CN112795062A - 一种耐磨橡胶发泡运动鞋材及其制备方法 - Google Patents

一种耐磨橡胶发泡运动鞋材及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及发泡运动鞋材技术领域，具体涉及一种耐磨橡胶发泡运动鞋材及其制备方法，耐磨橡胶发泡运动鞋材由以下重量份的原料制成：橡胶35‑45份、改性TPU25‑35份、POE15‑21份、硫化剂6‑14份、助交联剂1‑4份；制备方法包括：改性TPU的制备；母料的制备；试样的制备和超临界发泡；本发明通过生物降解成分或基团和TPU通过共混或共聚的方法制得改性TPU，从而使其易降解，减少环境污染，实现可持续发展；将丁腈橡胶和改性TPU、POE混合使用，从而提高鞋材整体的弹性；采用超临界发泡方式对鞋材进行发泡，在TPU内部形成大量的气泡核；从而使其体积膨大，降低其密度，使鞋材更轻，缓冲作用更强；通过发泡设备对发泡材料发泡，制备出饱满稳定的TPU发泡材料，使其适合鞋底成型。

Description

一种耐磨橡胶发泡运动鞋材及其制备方法
技术领域
本发明涉及发泡运动鞋材技术领域，具体涉及一种耐磨橡胶发泡运动鞋材及其制备方法。
背景技术
橡胶可分为天然橡胶或人工合成橡胶；天然橡胶的优点就在于它非常的柔软，弹性极佳，能适和于各种运动，起到减震的作用，但是缺点是很不耐磨；室内运动鞋多用天然橡胶；人工合成橡胶具有耐磨、环保等功能，但是其密度较大，鞋底较重，不适用于高强度运动；目前经常将橡胶与其他发泡材质混合使用，从而制造出耐磨且质量轻的鞋材。
聚氨酯微孔弹性体是含有重复氨基甲酸酯结构单元的软硬段交替的多嵌段共聚物；氨基甲酸酯基团的强极性以及聚氨酯分子间的氢键作用，共同赋予了这种材料力学性能好、耐酸碱性强、高承载支撑性及硬度范围宽等优点，被广泛应用于鞋材、泡沫、发泡轮胎等领域；随鞋材产量与日俱增，石油基提炼出的低聚物多元醇和异氰酸酯加工而成的鞋材废弃物处理方法还是以焚烧法和填埋法为主，这不可避免地会加重环境污染，破坏可持续发展的平衡性；聚氨酯的发展还带来了废弃物污染环境的问题；因此，如何克服上述存在的技术问题和缺陷成为重点需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种耐磨、质量轻、发泡效果好、环保易降解的耐磨橡胶发泡运动鞋材及其制备方法。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种耐磨橡胶发泡运动鞋材，所述耐磨橡胶发泡运动鞋材由以下重量份的原料制成：橡胶35-45份、改性TPU25-35份、POE15-21份、硫化剂6-14份、助交联剂1-4份。
进一步地，所述耐磨橡胶发泡运动鞋材由以下重量份的原料制成：橡胶38-42份、改性TPU27-33份、POE16-20份、硫化剂8-12份、助交联剂1-3份。
进一步地，所述耐磨橡胶发泡运动鞋材由以下重量份的原料制成：橡胶40份、改性TPU30份、POE18份、硫化剂10份、助交联剂2份。
进一步地，所述橡胶为丁腈橡胶，硫化剂为BIPB、助交联剂为TEOA；丁腈橡胶的耐油性极好、耐磨性较高、耐热性较好、粘接力强，但其弹性稍低；BIPB在操作过程中及制成的制品中无刺激性臭味；TEOA在聚氨酯领域可用作聚醚的起始剂，聚氨酯泡沫塑料及弹性体的交联剂兼辅助催化剂，由于含叔胺N基团，具有一定的催化剂作用，并且可中和酸性成分，保护聚氨酯泡沫组合料中的叔胺主催化剂。
另外，本发明还公开一种耐磨橡胶发泡运动鞋材的制备方法，包括以下步骤：
(1)改性TPU的制备：
a.制备A组份：取70份的生物降解成分或基团、7份乙二醇、0.5份交联剂、0.4-0.6份硅油，1-3份聚氨酯催化剂和水混合，充分搅拌均匀，制成A组份；
b.制备B组份：取80份的TPU作为B组份使用；
c.混合制备：将A组份与B组份按照10:7-8的质量混合，快速搅拌1-2min，制得改性TPU；
(2)母料的制备：
a.将密炼机温度调节到180℃，当温度达到180℃时加入上述份数的橡胶和改性TPU，密炼3min；
b.向密炼机中加入上述份数的POE，再次密炼3min；
c.向密炼机中再加入上述份数的硫化剂和助交联剂，动态硫化3-5min；
d.取出胶料用开炼机压片，制备出母料剪成条状备用；
(3)试样的制备：
a.干燥：把母料置于100℃的恒温烘箱中干燥1-1.5h；
b.挤料：将干燥后的母料通过挤出机挤出，温控一区至三区的温度分别为175℃、180℃、180℃，口模温度控制为180℃；
c.切料：将挤出机挤出的母料放入切粒机造粒，制备出耐磨橡胶发泡的试样；
(4)超临界发泡：
a.发泡：先向发泡釜中充入发泡剂，发泡剂为低压CO2和N2，将发泡釜中的空气排净后，将耐磨橡胶发泡试样放入发泡釜中发泡，发泡温度为31-36℃，发泡压力为7.38MPa，经过15min后，将发泡釜泄气，取出发泡材料；
b.制粒：将发泡材料发泡设备内，发泡设备的温度控制为125-135℃，发泡时间为60-120s，制备成发泡颗粒；
c.注模：将发泡颗粒在45℃的情况下注入模具，之后自然冷却，得到试样，取出试样，对试样进行检测。
进一步地，步骤(1)中的生物降解成分或基团为PLA或PGA，PLA或PGA具有很好的生物可降解性，且来源广泛；通过可再生的植物资源提取；生物降解成分或基团在土壤微生物的环境中表现出良好的可降解性，最终生成二氧化碳和水，是一种环境友好性材料。
进一步地，步骤(1)中的硅油为DC2525；DC2525为环保、低散发硅油，能有效降低对环境的影响；可使鞋底快速脱模，提高生产效率，且提高制品的力学性能及耐折性能。
本发明的耐磨橡胶发泡运动鞋材的有益效果：
本发明在制备改性TPU时，采用的硅油为DC2525，DC2525为环保、低散发硅油，能有效降低对环境的影响；可使鞋底快速脱模，提高生产效率，且提高制品的力学性能及耐折性能。通过生物降解成分或基团和TPU通过共混或共聚的方法制得改性TPU，从而使其易降解，减少环境污染，实现可持续发展；丁腈橡胶的耐油性极好、耐磨性较高、耐热性较好、粘接力强；但其弹性稍低；将丁腈橡胶和改性TPU、POE混合使用，从而提高鞋材整体的弹性；本发明采用超临界发泡方式对鞋材进行发泡，发泡剂采用低压CO2和N2，使耐磨橡胶发泡试样与CO2在超临界状态保压渗透一段时间后，形成TPU/CO2均相体系，TPU内部的二氧化碳达到饱和状态时快速泄压，在TPU内部形成大量的气泡核；从而使其体积膨大，降低其密度，从而使鞋材更轻，缓冲作用更强；将发泡材料发泡设备内，使TPU内部的气泡核膨胀长大形成TPU发泡颗粒，最终制备出颗粒饱满稳定的TPU发泡材料。
综上所述，本发明制备的耐磨橡胶发泡运动鞋材具有耐磨性较高、耐热性较好、密度小、回弹率高、表面光滑饱满，适合鞋底成型的优点。
具体实施方式
实施例1
一种耐磨橡胶发泡运动鞋材，耐磨橡胶发泡运动鞋材由以下重量份的原料制成：橡胶35份、改性TPU25份、POE15份、硫化剂6份、助交联剂1份。
一种耐磨橡胶发泡运动鞋材的制备方法，包括以下步骤：
(1)改性TPU的制备：
a.制备A组份：取70份的PLA、7份乙二醇、0.5份交联剂、0.4份DC2525，1份聚氨酯催化剂和水混合，充分搅拌均匀，制成A组份；
b.制备B组份：取80份的TPU作为B组份使用；
c.混合制备：将A组份与B组份按照10:7的质量混合，快速搅拌1min，制得改性TPU；
(2)母料的制备：
a.将密炼机温度调节到180℃，当温度达到180℃时加入上述份数的橡胶和改性TPU，密炼3min；
b.向密炼机中加入上述份数的POE，再次密炼3min；
c.向密炼机中再加入上述份数的硫化剂和助交联剂，动态硫化3min；
d.取出胶料用开炼机压片，制备出母料剪成条状备用；
(3)试样的制备：
a.干燥：把母料置于100℃的恒温烘箱中干燥1h；
b.挤料：将干燥后的母料通过挤出机挤出，温控一区至三区的温度分别为175℃、180℃、180℃，口模温度控制为180℃；
c.切料：将挤出机挤出的母料放入切粒机造粒，制备出耐磨橡胶发泡的试样；
(4)超临界发泡：
a.发泡：先向发泡釜中充入发泡剂，发泡剂为低压CO2和N2，将发泡釜中的空气排净后，将耐磨橡胶发泡试样放入发泡釜中发泡，发泡温度为31℃，发泡压力为7.38MPa，经过15min后，将发泡釜泄气，取出发泡材料；
b.制粒：将发泡材料发泡设备内，发泡设备的温度控制为125℃，发泡时间为60s，制备成发泡颗粒；
c.注模：将发泡颗粒在45℃的情况下注入模具，之后自然冷却，得到试样，取出试样，对试样进行检测。
实施例2
一种耐磨橡胶发泡运动鞋材，所述耐磨橡胶发泡运动鞋材由以下重量份的原料制成：橡胶40份、改性TPU30份、POE18份、硫化剂10份、助交联剂2份。
一种耐磨橡胶发泡运动鞋材的制备方法，包括以下步骤：
(1)改性TPU的制备：
a.制备A组份：取70份的PGA、7份乙二醇、0.5份交联剂、0.5份DC2525，2份聚氨酯催化剂和水混合，充分搅拌均匀，制成A组份；
b.制备B组份：取80份的TPU作为B组份使用；
c.混合制备：将A组份与B组份按照10:8的质量混合，快速搅拌1.5min，制得改性TPU；
(2)母料的制备：
a.将密炼机温度调节到180℃，当温度达到180℃时加入上述份数的橡胶和改性TPU，密炼3min；
b.向密炼机中加入上述份数的POE，再次密炼3min；
c.向密炼机中再加入上述份数的硫化剂和助交联剂，动态硫化4min；
e.取出胶料用开炼机压片，制备出母料剪成条状备用；
(3)试样的制备：
a.干燥：把母料置于100℃的恒温烘箱中干燥1.3h；
b.挤料：将干燥后的母料通过挤出机挤出，温控一区至三区的温度分别为175℃、180℃、180℃，口模温度控制为180℃；
c.切料：将挤出机挤出的母料放入切粒机造粒，制备出耐磨橡胶发泡的试样；
(4)超临界发泡：
a.发泡：先向发泡釜中充入发泡剂，发泡剂为低压CO2和N2，将发泡釜中的空气排净后，将耐磨橡胶发泡试样放入发泡釜中发泡，发泡温度为33℃，发泡压力为7.38MPa，经过15min后，将发泡釜泄气，取出发泡材料；
b.制粒：将发泡材料发泡设备内，发泡设备的温度控制为130℃，发泡时间为90s，制备成发泡颗粒；
c.注模：将发泡颗粒在45℃的情况下注入模具，之后自然冷却，得到试样，取出试样，对试样进行检测。
实施例3
一种耐磨橡胶发泡运动鞋材，所述耐磨橡胶发泡运动鞋材由以下重量份的原料制成：橡胶45份、改性TPU35份、POE21份、硫化剂14份、助交联剂4份。
一种耐磨橡胶发泡运动鞋材的制备方法，包括以下步骤：
(1)改性TPU的制备：
a.制备A组份：取70份的PLA、7份乙二醇、0.5份交联剂、0.6份DC2525，3份聚氨酯催化剂和水混合，充分搅拌均匀，制成A组份；
b.制备B组份：取80份的TPU作为B组份使用；
c.混合制备：将A组份与B组份按照10:8的质量混合，快速搅拌1-2min，制得改性TPU；
(2)母料的制备：
f.将密炼机温度调节到180℃，当温度达到180℃时加入上述份数的橡胶和改性TPU，密炼3min；
g.向密炼机中加入上述份数的POE，再次密炼3min；
h.向密炼机中再加入上述份数的硫化剂和助交联剂，动态硫化5min；
i.取出胶料用开炼机压片，制备出母料剪成条状备用；
(3)试样的制备：
a.干燥：把母料置于100℃的恒温烘箱中干燥1.5h；
b.挤料：将干燥后的母料通过挤出机挤出，温控一区至三区的温度分别为175℃、180℃、180℃，口模温度控制为180℃；
c.切料：将挤出机挤出的母料放入切粒机造粒，制备出耐磨橡胶发泡的试样；
(4)超临界发泡：
a.发泡：先向发泡釜中充入发泡剂，发泡剂为低压CO2和N2，将发泡釜中的空气排净后，将耐磨橡胶发泡试样放入发泡釜中发泡，发泡温度为36℃，发泡压力为7.38MPa，经过15min后，将发泡釜泄气，取出发泡材料；
b.制粒：将发泡材料发泡设备内，发泡设备的温度控制为135℃，发泡时间为120s，制备成发泡颗粒；
c.注模：将发泡颗粒在45℃的情况下注入模具，之后自然冷却，得到试样，取出试样，对试样进行检测。
产品检测方法：
将本发明的实施例1、实施例2、实施例3和市面上的耐磨发泡鞋材进行对比检测；
表1：主要仪器、设备及使用标准
Figure BDA0002901094220000091
Figure BDA0002901094220000101
表2：检测结果
实施例1 实施例2 实施例3 市面釉料
拉伸强度/MPa 4.2 4.5 4.3 3.8
撕裂强度(KN·m<sup>-1</sup>) 22.2 24.5 23.7 21.4
邵A硬度 55 54 53 57
密度g/cm<sup>3</sup> 0.28 0.27 0.28 0.35
压缩永久变形/％ 5.89 5.78 5.81 6.23
根据表2可以清楚的看出，本发明与现有技术相比，通过科学合理的原料配比及控制制备工艺，使其具有良好的抗拉伸能力和抗撕裂能力、合适的硬度、且密度小、回弹率高、形变能力小，适合鞋底成型和使用。
以上所述仅为本发明的优选实施例而己，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (7)

1.一种耐磨橡胶发泡运动鞋材，其特征在于：所述耐磨橡胶发泡运动鞋材由以下重量份的原料制成：橡胶35-45份、改性TPU25-35份、POE15-21份、硫化剂6-14份、助交联剂1-4份。
2.如权利要求1所述耐磨橡胶发泡运动鞋材，其特征在于：所述耐磨橡胶发泡运动鞋材由以下重量份的原料制成：橡胶38-42份、改性TPU27-33份、POE16-20份、硫化剂8-12份、助交联剂1-3份。
3.如权利要求1所述耐磨橡胶发泡运动鞋材，其特征在于：所述耐磨橡胶发泡运动鞋材由以下重量份的原料制成：橡胶40份、改性TPU30份、POE18份、硫化剂10份、助交联剂2份。
4.如权利要求1-3任一项所述耐磨橡胶发泡运动鞋材，其特征在于：所述橡胶为丁腈橡胶，硫化剂为BIPB、助交联剂为TEOA。
5.一种制备权利要求1-4任一项所述耐磨橡胶发泡运动鞋材的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)改性TPU的制备：
a.制备A组份：取70份的生物降解成分或基团、7份乙二醇、0.5份交联剂、0.4-0.6份硅油，1-3份聚氨酯催化剂和水混合，充分搅拌均匀，制成A组份；
b.制备B组份：取80份的TPU作为B组份使用；
c.混合制备：将A组份与B组份按照10:7-8的质量混合，快速搅拌1-2min，制得改性TPU；
(2)母料的制备：
a.将密炼机温度调节到180℃，当温度达到180℃时加入上述份数的橡胶和改性TPU，密炼3min；
b.向密炼机中加入上述份数的POE，再次密炼3min；
c.向密炼机中再加入上述份数的硫化剂和助交联剂，动态硫化3-5min；
d.取出胶料用开炼机压片，制备出母料剪成条状备用；
(3)试样的制备：
a.干燥：把母料置于100℃的恒温烘箱中干燥1-1.5h；
b.挤料：将干燥后的母料通过挤出机挤出，温控一区至三区的温度分别为175℃、180℃、180℃，口模温度控制为180℃；
c.切料：将挤出机挤出的母料放入切粒机造粒，制备出耐磨橡胶发泡的试样；
(4)超临界发泡：
a.发泡：先向发泡釜中充入发泡剂，发泡剂为低压CO2和N2，将发泡釜中的空气排净后，将耐磨橡胶发泡试样放入发泡釜中发泡，发泡温度为31-36℃，发泡压力为7.38MPa，经过15min后，将发泡釜泄气，取出发泡材料；
b.制粒：将发泡材料发泡设备内，发泡设备的温度控制为125-135℃，发泡时间为60-120s，制备成发泡颗粒；
c.注模：将发泡颗粒在45℃的情况下注入模具，之后自然冷却，得到试样，取出试样，对试样进行检测。
6.如权利要求5所述耐磨橡胶发泡运动鞋材的制备方法，其特征在于：步骤(1)中的生物降解成分或基团为PLA或PGA。
7.如权利要求5所述耐磨橡胶发泡运动鞋材的制备方法，其特征在于：步骤(1)中的硅油为DC2525。
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