CN108690267A - 一种微发泡聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种微发泡聚丙烯材料及其制备方法，涉及高分子材料技术领域。本发明微发泡聚丙烯材料由以下原料制成：聚丙烯、纳米蒙脱石、发泡母粒、抗氧剂、增韧剂、润滑剂。本发明微发泡聚丙烯材料热成型性好、发泡性能好，原料中加入纳米蒙脱石，该材料本身作为成核剂，可使聚丙烯的结晶时间大大缩短；其次，纳米蒙脱石具有纤维增强功能，可加强聚合物体系刚性，降低熔体的流动性，发泡过程中，起到支撑泡孔的作用，提高聚丙烯的熔体强度，大大改善聚丙烯材料的发泡率。

Description

一种微发泡聚丙烯材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种微发泡聚丙烯材料及其制备方法。
背景技术
能源日渐枯竭，环境污染越来越严重，加速了汽车工业的变革。汽车质量每减轻10％，油耗下降6％～8％，排放量下降4％。同时汽车轻量化直接提高汽车的比功率，使汽车的动力性能提高。因此，轻量化成为汽车工业发展的必然趋势。其中，汽车材料轻量化是实现整车轻量化的有效途径。微发泡技术是一种能够制备具有独有的致密表层和发泡芯层结构材料的技术。将其引入汽车材料的制备技术中，在保证材料基本性能的前提下，显著减轻制件重量，有利于实现汽车轻量化。其中，具有轻量化特征的聚丙烯微发泡材料替代实心材料，在性能满足的情况下，零部件减重10％以上。已在部分汽车部件，如仪表板、座椅、后备箱盖板等部件得到应用，市场前景广阔。
聚丙烯材料由于其价格低、密度小、综合力学性能优异等优点，目前广泛用于汽车内外饰领域。而汽车行业目前在轻量化、节能环保的要求日益强烈。发泡材料无疑成为此类设计的首选材料，发泡聚丙烯材料目前被少数高端车型用于门板等制件中，但现有发泡方法主要为物理发泡，对设备要求较高，无法用传统注塑机大规模推广。而化学发泡发的聚丙烯材料由于其本身特性无法成熟应用，聚丙烯材料存在以下缺点：1、熔体强度较低，由于聚丙烯为结晶材料，当在熔点以上是，粘度下降明显，无法撑起泡体；2、聚丙烯材料本身透气性能较好，发泡气体易逃逸。使得聚丙烯材料的热成型性和发泡性能变差。
发明内容
针对现有技术中技术问题，本发明提供一种微发泡聚丙烯材料及其制备方法。
为实现以上目的，本发明的技术方案通过以下技术方案予以实现：
一种微发泡聚丙烯材料，所述微发泡聚丙烯材料由以下重量份的原料制成：聚丙烯40-65份、纳米蒙脱石30-55份、发泡母粒10-18份、抗氧剂1-4份、增韧剂2-7份、润滑剂2-5份。
优选的，所述微发泡聚丙烯材料由以下重量份的原料制成：聚丙烯45-60份、纳米蒙脱石35-50份、发泡母粒12-16份、抗氧剂2-3份、增韧剂3-6份、润滑剂3-4份。
优选的，所述微发泡聚丙烯材料由以下重量份的原料制成：聚丙烯52份、纳米蒙脱石43份、发泡母粒14份、抗氧剂2.5份、增韧剂4.5份、润滑剂3.5份。
优选的，所述发泡母粒是以聚乙烯为载体，碳酸氢钠和柠檬酸共包覆聚乙烯载体的内部而成。
优选的，所述聚丙烯为熔融指数为0.5-50g/min的均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的至少一种。
优选的，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、硫酯类抗氧剂、磷酸盐类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种。
优选的，所述润滑剂为液体石蜡、硬脂酸酰胺、硅油或者N，N-乙撑双硬脂酸酰胺中的至少一种。
优选的，所述增韧剂为氯化聚乙烯、丙烯酸-丁二烯-苯乙烯共聚物、硅橡胶中的至少一种，其中丙烯酸-丁二烯-苯乙烯共聚物中丁二烯含量≥60％。
优选的，所述纳米蒙脱石的粒径为20-50nm。
一种微发泡聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照重量份称取各个原料；
S2、将聚丙烯、纳米蒙脱石、发泡母粒加入到高速混合机中60-75℃高速混合5-8min，高速混合机的混合速度650-700r/min，冷却至室温，得到预混物；
S3、将抗氧剂、增韧剂、润滑剂加入步骤S2得到预混物中，40-50℃低速搅拌3-4min，搅拌速度300-350r/min，再速度650-700r/min搅拌至温度升至75-80℃停止，升温速度为4℃/min，得到混合物，冷却至室温，将混合物在双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，其中，挤出温度为170-190℃，螺杆转速为350-390rpm，真空度＜-0.06MPa。
本发明提供一种微发泡聚丙烯材料及其制备方法，与现有技术相比优点在于：
本发明微发泡聚丙烯材料热成型性好、发泡性能好，原料中加入纳米蒙脱石，该材料本身作为成核剂，可使聚丙烯的结晶时间大大缩短，形成大量分布的细小晶核，且纳米蒙脱石对聚丙烯链段运动起到阻碍作用，晶体生长受到抑制，有利于基料形成均匀、细小的泡孔；其次，纳米蒙脱石具有纤维增强功能，可加强聚合物体系刚性，降低熔体的流动性，发泡过程中，起到支撑泡孔的作用，提高聚丙烯的熔体强度，大大改善聚丙烯材料的发泡率；
本发明原料采用发泡母粒直接添加在普通聚丙烯材料中，使得熔体受热过程中，内部分解产生气体形成体积膨胀，使得泡孔更为完整，避免了传统方法中熔体强度低导致气体大量逃逸而造成的气泡塌陷破裂等问题，且发泡母粒直接添加在普通聚丙烯材料中可直接注塑发泡，扩大了发泡聚丙烯材料的应用领域。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
本实施例微发泡聚丙烯材料由以下重量份的原料制成：聚丙烯40份、纳米蒙脱石30份、发泡母粒10份、抗氧剂1份、增韧剂2份、润滑剂2份；
其中，发泡母粒是以聚乙烯为载体，碳酸氢钠和柠檬酸共包覆聚乙烯载体的内部而成；聚丙烯为熔融指数为0.5g/min的均聚聚丙烯；抗氧剂为受阻酚类抗氧剂；润滑剂为液体石蜡；增韧剂为氯化聚乙烯；纳米蒙脱石的粒径为20nm；
本实施例微发泡聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照重量份称取各个原料；
S2、将聚丙烯、纳米蒙脱石、发泡母粒加入到高速混合机中60℃高速混合5min，高速混合机的混合速度650r/min，冷却至室温，得到预混物；
S3、将抗氧剂、增韧剂、润滑剂加入步骤S2得到预混物中，40℃低速搅拌3min，搅拌速度300r/min，再速度650r/min搅拌至温度升至75℃停止，升温速度为4℃/min，得到混合物，冷却至室温，将混合物在双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，其中，挤出温度为170℃，螺杆转速为350rpm，真空度为-0.06MPa。
实施例2：
本实施例微发泡聚丙烯材料由以下重量份的原料制成：聚丙烯65份、纳米蒙脱石55份、发泡母粒18份、抗氧剂4份、增韧剂7份、润滑剂5份；
其中，发泡母粒是以聚乙烯为载体，碳酸氢钠和柠檬酸共包覆聚乙烯载体的内部而成；聚丙烯为熔融指数为50g/min的共聚聚丙烯；抗氧剂为磷酸盐类抗氧剂；润滑剂为N，N-乙撑双硬脂酸酰胺；增韧剂为丙烯酸-丁二烯-苯乙烯共聚物，其中丙烯酸-丁二烯-苯乙烯共聚物中丁二烯含量≥60％；纳米蒙脱石的粒径为50nm；
本实施例微发泡聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照重量份称取各个原料；
S2、将聚丙烯、纳米蒙脱石、发泡母粒加入到高速混合机中75℃高速混合8min，高速混合机的混合速度700r/min，冷却至室温，得到预混物；
S3、将抗氧剂、增韧剂、润滑剂加入步骤S2得到预混物中，50℃低速搅拌4min，搅拌速度350r/min，再速度700r/min搅拌至温度升至80℃停止，升温速度为4℃/min，得到混合物，冷却至室温，将混合物在双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，其中，挤出温度为190℃，螺杆转速为390rpm，真空度为-0.1Pa。
实施例3：
本实施例微发泡聚丙烯材料由以下重量份的原料制成：聚丙烯52份、纳米蒙脱石43份、发泡母粒14份、抗氧剂2.5份、增韧剂4.5份、润滑剂3.5份；
其中，发泡母粒是以聚乙烯为载体，碳酸氢钠和柠檬酸共包覆聚乙烯载体的内部而成；聚丙烯为熔融指数为20g/min的均聚聚丙烯和熔融指数为30g/min的共聚聚丙烯按照质量比1：1混合而成；抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、硫酯类抗氧剂、磷酸盐类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂按照质量比1：1：1：1混合而成；润滑剂为液体石蜡、硬脂酸酰胺、硅油、N，N-乙撑双硬脂酸酰胺按照质量比1：1：1：1混合而成；增韧剂为氯化聚乙烯、丙烯酸-丁二烯-苯乙烯共聚物、硅橡胶按照质量比1：1：1混合而成，其中丙烯酸-丁二烯-苯乙烯共聚物中丁二烯含量≥60％；纳米蒙脱石的粒径为35nm；
本实施例微发泡聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照重量份称取各个原料；
S2、将聚丙烯、纳米蒙脱石、发泡母粒加入到高速混合机中68℃高速混合7min，高速混合机的混合速度680r/min，冷却至室温，得到预混物；
S3、将抗氧剂、增韧剂、润滑剂加入步骤S2得到预混物中，45℃低速搅拌4min，搅拌速度320r/min，再速度680r/min搅拌至温度升至78℃停止，升温速度为4℃/min，得到混合物，冷却至室温，将混合物在双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，其中，挤出温度为180℃，螺杆转速为370rpm，真空度为-0.08MPa。
实施例4：
本实施例微发泡聚丙烯材料由以下重量份的原料制成：聚丙烯45份、纳米蒙脱石35份、发泡母粒12份、抗氧剂2份、增韧剂3份、润滑剂3份；
其中，发泡母粒是以聚乙烯为载体，碳酸氢钠和柠檬酸共包覆聚乙烯载体的内部而成；聚丙烯为熔融指数为30g/min的均聚聚丙烯；抗氧剂为硫酯类抗氧剂、磷酸盐类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂按照质量比1：1：1混合而成；润滑剂为硬脂酸酰胺、硅油、N，N-乙撑双硬脂酸酰胺按照质量比1：1：1混合而成；增韧剂为氯化聚乙烯、丙烯酸-丁二烯-苯乙烯共聚物、硅橡胶按照质量比1：1：1混合而成，其中丙烯酸-丁二烯-苯乙烯共聚物中丁二烯含量≥60％；纳米蒙脱石的粒径为30nm；
本实施例微发泡聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照重量份称取各个原料；
S2、将聚丙烯、纳米蒙脱石、发泡母粒加入到高速混合机中68℃高速混合7min，高速混合机的混合速度680r/min，冷却至室温，得到预混物；
S3、将抗氧剂、增韧剂、润滑剂加入步骤S2得到预混物中，45℃低速搅拌4min，搅拌速度320r/min，再速度680r/min搅拌至温度升至78℃停止，升温速度为4℃/min，得到混合物，冷却至室温，将混合物在双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，其中，挤出温度为180℃，螺杆转速为370rpm，真空度为-0.08MPa。
实施例5：
本实施例微发泡聚丙烯材料由以下重量份的原料制成：聚丙烯60份、纳米蒙脱石50份、发泡母粒16份、抗氧剂3份、增韧剂6份、润滑剂4份；
其中，发泡母粒是以聚乙烯为载体，碳酸氢钠和柠檬酸共包覆聚乙烯载体的内部而成；聚丙烯为熔融指数为40g/min的均聚聚丙烯；抗氧剂为磷酸盐类抗氧剂；润滑剂为硬脂酸酰胺；增韧剂为丙烯酸-丁二烯-苯乙烯共聚物，其中丙烯酸-丁二烯-苯乙烯共聚物中丁二烯含量≥60％；纳米蒙脱石的粒径为40nm；
本实施例微发泡聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照重量份称取各个原料；
S2、将聚丙烯、纳米蒙脱石、发泡母粒加入到高速混合机中68℃高速混合7min，高速混合机的混合速度680r/min，冷却至室温，得到预混物；
S3、将抗氧剂、增韧剂、润滑剂加入步骤S2得到预混物中，45℃低速搅拌4min，搅拌速度320r/min，再速度680r/min搅拌至温度升至78℃停止，升温速度为4℃/min，得到混合物，冷却至室温，将混合物在双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，其中，挤出温度为180℃，螺杆转速为370rpm，真空度为-0.08MPa。
需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种微发泡聚丙烯材料，其特征在于，所述微发泡聚丙烯材料由以下重量份的原料制成：聚丙烯40-65份、纳米蒙脱石30-55份、发泡母粒10-18份、抗氧剂1-4份、增韧剂2-7份、润滑剂2-5份。
2.根据权利要求1所述的微发泡聚丙烯材料，其特征在于，所述微发泡聚丙烯材料由以下重量份的原料制成：聚丙烯45-60份、纳米蒙脱石35-50份、发泡母粒12-16份、抗氧剂2-3份、增韧剂3-6份、润滑剂3-4份。
3.根据权利要求1所述的微发泡聚丙烯材料，其特征在于，所述微发泡聚丙烯材料由以下重量份的原料制成：聚丙烯52份、纳米蒙脱石43份、发泡母粒14份、抗氧剂2.5份、增韧剂4.5份、润滑剂3.5份。
4.根据权利要求1或2或3所述的微发泡聚丙烯材料，其特征在于：所述发泡母粒是以聚乙烯为载体，碳酸氢钠和柠檬酸共包覆聚乙烯载体的内部而成。
5.根据权利要求1或2或3所述的微发泡聚丙烯材料，其特征在于：所述聚丙烯为熔融指数为0.5-50g/min的均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的至少一种。
6.根据权利要求1或2或3所述的微发泡聚丙烯材料，其特征在于：所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、硫酯类抗氧剂、磷酸盐类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种。
7.根据权利要求1或2或3所述的微发泡聚丙烯材料，其特征在于：所述润滑剂为液体石蜡、硬脂酸酰胺、硅油或者N，N-乙撑双硬脂酸酰胺中的至少一种。
8.根据权利要求1或2或3所述的微发泡聚丙烯材料，其特征在于：所述增韧剂为氯化聚乙烯、丙烯酸-丁二烯-苯乙烯共聚物、硅橡胶中的至少一种，其中丙烯酸-丁二烯-苯乙烯共聚物中丁二烯含量≥60％。
9.根据权利要求1所述的微发泡聚丙烯材料，其特征在于：所述纳米蒙脱石的粒径为20-50nm。
10.一种如权利要求1-7任一所述微发泡聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、按照重量份称取各个原料；
S2、将聚丙烯、纳米蒙脱石、发泡母粒加入到高速混合机中60-75℃高速混合5-8min，高速混合机的混合速度650-700r/min，冷却至室温，得到预混物；
S3、将抗氧剂、增韧剂、润滑剂加入步骤S2得到预混物中，40-50℃低速搅拌3-4min，搅拌速度300-350r/min，再速度650-700r/min搅拌至温度升至75-80℃停止，升温速度为4℃/min，得到混合物，冷却至室温，将混合物在双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，其中，挤出温度为170-190℃，螺杆转速为350-390rpm，真空度＜-0.06MPa。
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