CN102634096B - 一种聚丙烯发泡母料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚丙烯发泡母料及其制备方法，是以聚乙烯树脂为基体，添加偶氮二甲酰胺、纳米蒙脱土、单硬脂酸甘油酯、硬脂酸锌、聚二甲基硅氧烷、匀泡剂混合后挤出造粒制得发泡母料。本发明制得的发泡母料，生产工艺简单，成本较低，用作聚丙烯微发泡材料制备时，发泡母料在树脂中的添加量少，克服了超临界法制备微发泡材料投入成本大，生产设备复杂，工艺要求高的缺点。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种发泡母料及其制备方法，具体地说是一种聚丙烯发泡母料及其制备方法。
二、背景技术
现代科学技术的发展，要求聚合物材料具有更多样化的、更好的综合性能。二十世纪80年代自美国科学家Martini教授提出微孔发泡聚合物材料(microcellular foam polymer)概念以来，聚合物的发展出现了新的方向-通过物理或化学的方式在聚合物材料内部引入大量的微细气泡，将聚合物的特性和小气泡的特性优化组合于一体，显著提高材料性能或赋予原聚合物所不具有的崭新特性，这已成为当前聚合物材料开发应用的重要方向之一。
国内外研制微孔聚合物的主要技术是物理发泡和化学发泡等发泡方法。公开号为CN102046706A的“物理发泡的聚乙烯泡沫”采用物理发泡(低沸点液体异丁烷)，挤出机产量为3.5kg/小时，异丁烷的注入量为10ml/min，得到了泡孔较为致密和泡孔直径均匀的发泡制品，然而这样生产成本大，工艺较为复杂，对设备的要求高。公开号为CN101792554A的“一种微发泡聚丙烯及其制备方法”采用挤出或者模压的方法来制备微发泡材料，成型的大多是截面形状一定的材料，没有考虑到泡孔在树脂中的分散性和泡孔结构问题，工业化生产比较困难。
注射成型技术为微发泡聚合物的制备提供了一种新工艺，是微孔发泡聚合物加工的突破性进展，它提高了加工效率，改进了产品的设计，降低了生产费用，能完成厚壁制品的成型等。因而寻找一种更加优良的成核剂，同时能够使成核剂在树脂中分散的更加均匀，形成更多的泡孔生长点，实现良好的泡孔均匀性，致密的泡孔结构，降低泡孔塌陷比率的发泡母料至关重要，对于实现聚丙烯微发泡材料的工业化生产具有重要意义。
三、发明内容
本发明旨在提供一种聚丙烯微发泡材料及其制备方法，所要解决的技术问题是提供一种发泡母料使其在聚丙烯树脂中能够分散均匀，并能实现良好的泡孔均匀性、致密的泡孔结构以及降低泡孔塌陷比率。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
本发明聚丙烯发泡母料的原料按质量份数构成为：
聚乙烯 30-50份，
发泡剂 20-30份，
纳米蒙脱土 30-40份，
单硬脂酸甘油酯 2-5份，
硬脂酸锌 1-2份，
聚二甲基硅氧烷 0.5-1.5份，
匀泡剂 0-1份。
所述聚乙烯为低密度聚乙烯，具有低熔点特性，其熔融温度范围为105-135℃。
所述发泡剂为偶氮二甲酰胺，其分解温度为200-210℃，粒径为5-10μm，发气量为230-250mL/g。
本发明聚丙烯发泡母料的制备方法，包括发泡剂的活化和发泡母料的制备：
所述发泡剂的活化是将发泡剂、单硬脂酸甘油酯、硬脂酸锌、聚二甲基硅氧烷和匀泡剂混合并于60-80℃活化10-15min，得到活化的发泡剂；
所述发泡母料的制备是将聚乙烯、纳米蒙脱土和活化的发泡剂在高速混合机中混合均匀，然后通过挤出机挤出造粒得到发泡母料。
挤出机挤出造粒时的参数为温度100-200℃，螺杆转速200-400r/min，喂料转速30-60r/min。
将聚丙烯和本发明制备的发泡母料按95-98∶2-5的质量比混合后注塑成型即得泡孔密度高，泡孔直径小且分布均匀的芯层发泡的聚丙烯微发泡材料。注塑工艺参数为：注塑温度180-190℃，注塑压力75-95MPa，注射速度11.5-13.5g/s，冷却时间20-30s。
本发明相比于其他的技术发明优点在于：
1、本发明选择纳米有机蒙脱土作为成核剂，实现了纳米蒙脱土与树脂的良好的结合，同时使成核剂在树脂中的分散性更好，有利于泡孔形成的均匀性、密度的致密性。
2、本发明对发泡剂进行改性活化处理，降低了发泡剂的分解温度，同时不影响发气量，使之能够在注塑过程中平稳较快分解形成泡孔，泡孔结构稳定，塌陷情况不明显。
3、本法生产的发泡母料外观比较致密，颗粒细小，光泽度好，可以直接应用于聚丙烯微发泡材料的制备，制备微发泡聚丙烯复合材料时添加量少，降低了生产成本，满足环保要求，采用简单的注塑工艺条件即可制得，简化了微发泡材料的制备过程，且综合性能优异。
4、本发明将聚丙烯树与发泡母料经过简单的混合后，即可在注塑机注塑成型，克服了超临界发泡生产成本高，工艺条件复杂等缺点，同时使泡孔致密，均匀性更好，制得的聚丙烯微发泡材料的密度为0.6-0.9g/cm3的。
四、附图说明
图1-图4是本发明实施例制备的聚丙烯微发泡材料的截面泡孔结构照片。由图可以看出，发泡母料的加入使得泡空的结构比较均匀、致密性较好，泡空塌陷的情况不明显，由图3、图4看出随着发泡母料的含量的增加，泡空的密度有所提高，可见本发明所制得的发泡母料对于制备聚丙烯微发泡材料效果是比较好的。
五、具体实施方式
下面是本发明所描述的一些实例，只是对本发明的辅助说明，若有人员对上述发明做出非本质的修改或调整仍属保护范围。
以下实例中选用：均聚聚丙烯，T30S，延炼石油化工股份有限公司；聚乙烯，1F7B，燕山石化；共聚聚丙烯，PPB4228，中国石油大庆炼化公司；纳米蒙脱土，江西固康新材料有限公司；发泡剂偶氮二甲酰胺，常州市托普精细化工厂；单硬脂酸甘油酯，国药集团化学试剂有限公司；硬脂酸锌，湖州市菱湖新望化学有限公司；聚二甲基硅氧烷，山东信捷环保技术有限公司；匀泡剂，江苏华兴消泡剂有限公司。
本发明实施例中力学性能测试是将聚丙烯微发泡材料制成哑铃型样条24小时冷却后，拉伸性能的测试按GB/T1040-92进行，试样尺寸为170×10×4mm，拉伸速度50mm/min；，弯曲强度按GB 9341-2000测试，试样尺寸为64×10×4mm，；冲击强度的测试按GB/T1043-93进行，缺口深度为2m。
实施例1：
原料配方：
聚乙烯45份，发泡剂偶氮二甲酰胺20份，纳米蒙脱土30份，单硬脂酸甘油酯3份，硬脂酸锌1.5份，聚二甲基硅氧烷0.5份。
制备：
1、将发泡剂偶氮二甲酰胺、单硬脂酸甘油酯、硬脂酸锌和聚二甲基硅氧烷在高速混合机中混合10-15min，料温为60-80℃，得到活化的发泡剂；
2、将聚乙烯、纳米蒙脱土和活化的发泡剂在高速混合机中混合5-8分钟，然后通过挤出机挤出造粒得到发泡母料。挤出机挤出造粒时的参数为温度100-200℃，螺杆转速200-400r/min，喂料转速30-60r/min。
将均聚聚丙烯和本实施例制备的发泡母料按97∶3的质量比在高速混合机中混合3-5分钟，然后注塑成型即得聚丙烯微发泡材料。
本实施例制备的聚丙烯微发泡材料的截面泡孔结构照片见图1。拉伸强度为34.7MPa，弯曲强度为46.1MPa，冲击强度为4.7kJ/m2，微发泡聚丙烯复合材料的密度为0.78g/cm3。
实施例2：
本实施例制备方法同实施例1，不同的是在制备聚丙烯微发泡材料时将共聚聚丙烯和本实施例制备的发泡母料按97∶3的质量比在高速混合机中混合3-5分钟，然后注塑成型即得聚丙烯微发泡材料。
本实施例制备的聚丙烯微发泡材料的截面泡孔结构照片见图2。拉伸强度为28.1MPa，弯曲强度为34.4MPa，冲击强度为48.5kJ/m2，泡孔直径小且分布均匀，微发泡聚丙烯复合材料的密度为0.80g/cm3。
实施例3：
原料配方：
聚乙烯40份，发泡剂偶氮二甲酰胺25份，纳米蒙脱土30份，单硬脂酸甘油酯2份，硬脂酸锌1.5份，聚二甲基硅氧烷0.5份，匀泡剂1份。
制备：
1、将发泡剂偶氮二甲酰胺、单硬脂酸甘油酯、硬脂酸锌、聚二甲基硅氧烷和匀泡剂在高速混合机中混合10-15min，料温为60-80℃，得到活化的发泡剂；
2、将聚乙烯、纳米蒙脱土和活化的发泡剂在高速混合机中混合5-8分钟，然后通过挤出机挤出造粒得到发泡母料。挤出机挤出造粒时的参数为温度100-200℃，螺杆转速200-400r/min，喂料转速30-60r/min。
将均聚聚丙烯和本实施例制备的发泡母料按95∶5的质量比在高速混合机中混合3-5分钟，然后注塑成型即得聚丙烯微发泡材料。
本实施例制备的聚丙烯微发泡材料的截面泡孔结构照片见图3。拉伸强度为31.9MPa，弯曲强度为45.9MPa，冲击强度为4.6kJ/m2，微发泡聚丙烯复合材料密度为0.61g/cm3。
实施例4：
本实施例制备方法同实施例3，不同的是在制备聚丙烯微发泡材料时将共聚聚丙烯和本实施例制备的发泡母料按95∶5的质量比在高速混合机中混合3-5分钟，然后注塑成型即得聚丙烯微发泡材料。
本实施例制备的聚丙烯微发泡材料的截面泡孔结构照片见图4。拉伸强度为26.2MPa，弯曲强度为33.7MPa，冲击强度为36.1kJ/m2，泡孔直径小且分布均匀，微发泡聚丙烯复合材料的密度为0.65g/cm3。
Claims (2)
1.一种聚丙烯发泡母料的制备方法，包括发泡剂的活化和发泡母料的制备，其特征在于：
所述发泡剂的活化是将发泡剂、单硬脂酸甘油酯、硬脂酸锌、聚二甲基硅氧烷和匀泡剂混合并于60-80℃活化10-15min，得到活化的发泡剂；
所述发泡母料的制备是将聚乙烯、纳米蒙脱土和活化的发泡剂在高速混合机中混合均匀，然后通过挤出机挤出造粒得到发泡母料；
其中各原料按质量份数构成为：
聚乙烯 30-50份，
发泡剂 20-30份，
纳米蒙脱土 30-40份，
单硬脂酸甘油酯 2-5份，
硬脂酸锌 1-2份，
聚二甲基硅氧烷 0.5-1.5份，
匀泡剂 0-1份；
所述聚乙烯为低密度聚乙烯，熔融温度为105-135℃；
所述发泡剂为偶氮二甲酰胺。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：挤出机挤出造粒时的参数为温度100-200℃，螺杆转速200-400r/min，喂料转速30-60 r/min。
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