[发明专利]一种发泡热塑性聚氨酯粒子及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种发泡热塑性聚氨酯粒子及其制备方法和应用，属于发泡材料领域。

背景技术

以塑料为基体，通过物理或化学方法在塑料内部填充大量气泡，得到聚合物发泡材料。泡沫材料具有密度低、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。常用的泡沫塑料品种有聚氨酯（PU）软质和硬质泡沫塑料、聚苯乙烯（PS）泡沫塑料、聚乙烯（PE）泡沫塑料、聚丙烯（PP）泡沫塑料等。但是聚氨酯泡沫塑料在发泡过程中容易残留异氰酸酯，对人体有害，并且发泡材料无法回收利用。聚苯乙烯泡沫塑料产品降解困难，易产生“白色污染”问题，联合国环境组织已决定停止使用PS泡沫塑料产品。聚乙烯泡沫塑料耐高温性能较差，不适合在高温领域内应用。

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，对环境友好，可回收利用等优点。通过将发泡热塑性聚氨酯粒子填充到模具中，利用水蒸气进行加热成型可得到模塑发泡制品。此种制品在保留原基体优异的性能之外，同时拥有优异的回弹性，形状多样性，低密度，可以在较宽的温度范围内使用。基于上述优点，TPU发泡材料在许多工业领域（汽车工业、包装材料）以及日常生活领域（鞋材、枕头、床垫）具有非常广泛的应用前景。

基于热塑性聚氨酯的可模塑泡沫珠粒在WO2007/082838中已经被公开。但是该报道的发泡热塑性聚氨酯珠粒的缺点是泡孔结构尺寸较粗，颗粒表面出现“皱纹”，产品收率低。

另一方面，针对发泡热塑性聚氨酯粒子及其模塑制品而言，所采用的热塑性聚氨酯树脂熔融温度范围较窄，熔体粘度较高，高分子链中软段与硬段混合存在，硬段由于分子链之间的氢键效应，会产生硬段结晶，属于半结晶材料，后续成型加工需要将其软化至适当程度的半熔融状态下进行。因此，模塑发泡制品的尺寸收缩，变形现象会受到树脂熔体粘度、结晶度、半熔融时高分子链的活动能力等因素的影响。特别对于高发泡倍率的制品，更易受到上述因素影响。本发明人曾尝试通过调整树脂结晶性，软段分子量以及分子量分布等方法对发泡粒子以及制品的收缩、变形进行控制，但在粒子生产以及制品成型过程中，会产生各种问题。

此外，在用于日常生活领域（鞋材、枕头、床垫），休闲场所（如地板涂层）、缓冲包装材料等用途时，使用者大多重视模塑发泡制品的表观性。由于发泡制品是采用水蒸气加热使发泡粒子之间相互熔结来制备的，因此发泡粒子之间的熔结面处可能会产生细缝、孔、皱纹或龟甲纹的痕迹。为了解决上述问题，往往通过采用提高成型水蒸气压力的方法，促使发泡粒子之间的熔结。但是，提高成型水蒸气的压力涉及到要消耗更多的能耗，进而导致成型加工成本的增加。此外，相应的需要更高耐压的模具，设备成本也会随之增加。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有均匀泡孔尺寸、产品收率高的发泡热塑性聚氨酯粒子及其制备方法，同时采用较低压力的水蒸气模塑成型得到发泡制品时，即使在后续使制品的收缩，变形得以恢复的后熟化时间较短的工艺条件下，也可以获得形变小，相对于模具的尺寸收缩率低，尺寸稳定性优异，表面美观的发泡制品。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种发泡热塑性聚氨酯粒子，包括以下重量份的成分：100份热塑性聚氨酯颗粒，1～10份泡孔尺寸稳定剂，1～35份熔体粘度调节剂。

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，所述发泡热塑性聚氨酯粒子在180℃的熔融粘度为8000～15000泊。

熔融黏度意思是在给定条件下加热熔化或融解状态的黏度，由粘度计或黏度仪测定，直接影响树脂的流动性，比如薄制品，黏度小更容易注入流动成型，粘度单位厘斯与厘泊，厘斯(cst)是运动粘度的最小单位,厘泊（cP）是动力粘度的最小单位，1厘泊等于0.01泊，即1cP=0.01P。

热塑性聚氨酯树脂的熔融粘度在发泡过程中基本没有变化，因此在本发明中的发泡热塑性聚氨酯粒子在180℃的熔融粘度可通过调整热塑性聚氨酯树脂来获得。其中，所述的发泡热塑性聚氨酯粒子在180℃的熔融粘度为8000～15000泊，优选的为10000～13000泊之间。

进一步，所述热塑性聚氨酯颗粒的邵氏硬度为55～95A，优选的邵氏硬度为60～90A。