CN109401033A - 一种基于乙烯-乙酸乙烯酯弹性体的高弹性发泡材料及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于乙烯‑乙酸乙烯酯弹性体的高弹性发泡材料及其制备方法与应用，采用VA含量≥25％的乙烯‑乙酸乙烯酯弹性体部分或全部替代普通的聚合物原料制备成高弹性的发泡材料，制备成品不仅柔软，邵氏A硬度小于25，明显优于传统材料的30以上；而且回弹性好，断裂伸长率高，且具有抗疲劳和止滑效果；此外乙烯‑乙酸乙烯酯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；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；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。

Description

一种基于乙烯-乙酸乙烯酯弹性体的高弹性发泡材料及其制 备方法与应用

技术领域

本发明涉及发泡材料领域，尤其涉及一种基于乙烯-乙酸乙烯酯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Thermoplastic PU，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≤25的发泡材料值得研究。

发明内容

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乙烯-乙酸乙烯酯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10-25，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：

一种基于乙烯-乙酸乙烯酯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：含有乙烯-乙酸乙烯酯共聚物弹性体的聚合物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；所述聚合物中含有至少一种VA含量≥25％的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物弹性体；所述聚合物中VA含量≥25％的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物弹性体的质量百分比为45％-100％。

乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)的性能与乙酸乙烯(VA)的含量有很大的关系，VA越少，越接近LDPE；VA越多，减少或抑制了结晶的产生，其性能越接近橡胶。当熔融指数一定时，VA含量降低，其刚性提高；VA含量增加，其弹性、柔软性提高。普通用作聚烯烃泡沫地垫的EVA的VA为14％～18％，这个VA％的EVA是塑料，性能和LDPE类似；而本申请高弹地垫(邵氏硬度≤25)，应用的是VA％≥25％的乙烯-乙酸乙烯酯弹性体(也称为橡胶型EVA)，此时它是弹性体，与普通塑料性EVA(VA％＜25％)有根本区别。普通塑料性EVA只是与聚乙烯类似常用做泡沫地垫的基本树脂。而本发明的橡胶型EVA(VA％≥25％)性能有本质差别。

更为优选的，所述乙烯-乙酸乙烯酯共聚物弹性体熔融指数MI值范围为1.0-9.0g/10min。

更为优选的，当所述乙烯-乙酸乙烯酯共聚物弹性体内VA含量为25％-29％，乙烯-乙酸乙烯酯共聚物弹性体的用量为45％-100％。

更为优选的，当所述乙烯-乙酸乙烯酯共聚物弹性体内VA含量为30％-40％，乙烯-乙酸乙烯酯共聚物弹性体的用量为1％-50％。

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，VA＜25％的乙烯-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乙烯-乙酸乙烯酯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，得到所需基于乙烯-乙酸乙烯酯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乙烯-乙酸乙烯酯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25，具体在10～25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，其中乙烯-乙酸乙烯酯弹性体的含量越高，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)乙烯-乙酸乙烯酯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1-7以及对比例1：对聚合物内VA含量≥25％的乙烯-乙酸乙烯酯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：

一种基于乙烯-乙酸乙烯酯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：VA含量为28％的乙烯-乙酸乙烯酯弹性体和低密度聚乙烯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VA含量为28％的乙烯-乙酸乙烯酯弹性体具体选用杜邦265，在聚合物中的质量百分比为100％；且其熔融指数为3.0g/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，得到所需基于乙烯-乙酸乙烯酯弹性体的高弹性发泡材料。

实施例2-实施例7：

除去杜邦265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2-7中杜邦265在聚合物中具体质量百分比依次为90％、80％、75％、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1-7的区别在于并未添加VA含量为28％的乙烯-乙酸乙烯酯弹性体杜邦265。

另设置实施例8-9：对不同VA含量的乙烯-乙酸乙烯酯弹性体制备的发泡材料进行制备测试对比，并与实施例1进行对比；具体如下：

实施例8：

一种基于乙烯-乙酸乙烯酯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：VA含量为25％的乙烯-乙酸乙烯酯弹性体3kg，偶氮二甲酰胺(AC)380g，二叔丁基过氧异丙基苯(BIPB)25g，硬脂酸30g，氧化锌40g，滑石粉1.75kg。其中VA含量为25％的乙烯-乙酸乙烯酯弹性体具体选用杜邦265，且其熔融指数为8.1g/10min。

制备方法与实施例1相同。

实施例9：

基本实施例方式与制备方法均与实施例8相同，不同之处在于使用的乙烯-乙酸乙烯酯弹性体VA含量不同，为28％，具体选用杜邦40W，熔融指数为6.0g/10min。

另外设置实施例10-11，采用两种不同VA含量的乙烯-乙酸乙烯酯弹性体混合进行发泡材料的制备，具体如下：

实施例10：

一种基于乙烯-乙酸乙烯酯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：VA含量为28％的乙烯-乙酸乙烯酯弹性体2.7kg，VA含量为40％的乙烯-乙酸乙烯酯弹性体300g；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3kg。其中VA含量为28％的乙烯-乙酸乙烯酯弹性体具体选用杜邦265，且其熔融指数为3.0g/10min；VA含量为40％的乙烯-乙酸乙烯酯弹性体具体选用杜邦40W，且其熔融指数为6.5g/10min。

制备方法与实施例1相同。

实施例11：

一种基于乙烯-乙酸乙烯酯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：VA含量为28％的乙烯-乙酸乙烯酯弹性体1.5kg，VA含量为18％的乙烯-乙酸乙烯酯弹性体1.5kg；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3kg。其中VA含量为28％的乙烯-乙酸乙烯酯弹性体具体选用杜邦265，且其熔融指数为3.0g/10min；VA含量为18％的乙烯-乙酸乙烯酯弹性体具体选用扬子巴斯夫V5110J，且其熔融指数为3.5g/10min。

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7以及对比例1添加不同质量百分比的杜邦265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杜邦265制备的产品性能对比

从表1中可以看出，本发明实施例1-7添加了VA含量为28％的乙烯-乙酸乙烯酯弹性体杜邦265所制备而成的发泡材料成品的硬度低于25°，添加量越多，其硬度越低，最低为实施例1的16.4°；而断裂伸长率均较对比例1未添加杜邦265的发泡材料来说更优；具备更优异的回弹系数，最高达到57％。因此本发明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8-9以及实施例1不同VA含量和熔融指数的乙烯-乙酸乙烯酯弹性体制备的产品的测试数据如表2所示：

表2：不同VA含量和熔融指数的乙烯-乙酸乙烯酯弹性体制备的产品性能对比

从表2中可以看出，本发明实施例1以及8-9添加了不同VA含量25％、28％以及不同熔融指数的乙烯-乙酸乙烯酯弹性体所制备而成的发泡材料成品的硬度均低于25°，且具备较高的断裂伸长率和优异的回弹系数，最高达到61％。可以看出，本发明制备的发泡材料不仅柔软，而且回弹性好，断裂伸长率高。

实施例10-11采用两种不同VA含量的乙烯-乙酸乙烯酯弹性体混合进行发泡材料的制备产品的测试数据如表3所示：

表3：采用两种不同VA含量的乙烯-乙酸乙烯酯弹性体混合制备的产品性能对比

从表3中可以看出，本发明实施例10以及11为将两种不同VA含量(均≥25％)的乙烯-乙酸乙烯酯弹性体混合应用所制备而成的发泡材料，其成品的硬度均低于25°，且具备较高的断裂伸长率和优异的回弹系数，最高达到61％。可以看出，两种不同VA含量(均≥25％)的乙烯-乙酸乙烯酯弹性体混合使用所制备的发泡材料也具备不仅柔软，而且回弹性好，断裂伸长率高的优点。

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。

Claims (10)

1.一种基于乙烯-乙酸乙烯酯弹性体的高弹性发泡材料，其特征在于包括如下以重量计算的制备原料：含有乙烯-乙酸乙烯酯共聚物弹性体的聚合物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；所述聚合物中含有至少一种VA含量≥25％的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物弹性体；所述聚合物中VA含量≥25％的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物弹性体的质量百分比为45％-100％。

2.根据权利要求1所述的基于乙烯-乙酸乙烯酯弹性体的高弹性发泡材料，其特征在于：所述乙烯-乙酸乙烯酯共聚物弹性体熔融指数MI值范围为1.0-9.0g/10min。

3.根据权利要求1或2所述的基于乙烯-乙酸乙烯酯弹性体的高弹性发泡材料，其特征在于：所述乙烯-乙酸乙烯酯共聚物弹性体内VA含量为25％-29％，乙烯-乙酸乙烯酯共聚物弹性体的用量为45％-100％。

4.根据权利要求1或2所述的基于乙烯-乙酸乙烯酯弹性体的高弹性发泡材料，其特征在于：所述乙烯-乙酸乙烯酯共聚物弹性体内VA含量为30％-40％，乙烯-乙酸乙烯酯共聚物弹性体的用量为1％-50％。

5.根据权利要求1或2所述的基于乙烯-乙酸乙烯酯弹性体的高弹性发泡材料，其特征在于：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，VA＜25％的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的基于乙烯-乙酸乙烯酯弹性体的高弹性发泡材料，其特征在于：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。

7.根据权利要求1所述的基于乙烯-乙酸乙烯酯弹性体的高弹性发泡材料，其特征在于：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。

8.根据权利要求1所述的基于乙烯-乙酸乙烯酯弹性体的高弹性发泡材料，其特征在于：所述填料为滑石粉、碳酸钙中的至少一种。

9.如权利要求1所述的基于乙烯-乙酸乙烯酯弹性体的高弹性发泡材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

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，得到所需基于乙烯-乙酸乙烯酯弹性体的高弹性发泡材料。

10.如权利要求9所述的制备方法制备的高弹性发泡材料的应用，其特征在于通过化学发泡制备成地垫、卷材中的一种。