一種擴鏈支化改性聚丙烯發泡片材及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及高分子化合物的組合物，具體涉及一種擴鏈支化改性聚丙烯發泡片材及其制造方法。
【背景技術】
[0002]聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)和聚苯乙烯(PS)是目前應用廣泛的通用塑料。聚丙烯的性能價格比決定了它具有很強的市場竟爭力，且其樹脂密度較低的特性有助于制品的輕量化，有利于降低成本和保護環境，加上其優良的加工性能，使聚丙烯近年來一直是增長最快的通用塑料。
[0003]發泡聚丙烯制品具有如下特點:(I)優良的耐熱性(發泡PS通常在80°C下使用，發泡PE也僅能耐70 - 80°C，而發泡PP能耐120°C) ;(2)優良的力學性能；(3)良好的熱絕緣性；(4)尚沖擊能量的吸收能力和良好的回彈性；(5)良好的耐應力開裂性能；(6)良好的耐食用油浸出性；(7)與發泡PS相比，燃燒時有害氣體排放低；(8)可回收再生。目前，聚丙烯發泡片材已廣泛應用于食品包裝(餐盒、托盤)、緩沖包裝(箱子、襯墊隔板)、熱絕緣材料、汽車零部件、建筑板、文體用品、家電制品等領域。
[0004]聚丙烯是高結晶型聚合物，其發泡特性表現如下:(1)在溫度未達到熔點之前聚丙烯幾乎不流動，而一達到熔融溫度則其熔體黏度又急劇下降，熔體強度差，這樣，高溫下稀薄的無黏禪性的聚丙烯熔體難以將發泡劑分解產生的氣體保持住；(2)聚丙烯樹脂熱容比較大，從熔融狀態到結晶態要放出大量的熱，冷卻時間長，且氣體透過率大，使氣體容易逃逸。上述原因導致聚丙烯可發泡性較差，其適宜發泡的黏度和溫度范圍較窄，生產上不容易穩定地控制工藝，難以實現順利的生產。
[0005]目前用以提高聚丙烯熔體強度的方法主要有射線輻射、熔融接枝、化學交聯、共混改性等。然而，射線輻射方法所需設備復雜，不宜工業化生產；熔融接枝方法雖然操作簡便經濟，但在工藝控制不好的情況下會引發聚丙烯降解；化學交聯方法，其擠出工藝中不易控制；共混改性方法對聚丙烯的熔體強度改善不大。
【發明內容】
[0006]本發明所要解決的技術問題是提供一種擴鏈支化改性聚丙烯發泡片材及其制造方法，通過對聚丙烯進行擴鏈支化改性，獲得熔體強度較高、結晶溫度較高且結晶時間較短的擴鏈支化改性聚丙烯，實現穩定地制造擴鏈支化改性聚丙烯發泡片材，其操作簡便，易于控制。采用的技術方案如下:
一種擴鏈支化改性聚丙烯發泡片材，其特征在于由下述重量配比的原料制成:
均聚聚丙烯樹脂60 — 90份；
聚乙烯類樹脂10 — 40份；
擴鏈支化劑0.1 — I份；
高分子相容劑0.2 — 2份； 爽滑劑O — 3份；
著色劑O — 5份；
成核劑0.1 — I份；
物理發泡劑I 一 10份。
[0007]優選上述聚乙烯類樹脂的用量為10 - 20份。
[0008]上述聚乙烯類樹脂可以是低密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯、乙烯一乙烯醇共聚物或乙烯一丙烯酸共聚物。
[0009]上述擴鏈支化劑可以是環氧樹脂(如擴鏈劑TMP - 6000、擴鏈劑ADR-4368、擴鏈劑ADR-4370S)或丙烯酸酯多元共聚物(如擴鏈劑HLR-333)。
[0010]上述高分子相容劑可以是聚已二醇脂接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯(如高分子相容劑 TMP — 1000)。
[0011]優選上述爽滑劑的用量為0.1 — 3份，著色劑的用量為0.1 — 5份。
[0012]上述爽滑劑可以是硬脂酰胺、N, N’ -亞乙基硬脂酰胺、硬脂酰鋅或硬脂酰鈣。
[0013]上述著色劑可以是色粉或色母。
[0014]上述成核劑可以是滑石粉、碳酸鈣、硫酸鈣或硫酸鋇。優選上述滑石粉、碳酸鈣、硫酸鈣、硫酸鋇的粒度均為1250 - 2500目。
[0015]上述物理發泡劑可以是超臨界流體形式的二氧化碳、氮氣、丁烷或R134a。
[0016]本發明還提供上述擴鏈支化改性聚丙烯發泡片材的第一種制造方法，其特征在于依次包括下述步驟:
(1)按比例配備均聚聚丙烯樹脂、聚乙烯類樹脂、擴鏈支化劑、高分子相容劑、爽滑劑、著色劑、成核劑和物理發泡劑；
(2)將均聚聚丙烯樹脂、聚乙烯類樹脂、擴鏈支化劑、高分子相容劑、爽滑劑、著色劑和成核劑通過高速混合機混合均勻，得到混合物料；
(3)用雙階單螺桿擠出機進行擠出發泡成型
所用的雙階單螺桿擠出機包括料筒、第一階單螺桿和第二階單螺桿，第二階單螺桿處在第一階單螺桿后方，第一階單螺桿自前至后依次包括進料段、壓縮段、均化段、剪切段和均化推動段，料筒上與進料段對應的位置設有進料口(進料口上通常安裝有料斗)，料筒上設有發泡劑注入口，發泡劑注入口位置對應于均化段與剪切段的交界處；第二階單螺桿自前至后依次包括第二進料段、剪切混合段、冷卻穩定段和第二均化推動段，料筒后端設有擠出模頭；
從進料口將混合物料加入到雙階單螺桿擠出機中；隨后進料段將混合物料輸送至壓縮段；在壓縮段中混合物料受熱熔融形成熔體，并依次進入均化段、剪切段；均化段將熔體定量輸送至剪切段；在均化段與剪切段的交界處，經發泡劑注入口注入物理發泡劑，物理發泡劑與熔體由剪切段混和、剪切，形成均勻的過飽和熔體；過飽和熔體進入均化推動段后，由均化推動段將過飽和熔體推入第二階單螺桿；第二階單螺桿對過飽和熔體進行混合、剪切及冷卻，形成均一、穩定的熔體，并將該熔體定量輸送至擠出模頭擠出，得到擴鏈支化改性聚丙烯發泡片材。
[0017]第二階單螺桿中，第二進料段將第一階單螺桿送出的過飽和熔體輸送至剪切混合段；剪切混合段將過飽和熔體進一步剪切、細化、混合；冷卻穩定段將經剪切混合段剪切、細化、混合后的飽和熔體均勻冷卻，增加飽和熔體的強度和穩定性；第二均化推動段將冷卻后的飽和熔體穩定、均勻、定量輸送至擠出模頭擠出。
[0018]優選方案中，上述進料段和壓縮段的溫度均設定為180 - 220°C，均化段和剪切段的溫度均設定為190 - 220°C，均化推動段的溫度設定為190 — 210°C ;第二進料段的溫度設定為190 - 200°C，剪切混合段的溫度設定為180 - 190°C，冷卻穩定段的溫度設定為150 - 180°C，第二均化推動段的溫度設定為150 - 1800C ;擠出模頭的模頭溫度設定為160 - 190。。。
[0019]優選方案中，物理發泡劑的注入壓力為15 - 25Mpa。
[0020]優選擠出模頭的擠出壓力為7 - 15Mpa。
[0021]上述擠出模頭可為環形口模，擠出形成筒狀發泡片材。上述擠出模頭也可為平板形口模，擠出形成平面狀發泡片材。
[0022]制得的發泡片材的密度為0.03 - 0.8g/cm3o通過調整物理發泡劑的注入量，可調節發泡片材的密度。
[0023]本發明還提供上述擴鏈支化改性聚丙烯發泡片材的第二種制造方法，其特征在于依次包括下述步驟:
(1)按比例配備均聚聚丙烯樹脂、聚乙烯類樹脂、擴鏈支化劑、高分子相容劑、爽滑劑、著色劑、成核劑和物理發泡劑；
(2)將均聚聚丙烯樹脂、聚乙烯類樹脂、擴鏈支化劑、高分子相容劑、爽滑劑、著色劑和成核劑通過高速混合機混合均勻，得到混合物料；
(3)用雙螺桿/單螺桿二階擠出機進行擠出發泡成型
所用的雙螺桿/單螺桿二階擠出機包括料筒、第一階雙螺桿和第二階單螺桿，第二階單螺桿處在第一階單螺桿后方，第一階單螺桿自前至后依次包括進料段、壓縮段、均化段、剪切段和均化推動段，料筒上與進料段對應的位置設有進料口(進料口上通常安裝有料斗)，料筒上設有發泡劑注入口，發泡劑注入口位置對應于均化段與剪切段的交界處；第二階單螺桿自前至后依次包括第二進料段、剪切混合段、冷卻穩定段和第二均化推動段，料筒后端設有擠出模頭；
從進料口將混合物料加入到雙螺桿/單螺桿二階擠出機中；隨后進料段將混合物料輸送至壓縮段；在壓縮段中混合物料受熱熔融形成熔體，并依次進入均化段、剪切段；均化段將熔體定量輸送至剪切段；在均化段與剪切段的交界處，經發泡劑注入口注入物理發泡劑，物理發泡劑與熔體由剪切段混和、剪切，形成均勻的過飽和熔體；過飽和熔體進入均化推動段后，由均化推動段將過飽和熔體推入第二階單螺桿；第二階單螺桿對過飽和熔體進行混合、剪切及冷卻，形成均一、穩定的熔體，并將該熔體定量輸送至擠出模頭擠出，得到擴鏈支化改性聚丙烯發泡片材。
[0024]第二階單螺桿中，第二進料段將第一階單螺桿送出的過飽和熔體輸送至剪切混合段；剪切混合段將過飽和熔體進一步剪切、細化、混合；冷卻穩定段將經剪切混合段剪切、細化、混合后的飽和熔體均勻冷卻，增加飽和熔體的強度和穩定性；第二均化推動段將冷卻后的飽和熔體穩定、均勻、定量輸送至擠出模頭擠出。
[0025]優選方案中，上述進料段和壓縮段的溫度均設定為180 - 220°C，均化段和剪切段的溫度均設定為180 - 220°C，均化推動段的溫度設定為190 — 210°C ;第二進料段的溫度設定為190 - 200°C，剪切混合段的溫度設定為180 - 190°C，冷卻穩定段的溫度設定為150 - 180°C，第二均化推動段的溫度設定為150 - 1800C ;擠出模頭的模頭溫度設定為160 - 190。。。
[0026]優選方案中，物理發泡劑的注入壓力為15 - 25Mpa。
[0027]優選擠出模頭的擠出壓力為7 — 15Mpa。
[0028]上述擠出模頭可為環形口模，擠出形成筒狀發泡片材。上述擠出模頭也可為平板形口模，擠出形成平面狀發泡片材。
[0029]制得的發泡片材的密度為0.03 - 0.8g/cm3o通過調整物理發泡劑的注入量，可調節發泡片材的密度。
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