CN107286475A - 一种聚丙烯发泡材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种聚丙烯发泡材料及其制备方法，其中聚丙烯发泡材料包括以下重量份的各组分：基体树脂：高熔体强度聚丙烯30～70重量份，聚丙烯无规共聚物10～50重量份，低密度聚乙烯5～30重量份；气体成核剂：每100重量份的基体树脂中添加气体成核剂0.1～0.5重量份；物理发泡剂：每100重量份的基体树脂中添加物理发泡剂5～16重量份；抗氧剂：每100重量份的基体树脂中添加0.5～1重量份；泡孔稳定剂：每100重量份的基体树脂中添加1～10重量份。本发明所述的一种聚丙烯发泡材料，泡孔均一性好，泡孔密度大，且不造成二次环境污染。

Description

一种聚丙烯发泡材料及其制备方法
技术领域
本发明属于发泡材料领域，尤其是涉及一种聚丙烯发泡材料及物理法制备聚丙烯发泡片材或板材的方法。
背景技术
泡沫塑料是由大量气体微孔分散于固体塑料中而形成的一类高分子材料，具有质轻、隔热、吸音、减震、防腐、价格低廉等特性，且介电性能优于基体树脂，因此在日用包装、农业、工业、航空航天、交通运输业、军工等领域得到广泛应用。
聚丙烯发泡材料(Expanded polypropylene，简称EPP)是一种性能优异的高结晶度聚丙烯/气体复合材料，以其独有的性能成为近几年增长最快的新型环保抗压缓冲隔热材料。EPP制品具有十分优异的抗震吸能性能、回弹性、耐高温、耐化学品、耐油性和隔热性。
目前用量最大的三类泡沫主要是：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。聚氨酯泡沫塑料残留影响人体健康的异氰酸酯，且不能回收利用；聚苯乙烯使用氟利昂作为发泡剂，严重污染环境，同时其制品废弃物体积大、难降解、难回收，对周围环境造成“白色污染”；聚乙烯泡沫塑料具有优异的抗化学腐蚀性、吸震性、燃烧无毒性和易于回收性，但是力学性能比较低,耐热性不好，不易于降解的缺点，限制了其广泛应用。EPP是近些年一种新兴的泡沫塑料，与其它泡沫塑料相比，EPP制品不但具有优异的力学性能和热性能，而且具有可回收、可降解等优异的环保性能，而被人们广泛应用。
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优点：
1、具有闭孔结构，使得其制品具有优异的隔热性能，耐温达130℃；
2、材料质软有弹性，制品具有一定的承载能力具有极好的耐久性，如抗紫外暴露、物理破坏、极端温度(-40～130℃)、抗油、抗水、抗化学特性等。
3、EPP制品是一种“环保产品”，易于降解和回收再利用。
但现有的聚丙烯发泡材料，大多泡孔均一性较差，泡孔直径较大，且韧性较差、耐低温性能明显不足，限制了材料的应用领域；又制备方法多为化学法，会造成一定的环境污染。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种聚丙烯发泡材料，以克服现有技术的缺陷，泡孔均一性好，泡孔密度大，且不造成二次环境污染。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种聚丙烯发泡材料，包括以下重量份的各组分：
基体树脂：高熔体强度聚丙烯30～70重量份，聚丙烯无规共聚物10～50重量份，低密度聚乙烯5～30重量份；
气体成核剂：每100重量份的基体树脂中添加气体成核剂0.1～0.5重量份；
物理发泡剂：每100重量份的基体树脂中添加物理发泡剂5～16重量份；
抗氧剂：每100重量份的基体树脂中添加0.5～1重量份；
泡孔稳定剂：每100重量份的基体树脂中添加1～10重量份。
优选的，所述基体树脂各组分的含量为：高熔体强度聚丙烯38～62，聚丙烯共聚物20～45重量份，低密度聚乙烯10～25重量份。
优选的，所述基体树脂各组分的含量为：高熔体强度聚丙烯45～55，聚丙烯共聚物30～40重量份，低密度聚乙烯15～20重量份。
优选的，所述高熔体强度聚丙烯的熔体强度为20～50cN，熔融指数为1～6g/10min；共聚聚丙烯的熔融指数为2～8g/10min；低密度聚乙烯的熔融指数为0.5～4g/10min。
优选的，所述气体成核剂为自碳酸钙、滑石粉、二氧化硅、云母中的一种或两种以上；所述气体成核剂的目数为800～3000目。
优选的，所述物理发泡剂为超临界二氧化碳、超临界氮气、超临界丁烷中的一种或两种以上。
优选的，所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、双(2,4-二叔丁基苯基)丙酸]季戊四醇二亚磷酸酯中的一种或两种以上；所述泡孔稳定剂选自单甘酯、硬脂酸中的一种或两种以上。
聚丙烯树脂在温度未达到熔点之前，几乎不流动，当温度高于熔点时，聚合物的熔体强度急剧下降，在熔体压力降较大时，普通的聚丙型很难包住体系内的发泡剂，此方案加入高熔体强度聚丙烯主要是为了提高发泡体系的包住气体的能力，进而提高材料的发泡倍率。众所周知，聚丙烯和聚乙烯的相容性较差，加入特殊结构的聚丙烯共聚物可以明显提高聚乙烯和聚丙烯两种树脂的相容性，促使形成均相体系，提高材料的性能。单纯的聚丙烯发泡材料的韧性较差、耐低温性能明显不足，为改善材料的这一缺点，在发泡材料的配方设计中引入聚乙烯树脂可以明显改善单纯聚丙烯发泡材料的不足之处，进一步扩大材料的应用领域。
本发明的另一目的在于提出一种制备如上所述的聚丙烯发泡材料的方法，以制备上述聚丙烯发泡材料。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种制备如上所述的聚丙烯发泡材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将一定配比的高熔体强度聚丙烯、聚丙烯无规共聚物、低密度聚乙烯和气体成核剂加入发泡专用挤出机，于温度200～230℃下以20～40r/min的转速搅拌，直至物料达到熔融状态；
(2)待步骤(1)中的物料完全熔融后，注入物理发泡剂、泡孔稳定剂和抗氧剂，混合物料在螺杆的转动作用下形成聚合物/物理发泡剂均相体系；
(3)将步骤(2)中的聚合物/物理发泡剂均相体系通过单螺杆挤出机向模剧中推进挤出，使其发泡，待温度降低后，形成聚丙烯发泡材料。
优选的，所述的聚丙烯发泡材料的制备方法，还包括步骤(4)，将步骤(3)中的聚丙烯发泡材料在定型装置、展平装置和张力控制装置的作用下，收集成卷或板材。
优选的，所述步骤(1)中采用螺杆搅拌。
本发明采用直接挤出法制备聚丙烯发泡材料，所用发泡剂为环境友好型发泡剂。制备中，将基体树脂、气体成核剂按一定比例加入发泡专用挤出机，待物料熔融后注入一定比例的泡孔稳定剂、发泡剂，经挤出机充分混合后，从模具挤出，由于压力的急剧下降，体系内发泡剂体积迅速膨胀形成气泡，带动聚合物体积膨胀，形成发泡制品。其中，挤出机内均相体系形成后，下一个关键的步骤就是使泡孔成核，最常用的热塑性塑料成核模型有三种，即均相成核理论、异相成核理论、混合型成核理论；三种成核理论中最常用的是异相成核理论，主要是因为异相成核发生在成核所需的能量较少的地方，塑料材料本省含有多种添加剂，本身也不是一种纯的均相体系，加入气体成核剂是为了进一步提高异相成核的成核数量，从而提高材料倍率。
相对于现有技术，本发明所述的一种聚丙烯发泡材料具有以下优势：
(1)本发明所述的一种聚丙烯发泡材料，泡沫制品密度为0.03～0.50g/cm3,泡孔密度达102～109个泡孔/cm3，泡孔直径为9μm～2mm，泡沫制品厚度0.5～50mm。本发明所述的聚丙烯发泡材料属于非交联产品，具有可100％回收利用，不造成二次污染，符合循环经济的要求。本发明制备的聚丙烯发泡材料可广泛应用于，可广泛应用于保温餐具、汽车内饰件、包装等领域。
(2)本发明所述的一种聚丙烯发泡材料，采用超临界丁烷作为物理发泡剂，其沸点比戊烷的要低，能使产品的发泡倍率更大些。
相对于现有技术，本发明所述的一种聚丙烯发泡材料的制备方法具有以下优势：
本发明所述的一种聚丙烯发泡材料的制备方法，制备的聚丙烯发泡材料属于非交联产品，在高温下实现完全熔融，具有可100％回收利用，不造成二次污染，符合循环经济的要求。
附图说明
图1为本发明实施例1所述的一种聚丙烯发泡材料的扫描电镜检测图；
图2为本发明实施例2所述的一种聚丙烯发泡材料的扫描电镜检测图；
图3为本发明实施例3所述的一种聚丙烯发泡材料的扫描电镜检测图；
图4为本发明实施例4所述的一种聚丙烯发泡材料的孔径示意图。
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下面结合实施例及附图来详细说明本发明。
实施例1
一种聚丙烯发泡材料，包括以下重量份的各组分：
基体树脂：高熔体强度聚丙烯40重量份，聚丙烯无规共聚物40重量份，低密度聚乙烯5～30重量份；
气体成核剂为滑石粉：每100重量份的基体树脂中添加滑石粉0.2重量份；
物理发泡剂为超临界丁烷：每100重量份的基体树脂中添加超临界丁烷15重量份；
抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯：每100重量份的基体树脂中添加0.6重量份；
泡孔稳定剂为单甘酯：每100重量份的基体树脂中添加1.5重量份。
本实施例中聚丙烯发泡材料的制备方法为：
(1)将上述配比的高熔体强度聚丙烯、聚丙烯无规共聚物、低密度聚乙烯和气体成核剂通过挤出机的喂料口加入到专发泡用挤出机，于温度200℃下以20r/min的转速用螺杆搅拌，直至物料达到熔融状态；
(2)待步骤(1)中的物料完全熔融后，注入物理发泡剂、泡孔稳定剂和抗氧剂，混合物料在螺杆的转动作用下形成聚合物/物理发泡剂均相体系；
(3)将步骤(2)中的聚合物/物理发泡剂均相体系通过单螺杆挤出机向模剧中推进挤出，使其发泡，待温度降低后，形成聚丙烯发泡材料。
(4)将步骤(3)中的聚丙烯发泡材料在定型装置、展平装置和张力控制装置的作用下，收集成卷。
实施例2
一种聚丙烯发泡材料，包括以下重量份的各组分：
基体树脂：高熔体强度聚丙烯50重量份，聚丙烯无规共聚物45重量份，低密度聚乙烯5重量份；
气体成核剂为二氧化硅和滑石粉1:4的混合物：每100重量份的基体树脂中添加0.2重量份；
物理发泡剂为超临界二氧化碳和超临界丁烷1:6的混合物：每100重量份的基体树脂中添加3重量份；
抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯：每100重量份的基体树脂中添加0.6重量份；
泡孔稳定剂为单甘酯：每100重量份的基体树脂中添加1.1重量份。
本实施例中聚丙烯发泡材料的制备方法为：
(1)将上述配比的高熔体强度聚丙烯、聚丙烯无规共聚物、低密度聚乙烯和气体成核剂通过挤出机的喂料口加入专用发泡挤出机，于温度215℃下以30r/min的转速用螺杆搅拌，直至物料达到熔融状态；
(2)待步骤(1)中的物料完全熔融后，注入物理发泡剂、泡孔稳定剂和抗氧剂，混合物料在螺杆的转动作用下形成聚合物/物理发泡剂均相体系；
(3)将步骤(2)中的聚合物/物理发泡剂均相体系通过单螺杆挤出机向模剧中推进挤出，使其发泡，待温度降低后，形成聚丙烯发泡材料。
(4)将步骤(3)中的聚丙烯发泡材料在定型装置、展平装置和张力控制装置的作用下，收集成板材。
实施例3
一种聚丙烯发泡材料，包括以下重量份的各组分：
基体树脂：高熔体强度聚丙烯60重量份，聚丙烯无规共聚物30重量份，低密度聚乙烯10重量份；
气体成核剂为滑石粉：每100重量份的基体树脂中添加0.3重量份；
物理发泡剂为超临界氮气：每100重量份的基体树脂中添加超临界氮气5重量份；
抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯：每100重量份的基体树脂中添加0.6重量份；
泡孔稳定剂为单甘酯：每100重量份的基体树脂中添加1.8重量份。
本实施例中聚丙烯发泡材料的制备方法为：
(1)将上述配比的高熔体强度聚丙烯、聚丙烯无规共聚物、低密度聚乙烯和气体成核剂通过挤出机的喂料口加入专用发泡挤出机，于温度230℃下以40r/min的转速用螺杆搅拌，直至物料达到熔融状态；
(2)待步骤(1)中的物料完全熔融后，注入物理发泡剂、泡孔稳定剂和抗氧剂，混合物料在螺杆的转动作用下形成聚合物/物理发泡剂均相体系；
(3)将步骤(2)中的聚合物/物理发泡剂均相体系通过单螺杆挤出机向模剧中推进挤出，使其发泡，待温度降低后，形成聚丙烯发泡材料。
(4)将步骤(3)中的聚丙烯发泡材料在定型装置、展平装置和张力控制装置的作用下，收集成板材。
实施例4
一种聚丙烯发泡材料，包括以下重量份的各组分：
基体树脂：高熔体强度聚丙烯35重量份，聚丙烯无规共聚物50重量份，低密度聚乙烯15重量份；
气体成核剂为滑石粉：每100重量份的基体树脂中添加0.15重量份；
物理发泡剂为超临界氮气：每100重量份的基体树脂中添加超临界丁烷14重量份；
抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯：每100重量份的基体树脂中添加0.6重量份；
泡孔稳定剂为单甘酯：每100重量份的基体树脂中添加2.8重量份。
本实施例中聚丙烯发泡材料的制备方法为：
(1)将上述配比的高熔体强度聚丙烯、聚丙烯无规共聚物、低密度聚乙烯和气体成核剂通过挤出机的喂料口加入专用发泡挤出机，于温度230℃下以35r/min的转速用螺杆搅拌，直至物料达到熔融状态；
(2)待步骤(1)中的物料完全熔融后，注入物理发泡剂、泡孔稳定剂和抗氧剂，混合物料在螺杆的转动作用下形成聚合物/物理发泡剂均相体系；
(3)将步骤(2)中的聚合物/物理发泡剂均相体系通过单螺杆挤出机向模剧中推进挤出，使其发泡，待温度降低后，形成聚丙烯发泡材料。
(4)将步骤(3)中的聚丙烯发泡材料在定型装置、展平装置和张力控制装置的作用下，收集成板材。
对比例
一种聚丙烯发泡材料，其各组分和含量为：基体树脂：高熔体强度聚丙烯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重量份的基体树脂中添加0.5重量份的滑石粉、0.1重量份的单甘脂、1重量份的超临界二氧化碳。
性能检测：
对实施例1-4和对比例中的发泡材料进行性能检测，实施例1-3的扫描电镜图片见图1-3，实施例4的孔径示意图见图4；实施例1-4和对比例中发泡材料的其他性能检测结果见下表。
所有原辅料均为市收原料。
发泡材料泡孔个数检测：将制得的发泡材料经液氮淬断，并将材料断裂面经真空喷金后，利用SEM进行测试，并计算出泡孔的数量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种聚丙烯发泡材料，其特征在于：包括以下重量份的各组分：
基体树脂：高熔体强度聚丙烯30～70重量份，聚丙烯无规共聚物10～50重量份，低密度聚乙烯5～30重量份；
气体成核剂：每100重量份的基体树脂中添加气体成核剂0.1～0.5重量份；
物理发泡剂：每100重量份的基体树脂中添加物理发泡剂5～16重量份；
抗氧剂：每100重量份的基体树脂中添加0.5～1重量份；
泡孔稳定剂：每100重量份的基体树脂中添加1～10重量份。
2.根据权利要求1所述的聚丙烯发泡材料，其特征在于：所述基体树脂各组分的含量为：高熔体强度聚丙烯38～62，聚丙烯共聚物20～45重量份，低密度聚乙烯10～25重量份。
3.根据权利要求1所述的聚丙烯发泡材料，其特征在于：所述基体树脂各组分的含量为：高熔体强度聚丙烯45～55，聚丙烯共聚物30～40重量份，低密度聚乙烯15～20重量份。
4.根据权利要求1所述的聚丙烯发泡材料，其特征在于：所述高熔体强度聚丙烯的熔体强度为20～50cN，熔融指数为1～6g/10min；共聚聚丙烯的熔融指数为2～8g/10min；低密度聚乙烯的熔融指数为0.5～4g/10min。
5.根据权利要求1所述的聚丙烯发泡材料，其特征在于：所述气体成核剂为自碳酸钙、滑石粉、二氧化硅、云母中的一种或两种以上；所述气体成核剂的目数为800～3000目。
6.根据权利要求1所述的聚丙烯发泡材料，其特征在于：所述物理发泡剂为超临界二氧化碳、超临界氮气、超临界丁烷中的一种或两种以上。
7.根据权利要求1所述的聚丙烯发泡材料，其特征在于：所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、双(2,4-二叔丁基苯基)丙酸]季戊四醇二亚磷酸酯中的一种或两种以上；所述泡孔稳定剂选自单甘酯、硬脂酸中的一种或两种以上。
8.一种制备如权利要求1至7任意一项所述的聚丙烯发泡材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将一定配比的高熔体强度聚丙烯、聚丙烯无规共聚物、低密度聚乙烯和气体成核剂加入专用发泡挤出机，于温度200～230℃下以20～40r/min的转速搅拌，直至物料达到熔融状态；
(2)待步骤(1)中的物料完全熔融后，注入物理发泡剂、泡孔稳定剂和抗氧剂，混合物料在螺杆的转动作用下形成聚合物/物理发泡剂均相体系；
(3)将步骤(2)中的聚合物/物理发泡剂均相体系通过单螺杆挤出机向模剧中推进挤出，使其发泡，待温度降低后，形成聚丙烯发泡材料。
9.根据权利要求8所述的聚丙烯发泡材料的制备方法，其特征在于：还包括步骤(4)，将步骤(3)中的聚丙烯发泡材料在定型装置、展平装置和张力控制装置的作用下，收集成卷或板材。
10.根据权利要求8所述的聚丙烯发泡材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中采用螺杆搅拌。
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