CN108384132A - 聚苯乙烯泡沫及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚苯乙烯泡沫及其制备工艺，属于聚苯乙烯包装材料技术领域，其技术方案要点是包括聚苯乙烯100份、发泡剂2.5份、成核剂1.5份、增强改性剂3份、增韧改性剂5份以及粘合剂1份，增强改性剂包括苯乙烯‑马来酸酐共聚物以及玻璃纤维，增韧改性剂包括废旧聚苯乙烯以及线性苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯共聚物，解决了在增加聚苯乙烯泡沫强度会降低其韧性的技术问题，达到了在增加聚苯乙烯泡沫强度的同时提升其韧性的技术效果。

Description

聚苯乙烯泡沫及其制备工艺
技术领域
本发明涉及聚苯乙烯包装材料技术领域，特别涉及一种聚苯乙烯泡沫及其制备工艺。
背景技术
聚苯乙烯泡沫，又称可发性聚苯乙烯(EPS)，具有相对密度小(1.05g/cm3)、热导率低、吸水性小、耐冲击振动、隔热、隔音、防潮、减发振、介电性能优良等优点，广泛地用于机械设备、仪器仪表、家用电气、工艺品和其他易损坏贵重产品的防震包装材料以及快餐食品的包装。EPS粒子的制备工艺主要有两种：一步浸渍工艺和两步浸渍工艺；EPS的成型工艺也主要有两种：一步挤出法以及模塑法。
现有技术可参考授权公告号为CN101475720B的中国专利，其公开了一种增强聚苯乙烯纤维泡沫板，所述苯板的制备原料中包括长度为5-30mm的合成纤维，其占原料总重量的5-20％，该发明生产方法包括聚苯乙烯颗粒预发泡、聚苯乙烯颗粒熟化、合成纤维的添加、模塑成型工序。
在现有技术中，用合成纤维增强的聚苯乙烯泡沫，强度会有较大的改善，但是由于聚苯乙烯本身质脆，在用合成纤维提升其强度的同时会导致其韧性下降，因而更易因应力不集中产生断裂的情况，因此如何能够在提高泡沫板强度的同时不损伤其韧性是一个需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种聚苯乙烯泡沫，其通过增强改性剂以其提高强度，并且以增韧改性剂补偿其在增强时损失的韧性，使得聚苯乙烯泡沫的强度与韧性能够得到同时提高。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种聚苯乙烯泡沫，以重量份数计，包括聚苯乙烯100份、发泡剂2-3份、成核剂1-3份、增强改性剂2-4份、增韧改性剂4-6份以及粘合剂0.5-1.5份；所述发泡剂为异丁烷；所述增强改性剂包括苯乙烯-马来酸酐共聚物以及玻璃纤维，所述苯乙烯-马来酸酐共聚物以及玻璃纤维的重量比分别为4：1；所述增韧改性剂包括废旧聚苯乙烯以及线性苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物，所述废旧聚苯乙烯以及线性苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物的重量比为3：1；所述粘合剂为聚乙烯醇。
通过采用上述方案，玻璃纤维绝缘性好、耐热性好、机械强度高，可以提高聚苯乙烯的强度，苯乙烯-马来酸酐共聚物(SMA)具有耐高温性、很好的硬度以及尺寸稳定性好的特点，而马来酸酐是很好的相容剂，通过SMA与玻璃纤维作为增强改性剂，能够使玻璃纤维更好的与聚苯乙烯融合，有利于玻璃纤维均匀分散，从而使聚苯乙烯的强度提高；由于玻璃纤维性脆，单纯添加玻璃纤维会对聚苯乙烯的韧性有一定的影响，因此需要加入增韧改性剂以补偿因提高强度损失的韧性；线性苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS)是一种弹性较好的合成橡胶，废旧聚苯乙烯是聚苯乙烯的再利用的原料，能够减少生产成本，通过线性SBS与废旧聚苯乙烯的共混，能够提高其与聚苯乙烯珠粒的相容性，提高其韧性，提高聚苯乙烯泡沫的冲击强度，改善加工性能；成核剂是聚合物的改性助剂，能够提高产品的刚性、缩短成型周期，保持产品的尺寸稳定性；由于聚苯乙烯泡沫是通过聚苯乙烯珠粒的发泡黏结制得的，因此添加的粘合剂有利于增强改性剂、增韧改性剂与聚苯乙烯珠粒的融合，提高其发泡后产品的稳定性。
较佳的，以重量份数计，包括聚苯乙烯100份、发泡剂2.5份、成核剂1.5份、增强改性剂3份、增韧改性剂5份以及粘合剂1份；所述发泡剂为异丁烷；所述增强改性剂包括苯乙烯-马来酸酐共聚物以及玻璃纤维，所述苯乙烯-马来酸酐共聚物以及玻璃纤维的重量比分别为4：1；所述增韧改性剂包括废旧聚苯乙烯以及线性苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物，所述废旧聚苯乙烯以及线性苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物的重量比为3：1；所述粘合剂为聚乙烯醇。
通过采用上述方案，使添加了增强改性剂以及增韧改性剂的聚苯乙烯珠粒的强度以及韧性均能得到提高，从而提高了产品的整体性能。
较佳的，所述成核剂为纳米碳酸钙。
通过采用上述方案，纳米碳酸钙与树脂相容性好，能有效提高或调节制品的刚、韧性、光洁度以及弯曲强度，改善加工性能，改善制品的流变性能、尺寸稳定性能、耐热稳定性，具有填充、增强以及增韧的作用。
较佳的，所述纳米碳酸钙的粒径为20-60nm。
通过采用上述方案，纳米碳酸钙的粒径为20-60nm，有利于其分散。
较佳的，所述玻璃纤维的长度为4-6mm，纤度为0.6-1.0D。
通过采用上述方案，玻璃纤维的长度为4-6mm，纤度为0.6-1.0D，在能够增强的同时还有利于其分散，改善了加工性能。
本发明的目的之二在于提供一种聚苯乙烯的制备工艺。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
聚苯乙烯的制备工艺，包括如下步骤：
(1)预发泡：将连续式预发泡机预热，使其腔室内的温度达到90-120℃、蒸汽压力为0.3-0.5MPa，然后将可发性聚苯乙烯珠粒放入预发泡机的料仓中，以30-80rpm的速度搅拌25-35s后将珠粒用热蒸汽吹出；
(2)熟化：将预发泡后的珠粒置于干燥通风处熟化，熟化温度为22-26℃，熟化时间8-10h；
(3)预混合：将成核剂、增强改性剂、增韧改性剂、粘合剂以及熟化后的珠粒加入搅拌机中，搅拌15min；
(4)模塑成型：将模具预热至50-60℃后，将预混合后的珠粒与发泡剂置于模腔中，向模腔中通入蒸汽赶走空气；然后将珠粒加热到100-120℃，此时珠粒膨胀并粘结；关闭出气以及进气口，同时用水冷却模具使得内部加热蒸汽迅速冷凝，使聚苯乙烯颗粒粘结体迅速膨胀充满模腔，冷却成型；
(5)陈化：将得到的聚苯乙烯泡沫置于50-60℃的烘房中陈化48-72h。
通过采用上述方案，聚苯乙烯、发泡剂、成核剂、增强改性剂、增韧改性剂以及粘合剂通过预发泡、熟化、预混料、模塑成型以及陈化制得的聚苯乙烯具有优良的强度以及韧性。
较佳的，所述步骤(3)中的搅拌速度为20-40rpm。
通过采用上述方案，搅拌速度为20-40rpm，有利于原料的充分混合，并且能够保持原料的化学稳定性。
较佳的，所述步骤(4)中预热的升温速率为3-5℃/min。
通过采用上述方案，以3-5℃/min的升温速率进行预热升温，使模具保持均匀受热，有利于产品性能的稳定性。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
通过增强改性剂以提高聚苯乙烯泡沫的强度，并且以增韧改性剂补偿其在增强时损失的韧性，使得聚苯乙烯泡沫的强度与韧性能够得到同时提高；SMA能够提高玻璃纤维与聚苯乙烯的相容性，提高其强度；废旧聚苯乙烯能够降低生产成本，并且其作为基体材料与SBS共混得到的母料能够在聚苯乙烯珠粒中均匀分散，提高聚苯乙烯泡沫的韧性。
具体实施方式
以下对本发明作进一步详细说明。
一、实施例1-3
实施例1：一种聚苯乙烯泡沫采用如下工艺制备而得：
(1)预发泡：将连续式预发泡机预热，使其腔室内的温度达到105℃、蒸汽压力为0.4MPa，然后将100kg可发性聚苯乙烯珠粒放入预发泡机的料仓中，以55rpm的速度搅拌30s后将珠粒用热蒸汽吹出；
(2)熟化：将预发泡后的珠粒置于干燥通风处熟化，熟化温度为24℃，熟化时间9h；
(3)预混合：将2kg纳米碳酸钙、3kg增强改性剂(2kg SMA、1kg玻璃纤维)、5kg增韧改性剂(4kg废旧聚苯乙烯、1kg SBS)、1kg聚乙烯醇以及熟化后的珠粒加入搅拌机中，以30rpm的搅拌速度搅拌15min；其中纳米碳酸钙的粒径为20-40nm，玻璃纤维的长度为4-6mm，纤度为0.6-1.0D；
(4)模塑成型：以4℃/min的升温速率，将模具预热至55℃后，将预混合后的珠粒与2.5kg异丁烷发泡剂置于模腔中，向模腔中通入蒸汽赶走空气；然后将珠粒加热到110℃，此时珠粒膨胀并粘结；关闭出气以及进气口，同时用水冷却模具使得内部加热蒸汽迅速冷凝，使聚苯乙烯颗粒粘结体迅速膨胀充满模腔，冷却成型；
(5)陈化：将得到的聚苯乙烯泡沫置于55℃的烘房中陈化60h。
实施例2：一种聚苯乙烯泡沫采用如下工艺制备而得：
(1)预发泡：将连续式预发泡机预热，使其腔室内的温度达到90℃、蒸汽压力为0.5MPa，然后将100kg可发性聚苯乙烯珠粒放入预发泡机的料仓中，以30rpm的速度搅拌35s后将珠粒用热蒸汽吹出；
(2)熟化：将预发泡后的珠粒置于干燥通风处熟化，熟化温度为22℃，熟化时间10h；
(3)预混合：将1kg纳米碳酸钙、2kg增强改性剂(1.3kg SMA、0.7kg玻璃纤维)、4kg增韧改性剂(3.2kg废旧聚苯乙烯、0.8kg SBS)、0.5kg聚乙烯醇以及熟化后的珠粒加入搅拌机中，以20rpm的搅拌速度搅拌15min；其中纳米碳酸钙的粒径为20-40nm，玻璃纤维的长度为4-6mm，纤度为0.6-1.0D；
(4)模塑成型：以3℃/min的升温速率，将模具预热至50℃后，将预混合后的珠粒与2kg异丁烷发泡剂置于模腔中，向模腔中通入蒸汽赶走空气；然后将珠粒加热到100℃，此时珠粒膨胀并粘结；关闭出气以及进气口，同时用水冷却模具使得内部加热蒸汽迅速冷凝，使聚苯乙烯颗粒粘结体迅速膨胀充满模腔，冷却成型；
(5)陈化：将得到的聚苯乙烯泡沫置于50℃的烘房中陈化72h。
实施例3：一种聚苯乙烯泡沫采用如下工艺制备而得：
(1)预发泡：将连续式预发泡机预热，使其腔室内的温度达到120℃、蒸汽压力为0.3MPa，然后将100kg可发性聚苯乙烯珠粒放入预发泡机的料仓中，以80rpm的速度搅拌25s后将珠粒用热蒸汽吹出；
(2)熟化：将预发泡后的珠粒置于干燥通风处熟化，熟化温度为26℃，熟化时间8h；
(3)预混合：将3kg纳米碳酸钙、4kg增强改性剂(2.7kg SMA、1.3kg玻璃纤维)、6kg增韧改性剂(4.8kg废旧聚苯乙烯、1.2kg SBS)、1.5kg聚乙烯醇以及熟化后的珠粒加入搅拌机中，以40rpm的搅拌速度搅拌15min；其中纳米碳酸钙的粒径为20-40nm，玻璃纤维的长度为4-6mm，纤度为0.6-1.0D；
(4)模塑成型：以5℃/min的升温速率，将模具预热至60℃后，将预混合后的珠粒与3kg异丁烷发泡剂置于模腔中，向模腔中通入蒸汽赶走空气；然后将珠粒加热到120℃，此时珠粒膨胀并粘结；关闭出气以及进气口，同时用水冷却模具使得内部加热蒸汽迅速冷凝，使聚苯乙烯颗粒粘结体迅速膨胀充满模腔，冷却成型；
(5)陈化：将得到的聚苯乙烯泡沫置于60℃的烘房中陈化48h。
二、对比例1-2
对比例1：采用授权公告号为CN101475720B的中国专利，其公开了一种增强聚苯乙烯纤维泡沫板，所述苯板的制备原料中包括长度为5-30mm的合成纤维，其占原料总重量的5-20％，该发明生产方法包括聚苯乙烯颗粒预发泡、聚苯乙烯颗粒熟化、合成纤维的添加、模塑成型工序。
对比例2：采用授权公告号为CN103467870B的中国专利，其公开了一种增韧改性可发性聚苯乙烯弹性泡沫及其制备方法，组分按重量份数计，包括20份至60份的聚烯烃类树脂、1份至20份的热塑性苯乙烯的嵌段共聚物、30份至80份的聚苯乙烯类树脂、1份至10份的发泡剂、0.5份至2.0份的无机成核剂和0.5份至1份的高分子成核剂。
三、将实施例1-3以及对比例1-2制备的聚苯乙烯的材料的性能进行测试，将测试结果示于表1。
表1实施例1-3以及对比例1-2制备的EPS泡沫的性能测试表
测试项目 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2 检验标准
拉伸强度(MPa) 24.5 24.7 25.1 20.1 14.7 GB/T9641—1988
冲击强度(KJ/m2) 18.3 17.9 18.1 9.8 18.0 GB/T1843-2008
弯曲强度(MPa) 19.3 20.1 19.8 8.7 20.2 GB/T8812.2—2007
由表1数据可以看出，对比例1中的EPS的拉伸强度较高，但是其冲击强度以及弯曲强度都较低，整体性能不佳；而对比例2中的冲击强度以及弯曲强度比较好，但是其拉伸强度比较低，整体性能不佳；而本发明制得的EPS拉伸强度相对于对比例1以及对比例2均有显著的提高，并且在其拉伸强度提高的前提下，其冲击强度以及弯曲强度并没有明显的降低，说明本发明制备的EPS的可以同时具有较好的强度以及韧性，其综合性能比较好。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种聚苯乙烯泡沫，其特征在于：以重量份数计，包括聚苯乙烯100份、发泡剂2-3份、成核剂1-3份、增强改性剂2-4份、增韧改性剂4-6份以及粘合剂0.5-1.5份；
所述发泡剂为异丁烷；
所述增强改性剂包括苯乙烯-马来酸酐共聚物以及玻璃纤维，所述苯乙烯-马来酸酐共聚物以及玻璃纤维的重量比分别为2：1；
所述增韧改性剂包括废旧聚苯乙烯以及线性苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物，所述废旧聚苯乙烯以及线性苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物的重量比为4：1；
所述粘合剂为聚乙烯醇。
2.根据权利要求1所述的聚苯乙烯泡沫，其特征在于：以重量份数计，包括聚苯乙烯100份、发泡剂2.5份、成核剂1.5份、增强改性剂3份、增韧改性剂5份以及粘合剂1份；
所述发泡剂为异丁烷；
所述增强改性剂包括苯乙烯-马来酸酐共聚物以及玻璃纤维，所述苯乙烯-马来酸酐共聚物以及玻璃纤维的重量比分别为4：1；
所述增韧改性剂包括废旧聚苯乙烯以及线性苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物，所述废旧聚苯乙烯以及线性苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物的重量比为3：1；
所述粘合剂为聚乙烯醇。
3.根据权利要求1所述的聚苯乙烯泡沫，其特征在于：所述成核剂为纳米碳酸钙。
4.根据权利要求3所述的聚苯乙烯泡沫，其特征在于：所述纳米碳酸钙的粒径为20-60nm。
5.根据权利要求1所述的聚苯乙烯泡沫，其特征在于：所述玻璃纤维的长度为4-6mm，纤度为0.6-1.0D。
6.聚苯乙烯泡沫的制备工艺，其特征在于：包括如下步骤：
(1)预发泡：将连续式预发泡机预热，使其腔室内的温度达到90-120℃、蒸汽压力为0.3-0.5MPa，然后将可发性聚苯乙烯珠粒放入预发泡机的料仓中，以30-80rpm的速度搅拌25-35s后将珠粒用热蒸汽吹出；
(2)熟化：将预发泡后的珠粒置于干燥通风处熟化，熟化温度为22-26℃，熟化时间8-10h；
(3)预混合：将成核剂、增强改性剂、增韧改性剂、粘合剂以及熟化后的珠粒加入搅拌机中，搅拌15min；
(4)模塑成型：将模具预热至50-60℃后，将预混合后的珠粒与发泡剂置于模腔中，向模腔中通入蒸汽赶走空气；然后将珠粒加热到100-120℃，此时珠粒膨胀并粘结；关闭出气以及进气口，同时用水冷却模具使得内部加热蒸汽迅速冷凝，使聚苯乙烯颗粒粘结体迅速膨胀充满模腔，冷却成型；
(5)陈化：将得到的聚苯乙烯泡沫置于50-60℃的烘房中陈化48-72h。
7.根据权利要求6所述的聚苯乙烯泡沫的制备工艺，其特征在于：所述步骤(3)中的搅拌速度为20-40rpm。
8.根据权利要求6所述的聚苯乙烯泡沫的制备工艺，其特征在于：所述步骤(4)中预热的升温速率为3-5℃/min。
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