CN101260199B

CN101260199B - 一种聚合物发泡成核物的制备方法

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Publication number: CN101260199B
Application number: CN2008100274576A
Authority: CN
Inventors: 张兴华; 曾子荣; 李垚
Original assignee: Guangdong University of Technology
Current assignee: Guangdong University of Technology
Priority date: 2008-04-15
Filing date: 2008-04-15
Publication date: 2011-05-11
Anticipated expiration: 2028-04-15
Also published as: CN101260199A

Abstract

本发明公开了一种聚合物发泡成核物的制备方法，该制备方法步骤如下：将聚合物充分干燥后加入质量比例为0.01％至10％的溶出剂混合，制成颗粒或薄片状，在溶剂中浸泡一至两周时间，使其中的溶出剂溶解，然后将其从溶剂中取出，待里面的溶剂干燥完全，便制成含发泡微孔的聚合物；将上述含发泡微孔的聚合物加入高压反应釜内，通入1～10MPa的压力发泡剂气体，搅拌下加热到设定的80～170℃温度后恒温恒压1～1.5h，以使体系达到完全饱和后，释放压力得到发泡制品；本发明使用能溶于相应溶剂的材料作为溶出剂，与聚合物混合，溶出后形成发泡核；成本不高，且在制备成含有发泡核微孔材料之后，在进行发泡操作之前可放置相当长的时间仍具有可发泡性能。

Description

一种聚合物发泡成核物的制备方法

技术领域

本发明涉及一种用于聚合物发泡的成核产物的制备方法。

背景技术

聚合物发泡材料是聚合物的重要应用领域，属聚合物的成型加工，是近年来发展较快的领域。

这项技术是制备一种含泡孔，比重比原聚合物小的材料，除了具有更大体积使材料成本下降这一直接效果外，同时赋予这种新材料许多与原聚合物不同的性能，如吸收冲击和振动的能力显著提高等。

目前聚合物发泡所使用的发泡剂有两种。一种是化学发泡剂，它是通过化学反应放出气体，它的特点是发泡材料的可放置的时间较长，但成本较高；另一种是物理发泡剂，它是通过外界环境(如温度、压力等)的变化，使发泡剂的物理状态发生变化，从而产生发泡作用，它的特点是成本较低，但一般情况下很难使发泡剂在发泡材料中停留较长时间即很难在进行发泡之前于聚合物内存在较长时间，所以只能在发泡之前现场与聚合物混合。

本发明是为了解决上述提到的一些问题，提出制备含发泡核的聚合物的一种方法，制备的成核聚合物在较长时间内具有可发泡性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种成核发泡聚合物的制备方法，用溶出法将混入聚合物中某些可溶性物质溶出，从而在聚合物中形成发泡成核微孔。这种发泡成核聚合物可在适当的条件下进行发泡。

本发明提供的已成核聚合物的制备方法，其步骤如下：

①将聚合物充分干燥后加入质量比例为0.01％至10％的溶出剂混合，制成颗粒或薄片状，在溶剂中浸泡一至两周时间，使其中的溶出剂溶解，然后将其从溶剂中取出，待里面的溶剂干燥完全，便制成含发泡微孔的聚合物；

②将上述含发泡微孔的聚合物加入高压反应釜内，通入1～10MPa的压力发泡剂气体，搅拌下加热到设定的80～170℃温度后按上述设定的温度和压力恒温恒压1～1.5h，以使体系达到完全饱和后，释放压力得到发泡制品。

上述方法步骤①中，溶出剂可选择可溶解的无机物或有机物，溶出剂可选择液体或固体。

上述方法步骤①中，溶剂为可溶解前述溶出剂的溶剂。

上述方法步骤②中，可选择多种物理发泡剂，主要使用气体发泡剂。

本发明对发泡剂没有特别的限制。可使用气体发泡剂，如氮气、二氧化碳；无机发泡剂，如水；有机发泡剂，如烃类的丙烷、丁烷、戊烷及烯烃，醇类甲醇、乙醇等，酮类丙酮、丁酮，及含氯氟的有机物等。

本发明提供的是具有可发泡性能的成核聚合物，其中并不含有真正的发泡剂，而只是一种含有发泡成核微孔的聚合物。发泡时正是利用这种极微小的微孔空隙点集聚压力气体，从而在释压时发泡。

本发明提供成核发泡聚合物的一种应用是，将其放在一定压力气体发泡剂中，当释放压力时，聚合物会产生泡孔，并得到发泡产物。

本发明的聚合物可以是：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚酯及各种橡胶或弹性体。

本发明的溶出剂可选择：

无机溶出剂，如氯化钾、硝酸钠、氯化钠、硝酸钙、硫酸钾、硝酸铵、硫酸钠、氯化钙等；

有机溶出剂，如苯甲酸钠、液态石蜡、固态石蜡、萘、吡啶、二硫化碳等。

本发明的溶剂是可溶解上述溶出剂的溶剂，可选择：

极性溶剂，如水、乙醇、三氯甲烷、一氯甲烷、乙醛、丁酮、甲酸乙酯、乙醚、硝酸苯、甲醇、氯苯、溴苯、丙酮等。

非极性溶剂，如苯、汽油、四氯化碳、甲苯、二甲苯，液态烷烃等。

本发明的成核聚合物可以进行运输或放置，在较长时间内不会影响聚合物材料的发泡性能。

本发明所制备的材料，可用于传统的发泡和成型方法。如可在预发机中预发泡，然后在成型模具中成型，也可以在模具中直接成型。

本发明的有益效果是本发明使用能溶于相应溶剂的材料作为溶出剂，与聚合物混合，溶出后形成发泡核。成本不高，且在制备成含有发泡核微孔材料之后，在进行发泡操作之前可放置相当长的时间，理论上无时间限制。

附图说明

图1至17均是本发明的发泡过程用带高速摄像机的显微镜记录图。

具体实施方式

实施列1.

将聚丙烯(PP)与3％的苯甲酸钠混合后压制成0.3mm厚的片，在水中浸泡两周后取出，待水分干燥完全，制得含发泡核微孔的PP，密度为0.85～0.87，含有大量尺寸为0.1微米左右的发泡核。取其一部分进行发泡实验。发泡实验在有透明窗的压力釜中进行，发泡过程用带高速摄像机的显微镜观察记录，显微镜的放大倍数约为550倍。同时记录过程中釜内的压力变化。将上述干燥完全的样品放入釜中，关闭釜，之后向釜内通入一定压力的氮气或者二氧化碳，30分钟后释放压力，记录发泡过程和压力变化过程。

1)使用氮气，压力6.65MPa，发泡过程记录图1，图2，图3，图4所示。这一过程中，最大的压力变化率为-21.7MPa/s。

对应实际发泡时间：图1：0.5秒，图2：3.4秒，图3：6.7秒，图4：11.0秒，对应实际发泡孔平均直径为：约2微米，这个样品发泡效果较好，泡孔较多，但分布仍未十分均匀，泡壁也嫌稍厚。

2)使用氮气，压力3.16MPa，发泡结果如图5所示。

这一过程中，最大的压力变化率为-11.8MPa/s。图5这个样品发泡效果较好，发泡量较多，泡孔大小适中，分布较均匀，但泡壁稍厚。

3)使用氮气，压力1.07MPa，发泡结果如图6示。这一过程中，最大的压力变化率为-5.2MPa/s，图6这个样品的发泡气体压力偏低，故发泡效果一般。

4)与上述例子条件相同，使用氮气发泡的其余实验数据

初始压力(MPa)	0.41	4.54	6.65	6.65	10.07	10.17	10.14	10.16
									最大压力降(MPa/s)	-2.5	-15.8	-21.5	-21.7	-18.2	-32.0	-34.3	-33.5

可见，在气体压力较高时，发泡效果较好。

实施列2.

使用与实施列1相同处理的含有发泡核微孔的PP，在相同的装置中，使用二氧化碳进行发泡实验。

1)使用二氧化碳，压力1.05MPa，发泡结果如图7示。这一过程中，最大的压力变化率为-3.4MPa/s。图7样品发泡量较多，分布均匀，但泡孔偏大，泡壁稍厚。

2)使用二氧化碳，压力4.56MPa，发泡结果如图8示。这一过程中，最大的压力变化率为-9.5MPa/s。

实施列3.

将PP与1％的苯甲酸钠混合后压制成0.3mm厚的片，在水中浸泡两周后取出，待水分干燥完全，制得含发泡核微孔的PP，密度为0.88～0.89，含有大量尺寸为0.1微米左右的发泡核，取其一部分样品进行发泡实验。发泡实验在有透明窗的压力釜中进行，发泡过程用带高速摄像机的显微镜观察记录，同时记录过程中釜内的压力变化。将上述干燥完全的样品放入釜中，关闭釜，之后向釜内通入一定压力的氮气，30分钟后释放压力，记录发泡过程和压力变化过程。

使用氮气，压力0.39MPa，发泡结果如图9示。这一过程中，最大的压力变化率为-3.3MPa/s。图9发泡效果较好，泡孔较多，泡孔大小适中，分布较均匀，但泡壁稍厚。

实施列4.

使用与实施列3相同处理含有发泡核微孔的PP，在相同的装置中，使用二氧化碳进行发泡实验。

1)使用二氧化碳，压力1.08MPa，发泡结果如图10示。这一过程中，最大的压力变化率为-3.8MPa/s。图10样品发泡效果较好，发泡量多，分布均匀，泡壁厚度适中，但泡孔平均直径稍大。

2)使用二氧化碳，压力4.96MPa，发泡结果如图11示。这一过程中，最大的压力变化率为-8.9MPa/s。

实施列5.

PP与2.4％的液态石蜡混合后压制成0.3mm厚的片，在汽油中浸泡两周后取出，待汽油干燥完全，制得含发泡核微孔的PP，密度为0.86～0.87，含有大量尺寸为0.1微米左右的发泡核。取其一部分在相同的装置中进行发泡观察实验。

使用氮气，压力0.39MPa，发泡过程记录图12，图13，图14，图15示。这一过程中，最大的压力变化率为-3.3，

对应实际发泡时间：图12：0.3秒，图13：2.8秒，图14：5.3秒，图15：9.0秒，对应实际发泡孔平均直径为：约6微米，发泡效果较一般，泡孔量较多，但分布不十分均匀，泡壁厚。

实施列6.

使用与实施列5.相同处理的含有发泡核微孔的PP，在相同的装置中，使用二氧化碳进行发泡实验。

1)使用二氧化碳，压力1.07MPa，发泡结果如图16所示。这一过程中，最大的压力变化率为-4.2MPa/s。

2)使用二氧化碳，压力0.37MPa，发泡结果，如图17所示。这一过程中，最大的压力变化率为-3.5MPa/s。发泡效果较差，泡孔少，且壁厚太大。

实施列7.

将PP与3％的苯甲酸钠混合后切成约1～3mm大小的颗粒，在水中浸泡两周后取出，待水分干燥完全，制得含发泡核微孔的PP颗粒，密度为0.87～0.89，取5克进行发泡实验。发泡实验在500ml压力釜内进行。将上述制成含发泡核的PP样品放入釜中，关闭釜；之后向釜内通入二氧化碳，加热并开始搅拌，此过程中保持釜内的压力为6MPa；在加热达到105℃后，维持该压力和温度并继续搅拌30分钟，然后释放压力；待压力釜冷却到室温，取出釜内样品。样品为乳白色颗粒，表面光滑，手感柔软有弹性，发泡倍率达20～25倍。

Claims

1.一种聚合物发泡成核物的制备方法，其特征在于该制备方法步骤如下：

②将上述含发泡微孔的聚合物加入高压反应釜内，通入1～10MPa压力的氮气或二氧化碳气体发泡剂，搅拌下加热到设定的80～170℃温度后按上述设定的温度和压力恒温恒压1～1.5h，以使体系达到完全饱和后，释放压力得到发泡制品。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：上述方法步骤①中溶出剂选择无机溶出剂氯化钾、硝酸钠、氯化钠、硝酸钙、硫酸钾、硝酸铵、硫酸钠或氯化钙；

溶出剂还选择有机溶出剂苯甲酸钠、液态石蜡、固态石蜡、萘、吡啶或二硫化碳。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：上述方法步骤①中，溶出剂选择液体或固体。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：上述方法步骤①中，溶剂选择溶解前述溶出剂的极性溶剂水、乙醇、三氯甲烷、一氯甲烷、乙醛、丁酮、甲酸乙酯、乙醚、甲醇、氯苯、溴苯或丙酮；溶剂还选择非极性溶剂苯、汽油、四氯化碳、甲苯、二甲苯或液态烷烃。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：上述聚合物是聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚酯及各种橡胶或弹性体。