一种基于聚烯烃弹性体的高弹性发泡材料及其制备方法与应用与流程

本发明涉及发泡材料领域，尤其涉及一种基于聚烯烃弹性体的高弹性发泡材料及其制备方法与应用。

背景技术：

发泡材料是指在物质内部气化产生气泡使之成为多孔物质的发泡的物质，具有重量轻、比强度高、绝缘性能优异、缓冲能力显著以及吸附能力强的优势，已经被广泛的应用在了汽车工业、建筑工业、包装工业、农业、水处理和空气过滤等领域；如制造泡沫塑料、泡沫橡胶、泡沫树脂等。

应用于儿童爬行垫和家装材料的聚烯烃(主要是聚乙烯或eva)泡沫地垫的主要特性是兼有一定的柔性和刚性，也就是弹性和塑性的结合。但总的来说，回弹性不够，脚踩上去舒适度不够。一般聚乙烯或eva泡沫地垫的邵氏a硬度大于30°，正常情况是38°左右。

而目前更多需求对于泡沫地垫的弹性要求更高，要求泡沫地垫做得更有弹性，更柔软，脚感舒适，不易疲劳。而且要求脚面和泡沫地垫之间以及泡沫地垫与地面之间不容易滑动，也就是有一定的止滑作用，防止老人小孩摔倒。

目前市面上软质泡沫地垫基本上都是聚氯乙烯(pvc)泡沫地垫。pvc树脂本身是无毒的，但是其添加剂如增塑剂、稳定剂等，可能造成一些毒害作用。其中报道最多的是增塑剂dehp。此外还有稳定剂含重金属的问题。

pvc更大的问题还在于其垃圾的危害。垃圾焚烧会产生世界公认的最毒的致癌物二噁英，而二噁英的产生条件是要有含氯化合物，并且在高温下才能形成。pvc提供了氯的来源，都市固态废弃物中的氯含量有38％～66％来自pvc，因此可以认为pvc是现今二噁英产生的最大来源。因而pvc软质泡沫地垫的环保问题比较大。

另一种常见的软质泡沫塑料是聚氨酯。线型聚氨酯用作热塑性弹性体(urethanerubber，ur；或thermoplasticpu，tpu)广泛用于制作泡沫塑料，具有保温、绝热、隔音等功能。这种软泡沫似海绵，用作包装材料和沙发坐垫等。但是聚氨酯泡沫塑料不适合做地垫，原因是其主要缺点是遇水容易发生水解，受紫外线作用易变色，而且残留单体甲苯二异氰酸酯毒性较大，在《高分子科学简明教程(第二版)》中有相关记载。

如何选取合适的材料制备高弹性亦即邵氏硬度≤22的发泡材料值得研究。

技术实现要素：

发明目的：为了解决现有技术中所存在的问题，本发明提出了一种基于聚烯烃弹性体的高弹性发泡材料及其制备方法与应用，制备而成的高弹性发泡材料的邵氏硬度降低到10-22，从塑性体转变为弹性体，整体提升发泡材料的弹性和柔韧性。

技术方案：为达以上目的，本发明采取以下技术方案：

一种基于聚烯烃弹性体的高弹性发泡材料，包括如下以重量计算的制备原料：含有聚烯烃弹性体poe的聚合物100份、发泡剂8-12份、氧化锌1-5份、硬脂酸1-2份、交联剂0.5-1.0份、填料0-80份；所述聚合物中聚烯烃弹性体poe的质量百分比为50％-100％

poe是聚烯烃弹性体polyolefineelaster的简称。poe是采用茂金属催化剂的乙烯(或丙烯)和1-辛烯实现原位(insite)催化技术无规共聚的热塑性弹性体。poe分两类，有陶氏的乙烯基poe(商品名engage)和埃克森美孚的丙烯基poe(商品名vistamaxx)。poe的特点是：(a)辛烯的柔软链卷曲结构以结晶的乙烯链作为物理交联点，使它既有优异的韧性又有良好的加工性。(b)poe分子结构中没有不饱和双键，具有优良的耐老化性能。(c)poe分子量分布窄，具有较好的流动性，与聚烯烃相容性好。(d)良好的流动性可改善填料的分散效果。随着poe含量的增加，体系的弹性和断裂伸长率有很大的提高。可见，poe对聚烯烃泡沫塑料有优良的增弹作用。

更为优选的，所述聚烯烃弹性体poe的熔融指数mi值范围为1.0-6.0g/10min。

更为优选的，所述聚合物中聚烯烃弹性体poe为陶氏乙烯基poeengage、埃克森美孚丙烯基poevistamaxx中的至少一种。

更进一步的，所述聚合物中还包括熔融指数mi值范围为1.0-6.0g/10min的低密度聚乙烯，线性低密度聚乙烯，中密度聚乙烯，茂金属聚乙烯，乙烯-乙酸乙烯酯共聚物中的至少一种。

更进一步的，所述发泡剂为偶氮二甲酰胺、4,4’-氧代双苯磺酰肼中的至少一种。

更进一步的，所述交联剂为二叔丁过氧基二异丙苯、过氧化二异丙苯中的至少一种。

更进一步的，所述填料为滑石粉、碳酸钙中的至少一种。

本申请还公开了一种基于聚烯烃弹性体的高弹性发泡材料的制备方法，包括如下步骤：

将所需原料按需备好，置于密闭式炼胶机内进行混料塑炼处理，其中密闭式炼胶机内温度为130-140℃塑炼10-30min后排出；将密闭式炼胶机排出的物料送入开炼机进行开炼薄通10-20min；冷却后裁切成片，于165-185℃和模内压力5-20mpa的压机中发泡成型，得到所需基于聚烯烃弹性体的高弹性发泡材料。

本发明还公开了上述制备方法制备的高弹性发泡材料的应用，具体通过化学发泡制备成地垫、卷材中的一种。具体可以为聚乙烯泡沫地垫，eva泡沫地垫，ldpe泡沫地垫，pe泡沫地垫，拼图地垫，聚乙烯泡沫卷材，eva泡沫卷材等产品；主要用于瑜伽等体育活动场所，婴幼儿爬行和游戏场地，老年人活动场所等对地垫卷材弹性和柔韧性要求较高的应用；也可用于家装的建材类地垫产品的增弹作用。

有益效果：本发明提供的一种基于聚烯烃弹性体的高弹性发泡材料及其制备方法与应用，与现有技术相比具备以下优点：

(1)本发明的发泡材料成品邵氏a硬度小于22，具体在10～22之间，明显优于传统材料的30以上。

(2)本发明的发泡材料成品不仅柔软，而且回弹性好，断裂伸长率高，其中聚烯烃弹性体的含量越高，上述性能越好。

(3)本发明的发泡材料成品柔软舒适、抗疲劳，有止滑效果。

(4)聚烯烃弹性体的分子中均不含有对氧化敏感的碳-碳双键，所以成品具备更优异的抗老化性能。

(5)制备材料不含甲醛、增塑剂等有害物质，更没有氯化物产生二噁英的问题，安全环保性能高。

(6)制备方法可直接在原生产线上使用，不增加工艺流程，适合工业化生产；降低生产改进成本。

附图说明：

图1为实施例1与对比例1制备的发泡材料成品的应力-应变关系对比示意图。

具体实施方式

设置实施例1-6以及对比例1：对聚合物内聚烯烃弹性体的不同质量百分比制备的发泡材料进行制备测试对比，具体如下：

实施例1：

一种基于聚烯烃弹性体的高弹性发泡材料，包括如下以重量计算的制备原料：聚烯烃弹性体poe和低密度聚乙烯ldpe混合组成的聚合物3kg，偶氮二甲酰胺(ac)300g，二叔丁基过氧异丙基苯(bipb)22g，硬脂酸30g，氧化锌40g，滑石粉2kg。其中聚烯烃弹性体poe具体选用埃克森美孚vistamaxx8210，在聚合物中的质量百分比为100％；且其熔融指数为5.0g/10min；低密度聚乙烯ldpe选用扬子巴斯夫2426h，熔融指数为2.3g/10min。

其制备方法如下：将所需原料按需备好，置于密闭式炼胶机内进行混料塑炼处理，其中密闭式炼胶机内温度为135℃塑炼15min排出；将密闭式炼胶机排出的物料送入开炼机进行开炼薄通15min；冷却后裁切成片，于175℃压机中发泡成型，得到所需基于聚烯烃弹性体的高弹性发泡材料。

实施例2-实施例6：

除去埃克森美孚vistamaxx8210在聚合物中的质量百分比含量不同，其他制备原料的种类用量均与实施例1相同；且制备方法也与实施例1相同，实施例2-6中埃克森美孚vistamaxx8210在聚合物中具体质量百分比依次为90％、80％、70％、60％、50％。

对比例1：

一种普通发泡材料，包括如下以重量计算的制备原料：低密度聚乙烯ldpe(扬子巴斯夫2426h，熔融指数为2.3g/10min)3kg，偶氮二甲酰胺(ac)300g，二叔丁基过氧异丙基苯(bipb)22g，硬脂酸30g，氧化锌40g，滑石粉2kg。与实施例1-6的区别在于并未添加聚烯烃弹性体埃克森美孚vistamaxx8210。

另设置实施例7-8、对比例2：对添加了不同填料种类和用量制备的发泡材料进行性能测试对比，并与实施例6进行对比，具体如下：

实施例7：

其他实施方式与指标方法与实施例6基本相同，不同之处在于填料滑石粉的用量为1.0kg。

实施例8：

基本实施方式与制备方法均与实施例6基本相同，不同之处在于填料为碳酸钙，用量为2.0kg。

对比例2：

基本实施方式与制备方法均与实施例6基本相同，不同之处在于填料滑石粉的用量为3.0kg(对比例2添加的填料滑石粉的数量为3.0kg，超过了本发明限定的优选填料比例)。

另外设置实施例9，采用聚烯烃弹性体陶氏engage8150混合进行发泡材料的制备，具体如下：

一种基于聚烯烃弹性体的高弹性发泡材料，包括如下以重量计算的制备原料：聚烯烃弹性体(陶氏engage8150，熔融指数为2.02g/10min)3kg，偶氮二甲酰胺(ac)300g，二叔丁基过氧异丙基苯(bipb)22g，硬脂酸30g，氧化锌40g，滑石粉2kg。

制备方法与实施例1相同。

成品测试对比：

1)测试方法：

邵氏a硬度的测定方法：

根据gb/t530-1999《橡胶袖珍硬度计压入硬度试验方法》，国际标准iso7619:1986进行测试，硬度计型号为：lx-a邵氏硬度计。

断裂伸长率的测定方法：

根据gb/t6344-2008《软质泡沫聚合材料拉伸强度和断裂伸长率的测定》使用仪器电子万能试验机型号：日本岛津ags-x5kn。试样尺寸为152mm×13mm×10mm，横截面为矩形；拉伸速度为500mm/min±50mm/min；测定温度23℃±2℃，相对湿度50％±5％。

回弹系数的测定方法：

根据gb/t6670-2008《软质泡沫聚合材料落球法回弹性能的测定》；相应国际标准iso8307:2007。钢球回落高度：500mm；钢球直径：16mm。仪器型号：ky-c(东莞市利拓检测仪器有限公司)。

实施例1-实施例6以及对比例1添加不同质量百分比的聚烯烃弹性体的产品的测试数据如表1所示：

表1：ldpe中添加不同质量百分比的poe制备的产品性能对比

从表1中可以看出，本发明实施例1-6添加了聚烯烃弹性体埃克森美孚vistamaxx8210所制备而成的发泡材料成品的硬度低于22°，添加量越多，其硬度越低，最低为实施例1的11.9°；而断裂伸长率均较对比例1未添加埃克森美孚vistamaxx8210的发泡材料来说更优；具备更优异的回弹系数，最高达到61％。因此本发明添加了聚烯烃弹性体poe制备的发泡材料不仅柔软，而且回弹性好，断裂伸长率高。

此外对实施例1，和对比例1的应力-应变关系对比示意图请见图1所示。图中a为对比例1，b为实施例1。可以看出a是典型的塑性材料的应力-应变曲线，而b是典型的弹性材料的应力-应变曲线。拉伸时b比a的断裂伸长率大得多。

实施例6-8以及对比例2不同填料种类和用量制备的产品的测试数据如表2所示：

表2：不同填料种类和用量制备的产品性能对比

从表2中可以看出，本发明实施例6-8添加了不同填料种类以及不同用量及所制备而成的发泡材料成品的硬度、断裂伸长率和回弹系数均存在一定的差异性。填料量越多，材料越硬，断裂伸长率和回弹系数均减少。两种常见填料种类的影响较小；但是从对比例2的数据可以看出填料滑石粉的使用量为3kg，超过了以3kg聚合物按本申请份数配比计算的2.4kg的填料上限，其邵氏硬度明显较大，弹性较差。

实施例9采用聚烯烃弹性体陶氏engage8150混合进行发泡材料的制备的产品经测试，邵氏a硬度为21.9°，断裂伸长率为163％，回弹系数为43％。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。