CN101538387A - 聚丙烯发泡材料及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

一种聚丙烯发泡材料，包括如下组分及重量配比聚丙烯树脂60～99份；成核剂0.1～10份；抗氧剂0.1～5份；着色剂0～5份；润滑剂0～5份；填料0～20份；其中，聚丙烯树脂的熔融指数为0.1～20g/10min，发泡过程采用超临界流体为发泡剂，其重量配比为0.1～20份。本发明还公开了该发泡材料的生产方法。与现有技术相比，本发明的优点在于：可以采用通用的聚丙烯作为基料，无其他聚合物，不发生交联反应，发泡过程无环境污染、生产方法安全；所得发泡材料质量稳定、发泡倍率高、泡孔密度高且分布均匀，适合工业规模化生产；同时，整体生产方法简单，易于操作，生产成本也相对较低。

Description

聚丙烯发泡材料及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种聚丙烯发泡材料，本发明还涉及该聚丙烯发泡材料的生产方法。
背景技术
泡沫塑料具有质轻、隔热、缓冲、绝缘、防腐、价格低廉等优点，因此在日用品、包装、工业、农业、交通运输业、军事工业、航天工业得到广泛应用，其中主要品种有聚氨酯(PU)软质和硬质泡沫塑料、聚苯乙烯(PS)泡沫塑料和聚烯烃泡沫塑料三大类。但聚氨酯泡沫在发泡过程中存在对人体有害的异氰酸酯残留物，并且发泡材料无法回收利用。而聚苯乙烯(PS)发泡过程中通常会使用到氟氯烃化合物或丁烷，对环境有不利影响，产品降解困难且容易形成“白色污染”，联合国环保组织已决定停止使用PS发泡产品。交联聚乙烯泡沫塑料刚性较低，且最高使用温度为80℃。
聚丙烯(PP)树脂具有质轻、原料来源丰富、性能价格比优越以及优良的耐热性、耐化学腐蚀性、易于回收等特点，是世界上产量增长量最快的通用热塑性树脂。相对于以上两种泡沫塑料，聚丙烯发泡材料有很多优点：
第一、PP刚性优于PE，抗冲击性能优于PS，而且相比PS泡沫的难回收性，聚丙烯发泡材料是一种环境友好的材料。
第二、PP有较高的热变形温度，可以在一些高温领域中应用。发泡聚丙烯通常能耐130℃的高温，比聚乙烯泡沫的最高使用温度80℃高得多，且具有良好的耐低温及耐溶剂特性。
第三、能量吸收，由于PP发泡制品具有很好的吸收能量特性，具有优异的抗压吸能性能。广泛应用于汽车保险杠能量处理系统及其他防冲撞吸能部件。
第四、具有良好的表面保护性和隔音性能，PP发泡制品是半硬质成形，具有适度的硬度、柔软性，不会擦伤、碰伤与其接触的物体，具有较好的表面保护性。
聚合物发泡材料可根据最终发泡制品的发泡倍率(发泡倍率＝聚合物树脂的密度/发泡材料的表观密度)划分为：低发泡倍率(小于4倍)，高发泡倍率(4-40倍)及超高发泡倍率(40倍以上)等，其中高发泡倍率的聚合物发泡材料具有最广泛的使用范围。目前国际上使用的制备高发泡倍率的聚丙烯发泡工艺主要有间歇式和连续式工艺。间歇式发泡生产的聚丙烯发泡材料(EPP)是一种性能卓越的高结晶型聚合物/气体复合材料，以其独特而优越的性能成为目前增长最快的环保新型抗压缓冲隔热材料。参考中国发明专利：CN1271125C，公开了一种《发泡聚丙烯树脂珠粒及其生产工艺》，该工艺使用高压釜将微造粒的聚丙烯小颗粒与分散剂，表面活性剂及气体发泡剂均匀分散在液体介质中，升温至指定温度及压力下保持一定时间，然后卸压至常压得到聚丙烯发泡粒子，发泡倍率为2-90倍，然后经洗涤烘干等处理后才可用于模压制品的原料。该间歇式生产工艺较复杂，成本较高。
连续式聚丙烯发泡工艺的重大突破在90年代，1994年Basell公司推出高熔体强度的聚丙烯并成功用于连续化的聚丙烯发泡工艺，随后Borealis推出挤出发泡专用的高熔体强度聚丙烯树脂，目前，世界上已商品化的连续式的聚丙烯的发泡技术(制备泡沫密度100kg/m3以下的聚丙烯泡沫塑料)是利用高熔体强度聚丙烯经丙烷或丁烷发泡来实现的。如美国专利US6251319公开了一种制备聚丙烯发泡片材的方法，使用高熔体强度聚丙烯树脂及挥发性易燃的发泡剂丁烷，发泡倍率为4～56倍，但是由于高熔体强度聚丙烯树脂的价格较高且使用设备须经特殊的防爆处理，因此聚丙烯发泡材料的成本较高。
美国专利US6051174公开了一种利用超临界流体为发泡剂制备超微孔聚苯乙烯发泡材料的方法，通过将超临界流体注入至聚合物熔体中，在挤出机中形成聚合物熔体-超临界流体均相熔体，利用特别设计的的口模使得聚合物迅速发泡制备微孔聚合物发泡材料。制备要求较高，需要特别设计的口模。
中国专利文献：CN1861368A，公开了一种《非交联聚丙烯发泡材料的生产方法》，该利用超临界流体为发泡剂，并通过将聚丙烯组合物(如高熔体强度聚丙烯与另一种聚丙烯或聚丙烯与聚乙烯共混物)与超临界流体在挤出机中充分混合后挤出发泡制备聚丙烯发泡材料，该方法由于第二聚合物组分的存在，难于充分发挥聚丙烯发泡材料的优点。
中国专利文献：CN101081914A，公开了一种《聚丙烯发泡材料及其制备方法》该方法通过将聚丙烯组合物经辐射交联后利用化学发泡剂进行发泡，该方法制造成本较高，且发泡材料为交联产物，难以回收利用。类似的还有CN1131277C。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种对环境无污染、发泡率高且泡孔均匀适合连续化规模生产的聚丙烯发泡材料。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种聚丙烯发泡材料的生产方法。
本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种聚丙烯发泡材料，包括如下组分及重量配比
聚丙烯树脂    60～99份；
成核剂        0.1～10份；
抗氧剂        0.1～5份；
着色剂        0～5份；
润滑剂    0～5份；
填料      0～20份；
其中，聚丙烯树脂的熔融指数为0.1～20g/10min，发泡过程采用超临界流体为发泡剂，其重量配比为0.1～20份。
聚丙烯树脂的熔融指数优选为0.1～12g/10min。
作为优选，发泡过程的发泡倍率为5.2～18.2，泡孔平均尺寸为86～125微米，泡孔密度为1.2×106～8.4×106，泡孔密度＝(n/A)3/2×发泡倍率，n为扫描电子显微镜照片中泡孔的个数，A为扫描电子显微镜照片的面积，聚丙烯树脂的熔融指数为0.1～12g/10min。
所述的聚丙烯树脂可以是等规聚丙烯、无规共聚聚丙烯或嵌段共聚聚丙烯。
所述的超临界流体可以是二氧化碳、氮气、空气、水、氩气的一种或一种以上混合气体。超临界流体选用二氧化碳时，优选重量配比为1～10份，超临界流体选用氮气时，优选重量配比为0.2～5份，超临界流体选用其他气体时，重量配比优选为0.5～10份。
所述的成核剂可以为二氧化硅、碳酸钙、碳黑、石墨、滑石粉、无机氧化物的一种或一种以上混合物，优选重量配比为0.5～10份。
所述的抗氧剂可以为抗氧剂1010、抗氧剂300、抗氧剂168、抗氧剂1076的一种或一种以上混合的抗氧剂，优选重量配比为0.1～5份。
所述的润滑剂可以为润滑剂EDS、润滑剂MB50-002、润滑剂LYSI-100的一种或一种以上混合的润滑剂，优选重量配比为0.1～5份。
所述的填料可以为碳黑、石墨、氢氧化镁的一种或一种以上混合的填料，优选重量配比为0～20份。
本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种聚丙烯发泡材料生产方法，其特征在于依次包括如下步骤：
①将如下重量配比的组分均匀混合，
聚丙烯树脂60～99份；
成核剂    0.1～10份；
抗氧剂    0.1～5份；
着色剂    0～5份；
润滑剂    0～5份；
填料      0～20份；
②将上述混合物挤出造粒成可以用于发泡的原料；
③取上述原料置于发泡专用挤出机，同时注入重量配比为0.1～20份的超临界流体作为发泡剂，由发泡专用挤出机充分混合后，从口模挤出发泡并成型。
口模可以是圆形口模、环形口模或平口模，制备满足不同需要的聚丙烯发泡材料。
所述的发泡专用挤出机可以是单螺杆挤出机、两台串联式单螺杆挤出机、或同向双螺杆挤出机串联单螺杆挤出机。
与现有技术相比，本发明的优点在于：可以采用通用的聚丙烯作为基料，无其他聚合物，不发生交联反应，所以无环境污染、生产方法安全；所得发泡材料质量稳定、发泡倍率高、泡孔密度高且分布均匀，适合工业规模化生产；同时，整体生产方法简单，易于操作，对设备无特殊要求，易于操作，生产成本也相对较低。
附图说明
图1为实施例3所得聚丙烯发泡材料的扫描电子显微镜照片。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
聚丙烯发泡材料生产方法，依次包括如下步骤：
①将聚丙烯树脂、成核剂、抗氧剂、着色剂及适量的润滑剂和填料等助剂按一定的重量配比均匀混合；
②将上述混合物经过双螺杆挤出机挤出造粒成可以用于发泡的原料；
③取上述原料置于发泡专用挤出机，同时注入重量配比为0.1～20份的超临界流体作为发泡剂，由发泡专用挤出机充分混合后，从口模挤出发泡并成型。
其中，发泡专用挤出机为单螺杆挤出机、两台串联式单螺杆挤出机、或同向双螺杆挤出机串联单螺杆挤出机，口模可以是圆形口模、环形口模或平口模，制备满足不同需要的聚丙烯发泡材料。
按照GB1033-86标准测试得到的聚丙烯发泡材料的表观密度，可计算出最终聚丙烯发泡材料的发泡倍率。将聚丙烯发泡材料经液氮淬断，断面经真空喷金后，利用扫描电子显微镜(SEM)观察材料的断面，并计算出泡孔尺寸及泡孔密度。
下面表格是各实施例总结表：
实施例 1 2 3 4 5
  普通聚丙烯   96.5   94.5   92.5   97   96.5
  成核剂   2   2   2   2   2
  抗氧剂   0.5   0.5   0.5   0.5   0.5
  超临界CO2   1   3   5
  超临界氮气   0.5   1
  发泡倍率1   5.2   12.8   18.2   4.2   7.2
  发泡剂效率(％)2   75   64   55   72   65
  泡孔平均尺寸(微米)   125   116   104   95   86
  泡孔密度(cells/cm3)3   1.2×106   3.4×106   5.6×106   4.2×106   8.4×106
其中，上述表格中的添加剂及发泡剂量均以重量百分比为计。聚丙烯树脂的熔融指数为0.1～20g/10min。
1、发泡倍率＝聚合物树脂的密度/发泡材料的表观密度；
2、发泡剂效率(％)＝实际发泡倍率/理论发泡倍率
3、泡孔密度＝(n/A)3/2×发泡倍率；其中n为SEM照片中泡孔的个数，A为SEM照片的面积。
参考图1，实施例3所得聚丙烯发泡材料泡孔密度高且分布均匀，而且质量稳定。

Claims (10)

1、一种聚丙烯发泡材料，其特征在于包括如下组分及重量配比
聚丙烯树脂    60～99份；
成核剂        0.1～10份；
抗氧剂        0.1～5份；
着色剂        0～5份；
润滑剂        0～5份；
填料          0～20份；
其中，聚丙烯树脂的熔融指数为0.1～20g/10min，发泡过程采用超临界流体为发泡剂，其重量配比为0.1～20份。
2、根据权利要求1所述的聚丙烯发泡材料，其特征在于发泡过程的发泡倍率为4～40倍，泡孔平均尺寸为50～250微米，泡孔密度为1.0×106～1.0×108，泡孔密度＝(n/A)3/2×发泡倍率，n为扫描电子显微镜照片中泡孔的个数，A为扫描电子显微镜照片的面积。
3、根据权利要求1或2所述的聚丙烯发泡材料，其特征在于所述的聚丙烯树脂为通用的等规聚丙烯、无规共聚聚丙烯或嵌段共聚聚丙烯。
4、根据权利要求1或2所述的聚丙烯发泡材料，其特征在于所述聚丙烯树脂的熔融指数为0.1～12g/10min。
5、根据权利要求1或2所述的聚丙烯发泡材料，其特征在于所述的超临界流体为二氧化碳、氮气、空气、水、氩气的一种或一种以上混合气体。
6、根据权利要求1或2所述的聚丙烯发泡材料，其特征在于所述的超临界流体重量配比为0.5～10份。
7、根据权利要求1或2所述的聚丙烯发泡材料，其特征在于所述的成核剂为二氧化硅、碳酸钙、碳黑、石墨、滑石粉、无机氧化物的一种或一种以上混合物。
8、根据权利要求1或2所述的聚丙烯发泡材料，其特征在于所述成核剂的重量配比为0.5～10份。
9、一种聚丙烯发泡材料生产方法，其特征在于依次包括如下步骤：
①将如下重量配比的组分均匀混合，
聚丙烯树脂    60～99份；
成核剂        0.1～10份；
抗氧剂        0.1～5份；
着色剂        0～5份，
润滑剂        0～5份；
填料        0～20份；
②将上述混合物挤出造粒成可以用于发泡的原料；
③取上述原料置于发泡专用挤出机，同时注入重量配比为0.1～20份的超临界流体作为发泡剂，由发泡专用挤出机充分混合后，从口模挤出发泡并成型。
10、根据权利要求9所述的聚丙烯发泡材料生产方法，其特征在于所述的发泡专用挤出机为单螺杆挤出机、两台串联式单螺杆挤出机、或同向双螺杆挤出机串联单螺杆挤出机。
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