[发明专利]热塑性弹性体的超临界流体发泡方法及其产品、应用

说明书

本发明公开了一种热塑性弹性体的超临界流体发泡方法及其产品、应用。该热塑性弹性体发泡材料的制备方法的步骤如下：(1)将热塑性弹性体材料在模腔中升温至发泡温度；其中，发泡温度为(T_g+180℃)～(T_g+200℃)；(2)向所述模腔中注入超临界流体，并保持超临界状态；其中，超临界流体为超临界N₂和超临界CO₂的混合气体；超临界N₂和所述超临界CO₂的压力比为(0.3～2.2)：1；(3)对所述模腔进行卸压。本发明中热塑性弹性体发泡材料的制备方法，工艺简单，能耗低，总计饱和时间短，有效地提高了生产效率；且本发明中的热塑性弹性体发泡材料发泡倍率高，收缩率小，泡孔直径小，泡孔密度大，力学性能优异。

技术领域

本发明涉及聚合物制备领域，具体涉及一种热塑性弹性体的超临界流体发泡方法及其产品、应用。

背景技术

热塑性弹性体是一种兼具橡胶弹性和热塑性塑料的熔体流动性与重复使用性能的材料。因其具有优良的物理机械性能和电气绝缘性能，而被广泛应用于汽车、电子电气、医疗器械、建筑包装等领域。目前，常见的热塑性弹性体包括热塑性聚氨酯弹性体橡胶(TPU)、热塑性聚酯弹性体(TPEE)、尼龙12弹性体(PEBA)等。

发泡高分子材料是由大量气体分散于材料中而形成的高分子材料，具有质轻、隔热、吸音、减振等特性，且介电性能优于基体树脂，用途很广。微孔发泡材料可以在维持材料必要机械性能的前提下，显著降低制品的重量，从而实现减少原料消耗和降低生产成本的目的，同时，孔密度较高、孔径较小的泡孔使得发泡材料具有较高的冲击强度、韧性和抗疲劳寿命等优异性能。以热塑性聚氨酯发泡材料为例，热塑性聚氨酯发泡材料是以热塑性聚氨酯为基体，制得的内部含有大量均匀分布气泡结构的材料，具有优异的耐磨性、抗拉强度、断裂伸长率等性能，能抵抗多种酸碱和有机溶剂的腐蚀，产品环保无污染，生物相容性好，被广泛应用于缓冲材料、防振材料、运动用品、汽车用部件等行业。

目前，热塑性聚氨酯发泡材料的发泡工艺主要为釜压珠粒发泡，具体可分为有水釜压发泡与无水釜压发泡。有水釜压发泡是通过双螺杆挤出机将热塑性聚氨酯与其他聚合物、成核剂等进行共混造粒，然后将制得的TPU粒料加入高压釜中，以水为分散剂制得发泡微粒；再将TPU发泡珠粒放入模具中，通入蒸汽使其粘结成型。这一工艺流程复杂，且成型过程能耗大，生产过程中还会产生废水，处理成本高。无水釜压发泡则是通过在高压釜内循环高压CO₂，使TPU粒料处于喷动状态，从而避免废水的产生，再通过蒸汽粘结成型。由于使用的是珠粒成型的方法，通过蒸汽粘结的产品力学性能会有所下降。

超临界流体发泡技术是以超临界CO₂或超临界N₂为发泡剂的物理发泡技术，相比于传统的烷烃、氟利昂等物理发泡剂，具有来源广泛、环境友好、不易燃烧等优点。但是，TPU材料质地柔软，使用超临界CO₂发泡后的粒子存在严重的收缩问题(尺寸收缩率高达70％以上)。这种严重收缩不但显著增加发泡材料的密度，同时导致发泡材料表面出现明显的褶皱及凹陷，严重影响发泡材料的后续使用。现在普遍采用的方法是通过共混其他聚合物、尺寸稳定剂或成核剂等方法，来改善收缩问题，但这些方法一方面会增加成本，另一方面会降低发泡倍率。

因此，亟需提供一种制备工艺简单，力学性能好且收缩率小的热塑性弹性体发泡材料。

发明内容

本发明所要解决的问题在于克服现有技术中热塑性弹性体的发泡方法工艺复杂，其制得的热塑性弹性体发泡材料力学性能下降、收缩率大的缺陷，并提供热塑性弹性体的超临界流体发泡方法及其产品、应用。本发明中热塑性弹性体的超临界流体发泡方法工艺简单，能耗低，有效地提高了生产效率；同时，本发明制得的热塑性弹性体发泡材料发泡倍率高，收缩率小，泡孔直径小，泡孔密度大，力学性能优异。