專利名稱：一種固態二氧化碳超臨界發泡工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及熱塑性聚合物的發泡工藝技術領域，特指一種固態二氧化碳超臨界發泡工藝。
背景技術：
熱塑性聚合物(熱塑性塑料)通過發泡加工后，在塑料內部形成氣泡孔，從而減輕塑料的重量，減少單位體積塑料的使用量，降低生產成本，以上兩點是熱塑性聚合物發泡工藝的優點。傳統發泡工藝所產生的泡孔尺寸大，泡孔密度低，產品在使用性能方面受到諸多限制，而目前熱塑性聚合物的微孔發泡工藝及其理論已非常成熟，微孔發泡工藝是利用氣體在超臨界狀態下的特性，氣體在超臨界狀態下能夠迅速均勻擴散到塑料內部，在突然解除該種氣體的超臨界狀態時，該氣體即被包覆在塑料內部，形成極細的氣泡孔。微孔發泡工藝所加工出來的產品內部包含有較好的泡孔結構，成型出來的氣泡孔尺寸小，密度高，因此，微孔發泡工藝所加工出來的產品除具有傳統發泡工藝的特點外，還具有多種使用性能，產品結構強度高，還具有隔熱性能，可以作為建筑材料、隔熱材料等使用，甚至可以代替部分金屬材料而使用于各個行業中，其用途廣泛。
雖然微孔發泡工藝理論已經成熟，使其在商業應用上和工業化生產上仍存在諸多不足，目前的微孔發泡工藝多使用高壓二氧化碳氣體，圖1所示，其生產過程如下1、先將熱塑性聚合物(塑料粒子)送入螺桿內進行加溫熔融成液態狀態；
2、利用高壓設備將高壓二氧化碳氣體注入螺桿內，螺桿內為液態的熱塑性聚合物與氣態二氧化碳的兩相溶液；3、增加壓力，使二氧化碳氣體處于超臨界狀態，二氧化碳氣體溶解于液態熱塑性聚合物中，成為單相溶液；4、降壓成核，降低壓力，解除二氧化碳氣體的超臨界狀態，二氧化碳氣體形成分散在液態熱塑性聚合物內部的個體氣泡核；5、降低溫度，解除壓力，氣泡核在液態熱塑性聚合物中成長，進行發泡；6、押出成型；7、發泡產品。
上述微孔發泡工藝中，二氧化碳氣體是經高壓設備注入，工廠內必需配備高壓氣體灌注設備，高壓氣體灌注設備成本高，同時，高壓氣體灌注設備屬高壓設備，設備具有一定的危險性，存在一定的安全隱患，需隨時監測和維護，工廠運行成本高；二氧化碳氣體的流量不易控制，產品質量難以控制；另外，在生產過程中，二氧化碳氣體是直接灌注于液態的熱塑性聚合物中，雖然在超臨界狀態下二氧化碳氣體有很高的擴散性能，但氣態的二氧化碳與液態熱塑性聚合物溶混過程中，其比表面積小，溶混較難，溶混速率低，因此，氣態二氧化碳與液態熱塑性聚合物溶混仍是比較困難的，且溶混效果較差，生產效率較低。
發明內容
本發明的目的在于針對現有技術的不足提供一種固態二氧化碳超臨界發泡工藝，該種工藝簡單，不需高壓灌注設備，有效提高二氧化碳的擴散速率和溶解效率，且溶混效果好，提高生產效率，運行成本低，生產安全可靠。
為實現上述目的，本發明是通過以下技術方案實現的它包括以下步驟，
A、將碳酸氫鈉與檸檬酸粉末混入塑料粒子中，其中，塑料粒子與碳酸氫鈉的重量比為100∶0.5～3，塑料粒子與檸檬酸的重量比為100∶0.25～1.5；B、入料，將上述的塑料粒子送入注塑機的螺桿內；C、熔融，隨著螺桿的推送，塑料粒子被加熱熔融成液態塑膠，其中，壓力為30～50Kg/cm2，溫度為160℃～170℃，時間為3～4分鐘；D、混煉，碳酸氫鈉、檸檬酸的粉末經螺桿的攪拌與液態塑膠充分混煉，碳酸氫鈉、檸檬酸的粉末與液態塑膠充分混合，其中，壓力為50～160Kg/cm2，溫度為165℃～175℃，時間為0.5～1.5分鐘；E、發泡，增加壓力、增加溫度，碳酸氫鈉和檸檬酸分解釋放出二氧化碳氣體，釋放出來的二氧化碳處于超臨界狀態下，二氧化碳迅速擴散和溶解于液態塑膠中，二氧化碳與液態塑膠形成異相溶液后再轉變為單相溶液，其中，壓力為160Kg/cm2～220Kg/cm2，溫度為190℃～205℃，時間為0.5～1.5分鐘；F、降壓降溫，解除二氧化碳氣體的超臨界狀態，二氧化碳氣體在液態塑膠內成核，壓力為140Kg/cm2～160Kg/cm2，溫度為145℃～155℃，時間為0.5～1.5分鐘；G、押出成型；H、產品。
所述的塑料粒子內加入有層狀硅酸納米級蒙脫土粉末，塑料粒子與層狀硅酸納米級蒙脫土的重量比為100∶0.25～1.5。
所述的C步驟的熔融工藝的最佳壓力為40Kg/cm2，最佳溫度為165℃，最佳時間為3分鐘。
所述的D步驟的混煉工藝的最佳壓力為150Kg/cm2，最佳溫度為170℃，最佳時間為1分鐘。
所述的E步驟的發泡工藝的最佳壓力為200Kg/cm2，最佳溫度為200℃，最佳時間為1分鐘。
從上述技術方案可以看出，本發明是在塑料粒子(熱塑性塑料)內混入一定比例的碳酸氫鈉和檸檬酸粉末，塑料粒子被送入螺桿后，塑料粒子先被加熱熔融成液態，而碳酸氫鈉和檸檬酸粉末則融混在液態塑膠中，粉末與液態塑膠的融混效果好，且融混均勻，再升高其溫度和壓力時，碳酸氫鈉和檸檬酸粉末則發生化學反應，分解出二氧化碳氣體，此時的二氧化碳氣體充滿在塑膠溶液中，加上二氧化碳氣體處于超臨界狀態，因此，與目前灌注方式的生產工藝相比，二氧化碳氣體溶解于液態塑膠的比表面積更大，其擴散速率更快，溶解效果更好，提高生產效率；由于本發明的工藝不需高壓灌注設備，生產更加安全可靠，設備成本低；另外，二氧化碳由粉末狀的碳酸氫鈉、檸檬酸分解產生，通過控制碳酸氫鈉、檸檬酸的比例，即可以準確控制二氧化碳的使用量，簡單方便，從而可以生產出符合設計要求的產品，工藝簡單，且產品合格率高。綜上所述，本發明工藝簡單，不需高壓灌注設備，溶混效果好，二氧化碳的使用量易控制，且有效提高二氧化碳的擴散速率和溶解效率，提高生產效率，運行成本低，生產安全可靠。
附圖1為現有發泡工藝的流程框圖；附圖2為本發明的發泡工藝的流程框圖。
具體實施例方式為進一步揭示本發明，以下結合附圖2及具體實施例進行說明。
它包括以下步驟
A、將碳酸氫鈉、檸檬酸和層狀硅酸納米級蒙脫土粉末混入塑料粒子中，并攪拌均勻。其中，塑料粒子為熱塑性塑料，碳酸氫鈉為工業用碳酸氫鈉，碳酸氫鈉與塑料粒子的重量比為100∶0.5～3；檸檬酸為成核劑，用于誘發氣泡體的形成，同時，檸檬酸還有分散氣泡和分散微孔的作用，使其在發泡過程中產生更多更小的氣泡核，檸檬酸與塑料粒子的重量比為100∶0.25～1.5；在本實施例中，所述的塑料粒子中還加入有工業用的層狀硅酸納米級蒙脫土，層狀硅酸納米級蒙脫土與塑料粒子的重量比為100∶0.25～1.5，層狀硅酸納米級蒙脫土亦是一種成核劑。
B、入料，將上述的塑料粒子經注塑機送料口送入注塑機的螺桿內，由螺桿推送和攪拌。
C、熔融，隨著螺桿的推送，塑料粒子被加熱熔融成液態塑膠，此階段中的溫度和壓力未到達碳酸氫鈉與檸檬酸的分解條件，碳酸氫鈉、檸檬酸和層狀硅酸納米級蒙脫土粉末仍為粉末狀態存在于液態塑膠中，此階段，壓力為30～50Kg/cm2，溫度為160℃～170℃，時間為3～4分鐘；其中，最佳壓力為40Kg/cm2，最佳溫度為165℃，最佳時間為3分鐘。
D、混煉，碳酸氫鈉、檸檬酸和層狀硅酸納米級蒙脫土粉末經螺桿的攪拌與液態塑膠混煉，碳酸氫鈉、檸檬酸和層狀硅酸納米級蒙脫土均為粉末狀，因此，在碳酸氫鈉、檸檬酸和層狀硅酸納米級蒙脫土粉末與液態塑膠充分混合時，碳酸氫鈉、檸檬酸、層狀硅酸納米級蒙脫土粉末能與液態塑膠充分混合并均勻分散到液態塑膠中，不但混合均勻，而且混合速率快，融混效果好。此階段，壓力為50～160Kg/cm2，溫度為165℃～175℃，時間為0.5～1.5分鐘，其中，最佳壓力為150Kg/cm2，最佳溫度為170℃，最佳時間為1分鐘。
E、發泡，增加壓力、增加溫度，螺桿內的溫度和壓力達到碳酸氫鈉和檸檬酸到發生化學分解的條件，碳酸氫鈉和檸檬酸分解，釋放出二氧化碳氣體，釋放出來的二氧化碳處于超臨界狀態下，二氧化碳迅速擴散和溶解于液態塑膠中，二氧化碳與液態塑膠形成異相溶液并迅速轉為單相溶液。由于碳酸氫鈉和檸檬酸在分解前已非常均勻地分散在塑膠溶液中，二氧化碳氣體一經分解釋放出來即已非常均勻地存在于塑膠溶液中，被塑膠溶液所包容，再加上此時的二氧化碳處于超臨界狀態下，因此，二氧化碳能非常迅速地擴散到液態塑膠中并充分溶解在液態塑膠中，并最終形成單相溶液；在其溶解過程中，由于其比表面積大，因此，二氧化碳的擴散速率快，溶解效率高；此階段，壓力為160Kg/cm2～220Kg/cm2，溫度為190℃～205℃，時間為0.5～1.5分鐘，其中，最佳壓力為200Kg/cm2，最佳溫度為200℃，最佳時間為1分鐘。
F、降壓降溫，解除二氧化碳氣體的超臨界狀態，二氧化碳氣體被包覆在在液態塑膠內，同時，二氧化碳氣體分散并成核，在液態塑膠內形成高密度的氣泡核；由于塑膠溶液中存在有檸檬酸，檸檬酸用于誘發氣泡體的形成，使其在發泡過程中產生更多更小的氣泡核，使本發明的工藝生產出的產品具有更理想的發泡效果；此階段，壓力為140Kg/cm2～160Kg/cm2，溫度為145℃～155℃，時間為0.5～1.5分鐘；其中，最佳壓力為150Kg/cm2，最佳溫度為150℃，最佳時間為1分鐘。
G、押出成型，壓力和溫度瞬間解除，液態塑膠內的氣泡核膨脹擴大；由于塑膠溶液中存在有層狀硅酸納米級蒙脫土，層狀硅酸納米級蒙脫土是一種成核劑，層狀硅酸納米級蒙脫土能在發泡過程中有效提高微孔的數量，使其在發泡過程中產生更多更小的氣泡核，氣泡核在塑料內成長為孔隙。
H、產品。
上述的實施例中，還可以使用雙螺桿注塑機來進行生產，雙螺桿的攪拌效果比單螺桿好，其溶混效果亦更好。
以上所述僅是本發明的較佳實施例，故凡依本發明專利申請范圍所述的構造、特征及原理所做的等效變化或修飾，均包括于本發明專利申請范圍內。
權利要求
1.一種固態二氧化碳超臨界發泡工藝，其特征在于它包括以下步驟，A、將碳酸氫鈉與檸檬酸粉末混入塑料粒子中，其中，塑料粒子與碳酸氫鈉的重量比為100∶0.5～3，塑料粒子與檸檬酸的重量比為100∶0.25～1.5；B、入料，將上述的塑料粒子送入注塑機的螺桿內；C、熔融，隨著螺桿的推送，塑料粒子被加熱熔融成液態塑膠，其中，壓力為30～50Kg/cm2，溫度為160℃～170℃，時間為3～4分鐘；D、混煉，碳酸氫鈉、檸檬酸的粉末經螺桿的攪拌與液態塑膠充分混煉，碳酸氫鈉、檸檬酸的粉末與液態塑膠充分融混，其中，壓力為50～160Kg/cm2，溫度為165℃～175℃，時間為0.5～1.5分鐘；E、發泡，增加壓力、增加溫度，碳酸氫鈉和檸檬酸分解釋放出二氧化碳氣體，釋放出來的二氧化碳處于超臨界狀態下，二氧化碳迅速擴散和溶解于液態塑膠中，二氧化碳與液態塑膠形成異相溶液后再轉為單相溶液，其中，壓力為160Kg/cm2～220Kg/cm2，溫度為190℃～205℃，時間為0.5～1.5分鐘；F、降壓降溫，解除二氧化碳氣體的超臨界狀態，二氧化碳氣體在液態塑膠內成核，壓力為140Kg/cm2～160Kg/cm2，溫度為145℃～155℃，時間為0.5～1.5分鐘；G、押出成型；H、產品。
2.根據權利要求1所述的一種固態二氧化碳超臨界發泡工藝，其特征在于所述的塑料粒子內加入有層狀硅酸納米級蒙脫土粉末，塑料粒子與層狀硅酸納米級蒙脫土的重量比為100∶0.25～1.5。
3.根據權利要求1所述的一種固態二氧化碳超臨界發泡工藝，其特征在于所述的C步驟的熔融工藝的最佳壓力為40Kg/cm2，最佳溫度為165℃，最佳時間為3分鐘。
4.根據權利要求1所述的一種固態二氧化碳超臨界發泡工藝，其特征在于所述的D步驟的混煉工藝的最佳壓力為150Kg/cm2，最佳溫度為170℃，最佳時間為1分鐘。
5.根據權利要求1所述的一種固態二氧化碳超臨界發泡工藝，其特征在于所述的E步驟的發泡工藝的最佳壓力為200Kg/cm2，最佳溫度為200℃，最佳時間為1分鐘。
全文摘要
本發明涉及熱塑性聚合物的發泡工藝技術領域，特指一種固態二氧化碳超臨界發泡工藝，本發明是在塑料粒子內混入一定比例的碳酸氫鈉和檸檬酸粉末，塑料粉被送入螺桿后，塑料粒子先被加熱熔融成液態，而碳酸氫鈉和檸檬酸粉末則融混在液態塑膠中，再升高其溫度和壓力時，碳酸氫鈉和檸檬酸粉末則發生化學反應，分解出二氧化碳氣體，二氧化碳氣體處于超臨界狀態，二氧化碳氣體溶解于液態塑膠中形成單相溶液，最后降溫、降壓、發泡和押出成型，本發明工藝簡單，不需高壓灌注設備，融混效果好，二氧化碳的使用量易控制，且有效提高二氧化碳的擴散速率和融解效率，提高生產效率，運行成本低，生產安全可靠。
文檔編號C08J9/08GK101089033SQ200710028410
公開日2007年12月19日 申請日期2007年6月5日 優先權日2007年6月5日
發明者張瑞洋 申請人:東莞市格羚塑膠有限公司