CN104341659A - Ldpe高发泡材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及环保型新材料技术领域，具体公开了一种LDPE高发泡材料，其按照重量百分比由如下组分组成：LDPE 90％～98％；成核剂2.0％～7.0％；发泡剂1％～3.0％；抗收缩剂0.03％～0.20％；辅助助剂0.005％～0.02％。通过调整本LDPE高发泡材料配方中的各原料及其含量，从而使得本LDPE高发泡材料更加环保，从而能在环保方面全面替代EPS包装材料，而且本LDPE高发泡材料可以回收利用再加工。

Description

LDPE高发泡材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种包装材料，尤其涉及一种LDPE高发泡材料，本发明属于环保型新材料技术领域。
背景技术
随着对包装材料环保要求的逐渐提高，目前市面上缓冲材料EPS(ExpandedPolystyrene)聚苯乙烯使用后无法回收，造成环境污染，市场将越来越小；瓦楞纸板虽有环保、易裁切、成本低、使用范围宽等优点，但由于其表面较硬，对某些产品表面会有磨损和划痕，难形成三维加工产品，且湿度影响较大、过载复原性差，所以在缓冲包装材料上稍逊色。
而LDPE高发泡材料，简称EPE(Expanded Polyethylene聚乙烯发泡)却杜绝了以上所有不足的缓冲包装的缺点。LDPE高发泡材料是由聚乙稀塑料粒子，经过加温-熔化-挤压-催化-发泡过程形成珍珠棉发泡片材的塑料材料。该材料的特点是隔音、隔热、防震、防水、防腐、防潮、防变形、无毒、无异味、轻松柔软等特性。EPE高发泡材料可制成0.3-20mm片材状材料、管材、棒材、异形材等，也可以通过复合和复膜可制作各种包装用材和填充用料，EPE珍珠棉发泡材料是一种新型的易分解，环保型聚乙稀发泡制品。LDPE高发泡材料不但具有回弹性好、密度低、耐腐蚀、而撕裂、质轻、隔热隔音、防水防潮防震、抗老化能力强，具有很好的再加工性。最主要的是，生产或是回收都不产生三废产品。
EPE表面柔和，外观洁白、悦目，由于是完全独立气泡体，因此具有质轻、隔热、防水、防潮、防震、隔音、耐腐蚀性；抗老化能力强，具有很好的加工性，加入抗静电剂，还具有显著的防静电功能；与PO薄膜、铝膜、编织品等材料贴合，还可以增加其撕裂强度和防紫外线功能。因EPE具有很好的加工性能，只要工艺合理，包装制品生产便于大规模作业；因其质轻使得包装产品运输费用大大降低；因其具有防震回弹性，使得产品包装有很好的抗冲击性，特别是多次冲击缓冲效果几乎保持不变。所以，EPE在产品包装方面得到广泛的运用，它的缓冲包装市场据市场调查分析，现国内市场年需求缓冲包装材料约20-50万吨，且项目符合国家产业政策，属新材料的应用和推广，具有广阔的市场空间。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是针对技术现状提供一种环保的LDPE高发泡材料。
为解决上述第一个技术问题，本发明提供的技术方案为：一种LDPE高发泡材料，按照重量百分比由如下组分组成：
优选的，上述LDPE高发泡材料按照重量百分比由如下组分组成：
其中，所述成核剂为滑石粉，所述发泡剂为丁烷或氟利昂，所述抗收缩剂为单甘脂。
其中，所述辅助助剂为色母料和/或抗静电剂。
发泡就是指：以LDPE原料为主，加入成核剂、抗收缩剂、发泡剂、或者防静电时需添加色母和抗静电剂，经过拌料、吸料、高温熔融、模头挤出、降温冷却、牵引、收卷等过程，得到的就是LDPE高发泡产品。
在上述LDPE高发泡材料中，LDPE为低密度聚乙烯的简称；发泡剂能在聚乙烯中形成致密、均匀、单独的泡孔；抗收缩剂起到了定型、抗缩以及抗静电的作用；色母料则是起到了对LDPE高发泡材料染色的作用；抗静电剂可以增强LDPE高发泡材料的抗静电性，从而增加该材料的应用范围。
本LDPE高发泡材料具有如下性能：①.拉伸强度3.4kg/CM；②.撕裂强度＞2.4kg/CM；③.延伸率＞125％；④.收缩率＞(70℃)-75％；⑤.吸水率＜0.01Cm2⑥.剪切强度1.8-3KG/CM⑦.抗静电：10的9-11次方；⑧.温度-60-80℃；⑨.密度20KG/M3。
上述LDPE高发泡材料由如下步骤制备而成：
(1)挤出机预热，使得挤出机温度达到设定温度T1；
(2)塑化处理，按配比将LDPE、成核剂、辅助助剂分别加入挤出机的塑化区，得到原料，原料熔融，完成原料的塑化处理；
(3)混炼，通过运转螺杆将塑化后的原料送入挤出机的混炼区段，再通过计量泵分别将发泡剂、抗收缩剂按配比注入混炼区段，原料与发泡剂、抗收缩剂混合，得到混合物料；
(4)冷却成型，螺杆将混合物料送入冷却区，通过水或风冷却装置将冷却区的温度降至设定温度T2，混合物料由模头挤出并经过模唇开始发泡，形成发泡片材；
(5)后处理，挤出的发泡片材依次经过定型、延展、冷却、牵引，缠绕，得到LDPE高发泡材料。
步骤(1)中，设定温度T1为，第一区160℃、第二区185℃、第三区184℃、第四区183℃、第六区150℃、第七区145℃、第八区145℃、第九区160℃。
步骤(2)中，所述塑化区包括第一区、第二区和第三区，LDPE、成核剂、辅助助剂分别加入到第一区，得到原料，所述原料在被螺杆送入的过程中在塑化区内完成塑化处理。
步骤(3)中，所述混炼区段为挤出机的第四区；
优选的，用于注入抗收缩剂的计量泵的温度设置为，锅区温度100℃，出管口温度100℃，进管口温度100℃。
步骤(4)中，所述冷却区包括第五区、第六区、第七区、第八区和第九区，所述设定温度T2为第五区115℃、第六区83℃、第七区80℃、第八区80℃、第九区90℃，模头温度为90℃。在该步骤中，混合物料在被螺杆送入、推进的过程中在冷却区内逐渐冷却。
步骤(5)具体的操作步骤为，发泡后挤出的片材经过定型鼓进行延展，延展后的片材再通过风机的冷却空气进行降温冷却，再进入牵引，最后使用转位式收料辊将片材缠绕成卷，得到LDPE高发泡材料。本制备方法在步骤(4)完成后，对成卷的材料依次进行熟化、包装、入库。
LDPE高发泡材料的整个制备工艺流程为：LDPE---各种助剂---投料---高温熔融---挤出---稳定---冷却---两边毛边裁切---收卷切断---熟化---包装---出库。
本发明制备LDPE高发泡材料时所需要的主要设备由螺杆、料筒、减速机、丁烷泵、油脂泵、马达、定型、温控、压延牵引、冷确、切断12部份组成。
其中，按照螺杆直径分为90、105、120、150、180等不同等级，螺杆直径越大，则生产能力越大，目前国内的型号最大到200。
依照本制备方法制备的产量为：430KG-700KG/小时，宽度：600mm-2000mm，厚度：0.3-20mm/轻微波纹，密度：20-25KG/立方米
本制备方法所用设备的技术指标为：
a.用电量：180-300KW/HR(380V---50HZ)
b.用水量：6-10立方米/小时(P＝3-4/平方立米)
c.用气量：200-300N.M3/HR(P＝4KG/M2)空压机10HP
d.用气量：1500KG 15％(丁烷气)P＝5-10KG/M2。
本制备方法使用的设备主要具备如下特点：
a.变频启动装置，比同类机型省电30％；
b.温控采用PLC和固态无火花加温控制技术，安全，稳定；
c.冷却控制采用双环、双冷、高压进压处理和过滤，减少水垢产生，延长设备使用时间，节约水资源，循环水循环使用，双冷水机控制供水降温；
d.卷控制***特殊设计，采用悬挂式控制屏，便于操作、控制，减少体积，电器元器件采用固态断电，最大幅度减少电纸质介性；
e.螺杆设计采用双拉、俊梭、增压设计，增大材料在螺筒内混合时间减少材料与螺筒的减切力和摩擦细数，强增内压，以增强其材料密度性能和拉伸强度；
f.传输控制采用双带式、双牵三辊压延和伸缩式导辊自动传输设计，减少板料摩擦，保证其挤出板料内、外表孔密的一致性。
本制备方法对厂房及库房的要求为：
a.主车间：长度130米，宽度60米，高度4.5米(两层自动投料)
b.库房：原料及副材料2000平方米，成品库5000-8000平方米；加工车间5000-1万平方米
c.预计需厂房面积1.5万平方米以上。
本制备方法对与三废的处理如下：
a.水，用于机内循环使用，修建40m3回水池，
b.汽，废料回收时，不发生有害气体，
c.料，废料及废品100％再生造粒使用。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本LDPE高发泡材料在LDPE的基础上添加了发泡剂、成核剂、抗收缩剂、例如色母料的辅助助剂，通过调整本LDPE高发泡材料配方中的各原料及其含量，从而使得本LDPE高发泡材料更加环保，从而能在环保方面全面替代EPS包装材料，而且本LDPE高发泡材料可以回收利用再加工。而且，本LDPE高发泡材料的主要材料为聚乙烯，其无毒、无味，可以用于制作人体用具。
另外，本发明提供的LDPE高发泡材料的制备方法工艺简单、易于操作、产量高，而且制备过程中不会产生有毒、有害气体，无废品、废水产生，真正做到了环保无污染。
最后，本LDPE高发泡材料制成的片材还可以进行深加工，只需配制珍珠棉复膜机、复合机即可，在EPE片材的表面覆合HDPE膜，镀铝膜、涂塑纸、涂塑布等，经覆膜后的EPE片板，不但提高机械强度，而且还可提高原有的各种性能和附印刷各种图案、文字、扩大产品宣传力度。并且对复合后的片材可广泛应用到箱内衬、救生衣、隔热、防潮帐棚等的内衬垫料等，经济效益随着翻倍增长。
附图说明
图1为本发明实施例2中LDPE发泡后的产品示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
本实施例的LDPE高发泡材料，按照重量百分比由如下组分组成：
其中，成核剂为滑石粉，发泡剂为丁烷，抗收缩剂为单甘脂，辅助助剂为色母料。
本实施例制备LDPE高发泡材料所用的主要设备为挤出机，挤出机沿着螺杆送入的方向分为塑化区、混炼区段和冷却区，其中塑化区包括第一区、第二区和第三区，混炼区段为第四区，冷却区为第五区至第九区。
本实施例的LDPE高发泡材料的制备方法包括如下步骤：
(1)挤出机预热，脉宽调节加热环到最大功率输出，使挤出机升温到设定温度T1，本实施例的料筒的设定温度T1为，第一区160℃，第二区185℃，第三区184℃，第四区183℃，第五区150℃，第六区150℃，第七区145℃，第八区145℃，第九区160℃。
因模具及主机冷却段升温较慢，所以先打开模具及主机冷却段加热，20min后再打开溶解区加热，开机前半小时打开挤出机第一区加热。
(2)塑化处理：开喂料电机，启动电动机、风机，慢慢调节转速，一般以每分钟挤出机螺杆5～6转为准，进料段两端分别与机筒和减速箱连接，原料由此部分送入挤出机，包括料斗、螺杆、机筒、挤出机、主电动机等部分，交流电机通过减速箱与主机螺杆连接。按配比将LDPE、成核剂、辅助助剂分别加入到塑化区的第一区，得到原料，原料在高温下熔融，完成原料的塑化处理。
在本过程中，原料在被被螺杆送入的过程中在塑化区内完成塑化处理。
(3)混炼，通过运转螺杆将塑化后的原料送入挤出机的混炼区段，即挤出机的第四区，再通过计量泵(丁烷泵和单甘酯泵)分别将发泡剂、抗收缩剂按配比注入混炼区段，原料与发泡剂、抗收缩剂混合均匀，得到混合物料；其中，计量泵的注入压力为100mm/cm2，用于注入抗收缩剂的计量泵(即单甘酯泵)的温度设置为，锅区温度100℃，出管口温度100℃，进管口温度100℃。计量泵的进料部分设有单向阀，使原料不致反向倒流，以确保生产安全。
(4)冷却成型，混合物料在混炼区段混合均匀后，打开冷却装置，螺杆将混合物料送入冷却区的第五区，通过水或风冷却装置将冷却区的温度降至设定温度T2，混合物料在螺杆送入的过程中在冷却区内逐渐冷却，最后，混合物料由模头挤出并经过模唇开始发泡，形成发泡片材；挤出的发泡片材的厚度主要取决于模唇和牵引速度的慢快，定型鼓决定发泡后片材的宽度。
此过程中，设定温度T2具体为：第五区115℃，第六区83℃，第七区80℃，第八区80℃，第九区90℃，其中模头温度也为90℃，而且模头采用水滴式降温。
(5)后处理，该过程包括生产和收料，总的来说即将挤出的片材依次经过定型、延展、冷却、牵引，缠绕，得到LDPE高发泡材料，具体为：
生产：开主动牵引装置和收料机构，开始发泡生产，发泡后挤出的片材经过定型鼓决定宽度，延展开的片材再通过风机的冷却空气进行降温冷却，再进入牵引，此时牵引速度应保持均衡，以保证片材的质量，牵引辊装有变频调整的电动机，以便调整牵引速度。
收料：转位式收料辊，此部分装有可定片材长度的计米器，当一辊的收卷长度达到设定的要求标准时，可转180度裁断后再进行第二卷的收卷片材。
本实施例在制备时，具体应用到以下生产设备：a.挤出机(一台)b.配电柜(一套)c.计量泵(2套，分别用于发泡剂和抗收缩剂)d.机头模具(一套)e.定径剖割***(一套)f.牵引展平***(一套)g.收卷机(一台)。
上述设备中主要部件的作用为：
电动机：主机螺杆转动的动力源，调节其转速从而改变主机的出料速度。
齿轮箱：减速、稳定转速的作用。
螺筒螺杆：起塑化和传送物料的作用。可分为；进料区、溶解区、增压发泡区。
模头：起发泡成型作用。在生产不同型号规格的产品时，就是靠调节摸头，或更换模头及过滤网来实现的。
定型鼓：起固定成型作用，门幅的宽度由此决定。
风机：与定型鼓相连，起冷却及辅助定型的作用。
支撑杆：支撑片材以使片材在此段冷却，便于收卷。
牵引机：主要起引导作用，可根据牵引速度调减产品的厚薄度。
花辊：起微调片才宽度。
收卷机：主要是将产品收集成卷，是片材挤出生产的最后一道工序。
母料机：将母料--滑石料定量、均匀送入挤出机加料口。
丁烷计量泵：将丁烷定量、均匀注入挤出机，丁烷可在聚乙烯中形成致密、均匀、单独的泡孔。
单甘脂计量泵：将液态的单甘脂定量、均匀注入挤出机，单甘脂起定型、抗缩、抗静电作用。
循环水泵：为主机冷却区降温提供冷却水。
实施例2
本实施例的LDPE高发泡材料，按照重量百分比由如下组分组成：
其中，成核剂为滑石粉，发泡剂为氟利昂，抗收缩剂为单甘脂，辅助助剂为抗静电剂，本实施例使用的抗静电剂为本领域常用的抗静电剂，例如导电炭黑、乙氧基化烷基胺等。
本实施例的LDPE高发泡材料的制备方法可参照实施例1。
本实施例的LDPE高发泡后的产品如图1所示，图1中1为发泡层，箭头指示的为瓦楞方向。
实施例3
本实施例的LDPE高发泡材料，按照重量百分比由如下组分组成：
其中，成核剂为滑石粉，发泡剂为丁烷，抗收缩剂为单甘脂，辅助助剂为色母料与抗静电剂以任何比例混合的混合物，本实施例使用的抗静电剂为本领域常用的抗静电剂，例如导电炭黑、乙氧基化烷基胺等。
本实施例的LDPE高发泡材料的制备方法可参照实施例1。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种LDPE高发泡材料，其特征在于，按照重量百分比由如下组分组成：
2.根据权利要求1所述的LDPE高发泡材料，其特征在于，按照重量百分比由如下组分组成：
3.根据权利要求1所述的LDPE高发泡材料，其特征在于：所述成核剂为滑石粉，所述发泡剂为丁烷或氟利昂，所述抗收缩剂为单甘脂。
4.根据权利要求1所述的LDPE高发泡材料，其特征在于：所述辅助助剂为色母料和/或抗静电剂。
5.根据权利要求1至4任一项所述的LDPE高发泡材料，其特征在于，该LDPE高发泡材料由如下步骤制备而成：
(1)挤出机预热，使得挤出机温度达到设定温度T1；
(2)塑化处理，按配比将LDPE、成核剂、辅助助剂分别加入挤出机的塑化区，得到原料，原料熔融，完成原料的塑化处理；
(3)混炼，通过运转螺杆将塑化后的原料送入挤出机的混炼区段，再通过计量泵分别将发泡剂、抗收缩剂按配比注入混炼区段，原料与发泡剂、抗收缩剂混合，得到混合物料；
(4)冷却成型，螺杆将混合物料送入冷却区，通过水或风冷却装置将冷却区的温度降至设定温度T2，混合物料由模头挤出并经过模唇开始发泡，形成发泡片材；
(5)后处理，挤出的发泡片材依次经过定型、延展、冷却、牵引，缠绕，得到LDPE高发泡材料。
6.根据权利要求5所述的LDPE高发泡材料，其特征在于：步骤(1)中，设定温度T1为，第一区160℃、第二区185℃、第三区184℃、第四区183℃、第六区150℃、第七区145℃、第八区145℃、第九区160℃。
7.根据权利要求5所述的LDPE高发泡材料，其特征在于：步骤(2)中，所述塑化区包括第一区、第二区和第三区，LDPE、成核剂、辅助助剂分别加入到第一区，得到原料，所述原料在被螺杆送入的过程中在塑化区内完成塑化处理。
8.根据权利要求5所述的LDPE高发泡材料，其特征在于：步骤(3)中，所述混炼区段为挤出机的第四区；
优选的，用于注入抗收缩剂的计量泵的温度设置为，锅区温度100℃，出管口温度100℃，进管口温度100℃。
9.根据权利要求5所述的LDPE高发泡材料，其特征在于：步骤(4)中，所述冷却区包括第五区、第六区、第七区、第八区和第九区，所述设定温度T2为第五区115℃、第六区83℃、第七区80℃、第八区80℃、第九区90℃，模头温度为90℃。
10.根据权利要求5所述的LDPE高发泡材料，其特征在于：步骤(5)具体的操作步骤为，发泡后挤出的片材经过定型鼓进行延展，延展后的片材再通过风机的冷却空气进行降温冷却，再进入牵引，最后使用转位式收料辊将片材缠绕成卷，得到LDPE高发泡材料。
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