CN113736048A - 一种连续制备发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒的方法及装置 - Google Patents

一种连续制备发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种连续制备发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒的方法及装置，所述方法是从液体制备原料开始，仅通过两台挤出机和发泡熔腔能够直接生产发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒，相比于先制备得到热塑性聚氨酯弹性体，再进行发泡的现有技术而言，本申请的方法及装置设备简单，控制点少，生产效率高，成本大幅降低，而且一次性挤出具有以下优点：发泡过程中熔体强度高、粘度大，分子量容易控制且无二次挤出分子量降低的问题，另外第二挤出机后端连接有发泡熔腔，在发泡熔腔内熔体可快速预发泡，这大大降低了对后续水下切粒的要求，生产压力大幅降低，便于控制。

Description

一种连续制备发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒的方法及装置
技术领域
本发明属于聚氨酯弹性体发泡新材料领域，具体涉及一种连续制备发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒的方法及装置。
背景技术
热塑性聚氨酯弹性体(TPU)具有较宽泛的硬度范围，优异的耐磨性、机械强度、耐水、耐油、耐化学腐蚀、耐霉菌，耐老化、不黄变、可回收利用等优点。采用TPU制备的发泡材料在保留原基体优异的性能之外，同时具备优异的回弹性，可以在较宽泛的温度范围内使用。以热塑性聚氨酯弹性体材料为基本成分，通过物理填充大量气泡，制得的泡沫材料，与纯热塑性弹性体材料相比，具有密度小、强度高、能量吸收能力强、隔音隔热性能好、美观实用等一系列特点，基于上述优点，发泡TPU材料在许多工业领域(汽车工业、包装材料、运动场地、健身器材)、日常生活领域(鞋材、地板涂层、玩具、家居)具有非常广泛的应用前景。
中国专利文献CN104385479A公开了一种挤出方法制备发泡TPU珠粒的方法，其采用TPU颗粒与无机纳米颗粒混合后加入挤出机并在挤出机后端注入超临界流体后形成完全混合的熔体，最后经过模头挤出得到发泡TPU珠粒，此方法虽然可以制备得到发泡TPU珠粒，但是生产效率较低，对前端TPU原料的均匀性要求非常高，若原料性能不稳定，得到的发泡TPU珠粒密度差别较大，对下游加工产生存在较大的不良影响，同时此类方法对水切系统的要求相对较高，压力较大，不利于实际生产控制。
专利文献WO2010/136398A、CN102229709A、CN103642200A、CN103951965A等还公开了以物理发泡剂通过釜压得方式制备发泡TPU珠粒的方法，产量相对较高，但该类方法对设备要求较高，由于其间歇式生产，导致批次之间的物料存在差异，控制需要相对严格，不能更好得满足下游客户的需求。
发明内容
为了改善现有技术的不足，本发明提供一种连续制备发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒的方法及装置，所述方法及装置具有可连续化生产，发泡材料具有质量稳定，生产效率高，适用范围广等特点。
本发明目的是通过如下技术方案实现的：
一种连续制备发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒的方法，所述方法包括如下步骤：
A)把异氰酸酯、多元醇、小分子扩链剂和助剂注入第一挤出机的料筒内，在第一挤出机内混合反应后形成聚合物熔体，在第一挤出机的末端注入超临界流体，使超临界流体与聚合物熔体在第一挤出机内混合；
B)将步骤A)的超临界流体与聚合物熔体的混合物注入第二挤出机，控制第二挤出机各温区的温度，使温度逐渐降低，得到相对温度较低、混合更均匀的混合物；
C)将步骤B)的温度较低、混合更均匀的混合物经过第二挤出机进入发泡熔腔中，在发泡熔腔内预发泡，形成微小气泡与混合物均匀混合的预发熔体；
D)步骤C)的均匀混合的预发熔体经水下切粒模头，制得所述发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒。
本发明还提供一种发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒，其是根据上述方法制备得到的；所述发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒的粒径为4-6mm，闭孔隙率为96％以上，本体密度为0.108-0.255kg/L，堆积密度为80-106g/L。
本发明还提供一种连续制备发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒的装置，所述装置包括进料单元、第一挤出机、第二挤出机、发泡熔腔、水下切粒单元和输送单元，其中，所述进料单元与第一挤出机连接，所述第一挤出机与所述第二挤出机连接，所述第二挤出机与发泡熔腔连接，所述发泡熔腔通过管路与水下切粒单元连接，所述水下切粒单元与输送单元连接。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种连续制备发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒的方法及装置，所述方法是从液体制备原料开始，仅通过两台挤出机和发泡熔腔能够直接生产发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒，相比于先制备得到热塑性聚氨酯弹性体，再进行发泡的现有技术而言，本申请的方法及装置设备简单，控制点少，生产效率高，成本大幅降低，而且一次性挤出具有以下优点：发泡过程中熔体强度高、粘度大，分子量容易控制且无二次挤出分子量降低的问题，基于以上优点，材料在发泡过程中泡孔壁较厚，泡孔均匀且能够人为调整泡孔孔径，能够达到间歇釜压发泡的效果，大大优化了发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒的加工性能；另外第二挤出机后端连接有发泡熔腔，在发泡熔腔内熔体可快速预发泡，这大大降低了对后续水下切粒的要求，生产压力大幅降低，便于控制；进一步地，经过水下切粒后得到的发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒通过输送过程中完成熟化，提高生产效率节约能耗且产品密度非常稳定。
附图说明
图1为连续制备发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒的装置结构示意图。
其中，1为发泡熔腔、2为第一挤出机、201为第一挤出机电机、202为第二进料口、3为第二挤出机、301第二挤出机电机、4为模头、5为第一进料口、6为切粒机、7为脱水机、8为第三进料口、9为出料口、10为切粒水管、11为脱水机进料口、12为管路，13为灌注机。
具体实施方式
<连续制备发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒的方法>
如前所述，本发明提供了一种连续制备发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒的方法，所述方法包括如下步骤：
A)把异氰酸酯、多元醇、小分子扩链剂和助剂注入第一挤出机的料筒内，在第一挤出机内混合反应后形成聚合物熔体，在第一挤出机的末端注入超临界流体，使超临界流体与聚合物熔体在第一挤出机内混合；
B)将步骤A)的超临界流体与聚合物熔体的混合物注入第二挤出机，控制第二挤出机各温区的温度，使温度逐渐降低，得到相对温度较低、混合更均匀的混合物；
C)将步骤B)的温度较低、混合更均匀的混合物经过第二挤出机进入发泡熔腔中，在发泡熔腔内预发泡，形成微小气泡与混合物均匀混合的预发熔体；
D)步骤C)的均匀混合的预发熔体经水下切粒模头，制得所述发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒。
其中，所述方法还包括如下步骤：
E)将制得的发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒通过加热干燥、熟化后得到发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒成品。
在本发明的一个实施方式中，步骤A)中，所述异氰酸酯、多元醇、小分子扩链剂的选择没有特别的定义，其可以制备得到热塑性聚氨酯弹性体即可。
示例性地，所述异氰酸酯具有式(I)所示的结构：
Figure BDA0002511776930000041
式(I)中，A表示多异氰酸酯核心部分，选自取代或未取代的烷基、取代或未取代的环烷基、或取代或未取代的芳基，所述取代基为惰性取代；y为2～10之间的整数。
优选地，y为2～8之间的整数；还优选地，y为2～6之间的整数。
优选地，A选自下述基团：取代或未取代的C1～10的直链或支链烷基、取代或未取代的C3～12环烷基、或取代或未取代的C6～16芳基；所述取代为惰性取代。
还优选地，所述芳基是取代或未取代的苯基、取代或未取代的萘基、或取代或未取代的蒽基，所述取代为惰性取代。
更优选地，所述异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯、萘二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、二甲基联苯二异氰酸酯、多亚甲基多苯基异氰酸酯、1,6-己二异氰酸酯、三甲基-1,6-六亚甲基二异氰酸酯、苯二亚甲基异氰酸酯、四甲基间苯二亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、1,4-环己烷二异氰酸酯、氢化亚甲基二苯基异氰酸酯、氢化甲苯二异氰酸酯、环己烷二亚甲基二异氰酸酯、降冰片烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯三聚体、甲苯二异氰酸酯二聚体、TDI-三羟甲基丙烷加成物、甲苯二异氰酸酯三聚体、二苯基甲烷二异氰酸酯三聚体、异佛尔酮二异氰酸酯三聚体中的至少一种。
示例性地，所述多元醇选自聚乙二醇、聚丙二醇、聚四氢呋喃醚二醇中的一种或几种。
示例性地，所述小分子扩链剂选自选自小分子二醇、小分子二胺等。优选地，所述的小分子二醇包括乙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇；所述的小分子二胺包括3,3-二氯-4,4-二苯基甲烷二胺(MOCA)、3,5-二甲硫基甲苯-2,4-二胺(DMTDA)。
步骤A)中，所述助剂包括抗氧剂、耐紫外线剂、成核剂、防黏剂、耐菌剂等中的一种或几种。
其中，所述抗氧剂、耐紫外线剂、成核剂、防黏剂、耐菌剂等均为本领域已知的常规助剂。
步骤A)中，所述异氰酸酯、多元醇、小分子扩链剂和助剂的质量份数比为25-35份异氰酸酯，50-65份多元醇，5-10份小分子扩链剂，和0.5-5份助剂。
其中，所述异氰酸酯的质量份数为25份、28份、30份、32份、35份。
其中，所述多元醇的质量份数为50份、52份、53份、55份、57份、58份、60份、62份、64份、65份。
其中，所述小分子扩链剂的质量份数为5份、6份、7份、8份、9份、10份。
其中，所述助剂的质量份数为0.5份、0.8份、1份、2份、3份、4份、5份。
示例性地，所述助剂例如包括抗氧剂0-5-2份，滑剂0.5-1份，成核剂0.5-2份。
步骤A)中，所述的超临界流体选自超临界二氧化碳流体、超临界氮气流体、超临界正丁烷流体、超临界环戊烷流体的一种或几种。所述超临界流体可以是通过商业途径购买获得。所述超临界流体的加入可以使物料发泡。
步骤A)中，所述超临界流体与聚合物熔体的质量比为35-55:45-65，如40-50:50-60，如45:55。
步骤A)中，通过定量灌注机将异氰酸酯、多元醇、小分子扩链剂和助剂注入第一挤出机料筒内。所述异氰酸酯、多元醇、小分子扩链剂和助剂在注入第一挤出机料筒中后被挤入第一挤出机内，在第一挤出机内，实现各物料组分的混合反应，并形成聚合物熔体，随后在第一挤出机的末端注入超临界流体，超临界流体与聚合物熔体在第一挤出机的末端混合。
步骤A)中，所述的第一挤出机为双螺杆挤出机。
步骤A)中，所述的第一挤出机的温度参数如下表1所示：
表1
Figure BDA0002511776930000061
步骤B)中，所述的第二挤出机为单螺杆挤出机。
步骤B)中，所述的第二挤出机的温度参数如下表2所示：
表2
温区 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
温度/℃ 80-140 80-140 80-140 80-140 80-140 80-140 70-130 70-130 70-130 70-130
步骤B)中，所述的温度较低、混合均匀的混合物通过第二挤出机后可以直接发泡生产，避免二次挤出降低熔体强度，从而保证了发泡珠粒的性能。
步骤C)中，所述发泡熔腔中的温度为100-150℃，如100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃，最低压力为2-8MPa，如2MPa、3MPa、4MPa、5MPa、6MPa、7MPa、8MPa。
步骤C)中，所述发泡熔腔为用于发泡的腔体，所述的发泡熔腔为内部具有不同的压力层，不同压力层的进出口通径不同，所以聚合物熔体在熔腔内会经过不同的压力层并且产生快速的压降，以满足温度较低、混合均匀的混合物在发泡熔腔发泡。
步骤C)中，温度较低、混合均匀的混合物进入发泡熔腔过程中会产生压降，混合物中的超临界流体随着压力的降低会有气体产生，实现在发泡熔腔内的预发泡，形成微小气泡与混合物混合的预发熔体。
步骤D)中，所述水下切粒过程中，保持水的温度为25-65℃，如25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃，切粒水系统压力保持在0.05-0.6MPa，如0.05MPa、0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa。
步骤D)中，所述水下切粒模头的温度为80-130℃，压力为1-4MPa，如1MPa、2MPa、3MPa、4MPa。
步骤E)中，所述干燥例如是采用红外加热，还例如是在发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒输送过程中采用红外加热，物料在输送过程中能够完成熟化并达到稳定状态，提高了生产效率。
其中，所述红外加热的温度为40-100℃。
<发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒>
如前所述，本发明还提供一种发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒，其是采用上述方法制备得到的。
其中，所述方法的产率为200-500kg/h，如200、250、300、350、400、450或500kg/h。
其中，所述发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒的粒径为4-6mm，闭孔隙率为96％以上，本体密度为0.108-0.255kg/L，堆积密度为80-106g/L。
<连续制备发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒的装置>
如前所述，本发明还提供一种连续制备发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒的装置，所述装置包括进料单元、第一挤出机、第二挤出机、发泡熔腔、水下切粒单元和输送单元，其中，所述进料单元与第一挤出机连接，所述第一挤出机与所述第二挤出机连接，所述第二挤出机与发泡熔腔连接，所述发泡熔腔通过管路与水下切粒单元连接，所述水下切粒单元与输送单元连接。
其中，所述第一挤出机包括第一进料口和第二进料口，所述第一进料口设置在第一挤出机的一端，用于异氰酸酯、多元醇、小分子扩链剂和助剂的加入，所述第二进料口设置在第一挤出机的另一端，用于超临界流体的加入。
其中，所述进料单元包括异氰酸酯进料管路、多元醇进料管路、小分子扩链剂进料管路和助剂进料管路，所述异氰酸酯进料管路、多元醇进料管路、小分子扩链剂进料管路和助剂进料管路分别与第一挤出机的第一进料口连接。
其中，所述进料单元还包括超临界流体进料管路，所述超临界流体进料管路与第一挤出机的第二进料口连接。
其中，所述第一挤出机为双螺杆挤出机。
其中，所述第一挤出机与所述第二挤出机通过管路连接。
其中，所述第二挤出机与发泡熔腔连接。
其中，所述第二挤出机为单螺杆挤出机。
其中，所述发泡熔腔为用于发泡的腔体，所述发泡熔腔的内部具有不同的压力层，不同压力层的进出口通径不同。
其中，所述水下切粒系统为本领域已知的用于制备发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒的水下切粒系统，例如，所述水下切粒单元包括模头、切粒机和脱水机，所述模头与切粒机连接，所述切粒机用于实现预发泡溶体的造粒，所述切粒机通过切粒水管与脱水机连接。
下文将结合具体实施例对本发明的制备方法做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而并非指示或暗示相对重要性。
下述实施例中的颗粒密度是通过密度仪测试得到的。
下述实施例中的发泡倍率采用体积法测试得到的。
下述实施例中的堆积密度是通过GB/T-6286测试方法测试得到的。
下述实施例中的回弹率采用落球回弹仪测试得到的。
下述实施例中所使用的“份”如果没有特殊的说明，全部指代“质量份”。
下述实施例中所使用的第一挤出机的温度参数如下表1所示：
表1
Figure BDA0002511776930000091
下述实施例中所使用的第二挤出机的温度参数如下表2所示：
表2
温区 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
温度/℃ 80-140 80-140 80-140 80-140 80-140 80-140 70-130 70-130 70-130 70-130
下述实施例的方法在图1所示的装置中进行，如图1所示，所述装置包括进料单元、第一挤出机2、第二挤出机3、发泡熔腔1、水下切粒单元和输送单元(未示出)，其中，所述进料单元与第一挤出机2连接，所述第一挤出机2与所述第二挤出机3通过管路12连接，所述第二挤出机3与发泡熔腔1连接，所述发泡熔腔1通过管路与水下切粒单元中的模头4连接，所述模头4与切粒机6连接，切粒水管10为切粒机6提供用水，切粒后的珠粒随着切粒水管10运输到脱水机7中，得到珠粒；随后通过输送单元输送包装。
其中，所述发泡熔腔为用于发泡的腔体，所述发泡熔腔的内部具有不同的压力层，不同压力层的进出口通径不同。所以聚合物熔体在熔腔内会经过不同的压力层并且产生快速的压降，以满足温度较低、混合均匀的混合物在发泡熔腔发泡。
其中，所述第一挤出机包括第一进料口5和第二进料口202，所述第一进料口5设置在第一挤出机2的一端，用于异氰酸酯、多元醇、小分子扩链剂和助剂的加入，所述第二进料口202设置在第一挤出机2的另一端，用于超临界流体的加入。
其中，所述进料单元包括异氰酸酯进料管路、多元醇进料管路、小分子扩链剂进料管路和助剂进料管路，所述异氰酸酯进料管路、多元醇进料管路、小分子扩链剂进料管路和助剂进料管路分别与第一挤出机的第一进料口5连接。
其中，所述进料单元还包括超临界流体进料管路，所述超临界流体进料管路与第一挤出机的第二进料口202连接。
其中，所述第一挤出机2为双螺杆挤出机。
其中，所述第二挤出机3为单螺杆挤出机。
其中，所述第一挤出机2通过管路12与所述第二挤出机3的第三进料口8连接。
其中，所述水下切粒单元包括模头4、切粒机6和脱水机7，所述模头4与切粒机6连接，所述切粒机6用于实现预发泡溶体的造粒，所述切粒机6通过切粒水管10与脱水机7连接。
实施例1：
将65份多元醇(分子量为1000的聚醚多元醇)，27份异氰酸酯(MDI)，5份小分子醇(1,4丁二醇)，1.5份抗氧剂(抗氧剂1010)，0.5份滑剂(蜡粉)和1份成核剂(滑石粉)，加入到第一挤出机中，按照表1中温度控制第一挤出机温度，在第一挤出机末端以110kg/h速率加入超临界二氧化碳流体，控制成品总产量在250kg/h，物料进入第二挤出机后按照表2中温度控制第二挤出机的温度，物料进入发泡熔腔，通过调节熔腔压力调节颗粒密度，例如熔腔的最低压力在2MPa，经过水下切粒时控制切粒水温度和压力以保证颗粒饱满且粒型规整，例如切粒水温度35℃，切粒水压力0.3MPa，模头压力2.5MPa，模头温度80-130℃，输送设备温度55℃，通过测试颗粒密度为0.108kg/L。
实施例2：
将65份多元醇(分子量为1000的聚醚多元醇)，27份异氰酸酯(MDI)，5份小分子醇(1,4丁二醇)，1.5份抗氧剂(抗氧剂1010)，0.5份滑剂(蜡粉)和1份成核剂(二氧化硅)，加入到第一挤出机中，按照表1中温度控制挤出机温度，在第一挤出机末端以125kg/h速率加入超临界二氧化碳流体，控制成品总产量在300kg/h，物料进入第二挤出机后温度逐渐降低，但需要按照表2参数进行控制，物料经过模头后进入发泡熔腔，通过调节熔腔压力调节颗粒密度，例如熔腔的最低压力在2.5MPa，经过水下切粒时控制切粒水温度和压力保证颗粒饱满且粒型规整，例如切粒水温度35℃，压力0.4MPa，模头压力2MPa，模头温度80-130℃，输送设备温度60℃，通过测试颗粒密度为0.171kg/L。
实施例3：
将65份多元醇(分子量为1000的聚醚多元醇)，27份异氰酸酯(MDI)，5份小分子醇(1,4丁二醇)，1.5份抗氧剂(抗氧剂1010)，0.5份滑剂(蜡粉)和1份成核剂(二氧化硅)，加入到第一挤出机中，按照表1中温度控制挤出机温度，在第一挤出机末端以140kg/h速率加入超临界二氧化碳流体，控制成品总产量在350kg/h，物料进入第二挤出机后温度逐渐降低，但需要按照表2参数进行控制，物料经过模头后进入发泡熔腔，通过调节熔腔压力调节颗粒密度，例如熔腔的最低压力在2MPa，经过水下切粒时控制切粒水温度和压力保证颗粒饱满且粒型规整，例如切粒水温度40℃，压力0.3MPa，模头压力2.5MPa，模头温度80-130℃，输送设备温度40℃，通过测试颗粒密度为0.129kg/L。
实施例4：
将65份多元醇(分子量为1000的聚醚多元醇)，27份异氰酸酯(MDI)，5份小分子醇(1,4丁二醇)，1.5份抗氧剂(抗氧剂1010)，0.5份滑剂(蜡粉)和1份成核剂(二氧化硅)，加入到第一挤出机中，按照表1中温度控制挤出机温度，在第一挤出机末端以80kg/h速率加入超临界二氧化碳流体，控制成品总产量在250kg/h，物料经过模头后进入第二挤出机后温度逐渐降低，但需要按照表2参数进行控制，物料进入发泡熔腔，通过调节熔腔压力调节颗粒密度，例如熔腔的最低压力在2.5MPa，经过水下切粒时控制切粒水温度和压力保证颗粒饱满且粒型规整，例如切粒水温度55℃，压力0.5MPa，模头压力2MPa，模头温度80-130℃，输送设备温度40℃，通过测试颗粒密度为0.165kg/L。
实施例5：
将65份多元醇(分子量为1000的聚醚多元醇)，27份异氰酸酯(MDI)，5份小分子醇(1,4丁二醇)，1.5份抗氧剂(抗氧剂1010)，0.5份滑剂(蜡粉)和1份成核剂(滑石粉)加入到第一挤出机中，按照表1中温度控制挤出机温度，在第一挤出机末端以150kg/h速率加入超临界二氧化碳流体，控制成品总产量在400kg/h，物料进入第二挤出机后温度逐渐降低，但需要按照表2参数进行控制，物料经过模头后进入发泡熔腔，通过调节熔腔压力调节颗粒密度，例如熔腔的最低压力在3MPa，经过水下切粒时控制切粒水温度和压力保证颗粒饱满且粒型规整，例如切粒水温度60℃，压力0.5MPa，模头压力3MPa，模头温度80-130℃，输送设备温度80℃，通过测试颗粒密度为0.255kg/L。
对比例1
将65份多元醇(1000分子量聚醚)，27份异氰酸酯(MDI)，5份小分子醇(1,4丁二醇)，1.5份抗氧剂(抗氧剂1010)，0.5份滑剂(蜡粉)和1份成核剂(滑石粉)，加入到第一挤出机中，按照表1中温度控制第一挤出机温度，在第一挤出机末端以25kg/h速率加入超临界二氧化碳流体，控制成品总产量在100kg/h，物料进入第二挤出机后按照表2中温度控制第二挤出机的温度，经过水下切粒时控制切粒水温度和压力保证颗粒饱满且粒型规整，例如切粒水温度35℃，压力6MPa，模头压力10MPa，模头温度80-130℃，通过测试颗粒密度为0.160kg/L。
表3
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 对比例1
挤出产量 250 300 350 250 400 100
模头压力/MPa 2.5 2 2.5 2 3 10
切粒压力/MPa 0.3 0.4 0.3 0.5 0.5 6
切粒水温/℃ 35 35 40 55 60 35
熔腔压力/MPa 2 2.5 2 2.5 3 无
输送设备/℃ 55 60 40 40 80 无
颗粒密度/kg/L 0.108 0.171 0.129 0.165 0.255 0.160
粒径/mm 6 5.2 4.4 5.5 4.1 5.2
发泡倍率 13 8.4 11 9 5.1 7.9
堆积密度g/L 75 96 80 104 133 100
回弹率％ 60 70 55 58 59 62
从表1中可以看出，在实施例1-5中，得到的发泡TPU珠粒的密度在0.108-0.255kg/L之间，颗粒圆整度较好，表面光滑，其他性能完全满足本发明要求，不同实施例中颗粒泡孔均匀度存在差异，同时在所述连续制备发泡TPU珠粒过程中，所有的取样测试结果波动在3％以内。实施例1-5和对比例1相比，可以看出对比例1的切粒系统压力较大，这主要是由于螺杆输送存在阻力，导致输送效率低，若是注料(产量较高)过快导致注料口溢料且物料不能完全发泡，物料均匀性差，因此，实施例1-5的生产效率可以得到大幅提高。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种连续制备发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒的方法，其中，所述方法包括如下步骤：
A)把异氰酸酯、多元醇、小分子扩链剂和助剂注入第一挤出机的料筒内，在第一挤出机内混合反应后形成聚合物熔体，在第一挤出机的末端注入超临界流体，使超临界流体与聚合物熔体在第一挤出机内混合；
B)将步骤A)的超临界流体与聚合物熔体的混合物注入第二挤出机，控制第二挤出机各温区的温度，使温度逐渐降低，得到相对温度较低、混合更均匀的混合物；
C)将步骤B)的温度较低、混合更均匀的混合物经过第二挤出机进入发泡熔腔中，在发泡熔腔内预发泡，形成微小气泡与混合物均匀混合的预发熔体；
D)步骤C)的均匀混合的预发熔体经水下切粒模头，制得所述发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括如下步骤：
E)将制得的发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒通过加热干燥、熟化后得到发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒成品。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤A)中，所述异氰酸酯、多元醇、小分子扩链剂和助剂的质量份数比为25-35份异氰酸酯，50-65份多元醇，5-10份小分子扩链剂，和0.5-5份助剂；
步骤A)中，所述的超临界流体选自超临界二氧化碳流体、超临界氮气流体、超临界正丁烷流体、超临界环戊烷流体的一种或几种；
步骤A)中，所述超临界流体与聚合物熔体的质量比为35-55:45-65。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其中，步骤A)中，所述的第一挤出机为双螺杆挤出机；
步骤A)中，所述的第一挤出机的温度参数如下表所示：
Figure FDA0002511776920000021
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其中，步骤B)中，所述的第二挤出机为单螺杆挤出机；
步骤B)中，所述的第二挤出机的温度参数如下表所示：
温区 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 温度/℃ 80-140 80-140 80-140 80-140 80-140 80-140 70-130 70-130 70-130 70-130
。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其中，
步骤C)中，所述发泡熔腔中的温度为100-150℃，最低压力为2-8MPa。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其中，
步骤D)中，所述水下切粒过程中，保持水的温度为25-65℃，切粒水系统压力保持在0.05-0.6MPa；
步骤D)中，所述水下切粒模头的温度为80-130℃，压力为1-4MPa。
8.根据权利要求2-7任一项所述的方法，其中，步骤E)中，所述干燥例如是采用红外加热，还例如是在发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒输送过程中采用红外加热；
其中，所述红外加热的温度为40-100℃。
9.一种发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒，其是根据权利要求1-8任一项所述的方法制备得到的；所述发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒的粒径为4-6mm，闭孔隙率为96％以上，本体密度为0.108-0.255kg/L，堆积密度为80-106g/L。
10.一种连续制备发泡热塑性聚氨酯弹性体珠粒的装置，所述装置包括进料单元、第一挤出机、第二挤出机、发泡熔腔、水下切粒单元和输送单元，其中，所述进料单元与第一挤出机连接，所述第一挤出机与所述第二挤出机连接，所述第二挤出机与发泡熔腔连接，所述发泡熔腔通过管路与水下切粒单元连接，所述水下切粒单元与输送单元连接。
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