[发明专利]一种聚氨酯材料的脱硫解交联方法

说明书

发明领域

本发明涉及聚氨酯材料，特别涉及一种用超声波双螺杆挤出机对热固化、半热固化或含有网状结构聚氨酯材料的连续式脱硫解交联。

背景技术

橡胶制品广泛应用于工业或生活各方面，但是废旧橡胶的传统处理方式给环境带来了很大的污染。鉴于全球对材料环保意识的提升，聚氨酯弹性体飞速发展，逐步替代着橡胶的市场。随着聚氨酯弹性体使用量的提升，聚氨酯弹性体的回收再利用变得越来越重要。虽然全热塑的聚氨酯弹性体可溶可熔，但是为了得到更高的强度、更好的耐热耐溶剂等性能，聚氨酯弹性体的配方设计会按照不同的应用而不同，很多TPU(Thermoplastic polyurethanes)都会设计成具有一定的化学交联结构，使其成为半热塑半热固TPU材料，而CPU(浇注型聚氨酯弹性体)绝大部分都是热固性材料，MPU(混炼型聚氨酯弹性体)也含有一定的网状结构。因此如何回收利用这些材料就变得尤为重要。

聚氨酯(简称PU)是由多异氰酸酯和聚醚多元醇或聚酯多元醇或/及小分子多元醇、多元胺或水等扩链剂或交联剂等原料制成的聚合物。通过改变原料种类及组成，可以大幅度地改变产品形态及其性能，得到从柔软到坚硬的最终产品。聚氨酯制品形态有软质、半硬质及硬质泡沫塑料、弹性体、油漆涂料、胶粘剂、密封胶、合成革涂层树脂、弹性纤维等，广泛应用于汽车制造、冰箱制造、交通运输、土木建筑、鞋类、合成革、织物、机电、石油化工、矿山机械、航空、医疗、农业等许多领域。

对于橡胶而言，硫化是提高性能的重要条件，“硫化”因最初的天然橡胶制品用硫磺作交联剂进行交联而得名，随着橡胶工业的发展，现在可以用多种非硫磺交联剂进行交联。因此硫化的更科学的意义应是“交联”或“架桥”，即线性高分子通过交联作用而形成的网状高分子的工艺过程。但是硫化后的橡胶就无法再加工使用，橡胶要回收再利用，就必须脱硫，即，对广泛意义上的“交联”和“架桥”类线性高分子通过交联作用而形成的网状高分子结构进行破坏。目前使用比较多的脱硫方法有机械法、化学法、机械化学法、微波法、连续超声波法、生物法。而聚氨酯的脱硫目前则相对研究较少。

考虑到聚氨酯弹材料产量的日益提升，如何回收利用这些材料就变得尤其重要。

发明内容

鉴于以上问题，本发明目的在于提供一种用超声波双螺杆挤出机对热固化、半热固化或含有网状结构聚氨酯材料的连续式脱硫解交联的方法。这里的聚氨酯材料是聚氨基甲酸酯，即主链上含有重复氨基甲酸酯基团(NHCOO)的大分子化合物的统称，包含TPU、CPU、MPU、聚氨酯软泡、聚氨酯硬泡等一系列具备网状结构的聚氨酯高分子固体材料。

技术构思：通过对超声波振幅、频率、模头压力、超声波变幅杆与待脱硫材料的间距、带脱硫材料的流速等工艺条件的研究和测试，实现热塑性聚氨酯弹性体TPU、浇注型聚氨酯弹性体CPU、混炼型聚氨酯弹性体MPU、微孔聚氨酯弹性体、聚氨酯硬泡、聚氨酯软泡等含三维网状结构聚氨酯材料的脱硫解交联，以便其脱硫产物能得以通过挤出、注塑或相关工艺进行回收再利用。

主要的超声波脱硫反应装置包括两个关键的部件：挤出机和超声波装置。挤出机的作用是加热聚氨酯材料体并将聚氨酯材料推入超声波装置，超声波机的作用是通过金属发声头用不同频率的超声将机械振动波强加到聚氨酯材料上。

超声波脱硫的原理可以从以下三方面解释。当超声波处理聚氨酯材料时，超声波变幅杆发射出高频的震动波，聚氨酯材料由此产生的快速拉伸和收缩使得聚氨酯材料内空洞和杂志周边产生脉动气泡。高的应力应变由此产生，打断了化学链，包含交联。

超声波辅助脱硫反应器包含一个共旋双螺杆挤出机，这个挤出机的机筒安装了一个超声波变幅杆。如图1所示，聚氨酯材料粒子从料口喂料，再由机筒加热。直径16mm的两个螺杆用来传送和混合聚氨酯材料，脱硫在超声波区域进行，超声波从变幅杆中强行输入聚氨酯材料。超声波变幅杆喇叭口连接增压器，增压器连接转换器，转换器用来将电能转化为机械能以用来脱硫。喂料那段的机筒用自来水冷却。超声波变幅杆的冷却用恒温器中的水冷却，转换器用压缩空气冷却。

具体技术方案如下：

一种聚氨酯材料的脱硫解交联方法，包括如下步骤：

所述聚氨酯材料的颗粒从进料口通过喂料段喂入，并通过螺杆在加热的机筒中进行混合和传输，接近超声波区域时通过超声波变幅杆送入所述超声波区域进行脱硫解交联；

所述超声波变幅杆的喇叭口连接增压器，所述增压器连接转换器，所述转换器将电能转化为机械能。

所述超声波变幅杆通过恒温器的水冷却，所述转换器通过压缩空气冷却。