CN111171501A - 一种发泡玩具用tpe材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及发泡材料的技术领域，尤其是涉及一种发泡玩具用TPE材料及其制备方法，一种发泡玩具用TPE材料，具体包括以下重量份的组分：SEBS 40‑60份；白油10‑20份；发泡剂15‑25份；架桥剂18‑30份；接枝相溶剂12‑20份；耐磨剂6‑12份。通过采用上述技术方案，通过发泡剂、架桥剂、接枝相溶剂的作用下，TPE材料具有较高的发泡倍率，达到0.5；通过耐磨剂的加入，提成了TPE材料的耐磨性能，也保证了TPE材料具有良好的力学性能，力学性能相对于普通SEBS材料保持率超过90%。

Description

一种发泡玩具用TPE材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及发泡材料的技术领域，尤其是涉及一种发泡玩具用TPE材料及其制备方法。
背景技术
热塑性弹性体TPE/TPR，又称人造橡胶或合成橡胶。其产品既具备传统交联硫化橡胶的高弹性、耐老化、耐油性各项优异性能，同时又具备普通塑料加工方便、加工方式广的特点。可采用注塑、挤出、吹塑等加工方式生产，水口边角粉碎后100%直接二次使用。既简化加工过程，又降低加工成本，因此热塑性弹性体TPE/TPR材料已成为取代传统橡胶的最新材料，其环保、无毒、手感舒适、外观精美，使产品更具创意。因此也是一支更具人性化、高品位的新型合成材料，也是世界化标准性环保材料。
现有技术中，在授权公告号为CN106349633B的中国发明专利中，公开了一种高服帖TPE发泡材料，包括如下重量份数的原料：50～60份的氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物；10～15份的低密度聚乙烯接枝马来酸酐；10～15份的烯烃嵌段共聚物；3～5份的丁苯橡胶；8～13份的碳酸钙；0.5～1.0份的硬脂酸；0.5～0.8份的氧化锌；3～4份的偶氮二甲酰胺；2～4份的过氧化二异丙苯。本发明采用SEBS、LDPE、OBC和SBR按特定比例共混，并添加特定比例的CaCO3等加工助剂制得的TPE发泡材料密闭发泡倍率适中，柔韧回弹，具有高拉伸强度和高冲击强度，减震效果好，且干湿止滑性佳，低永久压缩变形，高服帖性，当放在地板上后能够在0.5～1.2秒内展平贴合地板。
虽然通过填加特定的加工助剂，得到的材料发泡倍率适中、柔韧回弹，具有高拉伸强度和高冲击强度，减震效果好，服帖性好，但是耐磨性能仍然有提升的空间。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种发泡玩具用TPE材料，其优势在于，发泡倍率高，耐磨性能良好。
本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种发泡玩具用TPE材料，具体包括以下重量份的组分：
SEBS 40-60份；
白油 10-20份；
发泡剂 15-25份；
架桥剂 18-30份；
接枝相溶剂 12-20份；
耐磨剂 6-12份。
通过采用上述技术方案，通过发泡剂、架桥剂、接枝相溶剂的作用下，TPE材料具有较高的发泡倍率，达到0.5；通过耐磨剂的加入，提成了TPE材料的耐磨性能，也保证了TPE材料具有良好的力学性能，力学性能相对于普通SEBS材料保持率超过90%。
作为优选，所述耐磨剂为纳米碳化硅。
通过采用上述技术方案，纳米碳化硅具有很强的硬度和耐磨性能，经过混合后，使得经过发泡后的TPE具有更好的力学性能和耐磨性。
作为优选，所述纳米碳化硅的尺寸为40-80nm。
通过采用上述技术方案，当纳米碳化硅的尺寸为40-80nm时，当纳米碳化硅的尺寸过小时，容易发生团聚的现象，从而使得TPE材料各处力学性能及硬度差别明显；而当纳米碳化硅的尺寸较大时，对于TPE材料力学性能及硬度的提升较小，因而选用纳米碳化硅的尺寸为40-80nm更加适合。
作为优选，还包括有机硅烷偶联剂4-8份。
通过采用上述技术方案，有机硅烷偶联剂能够覆盖在纳米碳化硅的表面，从而提高纳米碳化硅在其他组分内的分散性，同时，防止纳米碳化硅团聚，提升了TPE材料的综合性能。
作为优选，所述发泡剂为核壳结构发泡剂。
通过采用上述技术方案，发泡剂采用核壳结构，能够更加有效的控制发泡的速度，从而得到孔径较小且均匀的TPE材料，进而使得TPE材料的力学性能及耐磨性能得到提升。
作为优选，所述发泡剂为戊烷-PMMA微球发泡剂。
通过采用上述技术方案，PMMA的熔点高于SEBS粉末，因而当SEBS粉末融化时，PMMA仍然能够保持较为稳定的固态，较好的保护发泡剂，防止发泡剂在没有混合均匀的情况下直接发泡。在混合均匀后，戊烷可以从PMMA外壳内慢慢的溢出，减缓了发泡速度，因而得到了均匀的微孔，TPE具有良好的力学性能和耐磨性能。
作为优选，TPE表面具有孔径为8-13μm的微孔。
通过采用上述技术方案，TPE材料的表面具有8-13μm的微孔，TPE表面通过肉眼观察不到小孔，因而外观美观。同时，由于表面的小孔较小，在TPE材料制作成其他产品时，产品的表面光滑，不会因为小孔而产生强烈的应力集中，提升了TPE材料的耐磨性能。
本发明的第二个目的是提供一种发泡玩具用TPE材料的制备方法。
本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种发泡玩具用TPE材料的制备方法，具体包括以下步骤：
S1：制备发泡剂；
S2：将有机硅烷偶联剂与耐磨剂均匀混合，并进行超声波处理；
S3：将超声波处理后的有机硅烷偶联剂与耐磨剂的混合物加入到反应釜内，并将SEBS、白油、架桥剂、接枝相溶剂加入到反应釜内进行均匀搅拌，形成初料；
S4：将初料加入到中挤出机内并在150-180℃挤出造粒；
S5：将挤出的颗粒加入和发泡剂加入到反应釜内均匀搅拌，并加入到注塑机加热至90℃，再从90℃缓慢加热至120-150℃继续搅拌30min，再将温度缓慢加热至180-200℃注塑成型。
通过采用上述技术方案，通过S1，制备出发泡剂备用，为后续的实验步骤做准备；通过S2，使用有机硅烷偶联剂对耐磨剂进行预处理，使有机硅烷偶联剂均匀的涂覆在耐磨剂的表面，提升耐磨剂分散的稳定性，为后续接枝处理提供条件；通过S3，将SEBS、白油、架桥剂、接枝相溶剂加入到反应釜内，进行反应；通过S4，将反应后的初料挤出造粒，为之后注塑成型及发泡做准备；通过S5，在注塑机内TPE进行均匀物理发泡，并注塑成型为对应的产品。
在发泡的过程中，先将温度提升至90℃，再缓慢提升至120-150℃，在此过程中，SEBS、白油等组分缓慢熔化，PMMA由玻璃态向高弹态逐渐转换，同时，由于温度上升，部分受加热膨胀的戊烷发泡剂从PMMA外壳内缓慢溢出，使TPE形成了多孔结构。之后进一步将温度提升至180-200℃，PMMA逐渐熔化，将剩余的戊烷进一步释放，使得TPE充分发泡。
由于发泡过程是随着温度的提高而不断发生，因而发泡的速度能够得到良好的控制，发泡后产生的气孔尺寸也能够较小，从而保证了TPE材料的发泡倍率较高，同时力学性能优良。
作为优选，S2超声波处理前，先将耐磨剂及有机硅烷偶联剂进行干燥处理。
通过采用上述技术方案，进行干燥处理后，将耐磨剂及有机硅烷偶联剂中含有的水分都去除。当含有水分时，水的极性很大，纳米碳化硅也是极性固体粉体，易与水润湿和吸附，而使碳化硅在水中很好分散，但碳化硅表面有大量的吸附水、配位水、桥-OH基及非桥-OH基的作用会使碳化硅产生大的团聚体。因而，去除水分后，能够减少耐磨剂的团聚，提高耐磨剂的分散性。
作为优选，S5中，注塑机内的温度从90℃提升至120-150℃，从120-150℃提升至180-200℃时，温度的增长速度均小于等于3℃/min。
通过采用上述技术方案，当温度的增长速度小于等于3℃/min时，发泡产生的气孔孔径较小；当温度的增长速度大于3℃/min时，气孔孔径急剧增大，影响了TPE材料的力学性能和耐磨性能。
综上所述，本发明的有益技术效果为：
1.本申请中TPE材料具有较高的发泡倍率，达到0.5；
2.本申请中TPE材料的耐磨性良好；
3.本申请中TPE材料的力学性能相对于普通SEBS材料保持率超过90%。
附图说明
图1是TPE材料图加工工艺流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本申请中，所用原材料均为市售化工原料；
其中，SEBS为巴陵岳化销售的YH-501型SEBS；
架桥剂采用浙江多邦化工有限公司销售的架桥剂（DB-606）；
接枝相溶剂采用东莞市樟木头恒泰塑胶原料经营部销售的美国科腾FG1901接枝相溶剂。
一、发泡玩具用TPE材料的组分：
本发明公开一种发泡玩具用TPE材料，包括以下重量份的组分：
SEBS 40-60份；
白油 10-20份；
发泡剂 15-25份；
架桥剂 18-30份；
接枝相溶剂 12-20份；
耐磨剂 6-12份；
有机硅烷偶联剂4-8份。
其中，耐磨剂为尺寸为40-80nm的纳米碳化硅；
发泡剂为核壳机构发泡剂，具体的种类为戊烷-PMMA微球发泡剂，外壳为PMMA，内核为戊烷。
TPE材料的表面具有8-13μm的微孔。
二、发泡玩具用TPE材料的制备：
参考附图1，
S1：制备发泡剂；
S2：将有机硅烷偶联剂与耐磨剂均匀混合，并进行超声波处理；
S3：将超声波处理后的有机硅烷偶联剂与耐磨剂的混合物加入到反应釜内，并将SEBS、白油、架桥剂、接枝相溶剂加入到反应釜内进行均匀搅拌，形成初料；
S4：将初料加入到中挤出机内并在150-180℃挤出造粒；
S5：将挤出的颗粒加入和发泡剂加入到反应釜内均匀搅拌，并加入到注塑机加热至90℃，再从90℃缓慢加热至120-150℃继续搅拌30min，再将温度缓慢加热至180-200℃注塑成型。
发泡剂的制备：参考《发泡剂存在下甲基丙烯酸甲酯悬浮聚合制备热膨胀微球》（谢贵明，包永忠，高校化学工程学报）中实验部分，对于戊烷-PMMA发泡剂的制备。
通过S1，制备出发泡剂备用，为后续的实验步骤做准备；通过S2，使用有机硅烷偶联剂对耐磨剂进行预处理，使有机硅烷偶联剂均匀的涂覆在耐磨剂的表面，提升耐磨剂分散的稳定性，为后续接枝处理提供条件；通过S3，将SEBS、白油、架桥剂、接枝相溶剂加入到反应釜内，进行反应；通过S4，将反应后的初料挤出造粒，为之后注塑成型及发泡做准备；通过S5，在注塑机内TPE进行均匀物理发泡，并注塑成型为对应的产品。
在发泡的过程中，先将温度提升至90℃，再缓慢提升至120-150℃，在此过程中，SEBS、白油等组分缓慢熔化，PMMA由玻璃态向高弹态逐渐转换，同时，由于温度上升，部分受加热膨胀的戊烷发泡剂从PMMA外壳内缓慢溢出，使TPE形成了多孔结构。之后进一步将温度提升至180-200℃，PMMA逐渐熔化，将剩余的戊烷进一步释放，使得TPE充分发泡。
由于发泡过程是随着温度的提高而不断发生，因而发泡的速度能够得到良好的控制，发泡后产生的气孔尺寸也能够较小，从而保证了TPE材料的发泡倍率较高，同时力学性能优良。
三、实施例与对比例：
实施例1、
一种发泡玩具用TPE材料，包括以下重量份的组分：
SEBS 50份；
白油 15份；
发泡剂 20份；
架桥剂 24份；
接枝相溶剂 16份；
耐磨剂 9份；
有机硅烷偶联剂 6份。
其中，耐磨剂为尺寸为60nm的纳米碳化硅；
TPE材料的制备工艺：
S1：制备发泡剂；
S2：将有机硅烷偶联剂与耐磨剂均匀混合，并进行超声波处理；
S3：将超声波处理后的有机硅烷偶联剂与耐磨剂的混合物加入到反应釜内，并将SEBS、白油、架桥剂、接枝相溶剂加入到反应釜内进行均匀搅拌，形成初料；
S4：将初料加入到中挤出机内并在160℃挤出造粒；
S5：将挤出的颗粒加入和发泡剂加入到反应釜内均匀搅拌，并加入到注塑机加热至90℃，再从90℃缓慢加热至130℃继续搅拌30min，再将温度缓慢加热至180℃注塑成型。
在S2超声波处理前，先将耐磨剂及有机硅烷偶联剂进行干燥处理。
S5中，注塑机内的温度从90℃提升至130℃，从130℃提升至180℃时，温度的增长速度为2℃/min。
实施例2、
一种发泡玩具用TPE材料，包括以下重量份的组分：
SEBS 40份；
白油 10份；
发泡剂 15份；
架桥剂 18份；
接枝相溶剂 12份；
耐磨剂 6份；
有机硅烷偶联剂 4份。
其中，耐磨剂为尺寸为60nm的纳米碳化硅；
TPE材料的制备工艺：
S1：制备发泡剂；
S2：将有机硅烷偶联剂与耐磨剂均匀混合，并进行超声波处理；
S3：将超声波处理后的有机硅烷偶联剂与耐磨剂的混合物加入到反应釜内，并将SEBS、白油、架桥剂、接枝相溶剂加入到反应釜内进行均匀搅拌，形成初料；
S4：将初料加入到中挤出机内并在150℃挤出造粒；
S5：将挤出的颗粒加入和发泡剂加入到反应釜内均匀搅拌，并加入到注塑机加热至90℃，再从90℃缓慢加热至120℃继续搅拌30min，再将温度缓慢加热至180℃注塑成型。
在S2超声波处理前，先将耐磨剂及有机硅烷偶联剂进行干燥处理。
S5中，注塑机内的温度从90℃提升至120℃，从120℃提升至180℃时，温度的增长速度为2℃/min。
实施例3、
一种发泡玩具用TPE材料，包括以下重量份的组分：
SEBS 60份；
白油 20份；
发泡剂 25份；
架桥剂 30份；
接枝相溶剂 20份；
耐磨剂 12份；
有机硅烷偶联剂 8份。
其中，耐磨剂为尺寸为60nm的纳米碳化硅；
TPE材料的制备工艺：
S1：制备发泡剂；
S2：将有机硅烷偶联剂与耐磨剂均匀混合，并进行超声波处理；
S3：将超声波处理后的有机硅烷偶联剂与耐磨剂的混合物加入到反应釜内，并将SEBS、白油、架桥剂、接枝相溶剂加入到反应釜内进行均匀搅拌，形成初料；
S4：将初料加入到中挤出机内并在180℃挤出造粒；
S5：将挤出的颗粒加入和发泡剂加入到反应釜内均匀搅拌，并加入到注塑机加热至90℃，再从90℃缓慢加热至150℃继续搅拌30min，再将温度缓慢加热至200℃注塑成型。
在S2超声波处理前，先将耐磨剂及有机硅烷偶联剂进行干燥处理。
S5中，注塑机内的温度从90℃提升至150℃，从150℃提升至200℃时，温度的增长速度为2℃/min。
实施例4、
本实施例与实施例1仅区别于，耐磨剂为尺寸为40nm的纳米碳化硅。
实施例5、
本实施例与实施例1仅区别于，耐磨剂为尺寸为80nm的纳米碳化硅。
实施例6、
本实施例与实施例1仅区别于，TPE材料的制备工艺中，S5中，注塑机内的温度从90℃提升至130℃，从130℃提升至180℃时，温度的增长速度为1℃/min。
实施例7、
本实施例与实施例1仅区别于，TPE材料的制备工艺中，S5中，注塑机内的温度从90℃提升至130℃，从130℃提升至180℃时，温度的增长速度为3℃/min。
对比例1、
本对比例与实施例1仅区别于，耐磨剂的尺寸为100nm的纳米碳化硅。
对比例2、
本对比例与实施例1仅区别于，耐磨剂的尺寸为20nm的纳米碳化硅。
对比例3、
本实施例与实施例1仅区别于，TPE材料的制备工艺中，S5中，注塑机内的温度从90℃提升至130℃，从130℃提升至180℃时，温度的增长速度为4℃/min。
对比例4、
本实施例与实施例1仅区别于，TPE材料的制备工艺中，S5中，注塑机内的温度从90℃提升至130℃，从130℃提升至180℃时，温度的增长速度为6℃/min。
对比例5、
对比例5直接采用SEBS不经过发泡进行注塑产品。
四、试验与数据分析：
1、发泡倍率；
2、拉伸强度，参考GB/T1040.1-2006《塑料 拉伸性能的测定第1部分：总则》；
3、弯曲性能，参考GB/T9341-2008《塑料 弯曲性能的测定》；
4、耐磨性能（体积磨损量），参考GB/T3960-2016《塑料 滑动摩擦磨损试验方法》。
表1：实施例1-7、对比例1-5发泡倍率及各项力学性能试验检测表
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 实施例7 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4 对比例5
发泡倍率 0.51 0.5 0.52 0.51 0.51 0.52 0.50 0.51 0.51 0.42 0.36 0
拉伸强度（MPa） 18.4 18.7 18.2 18.6 17.8 18.1 18.5 16.5 18.6 18.8 19.2 20
断裂伸长率（%） 480 485 460 475 450 455 480 350 435 440 455 500
体积磨损量（cm<sup>3</sup>） 185 200 210 175 230 220 235 280 170 195 190 150
5、试验数据分析
通过实施例1-7中各项试验数据可知，利用本申请中的配方组分及加工工艺生产出的TPE，发泡倍率大于0.5，同时各项力学性能均高于SEBS材料的90%。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种发泡玩具用TPE材料，其特征在于：具体包括以下重量份的组分：
SEBS 40-60份；
白油 10-20份；
发泡剂 15-25份；
架桥剂 18-30份；
接枝相溶剂 12-20份；
耐磨剂 6-12份。
2.根据权利要求1所述的一种发泡玩具用TPE材料，其特征在于：所述耐磨剂为纳米碳化硅。
3.根据权利要求2所述的一种发泡玩具用TPE材料，其特征在于：所述纳米碳化硅的尺寸为40-80nm。
4.根据权利要求2所述的一种发泡玩具用TPE材料，其特征在于：还包括有机硅烷偶联剂4-8份。
5.根据权利要求1所述的一种发泡玩具用TPE材料，其特征在于：所述发泡剂为核壳结构发泡剂。
6.根据权利要求5所述的一种发泡玩具用TPE材料，其特征在于：所述发泡剂为戊烷-PMMA微球发泡剂。
7.根据权利要求5所述的一种发泡玩具用TPE材料，其特征在于：TPE表面具有孔径为8-13μm的微孔。
8.一种发泡玩具用TPE材料的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
S1：制备发泡剂；
S2：将有机硅烷偶联剂与耐磨剂均匀混合，并进行超声波处理；
S3：将超声波处理后的有机硅烷偶联剂与耐磨剂的混合物加入到反应釜内，并将SEBS、白油、架桥剂、接枝相溶剂加入到反应釜内进行均匀搅拌，形成初料；
S4：将初料加入到中挤出机内并在150-180℃挤出造粒；
S5：将挤出的颗粒加入和发泡剂加入到反应釜内均匀搅拌，并加入到注塑机加热至90℃，再从90℃缓慢加热至120-150℃继续搅拌30min，再将温度缓慢加热至180-200℃注塑成型。
9.根据权利要求8所述的一种发泡玩具用TPE材料的制备方法，其特征在于：S2超声波处理前，先将耐磨剂及有机硅烷偶联剂进行干燥处理。
10.根据权利要求8所述的一种发泡玩具用TPE材料的制备方法，其特征在于：S5中，注塑机内的温度从90℃提升至120-150℃，从120-150℃提升至180-200℃时，温度的增长速度均小于等于3℃/min。
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