嵌段共聚物。热塑性聚酯弹性体的硬段一般为高硬度结晶性PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯),软段通常选择具有较好柔顺性的聚醚[如聚乙二醇醚(PEG)、聚丙二醇醚(PPG)、聚四氢呋喃醚二醇(PTMG)等。热塑性聚酯弹性体具有极高的拉伸强度,优异的耐热性能,较宽的使用温度范围,极好的耐化学介质性,优异的的耐疲劳性能,并且可回收再利用。目前主要用于要求减震、耐冲击、耐曲挠、密封性和弹性,耐油、耐化学品并要求足够强度的领域。
聚合物发泡材料是一种把气体作为填料的复合型材料,因为泡孔的出现,使得该材料比强度大、密度低、能量吸收大,缓冲减震、隔热隔音,使用价值高。目前,人们已将聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚氨酯(PU)、热塑性聚氨酯弹性体(TPU)等大多数聚合物树脂成功加工成发泡材料。相对来说,热塑性聚酯弹性体发泡材料十分少见,但却是一种集多种优良性能于一体的新型环保产品,对热塑性聚酯弹性体颗粒进行发泡,并将发泡后的热塑性聚酯弹性体颗粒通过模塑成型的方式制备出需要的材料,不仅保持了热塑性聚酯弹性体原有的优异性质,同时赋予材料轻量性、缓冲性以及绝热性,并且成型工艺简单,得到的材料形式丰富,可广泛用于缓冲、减震、隔热领域。因而,热塑性聚酯弹性体发泡产品的开发具有重大意义。
现有的技术中,CN 101935405 B公开了一种热塑性聚酯弹性体闭孔微发泡制品的成型方法,在带毛细通孔的成型模具中填充热塑性聚酯弹性体,悬空放入高压容器,向高压容器内注入氮气或二氧化碳置换高压容器内空气,调控高压容器的温度和压力,并在恒温恒压下保持一段时间,然后泄压,取出成型模具,冷却后去除成型模具,制得热塑性聚酯弹性体闭孔微发泡制品。该制备方法虽然得到了泡孔均匀的热塑性聚酯弹性体发泡材料,然而其制备工艺却过于精细和复杂,操作难度大,成型温度过高,且成品的形式和种类有很大的局限性。CN107641293A公开了一种热塑性聚酯弹性体发泡用前体、发泡体及其制备方法,其技术方案是在热塑性聚酯弹性体中混入熔体熔融粘度调节剂和泡孔稳定剂制备前驱体,再将前驱体和水加入高压釜中浸渍恒温2-3小时,保温保压制备得到聚酯弹性体发泡材料。该方法制备的热塑性聚酯弹性体发泡材料不仅配方复杂,还需要螺杆挤出机制备前驱体,原料成本和生产成本较高;并且由于热塑性聚酯弹性体在高温下不耐水解,该方法需要在100-175℃高温下保温保压2-3h,这对热塑性聚酯弹性体发泡成型是极为不利的,发泡过程中容易破孔坍塌、发泡粒子成型困难。
此外热塑性聚酯弹性体耐水解性差,尤其是在釜压发泡工艺制备发泡粒子过程中,由于热塑性聚酯弹性体需要浸渍在高温高压水中较长时间,更加容易导致热塑性聚酯弹性体的水解,进而熔体强度下降明显,发泡粒子容易出现破孔,收缩,物理性能下降的问题。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题提供一种热塑性聚酯弹性体发泡颗粒及其制备方法,无需采用泡孔尺寸稳定剂以及熔体粘度调节剂进行改性,另外避免了热塑性聚酯弹性体在釜压发泡过程中耐水解差的问题,生产工艺流程简单,生产周期短,效率高,生产制备的热塑性聚酯弹性体发泡颗粒具有均匀的泡孔结构,闭孔率达到98%以上,用本热塑性聚酯弹性体发泡颗粒成型的发泡热塑性聚酯弹性体制品具有良好的拉伸强度,优异的回弹性,低压缩变形的性能。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种热塑性聚酯弹性体发泡颗粒,包括热塑性聚酯弹性体作为基体树脂,所述热塑性聚酯弹性体的邵氏硬度为30D-55D,流变软化温度为100-200℃。
本发明的有益效果是:本发明热塑性聚酯弹性体,无需添加改性助剂,开发了膨胀的热塑性聚酯弹性体发泡颗粒,简化了生产工序,降低成本,制成的热塑性聚酯弹性体发泡颗粒具有优异的机械性能。
在上述技术方案的基础上,本发明还可以做如下改进。
进一步,所述热塑性聚酯弹性体中含有占其总重量0.05-3%的碳化二亚胺类化合物,所述热塑性聚酯弹性体的分子量为40000~140000g/mol。
采用上述进一步方案的有益效果是:提高热塑性聚酯弹性体发泡颗粒的机械性能。
进一步,所述热塑性聚酯弹性体的硬段由二元酸或其甲酯化物与小分子二元醇反应得到。
采用上述进一步方案的有益效果是:提高热塑性聚酯弹性体发泡颗粒的机械性能。
进一步,所述二元酸或其甲酯化物中包括对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯中的一种或多种混合;所述小分子二元醇的分子量为62-600g/mol,所述小分子二元醇包括乙二醇、1,3-丙二醇或1,4-丁二醇中的一种或多种混合。
采用上述进一步方案的有益效果是:提高热塑性聚酯弹性体发泡颗粒的机械性能。
进一步,所述热塑性聚酯弹性体的软段为聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚己内酯多元醇或聚碳酸酯多元醇中的一种或多种混合,所述多元醇单体的分子量为230-4000g/mol。
采用上述进一步方案的有益效果是:提高热塑性聚酯弹性体发泡颗粒的机械性能。
进一步,所述热塑性聚酯弹性体的邵氏硬度为30D-40D,流变软化温度为125-175℃。
采用上述进一步方案的有益效果是:提高热塑性聚酯弹性体发泡颗粒的机械性能。
本发明还提供一种热塑性聚酯弹性体发泡颗粒制备方法,包括以下步骤:
S1、将100重量份的聚酯弹性体粒子,100-500重量份水和1-50重量份发泡剂加入到压力容器中,搅拌形成悬浮液;
S2、将步骤S1得到的悬浮液升温至T1,保持压力容器压力为10-200bar,恒温恒压0-5分钟;
S3、将压力容器内温度降温至T2,保持压力容器压力为10-200bar,恒温恒压0-5分钟;
S4、将压力容器通过放料阀门泄压,并将悬浮液排入到大气环境中,干燥处理,得到热塑性聚酯弹性体发泡颗粒。
本发明的有益效果是:(1)本发明采用的热塑性聚酯弹性体,无需添加改性助剂,开发了膨胀的热塑性聚酯弹性体发泡颗粒,简化了生产工序,降低成本。
(2)本发明采用先升温后降温的发泡工艺,极大地缩短了釜压发泡过程中热塑性聚酯弹性体浸渍在高温高压水中的时间,有效避免热塑性聚酯弹性体发生水解的问题,生产效率也得到极大提高。
(3)本发明所制备的热塑性聚酯弹性体发泡颗粒具有密度低,密度为0.05-0.8g/cm3,泡孔结构均匀,闭孔率高的特点。成型制品具备外观形状良好,高强度,高回弹,低压缩变形的优异性能。
进一步,在步骤S2中,所述T1的温度范围为-30℃≤T1≤200℃,在步骤S3中,所述步T2的温度范围为-110℃≤T2≤190℃。
采用上述进一步方案的有益效果是:利于进行发泡,制得的热塑性聚酯弹性体发泡颗粒回弹性更好,强度更高。
进一步,所述发泡剂为氮气、二氧化碳、空气、甲烷、丙烷、丁烷或戊烷中的一种或几种混合。
采用上述进一步方案的有益效果是:发泡效果更好。
本发明还提供一种热塑性聚酯弹性体泡沫制品,包括上述热塑性弹性体发泡颗粒,将所述热塑性弹性体发泡颗粒通过100-200℃水蒸气模塑成型工艺或胶粘剂模压粘接工艺得到热塑性聚酯弹性体泡沫制品。
本发明泡沫制品有益效果是:能够快速成型。
附图说明
图1为本发明热塑性聚酯弹性体发泡颗粒泡孔结构扫描电镜图。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。
实施例1
热塑性聚酯弹性体的邵氏硬度30D,通过邵氏D型硬度计测得,流变软化温度为125℃,按照岛津CFT-500系列流变仪按照5K/min测得,热塑性聚酯弹性体基体树脂中含有占其总重量0.05%的碳化二亚胺类化合物,热塑性聚酯弹性体的分子量为40000g/mol,所述热塑性聚酯弹性体的硬段由对苯二甲酸或其甲酯化物与分子量为62g/mol乙二醇和1,3-丙二醇的混合物反应得到,所述热塑性聚酯弹性体的软段为聚醚多元醇,所述多元醇单体的分子量为230g/mol;
一种热塑性聚酯弹性体发泡颗粒的制备方法,包括:
将100重量份聚酯弹性体粒子,30重量份丁烷发泡剂:以及300重量份水加入到500L的压力容器中形成悬浮液,然后升温至172℃,保持压力为85bar,恒温恒压2分钟后将釜内温度降低至132℃,保持压力为85bar,恒温恒压3分钟将压力容器内的悬浮液排入到大气环境中,干燥处理,得到热塑性聚酯弹性体发泡颗粒。经测试所制备的发泡颗粒的密度为0.25g/cm3,泡孔尺寸为50-60um。热塑性聚酯弹性体发泡颗粒经水蒸气130℃模压成型设备进行成型,制得模压发泡成型材料,测试该材料性能。
实施例2
热塑性聚酯弹性体的邵氏硬度35D,通过邵氏D型硬度计测得,流变软化温度为135℃,按照岛津CFT-500系列流变仪按照5K/min测得,热塑性聚酯弹性体基体树脂中含有占其总重量0.1%的碳化二亚胺类化合物,热塑性聚酯弹性体的分子量为60000g/mol,所述热塑性聚酯弹性体的硬段由对苯二甲酸和对苯二甲酸二甲酯与分子量为150g/mol 1,3-丙二醇和1,4-丁二醇混合反应得到;所述热塑性聚酯弹性体的软段为聚己内酯多元醇,所述多元醇单体的分子量为800g/mol;
一种热塑性聚酯弹性体发泡颗粒的制备方法,包括:
将100重量份的聚酯弹性体粒子,40重量份的二氧化碳发泡剂,以及500重量份的水加入到1000L的压力容器中形成悬浮液,然后升温至168℃,保持压力为90bar,恒温恒压5分钟后将釜内温度降低至158℃,保持压力为90bar,恒温恒压1分钟将压力容器内的悬浮液排入到大气环境中,干燥处理,得到热塑性聚酯弹性体发泡材料。经测试所制备的发泡颗粒的密度为0.16g/cm3,泡孔尺寸为65-75um。热塑性聚酯弹性体发泡颗粒经水蒸气100℃模压成型设备进行成型,制得模压发泡成型材料,测试该材料性能。
实施例3
热塑性聚酯弹性体的邵氏硬度40D,通过邵氏D型硬度计测得,流变软化温度为150℃,按照岛津CFT-500系列流变仪按照5K/min测得,热塑性聚酯弹性体基体树脂中含有占其总重量0.15%的碳化二亚胺类化合物,热塑性聚酯弹性体的分子量为90000g/mol,所述热塑性聚酯弹性体的硬段由对苯二甲酸二甲酯与分子量为250g/mol的乙二醇和1,4-丁二醇的混合反应得到,所述热塑性聚酯弹性体的软段为聚碳酸酯多元醇,所述多元醇单体的分子量为1500g/mol;
一种热塑性聚酯弹性体发泡颗粒的制备方法,包括:
将100重量份的聚酯弹性体粒子,30重量份的氮气发泡剂,以及500重量份的水加入到1200L的压力容器中形成悬浮液,然后升温至200℃,保持压力为95bar,恒温恒压3分钟后将釜内温度降低至155℃,保持压力为95bar,恒温恒压4分钟将压力容器内的悬浮液排入到大气环境中,流化床干燥处理,得到热塑性聚酯弹性体发泡材料。经测试所制备的发泡颗粒的密度为0.2g/cm3,泡孔尺寸为55-65um。热塑性聚酯弹性体发泡颗粒经水蒸气140℃模压成型设备进行成型,制得模压发泡成型材料,测试该材料性能。
实施例4
热塑性聚酯弹性体的邵氏硬度50D,通过邵氏D型硬度计测得,流变软化温度为165℃,按照岛津CFT-500系列流变仪按照5K/min测得,热塑性聚酯弹性体基体树脂中含有占其总重量0.2%的碳化二亚胺类化合物,热塑性聚酯弹性体的分子量为120000g/mol,所述热塑性聚酯弹性体的硬段由为对苯二甲酸和对苯二甲酸二甲酯的混合与分子量为400g/mol的1,3-丙二醇和1,4-丁二醇的混合反应得到,所述热塑性聚酯弹性体的软段为聚醚多元醇,所述多元醇单体的分子量为2000g/mol;
一种热塑性聚酯弹性体发泡颗粒的制备方法,包括:
将100重量份的聚酯弹性体粒子,40重量份的戊烷发泡剂,以及300重量份的水加入到500L的压力容器中形成悬浮液,然后升温至192℃,保持压力为90bar,恒温恒压0.5分钟后将釜内温度降低至122℃,保持压力为90bar,恒温恒压2分钟将压力容器内的悬浮液排入到大气环境中,干燥处理,得到热塑性聚酯弹性体发泡颗粒。经测试所制备的发泡颗粒的密度为0.3g/cm3,泡孔尺寸为50-60um。热塑性聚酯弹性体发泡颗粒经水蒸气200℃模压成型设备进行成型,制得模压发泡成型材料,测试该材料性能。
实施例5
热塑性聚酯弹性体的邵氏硬度55D,通过邵氏D型硬度计测得,流变软化温度为175℃,按照岛津CFT-500系列流变仪按照5K/min测得,热塑性聚酯弹性体基体树脂中含有占其总重量0.3%的碳化二亚胺类化合物,热塑性聚酯弹性体的分子量为140000g/mol,所述热塑性聚酯弹性体的硬段由对苯二甲酸和对苯二甲酸二甲酯的混合与分子量为600g/mol的1,3-丙二醇和1,4-丁二醇的混合反应得到,所述热塑性聚酯弹性体的软段为聚醚多元醇,所述多元醇单体的分子量为4000g/mol;
一种热塑性聚酯弹性体发泡颗粒的制备方法,包括:
将100重量份的聚酯弹性体粒子:,40重量份的氮气发泡剂,以及500重量份的水加入到1200L的压力容器中形成悬浮液,然后升温至200℃,保持压力为95bar,恒温恒压0.5分钟后将釜内温度降低至127℃,保持压力为95bar,恒温恒压5分钟将压力容器内的悬浮液排入到大气环境中,流化床干燥处理,得到热塑性聚酯弹性体发泡颗粒。经测试所制备的发泡颗粒的密度为0.22g/cm3,泡孔尺寸为60-70um。热塑性聚酯弹性体发泡颗粒经水蒸气125℃模压成型设备进行成型,制得模压发泡成型材料,测试该材料性能。
对比例
采用现有厂商生产的热塑性聚酯弹性体,商品名“H3030”、四川晨光科新塑胶有限公司制造,将聚酯弹性体粒子:100重量份,丁烷发泡剂:30重量份,以及300重量水加入到500L的压力容器中形成悬浮液,然后升温至132℃,保持压力为85bar,恒温恒压60分钟后将压力容器内的悬浮液排入到大气环境中,干燥处理,得到热塑性聚酯弹性体发泡颗粒。该工艺制备得到的热塑性聚酯弹性体发泡颗粒存在严重的破孔现象,颗粒外观差,经测试所制备的发泡粒子的密度为0.5g/cm3,泡孔尺寸为20-200um。热塑性聚酯弹性体发泡颗粒经水蒸气180℃模压成型设备进行成型,制得模压发泡成型材料,成型外观极差,测试该材料性能。
对实施例1-5以及对比例通过拉力机测试拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度、压缩变形率、回弹性,拉伸强度测试标准为ASTM D412-16,断裂伸长率测试标准为ASTM D412-16,撕裂强度测试标准为ASTM D624-00(2012),回弹性测试标准为ISO 8307,压缩变形率测试标准为ASTM D395,通过测试硬度,硬度测试标准为ASTM D2240,通过电子扫描透镜检测闭孔率,闭孔率测试标准为ASTM 2856,得到如下表的数据:
表1
由表中的数据可以看出,相比于对比例,实施例1-5采用先升温后降温的发泡工艺所制备的热塑性聚酯弹性体发泡颗粒具有轻质,泡孔结构均匀,闭孔率高的特点,所制备的成型制品具有高强度,高回弹,压缩变形小等优点,本发明采用先升温后降温的釜压发泡工艺,第一步升温至聚酯弹性体熔点附近,使得聚酯弹性体结晶结构达到一定的熔融比例,加速聚酯弹性体分子链段的运动,增加分子链间的自由体积,保证发泡剂能够迅速的在聚合物内部达到最大的溶解量,为得到低密度的发泡颗粒提供保障;第二步降温避免了聚酯弹性体粒子在高温高压下发生水解,使得在发泡过程中聚酯弹性体具有足够的熔体强度以避免发泡后泡孔破裂塌陷,机械强度下降的现象。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种热塑性聚酯弹性体发泡颗粒,其特征在于,包括热塑性聚酯弹性体作为基体树脂,所述热塑性聚酯弹性体的邵氏硬度为30D-55D,流变软化温度为100-200℃;所述热塑性聚酯弹性体中含有占其总重量0.05~3%的碳化二亚胺类化合物;
热塑性聚酯弹性体发泡颗粒的制备方法,包括以下步骤:
S1、将100重量份的聚酯弹性体粒子,100-500重量份水和1-50重量份发泡剂加入到压力容器中,搅拌形成悬浮液;
S2、将步骤S1得到的悬浮液升温至T1,保持压力容器压力为10-200bar,恒温恒压0-5分钟;
S3、将压力容器内温度降温至T2,保持压力容器压力为10-200bar,恒温恒压0-5分钟;
S4、将压力容器通过放料阀门泄压,并将悬浮液排入到大气环境中,干燥处理,得到热塑性聚酯弹性体发泡颗粒。
2.根据权利要求1所述的一种热塑性聚酯弹性体发泡颗粒,其特征在于,所述热塑性聚酯弹性体的分子量为40000~140000g/mol。
3.根据权利要求1所述的一种热塑性聚酯弹性体发泡颗粒,其特征在于,所述热塑性聚酯弹性体的硬段由二元酸或其甲酯化物与小分子二元醇反应得到。
4.根据权利要求3所述的一种热塑性聚酯弹性体发泡颗粒,其特征在于,所述二元酸或其甲酯化物中包括对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯中的一种或多种混合,所述小分子二元醇的分子量为62-600g/mol,所述小分子二元醇包括乙二醇、1,3-丙二醇或1,4-丁二醇中的一种或多种混合。
5.根据权利要求1所述的一种热塑性聚酯弹性体发泡颗粒,其特征在于,所述热塑性聚酯弹性体的软段为聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚己内酯多元醇或聚碳酸酯多元醇中的一种或多种混合,所述多元醇单体的分子量为230-4000g/mol。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种热塑性聚酯弹性体发泡颗粒,其特征在于,所述热塑性聚酯弹性体的邵氏硬度为30D-40D,流变软化温度为125-175℃。
7.根据权利要求1所述的一种热塑性聚酯弹性体发泡颗粒,其特征在于,在步骤S2中,所述T1的温度范围为-30℃≤T1≤200℃,在步骤S3中,所述T2的温度范围为-110℃≤T2≤190℃。
8.根据权利要求1所述的一种热塑性聚酯弹性体发泡颗粒,其特征在于,所述发泡剂为氮气、二氧化碳、空气、甲烷、丙烷、丁烷或戊烷中的一种或几种混合。
9.一种热塑性聚酯弹性体泡沫制品,包括权利要求1-6任一项所述的热塑性弹性体发泡颗粒,将所述热塑性弹性体发泡颗粒通过100-200℃水蒸气模塑成型工艺或胶粘剂模压粘接工艺得到热塑性聚酯弹性体泡沫制品。
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