本發明屬于發泡材料領域,尤其是涉及一種聚丙烯發泡材料及物理法制備聚丙烯發泡片材或板材的方法。
背景技術:
泡沫塑料是由大量氣體微孔分散于固體塑料中而形成的一類高分子材料,具有質輕、隔熱、吸音、減震、防腐、價格低廉等特性,且介電性能優于基體樹脂,因此在日用包裝、農業、工業、航空航天、交通運輸業、軍工等領域得到廣泛應用。
聚丙烯發泡材料(expandedpolypropylene,簡稱epp)是一種性能優異的高結晶度聚丙烯/氣體復合材料,以其獨有的性能成為近幾年增長最快的新型環保抗壓緩沖隔熱材料。epp制品具有十分優異的抗震吸能性能、回彈性、耐高溫、耐化學品、耐油性和隔熱性。
目前用量最大的三類泡沫主要是:聚氨酯(pu)泡沫塑料、聚苯乙烯(ps)泡沫塑料、聚乙烯(pe)泡沫塑料。聚氨酯泡沫塑料殘留影響人體健康的異氰酸酯,且不能回收利用;聚苯乙烯使用氟利昂作為發泡劑,嚴重污染環境,同時其制品廢棄物體積大、難降解、難回收,對周圍環境造成“白色污染”;聚乙烯泡沫塑料具有優異的抗化學腐蝕性、吸震性、燃燒無毒性和易于回收性,但是力學性能比較低,耐熱性不好,不易于降解的缺點,限制了其廣泛應用。epp是近些年一種新興的泡沫塑料,與其它泡沫塑料相比,epp制品不但具有優異的力學性能和熱性能,而且具有可回收、可降解等優異的環保性能,而被人們廣泛應用。
相比聚氨酯泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料、聚乙烯泡沫塑料,聚丙烯塑料具有很多優點:
1、具有閉孔結構,使得其制品具有優異的隔熱性能,耐溫達130℃;
2、材料質軟有彈性,制品具有一定的承載能力具有極好的耐久性,如抗紫外暴露、物理破壞、極端溫度(-40~130℃)、抗油、抗水、抗化學特性等。
3、epp制品是一種“環保產品”,易于降解和回收再利用。
但現有的聚丙烯發泡材料,大多泡孔均一性較差,泡孔直徑較大,且韌性較差、耐低溫性能明顯不足,限制了材料的應用領域;又制備方法多為化學法,會造成一定的環境污染。
技術實現要素:
有鑒于此,本發明旨在提出一種聚丙烯發泡材料,以克服現有技術的缺陷,泡孔均一性好,泡孔密度大,且不造成二次環境污染。
為達到上述目的,本發明的技術方案是這樣實現的:
一種聚丙烯發泡材料,包括以下重量份的各組分:
基體樹脂:高熔體強度聚丙烯30~70重量份,聚丙烯無規共聚物10~50重量份,低密度聚乙烯5~30重量份;
氣體成核劑:每100重量份的基體樹脂中添加氣體成核劑0.1~0.5重量份;
物理發泡劑:每100重量份的基體樹脂中添加物理發泡劑5~16重量份;
抗氧劑:每100重量份的基體樹脂中添加0.5~1重量份;
泡孔穩定劑:每100重量份的基體樹脂中添加1~10重量份。
優選的,所述基體樹脂各組分的含量為:高熔體強度聚丙烯38~62,聚丙烯共聚物20~45重量份,低密度聚乙烯10~25重量份。
優選的,所述基體樹脂各組分的含量為:高熔體強度聚丙烯45~55,聚丙烯共聚物30~40重量份,低密度聚乙烯15~20重量份。
優選的,所述高熔體強度聚丙烯的熔體強度為20~50cn,熔融指數為1~6g/10min;共聚聚丙烯的熔融指數為2~8g/10min;低密度聚乙烯的熔融指數為0.5~4g/10min。
優選的,所述氣體成核劑為自碳酸鈣、滑石粉、二氧化硅、云母中的一種或兩種以上;所述氣體成核劑的目數為800~3000目。
優選的,所述物理發泡劑為超臨界二氧化碳、超臨界氮氣、超臨界丁烷中的一種或兩種以上。
優選的,所述抗氧劑為四[β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八碳醇酯、三[2.4-二叔丁基苯基]亞磷酸酯、雙(2,4-二叔丁基苯基)丙酸]季戊四醇二亞磷酸酯中的一種或兩種以上;所述泡孔穩定劑選自單甘酯、硬脂酸中的一種或兩種以上。
聚丙烯樹脂在溫度未達到熔點之前,幾乎不流動,當溫度高于熔點時,聚合物的熔體強度急劇下降,在熔體壓力降較大時,普通的聚丙型很難包住體系內的發泡劑,此方案加入高熔體強度聚丙烯主要是為了提高發泡體系的包住氣體的能力,進而提高材料的發泡倍率。眾所周知,聚丙烯和聚乙烯的相容性較差,加入特殊結構的聚丙烯共聚物可以明顯提高聚乙烯和聚丙烯兩種樹脂的相容性,促使形成均相體系,提高材料的性能。單純的聚丙烯發泡材料的韌性較差、耐低溫性能明顯不足,為改善材料的這一缺點,在發泡材料的配方設計中引入聚乙烯樹脂可以明顯改善單純聚丙烯發泡材料的不足之處,進一步擴大材料的應用領域。
本發明的另一目的在于提出一種制備如上所述的聚丙烯發泡材料的方法,以制備上述聚丙烯發泡材料。
為達到上述目的,本發明的技術方案是這樣實現的:
一種制備如上所述的聚丙烯發泡材料的制備方法,包括以下步驟:
(1)將一定配比的高熔體強度聚丙烯、聚丙烯無規共聚物、低密度聚乙烯和氣體成核劑加入發泡專用擠出機,于溫度200~230℃下以20~40r/min的轉速攪拌,直至物料達到熔融狀態;
(2)待步驟(1)中的物料完全熔融后,注入物理發泡劑、泡孔穩定劑和抗氧劑,混合物料在螺桿的轉動作用下形成聚合物/物理發泡劑均相體系;
(3)將步驟(2)中的聚合物/物理發泡劑均相體系通過單螺桿擠出機向模劇中推進擠出,使其發泡,待溫度降低后,形成聚丙烯發泡材料。
優選的,所述的聚丙烯發泡材料的制備方法,還包括步驟(4),將步驟(3)中的聚丙烯發泡材料在定型裝置、展平裝置和張力控制裝置的作用下,收集成卷或板材。
優選的,所述步驟(1)中采用螺桿攪拌。
本發明采用直接擠出法制備聚丙烯發泡材料,所用發泡劑為環境友好型發泡劑。制備中,將基體樹脂、氣體成核劑按一定比例加入發泡專用擠出機,待物料熔融后注入一定比例的泡孔穩定劑、發泡劑,經擠出機充分混合后,從模具擠出,由于壓力的急劇下降,體系內發泡劑體積迅速膨脹形成氣泡,帶動聚合物體積膨脹,形成發泡制品。其中,擠出機內均相體系形成后,下一個關鍵的步驟就是使泡孔成核,最常用的熱塑性塑料成核模型有三種,即均相成核理論、異相成核理論、混合型成核理論;三種成核理論中最常用的是異相成核理論,主要是因為異相成核發生在成核所需的能量較少的地方,塑料材料本省含有多種添加劑,本身也不是一種純的均相體系,加入氣體成核劑是為了進一步提高異相成核的成核數量,從而提高材料倍率。
相對于現有技術,本發明所述的一種聚丙烯發泡材料具有以下優勢:
(1)本發明所述的一種聚丙烯發泡材料,泡沫制品密度為0.03~0.50g/cm3,泡孔密度達102~109個泡孔/cm3,泡孔直徑為9μm~2mm,泡沫制品厚度0.5~50mm。本發明所述的聚丙烯發泡材料屬于非交聯產品,具有可100%回收利用,不造成二次污染,符合循環經濟的要求。本發明制備的聚丙烯發泡材料可廣泛應用于,可廣泛應用于保溫餐具、汽車內飾件、包裝等領域。
(2)本發明所述的一種聚丙烯發泡材料,采用超臨界丁烷作為物理發泡劑,其沸點比戊烷的要低,能使產品的發泡倍率更大些。
相對于現有技術,本發明所述的一種聚丙烯發泡材料的制備方法具有以下優勢:
本發明所述的一種聚丙烯發泡材料的制備方法,制備的聚丙烯發泡材料屬于非交聯產品,在高溫下實現完全熔融,具有可100%回收利用,不造成二次污染,符合循環經濟的要求。
附圖說明
圖1為本發明實施例1所述的一種聚丙烯發泡材料的掃描電鏡檢測圖;
圖2為本發明實施例2所述的一種聚丙烯發泡材料的掃描電鏡檢測圖;
圖3為本發明實施例3所述的一種聚丙烯發泡材料的掃描電鏡檢測圖;
圖4為本發明實施例4所述的一種聚丙烯發泡材料的孔徑示意圖。
具體實施方式
除有定義外,以下實施例中所用的技術術語具有與本發明所屬領域技術人員普遍理解的相同含義。以下實施例中所用的試驗試劑,如無特殊說明,均為常規生化試劑;所述實驗方法,如無特殊說明,均為常規方法。
下面結合實施例及附圖來詳細說明本發明。
實施例1
一種聚丙烯發泡材料,包括以下重量份的各組分:
基體樹脂:高熔體強度聚丙烯40重量份,聚丙烯無規共聚物40重量份,低密度聚乙烯5~30重量份;
氣體成核劑為滑石粉:每100重量份的基體樹脂中添加滑石粉0.2重量份;
物理發泡劑為超臨界丁烷:每100重量份的基體樹脂中添加超臨界丁烷15重量份;
抗氧劑為四[β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯:每100重量份的基體樹脂中添加0.6重量份;
泡孔穩定劑為單甘酯:每100重量份的基體樹脂中添加1.5重量份。
本實施例中聚丙烯發泡材料的制備方法為:
(1)將上述配比的高熔體強度聚丙烯、聚丙烯無規共聚物、低密度聚乙烯和氣體成核劑通過擠出機的喂料口加入到專發泡用擠出機,于溫度200℃下以20r/min的轉速用螺桿攪拌,直至物料達到熔融狀態;
(2)待步驟(1)中的物料完全熔融后,注入物理發泡劑、泡孔穩定劑和抗氧劑,混合物料在螺桿的轉動作用下形成聚合物/物理發泡劑均相體系;
(3)將步驟(2)中的聚合物/物理發泡劑均相體系通過單螺桿擠出機向模劇中推進擠出,使其發泡,待溫度降低后,形成聚丙烯發泡材料。
(4)將步驟(3)中的聚丙烯發泡材料在定型裝置、展平裝置和張力控制裝置的作用下,收集成卷。
實施例2
一種聚丙烯發泡材料,包括以下重量份的各組分:
基體樹脂:高熔體強度聚丙烯50重量份,聚丙烯無規共聚物45重量份,低密度聚乙烯5重量份;
氣體成核劑為二氧化硅和滑石粉1:4的混合物:每100重量份的基體樹脂中添加0.2重量份;
物理發泡劑為超臨界二氧化碳和超臨界丁烷1:6的混合物:每100重量份的基體樹脂中添加3重量份;
抗氧劑為β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八碳醇酯:每100重量份的基體樹脂中添加0.6重量份;
泡孔穩定劑為單甘酯:每100重量份的基體樹脂中添加1.1重量份。
本實施例中聚丙烯發泡材料的制備方法為:
(1)將上述配比的高熔體強度聚丙烯、聚丙烯無規共聚物、低密度聚乙烯和氣體成核劑通過擠出機的喂料口加入專用發泡擠出機,于溫度215℃下以30r/min的轉速用螺桿攪拌,直至物料達到熔融狀態;
(2)待步驟(1)中的物料完全熔融后,注入物理發泡劑、泡孔穩定劑和抗氧劑,混合物料在螺桿的轉動作用下形成聚合物/物理發泡劑均相體系;
(3)將步驟(2)中的聚合物/物理發泡劑均相體系通過單螺桿擠出機向模劇中推進擠出,使其發泡,待溫度降低后,形成聚丙烯發泡材料。
(4)將步驟(3)中的聚丙烯發泡材料在定型裝置、展平裝置和張力控制裝置的作用下,收集成板材。
實施例3
一種聚丙烯發泡材料,包括以下重量份的各組分:
基體樹脂:高熔體強度聚丙烯60重量份,聚丙烯無規共聚物30重量份,低密度聚乙烯10重量份;
氣體成核劑為滑石粉:每100重量份的基體樹脂中添加0.3重量份;
物理發泡劑為超臨界氮氣:每100重量份的基體樹脂中添加超臨界氮氣5重量份;
抗氧劑為四[β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯:每100重量份的基體樹脂中添加0.6重量份;
泡孔穩定劑為單甘酯:每100重量份的基體樹脂中添加1.8重量份。
本實施例中聚丙烯發泡材料的制備方法為:
(1)將上述配比的高熔體強度聚丙烯、聚丙烯無規共聚物、低密度聚乙烯和氣體成核劑通過擠出機的喂料口加入專用發泡擠出機,于溫度230℃下以40r/min的轉速用螺桿攪拌,直至物料達到熔融狀態;
(2)待步驟(1)中的物料完全熔融后,注入物理發泡劑、泡孔穩定劑和抗氧劑,混合物料在螺桿的轉動作用下形成聚合物/物理發泡劑均相體系;
(3)將步驟(2)中的聚合物/物理發泡劑均相體系通過單螺桿擠出機向模劇中推進擠出,使其發泡,待溫度降低后,形成聚丙烯發泡材料。
(4)將步驟(3)中的聚丙烯發泡材料在定型裝置、展平裝置和張力控制裝置的作用下,收集成板材。
實施例4
一種聚丙烯發泡材料,包括以下重量份的各組分:
基體樹脂:高熔體強度聚丙烯35重量份,聚丙烯無規共聚物50重量份,低密度聚乙烯15重量份;
氣體成核劑為滑石粉:每100重量份的基體樹脂中添加0.15重量份;
物理發泡劑為超臨界氮氣:每100重量份的基體樹脂中添加超臨界丁烷14重量份;
抗氧劑為四[β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯:每100重量份的基體樹脂中添加0.6重量份;
泡孔穩定劑為單甘酯:每100重量份的基體樹脂中添加2.8重量份。
本實施例中聚丙烯發泡材料的制備方法為:
(1)將上述配比的高熔體強度聚丙烯、聚丙烯無規共聚物、低密度聚乙烯和氣體成核劑通過擠出機的喂料口加入專用發泡擠出機,于溫度230℃下以35r/min的轉速用螺桿攪拌,直至物料達到熔融狀態;
(2)待步驟(1)中的物料完全熔融后,注入物理發泡劑、泡孔穩定劑和抗氧劑,混合物料在螺桿的轉動作用下形成聚合物/物理發泡劑均相體系;
(3)將步驟(2)中的聚合物/物理發泡劑均相體系通過單螺桿擠出機向模劇中推進擠出,使其發泡,待溫度降低后,形成聚丙烯發泡材料。
(4)將步驟(3)中的聚丙烯發泡材料在定型裝置、展平裝置和張力控制裝置的作用下,收集成板材。
對比例
一種聚丙烯發泡材料,其各組分和含量為:基體樹脂:高熔體強度聚丙烯20重量份,聚丙烯共聚物70重量份,聚丙烯均聚物10重量份;每100重量份的基體樹脂中添加0.5重量份的滑石粉、0.1重量份的單甘脂、1重量份的超臨界二氧化碳。
性能檢測:
對實施例1-4和對比例中的發泡材料進行性能檢測,實施例1-3的掃描電鏡圖片見圖1-3,實施例4的孔徑示意圖見圖4;實施例1-4和對比例中發泡材料的其他性能檢測結果見下表。
所有原輔料均為市收原料。
發泡材料泡孔個數檢測:將制得的發泡材料經液氮淬斷,并將材料斷裂面經真空噴金后,利用sem進行測試,并計算出泡孔的數量。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已,并不用以限制本發明,凡在本發明的精神和原則之內,所作的任何修改、等同替換、改進等,均應包含在本發明的保護范圍之內。