CN112521690A - 一种发泡聚丙烯复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发泡聚丙烯复合材料的制备方法，包括：(1)在聚丙烯材料中，添加重量比0.2‑1.0％的去离子水，按照上述重量配比，将聚丙烯材料和去离子水混合均混；(2)将(1)中所得混合物加入到双螺杆挤出机中熔融共混挤出，挤出机设置加工温度190‑220℃，加工过程中控制真空度在‑0.03‑0MPa，熔体压力控制在3.5‑5.5MPa；(3)将(2)挤出的样条进行过水冷却、干燥、切粒得到发泡粒子。本发明具有原料制取方便快捷、无毒、无污染等优势。

Description

一种发泡聚丙烯复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种发泡聚丙烯复合材料的制备方法。
背景技术
聚丙烯(PP)是一种综合性能优良的通用热塑性塑料，具有价格低廉、耐腐蚀、易回收、轻质、无毒等特点，其制品同样也极具优点，如良好的热稳定性、优异的抗震吸能性能、较好的耐药及耐油性能等。目前，五大通用塑料中PP的用量增长最快，而且其应用十分广泛，受到汽车、家电、建材等诸多行业的青睐。
PP用于发泡材料的优势同样也十分明显。发泡PP通常是用物理或者化学方法来使得PP内部产生微孔结构，因而其制品的密度往往能够达到较低的水平，从而大幅度降低重量。同时，发泡PP还兼具发泡材料的隔热、缓冲、轻质等特点和PP材料的防腐、价格低廉等特色。此外，发泡PP还容易回收再利用，且易分解。
PP的发泡方式可分为两种，化学方法和物理方法。化学方法主要是加入化学发泡剂，再通过一定的方式，如加热等，使得发泡剂在聚合物内发生化学反应从而产生气体，最终形成气泡。中国专利号为CN 105566751 A公开了一种高结晶性聚丙烯发泡母粒的制备方法，通过碳酸铵、偶氮二异丁氰等复配化学发泡剂来合成发泡母粒。物理方法主要是加入物理发泡剂，通过改变外部环境的方式，使得发泡剂的物理状态发生改变，从而产生气体，最终形成气泡。中国专利号为CN 110216826 A公开了一种可用于压电材料的发泡聚丙烯的制备方法，通过超临界流体二氧化碳的加入来合成发泡聚丙烯。
然而，上述专利公布的材料均存在制作工艺复杂、成本较高的问题，而且加入的化学发泡剂会对人体产生一定的危害，这也限制了其应用范围。因此，本发明提供了一种可操作性高，原料易得且无毒价廉的发泡聚丙烯的制备方案。
发明内容
本发明的主要目的，在于提供一种发泡聚丙烯复合材料的制备方法。
本发明解决其技术问题的所采用的技术方案是：
一种发泡聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：包括：
(1)所述的发泡聚丙烯复合材料原料中，含有重量比0.2-1.0％的去离子水，按照上述重量配比各原料，并将原料混合均匀；
(2)将(1)中所得混合物加入到双螺杆挤出机中熔融共混挤出，挤出机设置加工温度190-220℃，加工过程中控制真空度在-0.03-0MPa，熔体压力控制在3.5-5.5MPa；
(3)将(2)挤出的样条进行过水冷却、干燥、切粒得到发泡粒子。
在一实施例中，所述的聚丙烯材料包括包含聚丙烯57.4％-94.2％，滑石粉0％-25％，增韧剂5-15％，抗氧剂0.2-0.6％，润滑剂0.2-0.6％，耐候剂0.2-0.4％。
在一实施例中，聚丙烯为熔融指数低于4g/10min的均聚聚丙烯、共聚聚丙烯或其混合物。
在一实施例中，滑石粉为2000目以上的滑石粉。
在一实施例中，增韧剂为乙烯辛烯共聚物、乙烯丁烯共聚物一种或者其混合物。
在一实施例中，抗氧剂为1010、168、G814、PS802中的一种或其组合。
在一实施例中，润滑剂为PE蜡、硬脂酸盐类中的一种或其组合。
在一实施例中，耐候剂为受阻胺类的耐候剂。
本发明通过添加一定比例(0.2-1.0％)的去离子水，外加生产工艺调控，控制生产过程中的真空度，来达到发泡的效果。如果去离子水的含量低于0.2％，则发泡效果不佳，而如果大于1.0％，则含水率过高，影响挤出造粒。去离子水的加入，使得材料体系中含有一定比例的液态水，在材料挤出造粒的过程中，由于温度190-220℃超过水的沸点，使得液态水汽化为气态。同时，由于所选用的PP基材的熔融指数较低，熔融后的熔体强度较高，再加上对生产工艺(真空度在-0.03-0MPa，熔体压力控制在3.5-5.5MPa)的控制，使得生产过程中真空度始终保持在一定水平上，在这协同作用下，将气体束缚在聚合物熔体中，从而得到多孔的发泡聚丙烯材料。
本发明所使用的发泡剂为去离子水，相对于常规物理化学发泡剂来说，去离子水具有原料制取方便快捷、无毒、无污染等优势，而相对于专用的发泡级HMSPP来说，本方案对基材所选用的PP范围更广，更加廉价。
附图说明
图1为根据实施例1方法制备的实物图。
图2为根据实施例2方法制备的实物图。
图3为根据实施例3方法制备的实物图。
图4为根据对比例1方法制备的实物图。
图5为根据对比例2方法制备的实物图。
图6为根据对比例3方法制备的实物图。
图7为根据对比例4方法制备的实物图。
图8为根据对比例5方法制备的实物图。
图9为根据实施例2所制粒子制取的挤出制件。
具体实施方式
实施例1
一种发泡聚丙烯复合材料，原料包括：聚丙烯(PP优选中石化茂名T30S和中海壳牌EP300H，在本实施例中，采用T30S和EP300H 1:1混合。以下实施例2、3和对比例1-5中，均采用T30S和EP300H 1:1混合)94.2％，滑石粉(PT-560)0％，增韧剂(8605)5％，抗氧剂(RGANOX1010、G814两者1:1混合，以下实施例2、3和对比例1-5中相同)0.2％，润滑剂(硬脂酸钙/EBS-SF 1:1混合，以下实施例2、3和对比例1-5中均相同)0.2％,耐候剂(5590)0.2％，去离子水0.2％。
(1)按照上述重量配比先称取所需的PP和去离子水，混合均混后，再按重量配比加入滑石粉、增韧剂、抗氧剂、润滑剂和耐候剂在高速混合机中40HZ共混2min；
(2)将(1)中所得混合物通过计量称及喂料机加入到双螺杆挤出机中熔融共混挤出，挤出机设置加工温度190-220℃，加工过程中特别控制真空度在-0.03MPa，熔体压力控制在5.0MPa；
(3)将(2)挤出的样条进行过水冷却、干燥、切粒得到发泡粒子。制备的产品见图1。
实施例2
一种发泡聚丙烯复合材料，原料包括：聚丙烯(PP T30S/EP300H)73.4％，滑石粉(PT-560)15％，增韧剂(8605)10％，抗氧剂(RGANOX 1010、G814)0.4％，润滑剂(硬脂酸钙/EBS-SF)0.4％,耐候剂(5590)0.2％，去离子水0.6％。
(1)按照上述重量配比先称取所需的PP和去离子水，混合均混后，再按重量配比加入滑石粉、增韧剂、抗氧剂、润滑剂和耐候剂在高速混合机中40HZ共混2min；
(2)将(1)中所得混合物通过计量称及喂料机加入到双螺杆挤出机中熔融共混挤出，挤出机设置加工温度190-220℃，加工过程中特别控制真空度在-0.02MPa，熔体压力控制在5.0MPa；
(3)将(2)挤出的样条进行过水冷却、干燥、切粒得到发泡粒子。制备的产品见图2。
实施例3
一种发泡聚丙烯复合材料，原料包括：聚丙烯(PP T30S/EP300H)57.4％，滑石粉(PT-560)25％，增韧剂(8605)15％，抗氧剂(RGANOX 1010、G814)0.6％，润滑剂(硬脂酸钙/EBS-SF)0.6％,耐候剂(5590)0.4％，去离子水1.0％。
(1)按照上述重量配比先称取所需的PP和去离子水，混合均混后，再按重量配比加入滑石粉、增韧剂、抗氧剂、润滑剂和耐候剂在高速混合机中40HZ共混2min；
(2)将(1)中所得混合物通过计量称及喂料机加入到双螺杆挤出机中熔融共混挤出，挤出机设置加工温度190-220℃，加工过程中特别控制真空度在0MPa，熔体压力控制在5.0MPa；
(3)将(2)挤出的样条进行过水冷却、干燥、切粒得到发泡粒子。制备的产品见图3。
对比例1
一种发泡聚丙烯复合材料，原料包括：聚丙烯(PP T30S/EP300H)94.4％，滑石粉(PT-560)0％，增韧剂(8605)5％，抗氧剂(RGANOX 1010、G814)0.2％，润滑剂(硬脂酸钙/EBS-SF)0.2％,耐候剂(5590)0.2％，去离子水0％。
(1)按照上述重量配比先称取所需的PP和去离子水，混合均混后，再按重量配比加入滑石粉、增韧剂、抗氧剂、润滑剂和耐候剂在高速混合机中40HZ共混2min；
(2)将(1)中所得混合物通过计量称及喂料机加入到双螺杆挤出机中熔融共混挤出，挤出机设置加工温度190-220℃，加工过程中控制真空度在-0.06MPa；
(3)将(2)挤出的样条进行过水冷却、干燥、切粒得到发泡粒子。制备的产品见图4。
对比例2
一种发泡聚丙烯复合材料，原料包括：聚丙烯(PP T30S/EP300H)74％，滑石粉(PT-560)15％，增韧剂(8605)10％，抗氧剂(RGANOX 1010、G814)0.4％，润滑剂(硬脂酸钙/EBS-SF)0.4％,耐候剂(5590)0.2％，去离子水0％。
(1)按照上述重量配比先称取所需的PP和去离子水，混合均混后，再按重量配比加入滑石粉、增韧剂、抗氧剂、润滑剂和耐候剂在高速混合机中40HZ共混2min；
(2)将(1)中所得混合物通过计量称及喂料机加入到双螺杆挤出机中熔融共混挤出，挤出机设置加工温度190-220℃，加工过程中控制真空度在-0.06MPa；
(3)将(2)挤出的样条进行过水冷却、干燥、切粒得到发泡粒子。制备的产品见图5。
对比例3
一种发泡聚丙烯复合材料，原料包括：聚丙烯(PP T30S/EP300H)58.4％，滑石粉(PT-560)25％，增韧剂(8605)15％，抗氧剂(RGANOX 1010、G814)0.6％，润滑剂(硬脂酸钙/EBS-SF)0.6％,耐候剂(5590)0.4％，去离子水0％。
(1)按照上述重量配比先称取所需的PP和去离子水，混合均混后，再按重量配比加入滑石粉、增韧剂、抗氧剂、润滑剂和耐候剂在高速混合机中40HZ共混2min；
(2)将(1)中所得混合物通过计量称及喂料机加入到双螺杆挤出机中熔融共混挤出，挤出机设置加工温度190-220℃，加工过程中控制真空度在-0.06MPa；
(3)将(2)挤出的样条进行过水冷却、干燥、切粒得到发泡粒子。制备的产品见图6。
对比例4
一种发泡聚丙烯复合材料，原料包括：聚丙烯(PP T30S/EP300H)77.5％，滑石粉(PT-560)15％，增韧剂(8605)5％，抗氧剂(RGANOX 1010、G814)0.4％，润滑剂(硬脂酸钙/EBS-SF)0.4％,耐候剂(5590)0.2％，去离子水1.5％。
(1)按照上述重量配比先称取所需的PP和去离子水，混合均混后，再按重量配比加入滑石粉、增韧剂、抗氧剂、润滑剂和耐候剂在高速混合机中40HZ共混2min；
(2)将(1)中所得混合物通过计量称及喂料机加入到双螺杆挤出机中熔融共混挤出，挤出机设置加工温度190-220℃，加工过程中控制真空度在-0.06MPa；
(3)将(2)挤出的样条进行过水冷却、干燥、切粒得到发泡粒子。制备的产品见图7。
对比例5
一种发泡聚丙烯复合材料，原料包括：聚丙烯(PP T30S/EP300H)94.2％，滑石粉(PT-560)0％，增韧剂(8605)5％，抗氧剂(RGANOX 1010、G814)0.2％，润滑剂(硬脂酸钙/EBS-SF)0.2％,耐候剂(5590)0.2％，去离子水0.2％。
(1)按照上述重量配比先称取所需的PP和去离子水，混合均混后，再按重量配比加入滑石粉、增韧剂、抗氧剂、润滑剂和耐候剂在高速混合机中40HZ共混2min；
(2)将(1)中所得混合物通过计量称及喂料机加入到双螺杆挤出机中熔融共混挤出，挤出机设置加工温度190-220℃，加工过程中控制真空度在0MPa；
(3)将(2)挤出的样条进行过水冷却、干燥、切粒得到发泡粒子。制备的产品见图8。
表1
Figure BDA0002821096330000071
Figure BDA0002821096330000081
表2
Figure BDA0002821096330000082
密度测试方法：参考测试标准GB/T 1033B法；
体积膨胀率：
Figure BDA0002821096330000083
其中：
Figure BDA0002821096330000084
为体积膨胀率；ρ0为未发泡材料密度；ρf为发泡材料密度。
图片表征：将挤出的粒子切片拍照可得相应的照片；
平均泡孔直径：每个实验中随机取若干粒子，切面拍照，再用Image-J软件进行作图分析，统计泡孔直径并求取平均值；
泡孔密度：
Figure BDA0002821096330000085
其中：N为泡孔密度；n为统计泡孔的个数；A为泡孔所占的面积。
从图1至图3可以看到，三个实施例所制粒子均存在不同程度的发泡，实施例1的气泡相对较少，实施例2的气泡又小又密，实施例3的气泡相对比较大，数量上看不如实施例2的密集，却又比实施例1的多，从表2也可以看出，实施例2泡孔密度较大、平均泡孔直径较小。而图4至图6可以看到，前三个对比例所制粒子均无发泡。由此可知，在一定量去离子水加入的情况下，对生产过程的真空度进行有目的性的控制，可以得到所需的发泡聚丙烯粒子。同时，真空度及去离子水的用量会影响泡孔的数量及孔径，在一定范围内，随着真空度绝对值的减小，去离子水用量的增大，泡孔直径先增大后减小，泡孔数量先增多后减少。
推测造成这一现象的可能原因是，去离子水的加入，在加工温度下，水蒸发成水蒸气，又由于所选取聚丙烯熔体强度较高，能够较好的将气体束缚在熔体内。当真空度绝对值较大时，这种束缚力不足以束缚水蒸气，故而不能形成发泡，这点从对比例4(图7)的结果可以看出；当真空度绝对值逐渐减小时，有少部分水蒸气被真空带出，导致发泡数量较少(图1)；当真空度绝对值小到一定值时，由于熔体强度较高，水蒸气难以被带出，导致发泡数量增多(图2)；当真空度绝对值小到一定值，且去离子水的用量增大到一定程度时，水蒸气之间间隙减小直至连成一片，导致泡孔直径变大，且泡孔数量下降，这从图3和图8可以看出，同时，随着去离子水用量的增多，体积膨胀率也逐步增大。
得到实施例2的粒子后，通过一定单螺杆挤出，由于单螺杆挤出时未添加真空，导致原本的气体并未排出，所得挤出制件便存在一定的气孔，这点由图9可知。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (8)

1.一种发泡聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：包括：
(1)所述的发泡聚丙烯复合材料原料中，含有重量比0.2-1.0％的去离子水，按照上述重量配比各原料，并将原料混合均匀；
(2)将(1)中所得混合物加入到双螺杆挤出机中熔融共混挤出，挤出机设置加工温度190-220℃，加工过程中控制真空度在-0.03-0MPa，熔体压力控制在3.5-5.5MPa；
(3)将(2)挤出的样条进行过水冷却、干燥、切粒得到发泡粒子。
2.根据权利要求1所述的一种发泡聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述的聚丙烯材料包括包含聚丙烯57.4％-94.2％，滑石粉0％-25％，增韧剂5-15％，抗氧剂0.2-0.6％，润滑剂0.2-0.6％，耐候剂0.2-0.4％。
3.根据权利要求2所述的一种发泡聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：聚丙烯为熔融指数低于4g/10min的均聚聚丙烯、共聚聚丙烯或其混合物。
4.根据权利要求2所述的一种发泡聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：滑石粉为2000目以上的滑石粉。
5.根据权利要求2所述的一种发泡聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：增韧剂为乙烯辛烯共聚物、乙烯丁烯共聚物一种或者其混合物。
6.根据权利要求2所述的一种发泡聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：抗氧剂为1010、168、G814、PS802中的一种或其组合。
7.根据权利要求2所述的一种发泡聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：润滑剂为PE蜡、硬脂酸盐类中的一种或其组合。
8.根据权利要求2所述的一种发泡聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：耐候剂为受阻胺类的耐候剂。
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