CN109762228B - 一种辐照交联聚乙烯泡棉材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种辐照交联聚乙烯泡棉材料及其制备方法，具体地，本发明所述方法在低密度聚乙烯、热塑性弹性体、发泡剂、敏化剂和抗氧化剂中加入聚苯乙烯作为增强剂，通过调整聚苯乙烯分子结构和用量，制得高刚性聚乙烯泡棉材料。本发明所述的方法只制得的产品刚性高，弹性模量在5MPa以上，在地垫、地板垫、电子设备等领域具有广泛应用。

Description

一种辐照交联聚乙烯泡棉材料及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种辐照交联聚乙烯泡棉材料及其制备方法。

背景技术

辐射交联聚乙烯泡沫塑料是一种介于软质(聚氨酯)和硬质(聚苯乙烯)泡沫塑料之间的闭孔结构的新型发泡塑料，具有优越的强韧性、弹性、挠曲性、耐磨性、耐化学腐蚀性、耐低温性和绝缘性好等一系列特性，可作为良好的绝缘、绝热、防震及浮力材料，广泛应用于工业、农业、建筑和交通运输等各个领域。

高刚性聚乙烯发泡产品广泛用于地垫、汽车内饰、电子设备等领域，而且随着产品更新换代，对产品刚性提出了更高要求。

传统提高聚乙烯泡沫刚性的方法主要包括添加聚丙烯、玻璃纤维、碳酸钙等以及增加交联度。由于聚丙烯的熔点较高，使得加工温度高，发泡剂容易分解，工艺实施困难。玻璃纤维、碳酸钙等无机填料与聚乙烯互溶性差，对产品刚性的提升有限，而且大量无机填料对发泡过程和产品的其它物理性能产品严重影响。交联度太大会导致发泡困难，无法满足合适发泡倍率。

因此，如何提高聚乙烯泡棉材料的刚性，仍然是亟需解决的难题。

发明内容

为解决上述问题，本发明旨在提供一种交联聚乙烯泡棉材料及其制备方法，以聚苯乙烯作为增强剂来解决背景技术所存在问题。

为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

提供了一种交联聚乙烯泡棉材料的制备方法，包括步骤：

首先，将以下组分混合后，加入到螺杆挤出机中进行混炼挤出得到母片；

然后，将上述步骤得到的母片进行电子辐照交联；电子辐照交联结束后，所得材料进行发泡处理，从而得到聚苯乙烯增强的聚乙烯泡棉材料。

优选地，所述母片的厚度为0.2-1mm；较佳地，为0.7mm。

优选地，所述热塑性弹性体为三元乙丙橡胶、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、天然橡胶、异丁胶、顺丁胶、丁苯胶、丁苯嵌段共聚物(SBS)、戊苯嵌段共聚物(SIS)、氯化聚乙烯中的一种或者一种以上的组合物。

优选地，所述抗氧化剂选自下组的一种或多种：2,6-叔丁基-4-甲基苯酚、双(3,5-叔丁基-4-羟基苯基)硫醚、四[β-(3,5-叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。

优选地，所述发泡剂选自下组：偶氮二甲酰胺、4,4’-氧代双苯酰阱、二亚硝基五亚甲基四胺中的一种或两种以上的组合物。

优选地，所述敏化剂选自下组的一种或多种：乙酸锌、硬脂酸锌、硬脂酸钴、氧化锌、硬脂酸钡。

优选地，所述的聚苯乙烯通过包括以下步骤的方法制得：在氮气保护下，在有机溶剂中，苯乙烯单体和偶氮二异丁腈进行聚合反应；反应结束后，在反应体系中加入受阻胺氮氧自由基淬灭反应，形成稳定自由基封端的聚苯乙烯。

优选地，淬灭结束后，减压蒸馏回收体系中的溶剂和未反应单体后，得到的产品直接用于和低密度聚乙烯、热塑性弹性体、发泡剂、敏化剂和抗氧化剂混合。

优选地，所述受阻胺氮氧自由基为四甲基哌啶自由基和/或四甲基哌啶醇氮氧自由基。

优选地，减压蒸馏在80～120℃下进行。

优选地，减压蒸馏的真空度为1KPa以下。

优选地，苯乙烯单体、偶氮二异丁腈和有机溶剂按照100：(0.05～2)：(100～500)的质量比混合。

优选地，所述聚合反应在70～120℃下进行。

优选地，所述聚合反应的时间为2～12h。

优选地，所述受阻胺氮氧自由基与苯乙烯单体的质量比为100：(0.1～4)。

优选地，所述受阻胺氮氧自由基与偶氮二异丁腈的摩尔比超过1：1。

优选地，各组分重量份如下：

优选地，各组分重量份如下：

优选地，螺杆挤出机的挤出温度为95～130℃。

优选地，螺杆挤出机的螺杆转速为50～130rpm。

优选地，螺杆挤出机的模头温度为100～140℃。

优选地，辐照交联的辐照剂量为5～50kGy。

优选地，所述发泡在发泡机中进行；发泡炉温度为170～320℃，发泡时间为0.5～5min。

提供了一种辐照交联聚乙烯泡棉材料，所述辐照交联聚乙烯泡棉材料由上述制备方法制得。

提供了上述辐照交联聚乙烯泡棉材料的用途，所述辐照交联聚乙烯泡棉材料用于地垫、汽车内饰、电子设备。

与现有技术相比，本发明技术方案的优点包括：

(1)本发明制备方法制得的产品刚性高，弹性模量在5MPa以上；

(2)本发明制备方法控制聚苯乙烯结构，可保证与聚乙烯互混性，用量可达反应原料总重30％以上；

(3)本发明制备方法所得材料在地垫、地板垫、电子设备等领域具有广泛应用。

具体实施方式

本发明在聚乙烯泡棉材料配方中引入聚苯乙烯作为增强剂，通过调整聚苯乙烯结构和用量，并通过辐照交联和高温发泡过程形成刚***联网络，制备高刚性聚乙烯泡沫材料。

聚苯乙烯由于其具有刚性苯环结构因而具有高强度，但是由于传统聚苯乙烯的极性大，导致聚苯乙烯和与聚乙烯的互溶性差，两者无法均匀共混。而且，聚苯乙烯熔点高，需要在高温条件下进行挤出，高温会导致发泡剂分解，造成无法加工。

本发明采用了具有特定结构的聚苯乙烯作为增强剂，控制合适的聚苯乙烯分子结构，保证了与聚乙烯树脂的相容性，将聚苯乙烯进行稳定自由基封端，促进其在辐照交联和高温发泡过程中进一步反应，形成刚性聚合网络，提高了产品刚性。

以下将对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。

在本文的描述中，出于说明各种公开的实施例的目的阐述了某些具体细节以提供对各种公开实施例的透彻理解。但是，相关领域技术人员将认识到可在无这些具体细节中的一个或多个细节的情况来实践实施例。在其它情形下，与本申请相关联的熟知的装置、结构和技术可能并未详细地示出或描述从而避免不必要地混淆实施例的描述。

除非语境有其它需要，在整个说明书和权利要求中，词语“包括”和其变型，诸如“包含”和“具有”应被理解为开放的、包含的含义，即应解释为“包括，但不限于”。

在整个说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的提及表示结合实施例所描述的特定特点、结构或特征包括于至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个位置“在一个实施例中”或“在一实施例”中的出现无需全都指相同实施例。另外，特定特点、结构或特征可在一个或多个实施例中以任何方式组合。

如该说明书和所附权利要求中所用的单数形式“一”和“所述”包括复数指代物，除非文中清楚地另外规定。应当指出的是术语“或”通常以其包括“和/或”的含义使用，除非文中清楚地另外规定。

本发明采用GB/T 9341-2008塑料弯曲性能的测定测试弹性模量。

实施例1

第1步聚苯乙烯合成

首先将苯乙烯单体、偶氮二异丁腈、甲苯，按100：1：200质量比混合均匀后，通氮气置换空气，接着在70℃(聚合温度)下进行聚合反应4h后，加入4质量份四甲基哌啶自由基淬灭反应，形成稳定自由基封端聚苯乙烯，在95℃进行减压蒸馏，回收溶剂和未反应单体后，收集余留物，得到聚苯乙烯。

第2步聚乙烯泡棉制备

将上述步骤制得的聚苯乙烯、低密度聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物、抗氧剂(四[β-(3,5-叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯)、偶氮二甲酰胺、醋酸锌，按照质量比20：80：10：2：10：1的比例进行混合均匀后，加入到单螺杆挤出机进行挤出，控制挤出温度在95～125℃、螺杆转速80rpm、模头温度120℃,得到0.7mm厚度的母片；

接着，将母片通过电子加速器，进行辐照交联，控制辐照剂量为30kGy，形成交联聚合网络；

最后，将交联后的母片置于发泡炉进行发泡，控制发泡炉温度为290℃，交联母片的停留时间为1min，得到所述高刚性聚乙烯泡棉材料，弹性模量6.7MPa。

实施例2-6

除选择不同聚合温度来制备聚苯乙烯外，其余条件与实施例1相同。

表1

实施例7-10

除选择不同聚苯乙烯与聚乙烯的重量份比例外，其余条件与实施例1相同。

表2

对比例1

按实施例1，不加聚苯乙烯树脂，将低密度聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物、抗氧剂(四[β-(3,5-叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯)、偶氮二甲酰胺、醋酸锌，按照质量比80：10：2：10：1的比例进行混合均匀后，加入到单螺杆挤出机进行挤出，控制挤出温度在95～125℃、螺杆转速80rpm、模头温度120℃,得到0.7mm厚度的母片；

接着，将母片通过电子加速器，进行辐照交联，控制辐照剂量为30kGy，形成交联聚合网络；

最后，将交联后的母片置于发泡炉进行发泡，控制发泡炉温度为290℃，交联母片的停留时间为1min，得到辐照交联聚乙烯泡棉材料，弹性模量3.6MPa。

本发明的制备方法制得的产品均具有很好的弹性模量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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 (9)

1.一种交联聚乙烯泡棉材料的制备方法，其特征在于：包括步骤：

首先，将以下组分混合后，加入到螺杆挤出机中进行混炼挤出得到母片；

60～95重量份 低密度聚乙烯

10～35重量份 受阻胺氮氧自由基封端的聚苯乙烯

5～30重量份 热塑性弹性体

2～20重量份 发泡剂

1～2重量份 敏化剂

0.5～4重量份 抗氧化剂

然后，将上述步骤得到的母片进行电子辐照交联；电子辐照交联结束后，所得材料进行发泡处理，从而得到聚苯乙烯增强的聚乙烯泡棉材料；

其中，所述受阻胺氮氧自由基封端的聚苯乙烯通过包括以下步骤的方法制得：先在氮气保护下，在有机溶剂中，苯乙烯单体和偶氮二异丁腈进行聚合反应；反应结束后，在反应体系中加入受阻胺氮氧自由基淬灭反应，形成受阻胺氮氧自由基封端的聚苯乙烯。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：各组分重量份如下：

70～90重量份 低密度聚乙烯

10～30重量份 受阻胺氮氧自由基封端的聚苯乙烯

5～15重量份 热塑性弹性体

5～15重量份 发泡剂

1～2重量份 敏化剂

1～3重量份 抗氧化剂。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：螺杆挤出机的挤出温度为95～130℃。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：螺杆挤出机的螺杆转速为50～130rpm。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：螺杆挤出机的模头温度为100～140℃。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：辐照交联的辐照剂量为5～50kGy。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述发泡在发泡机中进行；发泡炉温度为170～320℃，发泡时间为0.5～5 min。

8.一种辐照交联聚乙烯泡棉材料，其特征在于，所述辐照交联聚乙烯泡棉材料由权利要求1-7任一项所述的制备方法制得。

9.如权利要求8所述的辐照交联聚乙烯泡棉材料的用途，其特征在于，所述辐照交联聚乙烯泡棉材料用于地垫、汽车内饰、电子设备。