CN103289118A - 一种发泡聚丙烯材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种发泡聚丙烯材料的制备方法，步骤一、将两种聚丙烯材料经挤出机混炼、挤出、拉丝，再利用切粒设备切粒后形成一种改性的聚丙烯微粒，其中，所述两种聚丙烯材料分别为熔点为140～170℃的均聚聚丙烯和熔点为120～150℃的共聚聚丙烯，两者质量比为1～10：99～90；步骤二、将上述改性的聚丙烯微粒投入反应釜，然后进行加热加压，并在瞬间释放至大气压，从而得到体积为15～25cm3/g的发泡聚丙烯材料，本发明提供了一种优异缓冲性能和冲击吸收性能的发泡聚丙烯材料的制备方法，本制备方法具有发泡制品泡孔密度高且泡孔均匀，熔点高，节约成型蒸汽的优势。
Description
技术领域
本发明涉及发泡聚丙烯材料的制备方法，应用于汽车内饰件、包装材料、建筑材料、隔热材料等领域。
背景技术
发泡聚丙烯材料包括各类工程塑料，因其具有优异的机械强度、耐热性能、机械加工性、耐燃性和可再生利用性能而用于各种不同领域。例如，汽车内饰件，包装材料、建筑材料，隔热材料等。特别是在汽车等运输工具等领域中，发泡聚丙烯材料已经用于各种零部件，例如保险杠，遮阳板，工具箱，座椅等。从环境保护和节能的观点来看，保留了优异缓冲性能和冲击吸收性能的发泡聚丙烯材料是十分适合的。
发明内容
本发明的目的是提供一种优异缓冲性能和冲击吸收性能的发泡聚丙烯材料的制备方法。
本发明采用以下技术方案：
一种发泡聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将反应原料两种聚丙烯材料经挤出机混炼、挤出、拉丝，再利用切粒设备切粒后形成一种改性的聚丙烯微粒，其中，所述两种聚丙烯材料分别为熔点为140～170℃的均聚聚丙烯和熔点为120～150℃的共聚聚丙烯，两者质量比为1～10：99～90；
步骤二、将上述改性的聚丙烯微粒投入反应釜，然后进行加热加压，使聚丙烯微粒在高温高压下产生向外膨胀的内部压力，并在瞬间释放至大气压，从而得到体积为15～25cm3/g的发泡聚丙烯材料，其中，加热温度T的计算方法如下：
T=（Ta*Pb+Tb*Pa）*c
Ta：均聚聚丙烯的熔点，Tb：共聚聚丙烯的熔点
Pa：均聚聚丙烯的混合比例，Pb：共聚聚丙烯的混合比例
c：常数，1.1～1.5；
所述加压方式采用注入超临界气体，进行汽化加压，加压压力P在0.5～6Mpa。
进一步地，步骤一中反应原料还包括加工助剂，所述加工助剂为阻燃剂、紫外吸收 剂、色母粒、抗氧剂、偶联剂中的一种或几种复配，添加量为两种聚丙烯材料总质量的1%～20%。
进一步地，所述步骤一中混炼挤出后，挤出机的挤出机头方向垂直向下，保证丝的圆整度，挤出机的挤出机头的每个孔采用可拆卸式的挤出丝调节螺丝，中间加工成不同孔径或不同形状，这样可以根据实际的颗粒大小而采用不同孔径的挤出丝调节螺丝。
进一步地，所述步骤一中共聚聚丙烯采用丙烯与乙烯、丁二烯、戊二烯、1-丁烯的普通二元共聚物或三元共聚物。
进一步地，所述步骤二中加热方式可以采用电加热、蒸汽加热或油盘管加热。
进一步地，所述步骤二中超临界气体为氮气、氧气、二氧化碳、丙烷、丁烷或戊烷。
进一步地，所述步骤二中加压压力P在1.5～5Mpa。
本发明的有益效果：本发明提供了一种优异缓冲性能和冲击吸收性能的发泡聚丙烯材料的制备方法，本制备方法具有发泡制品稳定性高，泡孔密度高和泡孔均匀的优势。本发明解决了均聚聚丙烯在发泡过程中容易结晶对气体的包覆性能不强；无规共聚聚丙烯材料因其熔点低，所得发泡材料的熔点较低，不适宜使用在高温场所的缺点；高熔体强度聚丙烯价格高昂等缺点，采用均聚聚丙烯与普通共聚聚丙烯两种材料复配，制备发泡聚丙烯材料，不仅拓宽了聚丙烯材料发泡的温度，并且可获得更高倍率的发泡珠粒，泡孔密度更高。与采用单一聚丙烯材料相比，本发明增大了发泡聚丙烯材料的泡孔密度，熔点升高了5℃以上，加工温度相应升高，且成型制品综合力学性能提高5-10%。从图1中可以看出本发明制备的发泡聚丙烯材料有三个吸热峰，易于其后期成型，降低了成型压力，节约了蒸汽，缩短了成型时间。
附图说明
图1是实施例1所得的发泡聚丙烯材料扫描电镜照片。
图2为实施例9所得的发泡聚丙烯材料扫描电镜照片。
图3为实施例1获得的发泡聚丙烯材料的热焓分析曲线。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。根据下述实施例，可以更好的理解本发明。然而，实施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
一种发泡聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一、将两种聚丙烯材料经混炼，挤出，拉丝，切粒后形成一种改性的聚丙烯微粒；拉丝直径尤其为1-4mm；步骤二、 将上述聚丙烯微粒投入反应釜，进行加热加压，使聚丙烯微粒在高温高压下产生向外膨胀的内部压力，并在瞬间释放至大气压，从而得到发泡聚丙烯材料。
实施例1中选择的三元无规共聚PP，采用TPC的7632，重量占90wt%（其余10wt%为均聚物）。如配方中均聚物只有1%，则发泡成大倍率的效果稍差。如采用二元无规共聚PP，效果与上述相近。当然不同的牌号理化性能上略有区别。
二元无规共聚聚丙烯包括5-8wt%的乙烯与丙烯二元无规共聚物。三元或二元无规共聚PP材料所述发泡步骤通过重复二至四次发泡到25倍以上的体积。
步骤一中，将两种聚丙烯材料经挤出机混炼、挤出、拉丝，再利用切粒设备切粒后形成一种改性的聚丙烯微粒，其中，所述两种聚丙烯材料分别为熔点为140～170℃的均聚聚丙烯和熔点为120～150℃的共聚聚丙烯，两者质量比为1～10：99～90。步骤一中还可包括助剂，所述助剂可以采用塑料添加剂例如阻燃剂、紫外吸收剂、色母粒、抗氧剂、偶联剂中的一种或几种复配，添加量为两种聚丙烯材料总质量的20%以下。混炼挤出可以采用任何已知的方法进行加工，挤出后挤出机头方向垂直向下，保证丝的圆整度，挤出机头的每个孔采用可拆卸式的挤出丝调节螺丝，中间加工成不同孔径或不同形状，这样可以根据实际的颗粒大小而采用不同孔径的挤出丝调节螺丝。步骤二中，加热方式可以采用电加热，蒸汽加热，油盘管加热等方式。加热温度T的计算方法如下：
T=（Ta*Pb+Tb*Pa）*c
Ta：均聚聚丙烯的熔点，Tb：共聚聚丙烯的熔点
Pa：均聚聚丙烯的混合比例，Pb：共聚聚丙烯的混合比例
c：常数，1.1～1.5，一般根据助剂的混合比例需要进行调整，常数值随着助剂质量分数的增加而变大；
| 助剂质量分数 | 1～3% | 3.1～8% | 8.1～12% | 12.1～17% | 17.1～20% |
| 常数c | 1.1 | 1.2 | 1.3 | 1.4 | 1.5 |
加压方式可以采取注入超临界气体，进行汽化加压，气体可以包括液态氮气，氧气，氩气，二氧化碳，也可包括丙烷，丁烷，戊烷等有机物。加压压力P根据发泡聚丙烯材料的膨胀倍率不同而需要进行调节，当需要膨胀倍率高时，选择较高的压力，膨胀倍率低时，选择较低的压力，一般在0.5～6Mpa，更好的条件1.5～5Mpa。
利用上述方法加工而成的发泡聚丙烯材料的体积为15～25cm3/g。体积测量方法为：让10g的发泡聚丙烯珠粒在23℃温度下静置24h，然后利用刻度为500ml的量筒，量取 10g发泡珠粒的体积，即可获得单位重量的发泡珠粒的体积。相同拉丝直径下，发泡珠粒体积越大，发泡倍率越高。
实施例1至实施例7按照本发明，采用不同熔点的均聚聚丙烯和共聚聚丙烯复配，制备发泡聚丙烯材料，实施例8采用熔点为135℃的共聚聚丙烯材料制备发泡聚丙烯材料，实施例9采用熔点为160℃的均聚聚丙烯制备发泡聚丙烯材料。
下面表格是各个实施例总结表：
下面表格是实施例1-9中加工助剂重量份的总结表：
图1为实施例1所得的发泡聚丙烯材料扫描电镜照片，
图2为实施例9所得的发泡聚丙烯材料扫描电镜照片。
其他参数相同的条件下，实施例1与实施例9相比，实施例1获得的发泡聚丙烯材料的泡孔密度高且均匀；实施例1与实施例8相比，实施例1获得的发泡聚丙烯材料的熔点更高。
图3为实施例1获得的发泡聚丙烯材料的热焓分析曲线。该发泡聚丙烯材料在差式扫描量热仪上测量其热焓时出现3个吸热峰，测量方法如下：将发泡聚丙烯颗粒样品在氮气氛围以10℃/分钟的速率从室温加热到180℃，即可获得如图2所示的热焓分析曲线。该样品在升温过程中产生3个吸热峰，第1个吸热峰的顶点在两种聚丙烯材料熔点分界点的左边-20℃～0℃之间，第2个吸热峰的顶点在两种聚丙烯材料熔点分界点的右边0℃～20℃之间，第3个吸热峰的顶点在两种聚丙烯材料熔点分界点的右边20℃～40℃之间。这种具有3个吸热峰的特性，使得本发明制备的发泡聚丙烯材料在后期成型过程中，降低了成型压力，节约了蒸汽，缩短了成型时间。
本发明的实施例并不是限定本发明的保护范围，而是本发明经审定及其等同物构成本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种发泡聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将两种聚丙烯材料经挤出机混炼、挤出、拉丝，再利用切粒设备切粒后形成一种改性的聚丙烯微粒，其中，所述两种聚丙烯材料分别为熔点为140～170℃的均聚聚丙烯和熔点为120～150℃的共聚聚丙烯，两者质量比为1～10：99～90；
步骤二、将上述改性的聚丙烯微粒投入反应釜，然后进行加热加压，使聚丙烯微粒在高温高压下产生向外膨胀的内部压力，并在瞬间释放至大气压，从而得到体积为15～25cm3/g的发泡聚丙烯材料，其中，加热温度T的计算方法如下：
T=（Ta*Pb+Tb*Pa）*c；
Ta：均聚聚丙烯的熔点，Tb：共聚聚丙烯的熔点，
Pa：均聚聚丙烯的混合比例，Pb：共聚聚丙烯的混合比例，c：常数，1.1～1.5；
所述加压方式采用注入超临界气体，进行汽化加压，加压压力P在0.5～6Mpa。
2.根据权利要求1所述的发泡聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，步骤一中反应原料还包括加工助剂，所述加工助剂为阻燃剂、紫外吸收剂、色母粒、抗氧剂、偶联剂中的一种或几种复配，，添加量为两种聚丙烯材料总质量的1%～20%。
3.根据权利要求1所述的发泡聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中混炼挤出后，挤出机的挤出机头方向垂直向下，保证丝的圆整度，挤出机的挤出机头的每个孔采用可拆卸式的挤出丝调节螺丝，中间加工成不同孔径或不同形状，这样可以根据实际的颗粒大小而采用不同孔径的挤出丝调节螺丝。
4.根据权利要求1所述的发泡聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中共聚聚丙烯采用丙烯与乙烯、丁二烯、戊二烯、1-丁烯的普通二元共聚物或三元共聚物。
5.根据权利要求1所述的发泡聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，所述步骤二中加热方式可以采用电加热、蒸汽加热或油盘管加热。
6.根据权利要求1所述的发泡聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，所述步骤二中超临界气体为氮气、氧气、二氧化碳、丙烷、丁烷或戊烷。
7.根据权利要求1所述的发泡聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，所述步骤二中加压压力P在1.5～5Mpa。
8.根据权利要求1所述的发泡聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，拉丝直径为1-4mm。
9.根据权利要求4所述的发泡聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中共聚聚丙烯包括5-8wt%的乙烯与丙烯二元无规共聚物，或三元无规共聚PP。
10.根据权利要求9所述的发泡聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，所述步骤二重复二至四次发泡到25倍以上的体积。
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