[發明專利]一種聚氨酯材料的脫硫解交聯方法

在審

• 申請號: 201510080651.0
• 申請日: 2015-02-15
• 公開（公告）號: CN104592545A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 朱勇健
• 申請（專利權）人: 朱勇健
• 主分類號: C08J11/10
• 分類號: C08J11/10
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 胡紅芳

發明領域

本發明涉及聚氨酯材料，特別涉及一種用超聲波雙螺桿擠出機對熱固化、半熱固化或含有網狀結構聚氨酯材料的連續式脫硫解交聯。

背景技術

橡膠制品廣泛應用于工業或生活各方面，但是廢舊橡膠的傳統處理方式給環境帶來了很大的污染。鑒于全球對材料環保意識的提升，聚氨酯彈性體飛速發展，逐步替代著橡膠的市場。隨著聚氨酯彈性體使用量的提升，聚氨酯彈性體的回收再利用變得越來越重要。雖然全熱塑的聚氨酯彈性體可溶可熔，但是為了得到更高的強度、更好的耐熱耐溶劑等性能，聚氨酯彈性體的配方設計會按照不同的應用而不同，很多TPU(Thermoplastic?polyurethanes)都會設計成具有一定的化學交聯結構，使其成為半熱塑半熱固TPU材料，而CPU(澆注型聚氨酯彈性體)絕大部分都是熱固性材料，MPU(混煉型聚氨酯彈性體)也含有一定的網狀結構。因此如何回收利用這些材料就變得尤為重要。

聚氨酯(簡稱PU)是由多異氰酸酯和聚醚多元醇或聚酯多元醇或/及小分子多元醇、多元胺或水等擴鏈劑或交聯劑等原料制成的聚合物。通過改變原料種類及組成，可以大幅度地改變產品形態及其性能，得到從柔軟到堅硬的最終產品。聚氨酯制品形態有軟質、半硬質及硬質泡沫塑料、彈性體、油漆涂料、膠粘劑、密封膠、合成革涂層樹脂、彈性纖維等，廣泛應用于汽車制造、冰箱制造、交通運輸、土木建筑、鞋類、合成革、織物、機電、石油化工、礦山機械、航空、醫療、農業等許多領域。

對于橡膠而言，硫化是提高性能的重要條件，“硫化”因最初的天然橡膠制品用硫磺作交聯劑進行交聯而得名，隨著橡膠工業的發展，現在可以用多種非硫磺交聯劑進行交聯。因此硫化的更科學的意義應是“交聯”或“架橋”，即線性高分子通過交聯作用而形成的網狀高分子的工藝過程。但是硫化后的橡膠就無法再加工使用，橡膠要回收再利用，就必須脫硫，即，對廣泛意義上的“交聯”和“架橋”類線性高分子通過交聯作用而形成的網狀高分子結構進行破壞。目前使用比較多的脫硫方法有機械法、化學法、機械化學法、微波法、連續超聲波法、生物法。而聚氨酯的脫硫目前則相對研究較少。

考慮到聚氨酯彈材料產量的日益提升，如何回收利用這些材料就變得尤其重要。

發明內容

鑒于以上問題，本發明目的在于提供一種用超聲波雙螺桿擠出機對熱固化、半熱固化或含有網狀結構聚氨酯材料的連續式脫硫解交聯的方法。這里的聚氨酯材料是聚氨基甲酸酯，即主鏈上含有重復氨基甲酸酯基團(NHCOO)的大分子化合物的統稱，包含TPU、CPU、MPU、聚氨酯軟泡、聚氨酯硬泡等一系列具備網狀結構的聚氨酯高分子固體材料。

技術構思：通過對超聲波振幅、頻率、模頭壓力、超聲波變幅桿與待脫硫材料的間距、帶脫硫材料的流速等工藝條件的研究和測試，實現熱塑性聚氨酯彈性體TPU、澆注型聚氨酯彈性體CPU、混煉型聚氨酯彈性體MPU、微孔聚氨酯彈性體、聚氨酯硬泡、聚氨酯軟泡等含三維網狀結構聚氨酯材料的脫硫解交聯，以便其脫硫產物能得以通過擠出、注塑或相關工藝進行回收再利用。

主要的超聲波脫硫反應裝置包括兩個關鍵的部件：擠出機和超聲波裝置。擠出機的作用是加熱聚氨酯材料體并將聚氨酯材料推入超聲波裝置，超聲波機的作用是通過金屬發聲頭用不同頻率的超聲將機械振動波強加到聚氨酯材料上。

超聲波脫硫的原理可以從以下三方面解釋。當超聲波處理聚氨酯材料時，超聲波變幅桿發射出高頻的震動波，聚氨酯材料由此產生的快速拉伸和收縮使得聚氨酯材料內空洞和雜志周邊產生脈動氣泡。高的應力應變由此產生，打斷了化學鏈，包含交聯。

超聲波輔助脫硫反應器包含一個共旋雙螺桿擠出機，這個擠出機的機筒安裝了一個超聲波變幅桿。如圖1所示，聚氨酯材料粒子從料口喂料，再由機筒加熱。直徑16mm的兩個螺桿用來傳送和混合聚氨酯材料，脫硫在超聲波區域進行，超聲波從變幅桿中強行輸入聚氨酯材料。超聲波變幅桿喇叭口連接增壓器，增壓器連接轉換器，轉換器用來將電能轉化為機械能以用來脫硫。喂料那段的機筒用自來水冷卻。超聲波變幅桿的冷卻用恒溫器中的水冷卻，轉換器用壓縮空氣冷卻。

具體技術方案如下：

一種聚氨酯材料的脫硫解交聯方法，包括如下步驟：

所述聚氨酯材料的顆粒從進料口通過喂料段喂入，并通過螺桿在加熱的機筒中進行混合和傳輸，接近超聲波區域時通過超聲波變幅桿送入所述超聲波區域進行脫硫解交聯；

所述超聲波變幅桿的喇叭口連接增壓器，所述增壓器連接轉換器，所述轉換器將電能轉化為機械能。

所述超聲波變幅桿通過恒溫器的水冷卻，所述轉換器通過壓縮空氣冷卻。