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CN105884998A - 一种发泡型热塑性聚氨酯弹性体材料及其制备方法 - Google Patents

一种发泡型热塑性聚氨酯弹性体材料及其制备方法 Download PDF

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CN105884998A CN201610230901.9A CN201610230901A CN105884998A CN 105884998 A CN105884998 A CN 105884998A CN 201610230901 A CN201610230901 A CN 201610230901A CN 105884998 A CN105884998 A CN 105884998A
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战振生
宋红玮
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Miracll New Material Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种发泡型热塑性聚氨酯弹性体材料及其制备方法，本方法取聚合物多元醇、二异氰酸酯和扩链剂，倒入浇注机中混合均匀，再加入到第一反应挤出机中聚合反应，得TPU聚合物熔体；在第一反应挤出机螺杆的末端注入物理发泡剂，TPU聚合物熔体和物理发泡剂初步混合，得混合物；将混合物加入到第二反应挤出机中，使物理气体发泡剂与TPU聚合物熔体混合均匀，形成均相体系；将均相体系经过第二反应挤出机口模后进行水下切粒，得发泡热塑性聚氨酯粒子材料；发泡热塑性聚氨酯粒子脱水后，烘干，得发泡型热塑性聚氨酯弹性体材料。本发泡型热塑性聚氨酯弹性体材料具有稳定的发泡密度，批次间产品品质稳定，随时进行中控监测，提高成品率。

Description

一种发泡型热塑性聚氨酯弹性体材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种发泡型热塑性聚氨酯弹性体材料及其制备方法，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。
专利WO2007/082838公开了一种基于热塑性聚氨酯的泡沫，该方法是采用间歇式釜压发泡工艺，具体是将TPU颗粒与分散剂，表面活性剂，正丁烷发泡剂以及水加入到高压釜中，升温至指定温度下保持一定的时间，然后将高压釜内的悬浮液物料迅速卸压至大气压得到发泡热塑性聚氨酯粒子，最后对所得到的发泡热塑性聚氨酯粒子进行洗涤烘干等后处理。
专利CN104194030A公开了一种热塑性聚氨酯弹性体发泡珠粒及其制备方法，该方法是通过间歇式釜压发泡法中，采用超临界二氧化碳作为发泡剂，利用二次降压的泄压方式实现TPU材料的发泡，制备热塑性聚氨酯发泡珠粒。
上述专利文献所报道的热塑性聚氨酯发泡粒子或珠粒均是采用间歇式釜压发泡工艺。对于间歇式釜压发泡工艺，产品品质检测需要在每一釜生产结束后才能进行检测，无法做到产品品质的中控监测与调整，易造成大量不合格产品的产生；此工艺需要体积非常大的反应釜以及接收罐来满足产能和接收发泡粒子，后续同样需要采用大尺寸的输送，脱水，干燥装置设备进行后处理，这样就导致了设备成本昂贵；每一批物料的生产时间通常在6-8小时，存在生产效率低等问题；由于釜压发泡是一种间歇式生产过程，难以保证最终产品批次间品质的稳定性，并且在生产过程中TPU物料长时间浸泡在高压、高温水中会导致TPU材料的水解，影响后续发泡材料的物理性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种发泡型热塑性聚氨酯弹性体材料及其制备方法，本制备方法从合成发泡热塑性聚氨酯粒子所需的TPU基料为源头，经过在挤出机中进行聚合反应，注入物理发泡剂，混合均匀，控制TPU聚合物熔体和物理发泡剂均相体系的温度、挤出发泡、水下切粒、后处理等工艺步骤，得到发泡热塑性聚氨酯粒子材料。本制备方法可以随时对TPU基料的工艺配方进行调整，并在任意时间段内进行品质指标的中控检测与监控，避免产生大量品质不合格的产品，生产工艺连续，设备投资成本低，自动化程度高，产品品质稳定。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种发泡型热塑性聚氨酯弹性体材料的制备方法，包括：
1)取聚合物多元醇100重量份、二异氰酸酯30-50重量份和扩链剂10-30重量份，倒入浇注机中混合均匀后，再加入到第一反应挤出机中，并控制第一反应挤出机的螺杆温度，使上述原料聚合反应10-200秒，得TPU聚合物熔体；
2)在第一反应挤出机螺杆的末端注入物理发泡剂，TPU聚合物熔体和物理发泡剂初步混合，得混合物，其中，物理发泡剂的加入量占TPU聚合物熔体质量的5-50％；
3)将2)得到的混合物加入到第二反应挤出机中，并控制第二反应挤出机的螺杆温度与螺杆转速，使物理气体发泡剂与TPU聚合物熔体混合均匀，形成均相体系；
4)将3)得到的均相体系经过第二反应挤出机口模后进行水下切粒，控制口模温度为80-100℃，口模压力为1-10Mpa，切粒水温为20-50℃，切粒机转速为800-3000rpm，得发泡热塑性聚氨酯粒子材料；
5)将4)得到的发泡热塑性聚氨酯粒子通过离心干燥机脱水后，在50-60℃的沸腾干燥器中烘干1-10小时，得发泡型热塑性聚氨酯弹性体材料。
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，在1)中，所述聚合物多元醇包括摩尔质量为800-4000g/mol的聚酯多元醇，摩尔质量为500-2000g/mol的聚醚多元醇以及摩尔质量为800-4000g/mol的聚碳酸酯多元醇中的一种或几种的混合物。例如：聚己二酸乙二醇酯二醇(PEA)，聚己二酸二甘醇酯二醇(PDA)，聚己二酸丁二醇酯二醇(PBA)，聚己二酸丙二醇酯二醇(PPA)，聚氧化丙烯二醇，聚四氢呋喃多元醇(PTMEG)。
进一步，在1)中，所述二异氰酸酯包括脂肪族、脂环族、芳香族以及芳脂族中的一种或几种的混合物，例如甲苯二异氰酸酯(TDI)，二苯基甲烷-2,2’-二异氰酸酯(MDI)，二苯基甲烷-2,4’-二异氰酸酯，二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯，3-异氰酸酯基亚甲基-3,5,5-三甲基环己基异氰酸酯(IPDI)，六亚甲基二异氰酸酯(HDI)，二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)，1,5-奈二异氰酸酯(NDI)，对苯二异氰酸酯(PPDI)，1,4-环己烷二异氰酸酯(CHDI)，环己烷二亚甲基二异氰酸酯(HXDI)，优选为二苯基甲烷-4,4’二异氰酸酯(4,4-MDI)。二异氰酸酯的加入量为30-45重量份，优选为35-40重量。
进一步，在1)中，所述扩链剂包括摩尔质量为50～500g/mol的脂肪族、芳香族或脂环族二醇化合物中的一种。例如，乙二醇(EG)，1.4-丁二醇(BDO)，1,2-丙二醇(PG)，1,6-己二醇(HD)，氢醌双(2-羟乙基)醚(HQEE)，间苯二醇双(羟乙基)醚(HER)，一缩二丙二醇(DPG)，1,4-二羟甲基环己烷(CHDM)；优选为1.4-丁二醇(BDO)。扩链剂的加入量为10-25重量份，优选为15-20重量份。
进一步，在1)中，所述第一反应挤出机的螺杆温度为90-220℃，优选100-210℃，特别优选120-200℃。
进一步，在1)中，所述第一反应挤出机的长径比为18-40，优选20-38，特别优选22-35，压缩比为2-5，并在第一反应挤出机喂料口处安装有止逆阀。
进一步，在2)中，所述物理发泡剂为二氧化碳、氮气、丙烷、正丁烷、异丁烷、正戊烷、异戊烷中的一种或任意几种的混合物，其加入量占TPU聚合物熔体质量的10-45％，优选为15-40％。
进一步，在3)中，所述第二反应挤出机的螺杆温度为120-150℃,螺杆转速为100-500rpm。
进一步，在4)中，所述口模温度为85-95℃，优选为90-95℃，口模压力为2-10Mpa，优选为3-9Mpa。
进一步，在4)中，所述发泡热塑性聚氨酯粒子的密度为0.08-0.5g/cm3,根据ASTM-D792测得，发泡密度可控，密度偏差小于10％。
本发明还提供一种如上所述的制备方法制备的发泡型热塑性聚氨酯弹性体材料。
如图1所示，本发明还提供一种制备发泡型热塑性聚氨酯弹性体材料的系统，包括聚合物多元醇料罐1、二异氰酸酯料罐2、扩链剂料罐3、浇筑机4、第一反应挤出机5、止逆阀6、物料发泡剂罐7、第一反应挤出机模头8、第二反应挤出机9、第二反应挤出机模头10、水下切粒机11和沸腾干燥器12，其中，聚合物多元、二异氰酸酯和扩链剂分别置于聚合物多元醇料罐1、二异氰酸酯料罐2和扩链剂料罐3中，聚合物多元醇料罐1、二异氰酸酯料罐2和扩链剂料罐3的出口端分别与浇筑机4相连，聚合物多元醇、二异氰酸酯和扩链剂在浇注机4中混合均匀后，再加入到第一反应挤出机5中，在第一反应挤出机5喂料口处安装止逆阀6，原料在第一反应挤出机5中聚合反应，得TPU聚合物熔体，物料发泡剂置于物料发泡罐7中，在第一反应挤出机5螺杆的末端通过物料发泡罐7加入物料发泡剂，TPU聚合物熔体和物理发泡剂初步混合，得混合物，将混合物通过第一反应挤出机模头8加入到第二反应挤出机9中，并控制第二反应挤出机9的螺杆温度与螺杆转速，使物理气体发泡剂与TPU聚合物熔体混合均匀，形成均相体系，将均相体系经过第二反应挤出机9口模(即图1中第二反应挤出机模头10)后通过水下切粒机11进行水下切粒，控制口模温度为80-100℃，口模压力为1-10Mpa，切粒水温为20-50℃，切粒机转速为800-3000rpm，得发泡热塑性聚氨酯粒子材料，将发泡热塑性聚氨酯粒子通过离心干燥机脱水后，在50-60℃的沸腾干燥器12中烘干1-10小时，得发泡型热塑性聚氨酯弹性体材料。
本发明采用连续挤出法制备发泡型热塑性聚氨酯弹性体材料，与现有技术相比较，本技术方案借助在挤出机中进行TPU聚合物熔体的反应合成，在挤出机中注入物理发泡剂，形成TPU聚合物熔体和物理发泡剂均相体系，挤出发泡。整个生产过程中TPU没有浸渍在高温和高压的水中，因而本发明不需要在TPU材料中添加耐水解剂，就可以获得发泡工艺所需的TPU基料，所制备的发泡粒子具有稳定的发泡密度，批次间产品品质稳定，随时进行中控监测，提高成品率。
本发明直接从TPU基料合成的源头出发，在生产过程中可以根据产品性能的要求在线进行工艺配方的调整与切换，避免釜压发泡工艺中产品切换时造成批次间产品性能不稳定以及物料浪费的问题。
本发明的有益效果是：
(1)生产工艺连续，自动化程度高，相同产能的情况下，生产效率比釜压发泡工艺效率提高10-30％；
(2)产品批次间品质稳定性好，批次间产品密度偏差小于10％；
(3)不需要在TPU材料中添加耐水解剂，就可以获得具有稳定的发泡密度的发泡粒子；
(4)所制备的发泡热塑性聚氨酯粒子的密度为0.08-0.5g/cm3，并且可根据需要随时调整发泡密度，发泡密度可控，泡孔尺寸为40-45um，泡孔尺寸的偏差小于12.5％。
附图说明
图1为本发明发泡型热塑性聚氨酯弹性体材料的制备方法所用装置的连接示意图；
其中，1、聚合物多元醇料罐，2、二异氰酸酯料罐，3、扩链剂料罐，4、浇筑机，5、第一反应挤出机，6、止逆阀，7、物料发泡剂罐，8、第一反应挤出机模头，9、第二反应挤出机，10、第二反应挤出机模头，11、水下切粒机，12、沸腾干燥器；
图2为实施例1制备的发泡型热塑性聚氨酯弹性体材料的图片；
图3为实施例1制备的发泡型热塑性聚氨酯弹性体材料横截面的电镜图。
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。
本发明通过下述方法测试发泡密度和泡孔直径。
根据ASTM-D792测试发泡热塑性聚氨酯粒子的发泡密度ρf。发泡密度计算公式为：ρf＝W1/(W1+W2-W3)，其中，W1为发泡热塑性聚氨酯粒子在空气中的质量，W2是使发泡热塑性聚氨酯粒子浸渍在水中的金属帽的重量，W3是发泡热塑性聚氨酯粒子在水中的质量。
采用扫描电镜采集发泡型热塑性聚氨酯珠粒沿直径方向切割面的图像，在直径方向计算发泡颗粒表面的2个交点距离(L)与该直线上的泡孔数量(n)。泡孔直径＝L/n。
实施例1
(1)将100重量份聚四氢呋喃多元醇，50重量份二苯基甲烷-4,4’二异氰酸酯以及10重量份1,4-丁二醇按质量比100:50:10的比例通过浇注机加入到第一反应挤出机中，所用的第一反应挤出机的长径比为18，压缩比为2，并控制第一反应挤出机螺杆温度为120-150℃，使上述原料混合物聚合反应10秒，得TPU聚合物熔体，其中，在第一反应挤出机喂料口处安装有止逆阀；
(2)在第一反应挤出机螺杆的末端注入20重量份丁烷，TPU聚合物熔体与丁烷初步混合；
(3)将初步混合的TPU聚合物熔体和丁烷加入第二反应挤出机中，并控制第二反应挤出机螺杆温度为150-120℃，螺杆转速为100rpm，使丁烷与TPU聚合物熔体混合均匀，形成均相体系；
(4)将TPU聚合物熔体和丁烷的均相体系经过第二反应挤出机口模后进行水下切粒，口模温度和口模压力分别为80℃和1Mpa，切粒水温为20℃，切粒机转速为800rpm，得到发泡热塑性聚氨酯粒子材料；
(5)将发泡热塑性聚氨酯粒子通过离心干燥机脱水后，在50℃的沸腾干燥器中烘干1小时，得到发泡型热塑性聚氨酯弹性体材料。
本实施例所制备的发泡热塑性聚氨酯粒子材料以及截面泡孔情况如图2与图3所示。从图2可以看出，所制备的发泡热塑性聚氨酯材料表面平整、光滑，不存在收缩，凹陷等缺陷，发泡密度为0.165g/cm3。从图3可以看出，截面的泡孔尺寸为40-42um，尺寸均匀，产品密度偏差为10％。后续实施例中所制备的发泡热塑性聚氨酯粒子外观与截面泡孔情况与实施例1类似，在此不再一一提供。
将上述得到的发泡热塑性聚氨酯弹性体粒子填充到长300mm×宽250mm×厚50mm的模具中。采用水蒸气沿模具厚度方向压缩10％使粒子粘结成型，最终得到发泡热塑性聚氨酯模塑泡沫制品。评价其性能，如表1所示。
表1
性能 标准 单位 实施例1 类似产品
密度 ASTM D792 g/cm3 0.165 0.180
泡孔尺寸 — um 40-42 100-300
密度偏差 - ％ 10 15
回弹性 ISO 8307 ％ 65 55
拉伸强度 ISO 1798 MPa 2 0.6
压缩模量 ISO 844 MPa 1 0.4
撕裂强度 ISO 8067 KN/m 50 30
与现有市场产品(产品名称：InfinergyTM32-100U10)性能相比较可以看出：本实施例产品回弹性为65％，拉伸强度为2MPa,压缩模量为1MPa，撕裂强度为50KN/m。而市场同类产品(如BASF公司生产)回弹性为55％，拉伸强度为0.6MPa,压缩模量为0.8MPa，撕裂强度为30KN/m，密度偏差为15％。通过上述比较，可以很明显的看到本发明所制备的产品在回弹性，拉伸强度，压缩模量等性能方面都优于市场现有同类产品。其主要原因在于本发明直接从TPU基材树脂的合成出发，TPU基材没有再经过螺杆的剪切等二次加工，最大限度的保留了TPU基材的物性，使得TPU熔体在发泡过程中对气体发泡剂包裹力更强，产品闭孔率高，泡孔尺寸均匀(如图3所示)。同时避免了将TPU基材树脂长时间浸泡在高压、高温水中，进而不会产生TPU基材因水解问题导致后续发泡材料物理性能的降低。所制备的发泡热塑性聚氨酯粒子可广泛应用于鞋材，汽车部件，工业缓冲减震部件，包装，体育休闲等领域。
实施例2
(1)将100重量份的聚己二酸丁二醇酯二醇，50重量份的二苯基甲烷-4,4’二异氰酸酯以及15重量份的1,4-丁二醇按质量比100:50:15的比例通过浇注机加入到第一反应挤出机中，所用的第一反应挤出机的长径比为40，压缩比为5，并控制第一反应挤出机螺杆温度为130-200℃；使上述原料混合物聚合反应100秒，得到TPU聚合物熔体，其中，在第一反应挤出机喂料口处安装有止逆阀；
(2)在第一反应挤出机螺杆的末端注入25重量份二氧化碳，TPU聚合物熔体和二氧化碳初步混合；
(3)将初步混合的TPU聚合物熔体和二氧化碳加入到第二反应挤出机中，并控制螺杆温度为150-125℃，螺杆转速为500rpm，使二氧化碳与TPU聚合物熔体混合均匀，形成均相体系；
(4)将TPU聚合物熔体和二氧化碳的均相体系经过第二反应挤出机口模后进行水下切粒，口模温度和口模压力分别为85℃和2Mpa，切粒水温为30℃，切粒机转速为900rpm，得到发泡热塑性聚氨酯粒子材料；
(5)将发泡热塑性聚氨酯粒子通过离心干燥机脱水后，在温度为60℃的沸腾干燥器中烘干5小时，得到发泡型热塑性聚氨酯弹性体材料。
经测试，所制备的发泡热塑性聚氨酯粒子的密度偏差为8％。将上述得到的发泡热塑性聚氨酯弹性体材料填充到长300mm×宽250mm×厚50mm的模具中。采用水蒸气沿模具厚度方向压缩10％使粒子粘结成型，最终得到发泡热塑性聚氨酯模塑泡沫制品。评价其性能，如表2所示。
表2
性能 标准 单位 实施例1 类似产品
密度 ASTM D792 g/cm3 0.175 0.180
泡孔尺寸 — um 40-45 100-300
密度偏差 - ％ 8 15
回弹性 ISO 8307 ％ 68 55
拉伸强度 ISO 1798 MPa 2.5 0.6
压缩模量 ISO 844 MPa 1.5 0.4
撕裂强度 ISO 8067 KN/m 45 30
实施例3
(1)将100重量份的生物基聚1，3-丙二醇，45重量份的二苯基甲烷-4,4’二异氰酸酯以及30重量份的1,4-丁二醇按质量比100:45:30的比例通过浇注机加入到第一反应挤出机中，所用的第一反应挤出机的长径比为25，压缩比为2.5，并控制第一反应挤出机螺杆温度为90-220℃，使上述原料混合物聚合反应150秒，得到TPU聚合物熔体，其中，在第一反应挤出机喂料口处安装有止逆阀；
(2)在第一反应挤出机螺杆的末端注入25重量份氮气，TPU聚合物熔体与氮气初步混合；
(3)将初步混合的TPU聚合物熔体和氮气加入第二反应挤出机中，并控制螺杆温度为150-120℃，螺杆转速为150rpm，使氮气与TPU聚合物熔体混合均匀，形成均相体系；
(4)将TPU聚合物熔体和氮气的均相体系经过第二反应挤出机口模后进行水下切粒，口模温度和口模压力分别为90℃和2.5Mpa，切粒水温为30℃，切粒机转速为1500rpm，得到发泡热塑性聚氨酯粒子材料；
(5)将发泡热塑性聚氨酯粒子通过离心干燥机脱水后，在50-60℃的沸腾干燥器中烘干8小时，得到发泡型热塑性聚氨酯弹性体材料。
经测试，所制备的发泡热塑性聚氨酯粒子的密度偏差为6％。将上述得到的发泡热塑性聚氨酯弹性体材料填充到长300mm×宽250mm×厚50mm的模具中。采用水蒸气沿模具厚度方向压缩10％使粒子粘结成型，最终得到发泡热塑性聚氨酯模塑泡沫制品。评价其性能，如表3所示。
表3
性能 标准 单位 实施例1 类似产品
密度 ASTM D792 g/cm3 0.168 0.180
泡孔尺寸 — um 40-44 100-300
密度偏差 - ％ 6 15
回弹性 ISO 8307 ％ 62 55
拉伸强度 ISO 1798 MPa 1.5 0.6
压缩模量 ISO 844 MPa 1.2 0.4
撕裂强度 ISO 8067 KN/m 45 30
实施例4
(1)将100重量份的生物基聚己二酸-1，3-丙二醇酯二醇，40重量份的二苯基甲烷-4,4’二异氰酸酯以及30重量份的1,4-丁二醇按质量比100:40:30的比例通过浇注机加入到第一反应挤出机中，所用的第一反应挤出机的长径比为30，压缩比为4，并控制第一反应挤出机螺杆温度为120-170℃；使上述原料混合物聚合反应200秒，得到TPU聚合物熔体，其中，在第一反应挤出机喂料口处安装有止逆阀；
(2)在第一反应挤出机螺杆的末端注入25重量份正丁烷，TPU聚合物熔体和正丁烷初步混合；
(3)将初步混合的TPU聚合物熔体和正丁烷加入第二反应挤出机中，并控制螺杆温度为150-120℃，螺杆转速为300rpm，使正丁烷与TPU聚合物熔体混合均匀，形成均相体系；
(4)将TPU聚合物熔体和正丁烷的均相体系经过第二反应挤出机口模后进行水下切粒，口模温度和口模压力分别为95℃和3Mpa，切粒水温为30℃，切粒机转速为1500rpm，得到发泡热塑性聚氨酯粒子材料；
(5)将发泡热塑性聚氨酯粒子通过离心干燥机脱水后，在温度为50℃的沸腾干燥器中烘干10小时，得到发泡型热塑性聚氨酯弹性体材料。
经测试，所制备的发泡热塑性聚氨酯粒子的密度偏差为8％。将上述得到的发泡热塑性聚氨酯弹性体材料填充到长300mm×宽250mm×厚50mm的模具中。采用水蒸气沿模具厚度方向压缩10％使粒子粘结成型，最终得到发泡热塑性聚氨酯模塑泡沫制品。评价其性能，如表4所示。
表4
性能 标准 单位 实施例1 类似产品
密度 ASTM D792 g/cm3 0.172 0.180
密度偏差 — ％ 8 15
泡孔尺寸 — um 40-45 100-300
回弹性 ISO 8307 ％ 62 55
拉伸强度 ISO 1798 MPa 1.8 0.6
压缩模量 ISO 844 MPa 1.5 0.4
撕裂强度 ISO 8067 KN/m 48 30
从以上实施例可以看出，本技术方案采用连续挤出发泡的方法，直接从合成TPU基材出发，通过在挤出机中进行TPU的合成、TPU熔体/物理发泡剂均相体系形成、水下切粒、发泡等工艺操作，最大限度的保留TPU基材树脂的物性，同时避免了TPU基料在高压和高温水中的水解问题，所制备的发泡热塑性聚氨酯弹性体材料的泡孔尺寸更均匀，产品回弹性，机械强度性能等优势更突出。另外需要强调的是，釜压发泡工艺中只能在每一釜生产结束后对产品进行检测，缺乏对产品性能的中控检测，而本技术方案在生产过程中可以在任意时间对产品性能进行中控检测，进而根据测试结果对生产工艺立即进行在线调整，保证最终产品批次间品质的稳定性，提高了成品率，所制备的发泡热塑性聚氨酯粒子的密度偏差小于10％。
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 (10)

1.一种发泡型热塑性聚氨酯弹性体材料的制备方法，其特征在于，包括：
1)取聚合物多元醇100重量份、二异氰酸酯30-50重量份和扩链剂10-30重量份，倒入浇注机中混合均匀后，再加入到第一反应挤出机中，并控制第一反应挤出机的螺杆温度，使上述原料聚合反应10-200秒，得TPU聚合物熔体；
2)在第一反应挤出机螺杆的末端注入物理发泡剂，TPU聚合物熔体和物理发泡剂初步混合，得混合物，其中，物理发泡剂的加入量占TPU聚合物熔体质量的5-50％；
3)将2)得到的混合物加入到第二反应挤出机中，并控制第二反应挤出机的螺杆温度与螺杆转速，使物理气体发泡剂与TPU聚合物熔体混合均匀，形成均相体系；
4)将3)得到的均相体系经过第二反应挤出机口模后进行水下切粒，控制口模温度为80-100℃，口模压力为1-10Mpa，切粒水温为20-50℃，切粒机转速为800-3000rpm，得发泡热塑性聚氨酯粒子材料；
5)将4)得到的发泡热塑性聚氨酯粒子通过离心干燥机脱水后，在50-60℃的沸腾干燥器中烘干1-10小时，得发泡型热塑性聚氨酯弹性体材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在1)中，所述聚合物多元醇包括摩尔质量为800-4000g/mol的聚酯多元醇，摩尔质量为500-2000g/mol的聚醚多元醇以及摩尔质量为800-4000g/mol的聚碳酸酯多元醇中的一种或几种的混合物。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在1)中，所述二异氰酸酯包括脂肪族、脂环族、芳香族以及芳脂族中的一种或几种的混合物。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在1)中，所述扩链剂包括摩尔质量为50～500g/mol的脂肪族、芳香族或脂环族二醇化合物中的一种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在1)中，所述第一反应挤出机的螺杆温度为90-220℃，第一反应挤出机的长径比为18-40，压缩比为2-5，并在第一反应挤出机喂料口处安装有止逆阀。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在2)中，所述物理发泡剂为二氧化碳、氮气、丙烷、正丁烷、异丁烷、正戊烷、异戊烷中的一种或任意几种的混合物。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在3)中，所述第二反应挤出机的螺杆温度为120-150℃,螺杆转速为100-500rpm。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在4)中，所述口模温度为85-95℃，口模压力为2-10Mpa。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在4)中，所述发泡热塑性聚氨酯粒子的密度为0.08-0.5g/cm3,根据ASTM-D792测得，发泡密度可控，密度偏差小于10％。
10.一种如权利要求1-9任一所述的制备方法制备的发泡型热塑性聚氨酯弹性体材料。
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