CN103467842A - 一种电子加速器辐照交联纯聚丙烯发泡片材及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电子加速器辐照交联纯聚丙烯发泡片材及制备方法，通过采用制备发泡母粒、聚丙烯树脂与母粒共混、挤片、电子加速器辐照交联、高温发泡炉发泡等工艺制备而成。该发泡材料基础树脂采用两种聚丙烯树脂，不添加聚乙烯树脂，发泡剂采用组合发泡剂，并配合相关助剂，采用合适的生产工艺。发泡片材继承了聚丙烯树脂的许多优良性能，片材强度、耐热性、尺寸稳定性等性能均高于聚乙烯发泡片材。本发明产品应用领域广泛，主要为：缓冲包装领域、汽车内饰领域、高耐热材料领域、建筑工程领域、交通运输领域等，主要功能为质轻高强、隔热保温、缓冲防震、耐磨防潮、支撑防护等。

Description

一种电子加速器辐照交联纯聚丙烯发泡片材及制备方法

技术领域

本发明涉及一种电子加速器辐照交联纯聚丙烯发泡片材及制备方法。 

背景技术

目前，交联发泡聚丙烯片材的生产技术难度非常大，市场上所谓的交联聚丙烯发泡片材只不过是采用聚丙烯（PP）与聚乙烯（PE）共混法做的发泡片材，严格意义上不能称作聚丙烯发泡片，且发泡后的性能与聚丙烯相差很远，耐热性、尺寸稳定性均达不到聚丙烯发泡材料的要求。我公司研发生产了一种电子加速器辐照交联纯聚丙烯发泡片材，基材树脂采用的是纯聚丙烯树脂。 

聚丙烯发泡材料不仅具有泡沫材料的优异品质，如质轻高强、耐热、隔热、隔音、而且继承了聚丙烯树脂的许多优良性能，如性价比高、耐热性强、力学性能优异、无毒无味、尺寸稳定性高。 

近年来泡沫塑料的需求量持续增长。国内主要品种有聚乙烯(PE)泡沫塑料、聚氨酯(PU)软质和硬质泡沫塑料和聚苯乙烯(PS)泡沫塑料三大类。但以上三类材料在使用上都有一定的局限性。 

交联聚乙烯泡沫塑料刚性较低，最高使用温度为80℃；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”，联合国环保组织已停止使用，我国目前已全面消除泡沫生产中使用的氟氯碳化合物，同样，聚苯乙烯泡沫被加热到它的玻璃化温度105℃时软化变形。聚氨酯泡沫片材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。 

因此发泡聚丙烯材料应运而生。聚丙烯树脂具有质轻、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、尺寸稳定性、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，对聚丙烯泡沫的研究开发也成了近年来的热点，目前一些发达国家正在大力发展并作为替代发泡聚苯乙烯的绿色包装材料。聚丙烯发 泡材料的主要优点如下：1、发泡聚丙烯的热导率比发泡聚乙烯低，热绝热性好，因此将作为高级保温材料应用；2、聚丙烯的弯曲强度高于PE，发泡聚丙烯的弯曲强度明显优于发泡聚乙烯；3、聚丙烯的玻璃化温度低于室温；4、聚丙烯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；5、能量吸收：由于PP发泡制品具有很好的吸收能量特性；6、尺寸形状恢复稳定性：PP发泡制品受多次连续撞击和挠曲变形后会很快恢复原始形状，而不产生永久形变；7、质量轻且能够反复使用：PP发泡制品的密度能够达到很低水平，因此能大幅度降低重量，同时PP发泡制品柔韧性好，可反复使用，不易破碎；8、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。 

由此可见，聚丙烯发泡产品具有良好的性能和应用前景，但聚丙烯泡沫的开发难度很大，目前国内尚未掌握其相关的、可工业化的核心技术。就国外而言，发泡聚丙烯的核心技术也掌握在少数几个国家的少数几个大公司手上，其主要原因为：聚丙烯属结晶型聚合物，在结晶熔点以下几乎不流动，但结晶熔点以上则熔体粘度急剧变小，较低的熔体强度无法保证起泡增长时泡孔壁所承受的拉伸应力的作用，导致气泡发生塌陷和破裂，发泡过程产生的气体很难被包住；此外，聚丙烯从熔融态转变为结晶态会放出大量的热量，由熔体转变为固体所需时间较长；加之聚丙烯透气率高，发泡气体易逃逸，故适于聚丙烯发泡的温度区间窄，发泡过程较难控制。所以要得到泡孔均匀细密、发泡倍率高的聚丙烯发泡制品，通常需使PP树脂在发泡之前交联，以使其熔融粘度的降低速度变慢，从而在较宽的温度范围内具有合适的发泡粘度。但由于聚丙烯的结晶度高，在主链旁有甲基，很难发生交联反应，且聚丙烯大分子自由基很容易发生断链而导致降解，因此PP的交联挤出发泡技术需要非常严格的工艺控制，具有较高的难度。 

为提高PP熔体强度，国内基本采用化学交联共混PP工艺，采用PP与PE共混法做的发泡片材，严格意义上不能称作PP发泡片，共混法发泡片混弹性能低，耐温低，不具备PP发泡片的有势，而且泡孔散乱大，发泡片材性能较差，也不具备良好的成型能力。 

我公司研发了高熔体强度的纯发泡聚丙烯并获得了成功，采用电子加速器辐照交联来提高聚丙烯熔融时的粘弹性，特殊的发泡剂，特殊的加工助剂，在合适的条件下制备出结构规整、泡孔均匀的聚丙烯发泡材料。 

产品的主要应用领域：a、缓冲包装领域：该发明产品具备优良的缓冲性能，防震防碎，常用于包装精密仪器和光学仪器，如计算机、照相机、电子仪表、玻璃器皿等；b、汽车内饰领域：前途非常广阔，可加工成地毯支撑材料、遮光板、隔音板、行李架、内装饰件、盖子、箱体等；c、高耐热材料：由于PP的高耐热性，国外广泛用于替代PS发泡片材耐热性达不到要求的场合，如用于90℃～120℃热载体循环蓄电池的隔热材料、发动机室和车间的隔热材料、暖器的保温套，以及汽车内必须保温的地方，如遮阳板、仪表上的保温板及两个车门间温度易升高的地方。总之，在所有使用PE发泡材料时存在耐热问题的部位，都可以使用发泡PP；d、建筑工程领域：在建筑冷藏库、位于寒冷地带的住房、厂房中应用，主要对室内保温；e、交通运输领域：利用该发泡材料的隔热保温性制造冷藏汽车、冷藏火车的车门，车体内饰等；f、其它方面，地垫、体育器材、医疗器具、制鞋等方面，可起防潮、防尘、耐磨等作用。 

发明内容

本发明的目的是提供一种电子加速器辐照交联纯聚丙烯发泡片材及其制备方法，所得片材泡孔细腻、发泡均匀。 

为实现以上目的，本发明的技术解决方案是： 

一种电子加速器辐照交联纯聚丙烯发泡片材及制备方法，包括以下步骤： 

第一步：发泡母粒的制备：将聚丙烯树脂粉(F401)、5-苯基四唑、甲苯磺酞氨基崛、滑石粉、聚丙烯蜡（PP蜡）、抗氧剂1010加入到高速混合机中，常温捏合3-5分钟，然后排入到双阶式混炼造粒机进行混炼、造粒得到发泡母粒。所用聚丙烯树脂粉(F401)、5-苯基四唑、甲苯磺酞氨基崛、滑石粉、聚丙烯蜡（PP蜡）、抗氧剂1010的质量比例为：40-50∶15-20∶5-10∶1-2∶1-2∶0.5-0.8；双阶式混炼造粒机的工作温度为：一区155±5℃，二区165±5℃，三区165±5℃，四区170±5℃，五区170±5℃，六区165±5℃； 

第二步：聚丙烯粉与助剂共混造粒：将聚丙烯树脂（T30S）、聚丙烯树脂（T36F）、交联敏化剂季戊四醇三丙烯酸酯（PETA）、聚丙烯蜡（PP蜡）、抗氧剂1010加入到高速混合机中，常温混合3-5分钟，然后排入到双阶式混炼造粒机进行混炼、造粒。所用聚丙烯树脂（T30S）、聚丙烯树脂（T36F）、交联敏化剂季戊四醇三丙烯酸酯（PETA）、聚丙烯蜡（PP蜡）、抗氧剂1010的质量比例为：60-80∶20-40∶0.5-1∶0.8-1∶0.5-0.8；双阶式混炼造粒机的工作温度为：一区175±5℃，二区185±5℃，三区200±5℃，四区210±5℃，五区200±5℃，六区185±5℃； 

第三步：片材挤出：将第二步造粒好的基础材料粒子材料与第一步制备好的发泡母粒、以及色母粒加入到高速混合机中，常温混合3-5分钟，然后排入到单螺杆挤出机中进行挤片。所用基础材料粒子、发泡母粒、色母粒的比例为:80-100∶4-8∶0.5-0.8，单螺杆挤出机的工作温度为：一区145±5℃，二区155±5℃，三区160±5℃，四区170±5℃，五区170±5℃，六区165±5℃； 

第四步：片材的辐照交联：将第三步挤制的片材进入到电子加速器中进行辐照交联，辐照剂量为3-6Mrad； 

第五步：交联后的片材发泡：经过电子束辐照交联后的片材进入发泡炉进行发泡，发泡炉温度：300±10℃。 

本发明解决的技术难点： 

①、成功利用电子加速器提高了聚丙烯树脂的熔体强度。在配方体系中加入辐照交联敏化剂，在电子束的作用下使聚丙烯发生交联反应，使聚丙烯的熔体强度和拉伸粘度显著提高，消除困扰聚丙烯发泡过程出现的泡孔塌陷，破空率高问题。 

②、通过采用合适的配方体系，解决了聚丙烯与发泡剂混合后，在挤出时发泡剂提前分解的问题。在聚丙烯的加工温度下，发泡剂不能提前分解，这时聚丙烯发泡技术的难点，本发明通过优选聚丙烯树脂、高温发泡剂、发泡助剂，采用合适的生产工艺解决了此问题。 

③、目前，高熔体强度PP生产技术掌握在国外几个石化巨头手里，国内目前无法生产，国内目前采用先对聚丙烯交联，然后与发泡剂共混挤出工艺，交联PP熔体强度高，但存在致命的缺点：加工和成型能力太差。交联PP熔体流动速率太低，很难和其它组分分散均匀，需要设备有良好的分散能力，这必然带来高的剪切，但化学发泡要求柔和的剪切以利于控温，剪切太高，熔体温度难以控制，对发泡非常不利，所以目前国内的交联聚丙烯工艺，很难做高质量的发泡片材，而且设备能耗高，发泡片材加工宽幅小。另外，交联PP的流动性很差，发泡片材不能有大的牵引速率，否则会出现破孔现象，发泡片材韧性太差，性脆，使用上有很大的局限性。 

本发明采用先把发泡剂母粒与聚丙烯树脂共混熔融挤出，然后在没有发泡的情况下进入电子加速器辐照交联，交联后，再进入高温发泡炉发泡，不存在聚丙烯流动性差的问题。 

所用主要原材料说明： 

聚丙烯树脂：型号：F401，粉末，熔融指数2.0，产地，扬子石化； 

聚丙烯树脂：型号：T30S，颗粒，熔融指数2.0，产地，齐鲁石化； 

聚丙烯树脂：型号：T36F，颗粒，熔融指数2.6，产地，茂名石化； 

聚丙烯蜡：润滑剂，颗粒状粉末，产地，瑞士科莱恩； 

抗氧剂1010#：白色晶状，产地：宁波阿克苏； 

季戊四醇三丙烯酸酯（PETA）：交联敏化剂，透明淡黄色液体，产地，上海； 

5-苯基四唑：发泡剂，白色结晶粉末，产地，上海； 

甲苯磺酞氨基崛：发泡剂，白色粉末，产地，上海； 

滑石粉：发泡助剂，灰白色粉末，3500目，产地，湖北。 

具体实施方式

以下结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。 

一种电子加速器辐照交联纯聚丙烯发泡片材及其制备方法，包括以下步骤： 

第一步：发泡母粒的制备：取40-50Kg聚丙烯树脂粉(F401)、15-20Kg5-苯基四唑、5-10Kg甲苯磺酞氨基崛、1-2Kg滑石粉、1-2Kg聚丙烯蜡（PP蜡）、0.5-0.8Kg抗氧剂1010加入到高速混合机中，常温捏合3-5分钟，然后排入到双阶式混炼造粒机进行混炼、造粒得到发泡母粒。双阶式混炼造粒机的工作温度为：一区155±5℃，二区165±5℃，三区165±5℃，四区170±5℃，五区170±5℃，六区165±5℃； 

第二步：聚丙烯粉与助剂共混造粒：取60-80Kg聚丙烯树脂（T30S）、20-40Kg聚丙烯树脂（T36F）、0.5-1Kg交联敏化剂季戊四醇三丙烯酸酯（PETA）、0.8-1Kg聚丙烯蜡（PP蜡）、0.5-0.8Kg抗氧剂1010加入到高速混合机中，常温混合3-5分钟，然后排入到双阶式混炼造粒机进行混炼、造粒。双阶式混炼造粒机的工作温度为：一区175±5℃，二区185±5℃，三区200±5℃，四区210±5℃，五区200±5℃，六区185±5℃； 

第三步：片材挤出：取第二步造粒好的基础材料粒子80-100Kg、第一步制备好的发泡母粒4-8Kg、0.5-0.8Kg色母粒加入到高速混合机中，常温混合3-5分钟，然后排入到单螺杆挤出机中进行挤片。单螺杆挤出机的工作温度为：一区145±5℃，二区155±5℃，三区160±5℃，四区170±5℃，五区170±5℃，六区165±5℃； 

第四步：片材的辐照交联：将第三步挤制的片材进入到电子加速器中进行辐照交 联，辐照剂量为3-6Mrad； 

第五步：交联后的片材发泡：经过电子束辐照交联后的片材进入发泡炉进行发泡，发泡炉温度：300±10℃； 

实施例1： 

一种电子加速器辐照交联纯聚丙烯发泡片材及其制备方法，包括以下步骤： 

第一步：发泡母粒的制备：取40Kg聚丙烯树脂粉(F401)、15Kg5-苯基四唑、5Kg甲苯磺酞氨基崛、1Kg滑石粉、1Kg聚丙烯蜡（PP蜡）、0.5Kg抗氧剂1010加入到高速混合机中，常温捏合3-5分钟，然后排入到双阶式混炼造粒机进行混炼、造粒得到发泡母粒。双阶式混炼造粒机的工作温度为：一区155±5℃，二区165±5℃，三区165±5℃，四区170±5℃，五区170±5℃，六区165±5℃； 

第二步：聚丙烯粉与助剂共混造粒：取60Kg聚丙烯树脂（T30S）、20Kg聚丙烯树脂（T36F）、0.5Kg交联敏化剂季戊四醇三丙烯酸酯（PETA）、0.8Kg聚丙烯蜡（PP蜡）、0.5Kg抗氧剂1010加入到高速混合机中，常温混合3-5分钟，然后排入到双阶式混炼造粒机进行混炼、造粒。双阶式混炼造粒机的工作温度为：一区175±5℃，二区185±5℃，三区200±5℃，四区210±5℃，五区200±5℃，六区185±5℃； 

第三步：片材挤出：取第二步造粒好的基础材料粒子80Kg、第一步制备好的发泡母粒4Kg、0.5Kg色母粒（宁波金泰色母粒有限公司生产的聚烯烃色母粒，蓝色母）加入到高速混合机中，常温混合3-5分钟，然后排入到单螺杆挤出机中进行挤片。单螺杆挤出机的工作温度为：一区145±5℃，二区155±5℃，三区160±5℃，四区170±5℃，五区170±5℃，六区165±5℃； 

第四步：片材的辐照交联：将第三步挤制的片材进入到电子加速器中进行辐照交联，辐照剂量为3Mrad； 

第五步：交联后的片材发泡：经过电子束辐照交联后的片材进入发泡炉进行发泡，发泡炉温度：300±10℃； 

性能指标如下表1： 

表1 

实施例2： 

同实施例1，不同的是： 

第一步：取50Kg聚丙烯树脂粉(F401)、20Kg5-苯基四唑、10Kg甲苯磺酞氨基崛、2Kg滑石粉、2Kg聚丙烯蜡（PP蜡）、0.8Kg抗氧剂1010； 

第二步：取80Kg聚丙烯树脂（T30S）、40Kg聚丙烯树脂（T36F）、1Kg交联敏化剂季戊四醇三丙烯酸酯（PETA）、1Kg聚丙烯蜡（PP蜡）、0.8Kg抗氧剂1010； 

第三步：取第二步造粒好的基础材料粒子100Kg、第一步制备好的发泡母粒8Kg、0.8Kg色母粒（宁波金泰色母粒有限公司生产的聚烯烃色母粒，红色母）； 

第四步：片材的辐照交联：6Mrad； 

性能指标如下表2： 

表2 

实施例3： 

同实施例1，不同时的是： 

第一步：取45Kg聚丙烯树脂粉(F401)、18Kg5-苯基四唑、8Kg甲苯磺酞氨基崛、1.5.Kg滑石粉、1.5Kg聚丙烯蜡（PP蜡）、0.7Kg抗氧剂1010； 

第二步：取70Kg聚丙烯树脂（T30S）、30Kg聚丙烯树脂（T36F）、0.8Kg交联敏化剂季戊四醇三丙烯酸酯（PETA）、0.9Kg聚丙烯蜡（PP蜡）、0.7Kg抗氧剂1010； 

第三步：取第二步造粒好的基础材料粒子90Kg、第一步制备好的发泡母粒7Kg、0.7Kg色母粒（宁波金泰色母粒有限公司生产的聚烯烃色母粒，深灰色母）； 

第四步：辐照剂量为4Mrad； 

第五步：交联后的片材发泡：经过电子束辐照交联后的片材进入发泡炉进行发泡，发泡炉温度：300±10℃； 

性能指标如下表3： 

表3 

实施例4： 

同实施例1，不同时的是： 

第四步：辐照剂量为6Mrad； 

性能指标如下表4： 

表4 

实施例5： 

同实施例2，不同时的是： 

第四步：辐照剂量为3Mrad； 

性能指标如下表5： 

表5 

Claims (2)

1.一种电子加速器辐照交联纯聚丙烯发泡片材的制备方法，包括以下步骤：

第一步：发泡母粒的制备：将聚丙烯树脂粉F401、5-苯基四唑、甲苯磺酞氨基崛、滑石粉、聚丙烯蜡、抗氧剂1010加入到高速混合机中，常温捏合3-5分钟，然后排入到双阶式混炼造粒机进行混炼、造粒得到发泡母粒；所用聚丙烯树脂粉F401、5-苯基四唑、甲苯磺酞氨基崛、滑石粉、聚丙烯蜡、抗氧剂1010的质量比例为：40-50∶15-20∶5-10∶1-2∶1-2∶0.5-0.8；双阶式混炼造粒机的工作温度为：一区155±5℃，二区165±5℃，三区165±5℃，四区170±5℃，五区170±5℃，六区165±5℃；

第二步：聚丙烯粉与助剂共混造粒：将聚丙烯树脂T30S、聚丙烯树脂T36F、交联敏化剂季戊四醇三丙烯酸酯、聚丙烯蜡、抗氧剂1010加入到高速混合机中，常温混合3-5分钟，然后排入到双阶式混炼造粒机进行混炼、造粒地基础材料粒子；所用聚丙烯树脂T30S、聚丙烯树脂T36F、交联敏化剂季戊四醇三丙烯酸酯、聚丙烯蜡、抗氧剂1010的质量比例为：60-80∶20-40∶0.5-1∶0.8-1∶0.5-0.8；双阶式混炼造粒机的工作温度为：一区175±5℃，二区185±5℃，三区200±5℃，四区210±5℃，五区200±5℃，六区185±5℃；

第三步：片材挤出：将第二步造粒好的基础材料粒子与第一步制备好的发泡母粒、以及色母粒加入到高速混合机中，常温混合3-5分钟，然后排入到单螺杆挤出机中进行挤片得片材；所用基础材料粒子、发泡母粒、色母粒的比例为:80-100∶4-8∶0.5-0.8，单螺杆挤出机的工作温度为：一区145±5℃，二区155±5℃，三区160±5℃，四区170±5℃，五区170±5℃，六区165±5℃；

第四步：片材的辐照交联：将第三步挤制的片材进入到电子加速器中进行辐照交联，辐照剂量为3-6Mrad；

第五步：交联后的片材发泡：经过电子束辐照交联后的片材进入发泡炉进行发泡，发泡炉温度：300±10℃。

2.由权利要求1制备的电子加速器辐照交联纯聚丙烯发泡片材。