CN101531770B - 开孔发泡聚烯烃的制备与应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种开孔发泡聚烯烃的制备方法。将聚烯烃和由相同烯烃类聚烯烃粒料、成核剂、助发泡抗收缩剂、抗氧剂制成的成核剂母料混合后，投入长径比20-50之间的单螺杆或双螺杆挤出机中加热塑化熔融并注入高压气体，高压气体和聚烯烃充分熔融混合挤出，出挤出机口模时释压膨胀发泡，制成各种形状的开孔发泡制品。开孔发泡制品用作吸附基材和吸附载体，也可作为隔音、吸音、隔热材料。本发明根据聚烯烃熔体的强度和粘弹性，选取合适的位置注入高压气体，调整螺杆结构、气体压力与气量、加热温度，使物料从挤出机出口模时聚烯烃充分发泡并开孔，孔间气体相互贯通，具备较高的吸附能力，克服现有聚烯烃发泡技术中难开孔的缺点，使聚烯烃发泡应用更多样化和实用化。

Description

开孔发泡聚烯烃的制备与应用

技术领域

本发明涉及开孔发泡聚烯烃塑料的制备与实际应用，具体地说涉及聚烯烃开孔发泡的粒料、板材、管材以及各种外形的发泡体制备方法和使用领域。

背景技术

闭孔聚烯烃发泡生产工艺技术比较成熟，且使用范围相当广泛。但是因为闭孔发泡聚烯烃孔间相互不串联，吸附性能很差，因此它的应用受到限制。而开孔发泡聚烯烃虽然也有很大的需求量，但是其开孔发泡技术由于在发泡工艺和配方设计上有一定的难度，特别是在发泡工艺上，要达到泡体较高的开孔率，螺杆结构、模具形状、加工温度、注入气量、注气压力都对发泡体的开孔率有很重要的影响，技术上难度较大。本发明根据聚烯烃闭孔发泡技术，在此技术基础上自行设计配方和发泡成型工艺，采用物理发泡技术，结合使用发泡助剂，研制生产出具有较高开孔发泡率和液体吸附率的聚烯烃开孔发泡材料。

发明内容

本发明通过特殊的材料配方和发泡加工工艺，使聚烯烃在特定长径比的双螺杆或单螺杆挤出机中，在完全塑化熔融过程中通过注入高压气体混合均匀后由挤出机口模出料时马上释压，让熔融聚烯烃充分膨胀发泡。本发明的重点是如何在一定温度一定压力下使聚烯烃快速发泡，而且泡孔间相互敞开贯通，定型后泡体维持不变。

本发明的目的之一是本发明产品作为一种吸附液体添加剂的载体或吸附基材，快速吸附液体添加剂，应用于在生产和生活中不便直接添加液体添加剂或直接添加液体对生产带来影响的场合。本发明目的之二是由于本发明产品泡孔间相互串通，比表面积大，吸附率高，吸附液体和粉末状添加剂，如抗氧剂、抗静电剂、交联剂、阻燃剂、芳香剂、药物、活性物质等助剂或药品，极大方便生产应用和实际操作，保证添加剂的均匀加入和计量精确，尤其适用于生产中需要添加重量比很少，但作用很大的液体，直接添加可能造成添加不均匀，而最好的方法便是采用相同基材的本体树脂制成开孔发泡材料事先吸附液体后再均匀分散在本体中，避免不均匀性的发生；或是添加液体量较多，液体不易被材料快速吸收而影响其加工场合时，可采用部分本体材料制成开孔发泡体后，预吸附液体后再添加，保证添加计量的精确；另外日常生活中开孔发泡聚烯烃制成各种形状造型的制品，用于吸附芳香剂或除虫剂等液体后，让其缓慢释放香味或除虫药物，达到长效释放香味除臭和驱虫的目的。本发明的目的之三是污水处理过程中因为本发明的发泡聚烯烃质量轻，漂浮在水面上，又由于其本身的开孔吸附功能强，故能快速吸附漂浮在污水表面的油污，达到快速除污去污的目的。本发明的目的之四是由于本发明产品发泡程度很高，且泡孔间相互贯穿，所以又可以用作吸音隔音隔热材料。

本发明是这样实现的：

这种吸附用开孔发泡聚烯烃的制备方法，其特征在于：将聚烯烃粒料和由相同烯烃类的聚烯烃粒料、成核剂、助发泡抗收缩剂、抗氧剂制成的成核剂母料按比例均匀混合后投入双螺杆或者单螺杆挤出机，在挤出机加热熔融挤出过程中注入高压气体，并且使它们充分混合均匀，含有高压气体的聚烯烃熔融体在螺杆挤出作用下在挤出机出口模时立刻释压膨胀制成各种形状的开孔发泡粒料或制品，聚烯烃粒料与成核剂母料重量比为100∶0.5～8。

本发明中的开孔发泡聚烯烃以重量份数计的组成包括：

聚烯烃                    100

成核剂母料                0.5～8；

其中成核剂母料以重量份数计的组成包括：

相同烯烃类聚烯烃          15～30

成核剂                    40～70

助发泡抗收缩剂            3～10

抗氧剂                    2～8。

本发明中的聚烯烃为聚乙烯、聚丙烯、乙烯醋酸乙烯共聚物、乙烯丙烯酸甲酯共聚物、乙烯丙烯酸乙酯共聚物、乙烯丙烯酸丁酯共聚物、聚苯乙烯苯乙烯乙烯丁二烯共聚物、苯乙烯丁二烯共聚物、马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝乙烯醋酸乙烯、硅烷接枝聚乙烯、硅烷接枝聚丙烯、硅烷接枝乙烯醋酸乙烯任选一种或几种树脂的共混物。

本发明中的成核剂为氢氧化铝、氢氧化镁、有机磷酸酯盐、2，2’-亚甲基-双(4，6-二叔丁基苯基)硫酸酯钠、二苯亚甲基山梨醇、二亚(对甲基)苄基山梨糖醇、滑石粉、硅酸镁、碳酸钙、二氧化硅、白碳黑、石英沙中任选一种或几种，其作用是形成晶核，成为发泡时的发泡点，使发泡紧密均匀。

本发明中的助发泡抗收缩剂为硬脂酸、油酸、三聚甘油单硬脂酸酯、硬脂酸单甘酯、聚甘油脂酸酯、多聚甘油单酯、硬脂酸单双甘油酯中任选一种或几种，其作用是在发泡过程中起抵抗泡体收缩的作用。

本发明中的抗氧剂为四[3-(3’，5’，-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(4-羟基-3，5-二叔丁基苯基)丙酸正十八碳醇酯、亚磷酸三(壬基苯酯)、亚磷酸三(2，4二叔丁基苯基)酯、硫代二丙酸二月桂酯、4，4’-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、4，4’-硫代双(6-叔丁基间甲酚)、1，1，3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁基苯基)丁烷2，6-二叔丁基苯酚、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚或4-羟甲基-2，6-二叔丁基苯酚中任选一种或几种，它的作用是保护聚烯烃，提高聚烯烃受热的稳定性。避免聚烯烃受热过程中与氧气等强氧化物质作用，发生氧化而使聚烯烃发生降解。

本发明中的成核剂母料的制备方法一：将和开孔发泡聚烯烃相同烯烃类的聚烯烃粒料、成核剂、助发泡抗收缩剂、抗氧剂按比例在高速混合机中充分混合，将混合料投入到加工挤出温度120℃-180℃的单螺杆挤出机挤出造粒，造粒可以采用风冷拉条切粒和风冷磨面切粒任选一种；制备方法二：将和开孔发泡聚烯烃相同烯烃类的聚烯烃粒料、成核剂、助发泡抗收缩剂、抗氧剂按一定比例直接投入到温度为120℃-180℃的密炼机中混合塑化，塑化后进入挤出机造粒，挤出机温度120℃-180℃，造粒可以采用拉条风冷切粒和风冷磨面切粒任选一种。

本发明中制备开孔发泡聚烯烃选用的双螺杆挤出机和单螺杆的长径比为20-50之间，注气口设定在加料口以后螺杆的1/3-2/3处，注气气嘴直径0.1mm-1.0mm，注入气体压力0.5MPa-50MPa，必要时采用增压泵帮助增压，挤出机的机身温度从加料口至机颈设定在80℃-200℃间，机头温度设定在100℃-160℃。

本发明中的高压气体为空气、二氧化碳、氮气、甲烷、一氯甲烷、二氯甲烷、三氯一氟甲烷、二氯二氟甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、惰性气体中任选一种。

本发明产品制成的各种开孔发泡聚烯烃制品应用于塑料加工中添加液体时作为吸附液体的载体和吸附基材，污水处理过程中吸附污水中的油污、印泥图章中吸附油墨、香水香精药物吸收后长效释放的载体，以及用作隔音吸音隔热材料。

具体实施方式

结合实施例对本发明的内容作进一步说明，以下实施例中的组成均为重量份。

一、聚乙烯开孔发泡

成核剂母料组成

聚乙烯树脂	21
		成核剂	65
助发泡剂	8
		抗氧剂	6

开孔发泡聚乙烯组成

	实施例1	实施例2
			聚乙烯树脂	100	100
成核剂母料	2	5

首先将成核剂、助发泡抗收缩剂和抗氧剂按上述配比投入到160℃的密炼机中密炼塑化，塑化后进入挤出温度为160-180℃的单螺杆挤出机中，采用磨面风冷的方式造成母粒。

实施例1中的聚乙烯的熔融指数为2.0g/10min，将成核剂母粒和聚乙烯按配比混合投入到单螺杆挤出机挤出发泡，单螺杆挤出机长径比36，注气口设定在塑化段和计量段之间，注气嘴直径0.2mm，高压气体为二氧化碳，注气压力为30MPa，采用增压泵帮助增压。

单螺杆的挤出发泡工艺温度℃：

加料段	塑化段	计量段	机颈	机头
					140～160	160～180	160～180	140～170	120～160

按上述工艺和配方制成的聚乙烯发泡吸附率为≥50％，用于加工阻燃聚乙烯时吸附大量液体阻燃剂。

实施例2中的聚乙烯的熔融指数为6.0g/10min，将成核剂母粒和聚乙烯按配比混合投入到双螺杆挤出机挤出发泡，双螺杆挤出机长径比40，注气口设定在计量段中部，注气气嘴直径0.6mm，高压气体为氮气，注气压力为20MPa。

双螺杆的挤出发泡工艺温度℃：

加料段	塑化段	计量段	机颈	机头
					130～150	160～180	180～200	160～180	140-160

按上述工艺和配方制成的聚乙烯发泡吸附率为≥50％，制成各种形状的工艺品，用于吸附香水。

二、乙烯醋酸乙烯共聚物开孔发泡

成核剂母料组成

乙烯醋酸乙烯	18
		成核剂	60
助发泡剂	10
		抗氧剂	5

开孔发泡乙烯醋酸乙烯共聚物组成

	实施例3	实施例4
			乙烯醋酸乙烯共聚物	100	100
成核剂母料	3	5

将成核剂、助发泡剂和抗氧剂按上述配比投入到110℃的密炼机中密炼塑化，塑化后进入挤出温度为60-140℃的单螺杆挤出机中，采用磨面风冷的方式造成母粒。

实施例3中的乙烯醋酸乙烯共聚物的醋酸乙烯含量为14％，将成核剂母粒和乙烯醋酸乙烯共聚树脂按配比混合投入到单螺杆挤出机挤出发泡，单螺杆挤出机的长径比为36，注气口设定在塑化段和计量段之间，注气嘴直径0.3mm，高压气体为氮气，注气压力为17MPa。

单螺杆的挤出发泡工艺温度℃：

加料段	塑化段	计量段	机颈	机头
					60～70	90～100	120～140	120～130	110-120

按上述工艺和配方制成的乙烯醋酸乙烯共聚物发泡制品吸附污水表面的油污。

实施例4中乙烯醋酸乙烯共聚物的醋酸乙烯含量为28％，将成核剂母粒和乙烯醋酸乙烯共聚树脂按配比混合投入到双螺杆挤出机挤出发泡，双螺杆挤出机的长径比为40，注气口设定在计量段中部，注气气嘴直径0.4mm，高压气体为氮气，注气压力为30MPa，采用增压泵帮助增压。

双螺杆的挤出发泡工艺温度℃：

加料段	塑化段	计量段	机颈	机头
					60～70	90～100	120～140	120～130	100-120

按上述工艺和配方制成的发泡乙烯醋酸乙烯共聚物用作隔音吸音装饰板。

Claims (9)

1.一种开孔发泡聚烯烃的制备方法，其特征在于：将聚烯烃粒料和由相同烯烃类聚烯烃粒料、成核剂、助发泡抗收缩剂、抗氧剂制成的成核剂母料按比例均匀混合后投入双螺杆或者单螺杆挤出机，在挤出机加热熔融挤出过程中注入高压气体，并且使它们充分混合均匀，含有高压气体的聚烯烃熔融体在螺杆挤出作用下出口模时释压膨胀，制成各种形状的开孔发泡粒料或制品，聚烯烃粒料与成核剂母料重量比为100∶0.5～8；所述的开孔发泡聚烯烃以重量份数计的组成包括：

聚烯烃             100

成核剂母料         0.5～8；

其中成核剂母料以重量份数计的组成包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的聚烯烃为聚乙烯、聚丙烯、乙烯醋酸乙烯共聚物、乙烯丙烯酸甲酯共聚物、乙烯丙烯酸乙酯共聚物、乙烯丙烯酸丁酯共聚物、聚苯乙烯、苯乙烯乙烯丁二烯共聚物、苯乙烯丁二烯共聚物、马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接技聚丙烯、马来酸酐接枝乙烯醋酸乙烯、硅烷接技聚乙烯、硅烷接枝聚丙烯、硅烷接枝乙烯醋酸乙烯中任选一种或几种树脂的共混物。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的成核剂为氢氧化铝、氢氧化镁、有机磷酸酯盐、2，2′-亚甲基-双(4，6-二叔丁基苯基)硫酸酯钠、二苯亚甲基山梨醇、二亚(对甲基)苄基山梨糖醇、滑石粉、硅酸镁、碳酸钙、二氧化硅、白碳黑、石英沙中任选一种或几种。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的助发泡抗收缩剂为硬脂酸、油酸、三聚甘油单硬脂酸酯、硬脂酸单甘酯、聚甘油脂酸酯、多聚甘油单酯、硬脂酸单双甘油酯中任选一种或几种。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的抗氧剂为四[3-(3′，5′，-二叔丁基-4′-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(4-羟基-3，5-二叔丁基苯基)丙酸正十八碳醇酯、亚磷酸三(壬基苯酯)、亚磷酸三(2，4二叔丁基苯基)酯、硫代二丙酸二月桂酯、4，4′-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、4，4′-硫代双(6-叔丁基间甲酚)1，1，3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁基苯基)丁烷2，6-二叔丁基苯酚、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚或4-羟甲基-2，6-二叔丁基苯酚中任选一种或几种。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于由相同烯烃类聚烯烃粒料、成核剂、助发泡抗收缩剂、抗氧剂制成成核剂母料的制备方法一：将相同烯烃类聚烯烃粒料、成核剂、助发泡抗收缩剂、抗氧剂按一定比例在高速混合机中充分混合，将混合料投入到加工挤出温度80℃-180℃的单螺杆挤出机挤出造粒，造粒可以采用风冷拉条切粒和风冷磨面切粒中任何一种；制备方法二：将相同烯烃类聚烯烃粒料、成核剂、助发泡抗收缩剂、抗氧剂按一定比例直接投入到温度为80℃-180℃的密炼机混合塑化、塑化后进入挤出机造粒，挤出机温度80℃-180℃，造粒可以采用风冷拉条切粒和风冷磨面切粒中任何一种。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述用于制备开孔发泡聚烯烃的双螺杆挤出机和单螺杆挤出机中的任何一种，它的长径比为25-50之间，注气口设定在加料口以后螺杆的1/3-2/3处，注气气嘴的直径0.1mm-1.0mm，注入气体压力0.5MPa-50MPa，采用增压泵帮助增压，挤出机的机身温度从加料口至机颈设定在80℃-200℃，机头温度设定在100℃-160℃。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的高压气体为空气、二氧化碳、氮气、甲烷、一氯甲烷、二氯甲烷、三氯一氟甲烷、二氯二氟甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、惰性气体中任选一种。

9.一种权利要求1中所述的开孔发泡聚烯烃的应用，其特征在于：所述的开孔发泡聚烯烃用于塑料加工中添加液体或液-固混合添加剂时作为吸附液体的载体和吸附基材，污水处理过程中吸附污水中的油污、印泥图章中吸附油墨、香水香精药物吸收后长效释放的载体，以及用作隔音吸音隔热材料。