CN102604223B - 一种聚丙烯树脂发泡母料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种聚丙烯树脂发泡母料及其制备方法。该发泡母料是以将一种辐照改性的聚丙烯树脂为基本原料，加入化学发泡剂、成核剂、润滑剂等助剂在高速混合机中混合均匀，再加入到双阶挤出机中挤出造粒，即得到聚丙烯树脂发泡母料。本发明涉及的聚丙烯发泡母料可用于聚丙烯发泡板材、发泡管材和发泡型材的挤出，发泡产品模量高，耐热性好，泡孔均匀，密度可调，为聚丙烯挤出发泡开辟了一条新途径。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚丙烯树脂发泡母料及其制备方法，更具体的说，本发明涉及一种通过双阶挤出机加工制造聚丙烯树脂发泡母料的方法。
背景技术
聚丙烯(PP)因具有耐热性、化学稳定性和环保性等优点，而被广泛应用于各个领域。一些发达国家正在大力发展聚丙烯发泡材料。
聚丙烯挤出发泡一般采用物理法和化学法发泡，化学发泡发是在聚丙烯树脂中加入化学发泡剂和其他助剂，混合均匀后在挤出机中挤出发泡。传统的有机化学发泡剂多为放热型发泡剂，即在分解过程中产生大量的热，这样使熔体强度本来就不高的聚丙烯熔体粘度变地更低，发泡剂分解出来的气体不易保持在树脂中，使发泡工艺难于控制。因此开发新型化学发泡剂，对聚丙烯发泡尤为重要。美国新泽西州的Ferro公司生产的牌号为N/A的液态发泡剂母料，用于挤出低密度聚丙烯和高密度聚乙烯泡沫塑料。B. I. Chemical公司的HYDROCEROL HP40P则适用于轻量PP桶发泡，所得制品可以作为食品包装材料。
国内关于聚丙烯发泡剂开发相对较少，而且发泡成型中关于气泡的质量问题多是因为发泡剂分散不良造成的，同时以粉状剂型为主的化学发泡剂产生的粉尘污染也给环境带来影响。发泡剂母料的开发，不仅解决了发泡剂在基体中的分散，还解决了粉尘飞扬、剂量误差等问题，简化了生产工艺，提高了产品质量。尽管发泡母料有诸多优点，但在聚丙烯发泡母料的开发中，聚丙烯熔点较高，在配混挤出中，发泡剂就提前分解。而采用LDPE或EVA等熔点较低的材料作为基础树脂，又牺牲了聚丙烯泡沫材料的力学性能和热性能。
中国专利CN102089369 A公开了一种可以用于施加强剪切力的混炼成型、压延成型、挤出成型和注塑成型等的、可以得到发泡倍率高且外观品质良好的发泡成型体的发泡成型用母料。但该母料是一种热膨胀性微胶囊，壳体由聚合性单体自由聚合而成，充当引发剂的过氧化物极易导致聚丙烯在成型过程中降解，因而不适用于聚丙烯发泡成型。且该母料生产工艺复杂，设备投入大，加工过程对环境造成污染。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高效环保的聚丙烯树脂发泡母料及其制备方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种聚丙烯树脂发泡母料，由包含如下重量份的组分加入到双阶挤出机中挤出造粒制备而成：
辐射改性聚丙烯 100份
无机发泡剂 2-15份
有机发泡剂 10-50份
成核剂 0.5-10份
润滑剂 0.5-3份
其他助剂 0.1-1份。
优选地，所述的辐射改性聚丙烯是利用电子加速器产生的高能电子束辐射后的聚丙烯树脂，辐射过程中高能射线吸收剂量为5~40kGy。进一步优选地，辐射过程中高能射线吸收剂量为15~30kGy，所述的双阶挤出机，一阶为平行双螺杆挤出机，二阶为单螺杆挤出机。
优选地，所述的无机发泡剂选自碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸氢钠、柠檬酸和硼氢化钠的一种或几种的混合物。
优选地，所述的有机发泡剂选自偶氮二甲酰胺、偶氮二异丁腈、二亚硝基五次甲基四胺、4，4’-氧代双苯磺肼、对甲苯磺酰氨基脲和联二脲或三肼基三嗪的一种或几种的混合物。
优选地，所述的成核剂选自碳酸钙粉体、滑石粉和二氧化硅粉体的一种或几种的混合物。
优选地，所述的润滑剂选自石蜡、聚乙烯蜡和硬脂酸一种或几种的混合物。
优选地，所述的其他助剂为四(3,5-二叔丁基-4-羟基)苯丙酸季戊四醇酯。
进一步优选地，所述的一种聚丙烯树脂发泡母料，由包含如下重量份的组分加入到双阶挤出机中挤出造粒制备而成：辐射改性聚丙烯100份、碳酸氢钠1-10份、柠檬酸钠1-5份、偶氮二甲酰胺10-50份、滑石粉1-10份、四(3,5-二叔丁基-4-羟基)苯丙酸季戊四醇酯0.1-1份、硬脂酸 0.3-2份、石蜡 0.1-0.8份；其中所述的辐射改性聚丙烯是利用电子加速器产生的高能电子束辐射后的聚丙烯树脂，辐射过程中高能射线吸收剂量为15~30kGy。
一种聚丙烯树脂发泡母料的制备方法，由包含如下重量份的组分加入到双阶挤出机中挤出造粒制备而成：辐射改性聚丙烯100份、无机发泡剂2-15份、有机发泡剂10-50份、 成核剂0.5-10份、润滑剂0.5-3份、其他助剂0.1-1份；
其中：所述的辐射改性聚丙烯是利用电子加速器产生的高能电子束辐射后的聚丙烯树脂，辐射过程中高能射线吸收剂量为5~40kGy；
所述的无机发泡剂选自碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸氢钠、柠檬酸和硼氢化钠的一种或几种的混合物；
所述的有机发泡剂选自偶氮二甲酰胺、偶氮二异丁腈、二亚硝基五次甲基四胺、4，4’-氧代双苯磺肼、对甲苯磺酰氨基脲和联二脲或三肼基三嗪的一种或几种的混合物；
所述的成核剂选自碳酸钙粉体、滑石粉和二氧化硅粉体的一种或几种的混合物；所述的润滑剂选自石蜡、聚乙烯蜡和硬脂酸一种或几种的混合物；
所述的润滑剂选自石蜡、聚乙烯蜡和硬脂酸一种或几种的混合物；
所述的其他助剂为四(3,5-二叔丁基-4-羟基)苯丙酸季戊四醇酯；
所述的双阶挤出机，一阶为平行双螺杆挤出机，二阶为单螺杆挤出机。
进一步优选地，所述的一种聚丙烯树脂发泡母料的制备方法，由包含如下重量份的组分加入到双阶挤出机中挤出造粒制备而成：辐射改性聚丙烯100份、碳酸氢钠1-10份、柠檬酸钠1-5份、偶氮二甲酰胺10-50份、滑石粉1-10份、四(3,5-二叔丁基-4-羟基)苯丙酸季戊四醇酯0.1-1份、硬脂酸 0.3-2份、石蜡 0.1-0.8份；其中所述的辐射改性聚丙烯是利用电子加速器产生的高能电子束辐射后的聚丙烯树脂，辐射过程中高能射线吸收剂量为15~30kGy。
与现有技术相比，本发明涉及的聚丙烯树脂发泡母料及其制备方法具有如下优点和显著的进步：
（1）本发明的发泡母料中，基础树脂为辐射改性后，熔点较低的聚丙烯树脂，化学发泡剂是多种发泡剂复配而成，在聚丙烯的发泡过程中，吸放热平衡，保持了聚丙烯所具有的较高熔体强度，泡孔均匀致密，不破裂，同时并不牺牲聚丙烯优良的力学性能和耐热性能，可用于聚丙烯发泡板材、发泡管材和发泡型材的挤出。
（2）在聚丙烯树脂发泡母料的配方设计中，选用多种无机和有机的化学发泡剂复配，利用各组分分解的热力学特性，调节发泡过程中发泡剂吸放热平衡，保持了聚丙烯树脂在气泡长大过程中保持足够的熔体强度。
（3）通过对聚丙烯进行辐照改性，降低聚丙烯的分子量和结晶度，扩大分子量分布，从而降低聚丙烯树脂的熔点。具体表现为：一般聚丙烯的熔点为160-185℃，聚丙烯的熔融行为与材料的结晶度、分子量和分子量分布直接相关。本发明采用电子加速器产生的高能电子束对聚丙烯进行辐射改性，调整合适的辐射剂量，改性后的聚丙烯主链发生β断裂，也会有一部分支链的产生，结晶度降低，分子量变小，分量分布变宽，材料本身的熔点也降低至120-140℃。以这种低熔点的聚丙烯树脂为基础树脂，加入多种化学发泡剂、成核剂、润滑剂等助剂在高速混合机中混合均匀，采用双阶挤出机制成母料的形式，使其在加工过程中分解更均匀，加工环境更清洁，是一种高效环保的材料和方法。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案做进一步描述，但是本发明的保护范围并不限于这些实施例。凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。
实施例1聚丙烯树脂发泡母料的制备
聚丙烯树脂100千克，在电子加速器下经高能电子束辐射，吸收剂量为15kGy，加入6千克碳酸氢钠、3千克柠檬酸钠、30千克偶氮二甲酰胺，5千克滑石粉、500克四(3,5-二叔丁基-4-羟基)苯丙酸季戊四醇酯、1千克硬脂酸和500克石蜡，在高速混合机中混合6分钟，混合温度40℃，转速600-900r/min。出料后在COPERION双阶挤出机中配混挤出，双螺杆挤出机的9个加热区温度依次设定为110℃、115℃、120℃、125℃、125℃、130℃、130℃、130℃、120℃，螺杆转速为300r/min，单螺杆挤出机的3个加热区温度依次设定为130℃、135℃、130℃，螺杆转速为60r/min。
实施例2聚丙烯树脂发泡母料的制备
聚丙烯树脂100千克，在电子加速器下经高能电子束辐射，吸收剂量为20kGy，加入6千克碳酸氢钠、3千克柠檬酸钠、30千克偶氮二甲酰胺，5千克滑石粉、500克四(3,5-二叔丁基-4-羟基)苯丙酸季戊四醇酯、1千克硬脂酸和500克石蜡，在高速混合机中混合6分钟，混合温度40℃，转速600-900r/min。出料后在COPERION双阶挤出机中配混挤出，双螺杆挤出机的9个加热区温度依次设定为110℃、115℃、120℃、125℃、125℃、130℃、130℃、130℃、120℃，螺杆转速为300r/min，单螺杆挤出机的3个加热区温度依次设定为130℃、135℃、130℃，螺杆转速为100r/min。
实施例3聚丙烯树脂发泡母料的制备
聚丙烯树脂100千克，在电子加速器下经高能电子束辐射，吸收剂量为25kGy，加入6千克碳酸氢钠、3千克柠檬酸钠、30千克偶氮二甲酰胺，5千克滑石粉、500克四(3,5-二叔丁基-4-羟基)苯丙酸季戊四醇酯、1千克硬脂酸和500克石蜡，在高速混合机中混合6分钟，混合温度40℃，转速600-900r/min。出料后在COPERION双阶挤出机中配混挤出，双螺杆挤出机的9个加热区温度依次设定为110℃、115℃、120℃、125℃、125℃、130℃、130℃、130℃、120℃，螺杆转速为300r/min，单螺杆挤出机的3个加热区温度依次设定为130℃、135℃、130℃，螺杆转速为150r/min。
实施例4聚丙烯树脂发泡母料的制备
聚丙烯树脂100千克，在电子加速器下经高能电子束辐射，吸收剂量为30kGy，加入6千克碳酸氢钠、3千克柠檬酸钠、30千克偶氮二甲酰胺，5千克滑石粉、500克四(3,5-二叔丁基-4-羟基)苯丙酸季戊四醇酯、1千克硬脂酸和500克石蜡，混合温度40℃，转速600-900r/min。出料后在COPERION双阶挤出机中配混挤出，双螺杆挤出机的9个加热区温度依次设定为110℃、115℃、120℃、125℃、125℃、130℃、130℃、130℃、120℃，螺杆转速为300r/min，单螺杆挤出机的3个加热区温度依次设定为130℃、135℃、130℃，螺杆转速为200r/min。
上述实施例1-4制备的聚丙烯树脂发泡母料，在发泡成型中均保持聚丙烯具有的较高熔体强度，泡孔均匀致密，不破裂，同时并不牺牲聚丙烯优良的力学性能和耐热性能，可用于聚丙烯发泡板材、发泡管材和发泡型材的挤出。
Claims (1)
1.一种聚丙烯树脂发泡母料，其特征在于：由包含如下重量份的组分加入到双阶挤出机中挤出造粒制备而成：辐射改性聚丙烯100份、碳酸氢钠1-10份、柠檬酸钠1-5份、偶氮二甲酰胺10-50份、滑石粉1-10份、四(3,5-二叔丁基-4-羟基)苯丙酸季戊四醇酯0.1-1份、硬脂酸 0.3-2份、石蜡 0.1-0.8份；其中所述的辐射改性聚丙烯是利用电子加速器产生的高能电子束辐射后的聚丙烯树脂，辐射过程中高能射线吸收剂量为15~30kGy。
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