CN103497280A - 一种交联聚丙烯微孔发泡材料及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种交联聚丙烯微孔发泡材料，包括99～100重量份的聚丙烯树脂、0.1～2重量份的辐照敏化剂、0.1～3重量份的抗氧剂，并通过原料混合、CO2气体浸渍基材、基材发泡、发泡材料辐照处理、高温退火、发泡材料检测加工生产；本发明的优点：将聚丙烯树脂、辐照敏化剂和抗氧剂依次通过原料混合、CO2气体浸渍基材、基材发泡、发泡材料辐照处理、高温退火、发泡材料检测，得到泡孔尺寸小、泡孔密度大的高回弹聚丙烯微孔发泡制品，采用此方法制得的交联聚丙烯微孔发泡材料，具有回弹性好、手感细腻、无毒无味的特点，可广泛应用于对发泡材料回弹性和卫生等级要求较高的领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种交联聚丙烯微孔发泡材料及其生产方法。
背景技术
聚丙烯微孔发泡材料是特指孔径小于100μm，孔密度大于1.0×106个/cm3的多孔聚丙烯发泡材料，材料内部大量存在的微米级泡孔赋予聚丙烯发泡材料诸如轻质高强、低导热系数、高漫反射率等优异性能，因此聚丙烯微孔发泡材料具有广泛的应用领域。
利用超临界CO2作为发泡剂的固态发泡技术，使聚丙烯在低于其熔点的可变形区发泡，是在聚丙烯基体内形成大量微小泡孔的有效手段。通过利用超临界CO2的固态发泡过程制备的聚丙烯微孔发泡材料，具有加工过程清洁，制品环保无污染，产品易于回收和循环使用的优点。
由于交联聚丙烯的分子链段运动能力较低，在固态发泡过程中CO2分子扩散进入聚丙烯基体的饱和时间较长，降低了生产效率，因此固态发泡过程多使用非交联的聚丙烯作为发泡基材。非交联的聚丙烯微孔发泡材料由于其内部无网络结构，在受力时容易产生不可逆的塑性形变，弹性回复较小，这限制了聚丙烯微孔发泡材料在回弹性能要求较高的如鞋材、密封垫片、体育器材等领域的应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有非交联的聚丙烯发泡材料由于其内部无网络结构，在受力时容易产生不可逆的塑性形变，弹性回复较小，不能适应于回弹性能要求较高的领域，从而提供一种交联聚丙烯微孔发泡材料及其生产方法。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种交联聚丙烯微孔发泡材料，包括以下组分：99～100重量份的聚丙烯树脂、0.1～2重量份的辐照敏化剂、0.1～3重量份的抗氧剂。
优选的，包括以下组分：100重量份的聚丙烯树脂、0.5重量份的辐照敏化剂、0.1重量份的抗氧剂。
优选的，包括以下组分：100重量份的聚丙烯树脂、1重量份的辐照敏化剂、0.2重量份的抗氧剂。
优选的，包括以下组分：100重量份的聚丙烯树脂、1.5重量份的辐照敏化剂、0.5重量份的抗氧剂。
优选的，所述聚丙烯树脂为熔融指数为1～2g/10min的长链支化聚丙烯或熔融指数为0.5～3g/10min的线性聚丙烯，长链支化聚丙烯熔体强度高，易于保持闭孔结构，使用性能好。
优选的，所述辐照敏化剂为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、1，6-己二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二甲基丙烯酸酯中的一种或两种的混合物或两种以上的混合物，当聚丙烯微孔发泡材料受电子加速器辐照时使其发生交联反应，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯与聚丙烯具有良好的相容性和良好的耐磨性，季戊四醇三丙烯酸酯耐候性能好，1，6-己二醇二丙烯酸酯与聚丙烯具有良好的相容性，新戊二醇二甲基丙烯酸酯稳定性能好。
优选的，所述抗氧剂为四(3,5-二叔丁基-4-羟基)苯丙酸季戊四醇酯、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、三(3,5-二叔丁基-4-羟苄基)异氰脲酸酯中的一种或两种的混合物或两种以上的混合物，能有效的防止聚丙烯树脂在加工中发生β降解，四(3,5-二叔丁基-4-羟基)苯丙酸季戊四醇酯化学性质稳定，不污染、耐热、耐氧老化、不易挥发，三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯热稳定性能好，三(3,5-二叔丁基-4-羟苄基)异氰脲酸酯稳定性能好，不易挥发。
如上所述的交联聚丙烯微孔发泡材料所采用的生产方法，包括以下步骤：
a）:原料混合：将聚丙烯树脂、辐照敏化剂和抗氧剂通过双螺杆挤出机熔融混合，挤出成型，得到聚丙烯发泡基材；
b）:CO2气体浸渍基材：将步骤a）生产后的聚丙烯发泡基材放入高压发泡模具内，发泡模具闭合并升温至发泡温度，并向模具内通入超临界CO2气体，使模具内CO2气体压力达到发泡压力,发泡温度为140～165℃，发泡压力为8～30MPa，气体饱和时间为30～60min；
c）：基材发泡：将步骤b）处理的发泡模具内的CO2气体快速释放，得到聚丙烯微孔发泡材料；
d）：发泡材料辐照处理：将步骤c）处理后的聚丙烯微孔发泡材料在N2气体保护下，以一定的辐照剂量，通过电子加速器进行辐照处理形成三维网络结构的聚丙烯微孔发泡材料，辐照剂量为2～20kGy；
e）:高温退火：将步骤d）处理后的三维网络结构的聚丙烯微孔发泡材料放置在烘箱内进行高温退火，退火温度为100～120℃，退火时间为1～2h；
f）：发泡材料检测：将步骤e）处理后的聚丙烯微孔发泡材料进行凝胶率Ggel、发泡倍率Rex、泡孔密度N、压缩变形率C检测。
优选的，步骤f）中所述各个参数分别为：
Rex=ρpolymer/ρfoam（其中ρpolymer为未发泡聚合物的密度，ρfoam为微孔发泡材料的表观密度）；
N=(n/A)3/2×Rex（其中n为扫描电镜照片上的泡孔数，A为扫描电镜照片的实际面积）；
（其中h0为发泡样品的初始厚度，h1为发泡样品在受压缩状态下的厚度，h2为发泡样品在停止压缩，回弹完成后的厚度）。
综上所述，本发明的优点：将聚丙烯树脂、辐照敏化剂和抗氧剂依次通过原料混合、CO2气体浸渍基材、基材发泡、发泡材料辐照处理、高温退火、发泡材料检测，先使其发泡形成微孔结构，再使其通过电子辐照在其内部形成交联网络结构，后通过高温退火去除聚丙烯辐照后残存的自由基，得到泡孔尺寸小、泡孔密度大的高回弹聚丙烯微孔发泡制品，采用此方法制得的交联聚丙烯微孔发泡材料，具有回弹性好、手感细腻、无毒无味的特点，可广泛应用于对发泡材料回弹性和卫生等级要求较高的领域。
具体实施方式
实施例一：
一种交联聚丙烯微孔发泡材料，包括以下组分：100重量份的聚丙烯树脂、0.5重量份的辐照敏化剂、0.1重量份的抗氧剂。
其中聚丙烯树脂采用熔融指数为1.5g/10min的长链支化聚丙烯，辐照敏化剂为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，抗氧剂为三(3,5-二叔丁基-4-羟苄基)异氰脲酸酯。
如上所述的交联聚丙烯微孔发泡材料所采用的生产方法，包括以下步骤：
a）:原料混合：将聚丙烯树脂、辐照敏化剂和抗氧剂通过双螺杆挤出机熔融混合，挤出成型，得到聚丙烯发泡基材；
b）:CO2气体浸渍基材：将步骤a）生产后的聚丙烯发泡基材放入高压发泡模具内，发泡模具闭合并升温至发泡温度，并向模具内通入超临界CO2气体，使模具内CO2气体压力达到发泡压力,发泡温度为160℃，发泡压力为15MPa，气体饱和时间为45min；
c）：基材发泡：将步骤b）处理的发泡模具内的CO2气体快速释放，得到聚丙烯微孔发泡材料；
d）：发泡材料辐照处理：将步骤c）处理后的聚丙烯微孔发泡材料在N2气体保护下，以一定的辐照剂量，通过电子加速器进行辐照处理形成三维网络结构的聚丙烯微孔发泡材料，辐照剂量为3kGy；
e）:高温退火：将步骤d）处理后的三维网络结构的聚丙烯微孔发泡材料放置在烘箱内进行高温退火，退火温度为110℃，退火时间为2h；
f）：发泡材料检测：将步骤e）处理后的聚丙烯微孔发泡材料进行凝胶率Ggel、发泡倍率Rex、泡孔密度N、压缩变形率C检测。
实施例二：
一种交联聚丙烯微孔发泡材料，包括以下组分：100重量份的聚丙烯树脂、1重量份的辐照敏化剂、0.2重量份的抗氧剂。
其中聚丙烯树脂采用熔融指数为1.7g/10min的长链支化聚丙烯，辐照敏化剂为新戊二醇二甲基丙烯酸酯，抗氧剂为四(3,5-二叔丁基-4-羟基)苯丙酸季戊四醇酯。
如上所述的交联聚丙烯微孔发泡材料所采用的生产方法，包括以下步骤：
a）:原料混合：将聚丙烯树脂、辐照敏化剂和抗氧剂通过双螺杆挤出机熔融混合，挤出成型，得到聚丙烯发泡基材；
b）:CO2气体浸渍基材：将步骤a）生产后的聚丙烯发泡基材放入高压发泡模具内，发泡模具闭合并升温至发泡温度，并向模具内通入超临界CO2气体，使模具内CO2气体压力达到发泡压力,发泡温度为155℃，发泡压力为10MPa，气体饱和时间为60min；
c）：基材发泡：将步骤b）处理的发泡模具内的CO2气体快速释放，得到聚丙烯微孔发泡材料；
d）：发泡材料辐照处理：将步骤c）处理后的聚丙烯微孔发泡材料在N2气体保护下，以一定的辐照剂量，通过电子加速器进行辐照处理形成三维网络结构的聚丙烯微孔发泡材料，辐照剂量为5kGy；
e）:高温退火：将步骤d）处理后的三维网络结构的聚丙烯微孔发泡材料放置在烘箱内进行高温退火，退火温度为110℃，退火时间为2h；
f）：发泡材料检测：将步骤e）处理后的聚丙烯微孔发泡材料进行凝胶率Ggel、发泡倍率Rex、泡孔密度N、压缩变形率C检测。
实施例三：
一种交联聚丙烯微孔发泡材料，包括以下组分：100重量份的聚丙烯树脂、1.5重量份的辐照敏化剂、0.5重量份的抗氧剂。
其中聚丙烯树脂采用熔融指数为2g/10min的长链支化聚丙烯，辐照敏化剂为1，6-己二醇二丙烯酸酯，抗氧剂为三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯。
如上所述的交联聚丙烯微孔发泡材料所采用的生产方法，包括以下步骤：
a）:原料混合：将聚丙烯树脂、辐照敏化剂和抗氧剂通过双螺杆挤出机熔融混合，挤出成型，得到聚丙烯发泡基材；
b）:CO2气体浸渍基材：将步骤a）生产后的聚丙烯发泡基材放入高压发泡模具内，发泡模具闭合并升温至发泡温度，并向模具内通入超临界CO2气体，使模具内CO2气体压力达到发泡压力,发泡温度为162℃，发泡压力为17MPa，气体饱和时间为35min；
c）：基材发泡：将步骤b）处理的发泡模具内的CO2气体快速释放，得到聚丙烯微孔发泡材料；
d）：发泡材料辐照处理：将步骤c）处理后的聚丙烯微孔发泡材料在N2气体保护下，以一定的辐照剂量，通过电子加速器进行辐照处理形成三维网络结构的聚丙烯微孔发泡材料，辐照剂量为10kGy；
e）:高温退火：将步骤d）处理后的三维网络结构的聚丙烯微孔发泡材料放置在烘箱内进行高温退火，退火温度为110℃，退火时间为2h；
f）：发泡材料检测：将步骤e）处理后的聚丙烯微孔发泡材料进行凝胶率Ggel、发泡倍率Rex、泡孔密度N、压缩变形率C检测。
下表为实施例一、实施例二、实施例三根据获得的检测结果，
| 项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 发泡倍率Rex | 26.1 | 14.7 | 32.9 |
| 平均泡孔尺寸(μm) | 15.6 | 33.4 | 25.7 |
| 泡孔密度N(个/cm3) | 1.3×108 | 5.5×107 | 7.8×107 |
| 凝胶率Ggel(%) | 17.9 | 32.4 | 44.6 |
| 压缩变形率C(%) | 8.8 | 3.4 | 1.2 |
将聚丙烯树脂、辐照敏化剂和抗氧剂依次通过原料混合、CO2气体浸渍基材、基材发泡、发泡材料辐照处理、高温退火、发泡材料检测，先使其发泡形成微孔结构，再使其通过电子辐照在其内部形成交联网络结构，后通过高温退火去除聚丙烯辐照后残存的自由基，得到泡孔尺寸小、泡孔密度大的高回弹聚丙烯微孔发泡制品，采用此方法制得的交联聚丙烯微孔发泡材料，具有回弹性好、手感细腻、无毒无味的特点，可广泛应用于对发泡材料回弹性和卫生等级要求较高的领域。
Claims (9)
1.一种交联聚丙烯微孔发泡材料，其特征在于：包括以下组分：99～100重量份的聚丙烯树脂、0.1～2重量份的辐照敏化剂、0.1～3重量份的抗氧剂。
2.根据权利要求1所述的一种交联聚丙烯微孔发泡材料，其特征在于：包括以下组分：100重量份的聚丙烯树脂、0.5重量份的辐照敏化剂、0.1重量份的抗氧剂。
3.根据权利要求1所述的一种交联聚丙烯微孔发泡材料，其特征在于：包括以下组分：100重量份的聚丙烯树脂、1重量份的辐照敏化剂、0.2重量份的抗氧剂。
4.根据权利要求1所述的一种交联聚丙烯微孔发泡材料，其特征在于：包括以下组分：100重量份的聚丙烯树脂、1.5重量份的辐照敏化剂、0.5重量份的抗氧剂。
5.根据权利要求1至4任一项所述的一种交联聚丙烯微孔发泡材料，其特征在于：所述聚丙烯树脂为熔融指数为1～2g/10min的长链支化聚丙烯或熔融指数为0.5～3g/10min的线性聚丙烯。
6.根据权利要求1至4任一项所述的一种交联聚丙烯微孔发泡材料，其特征在于：所述辐照敏化剂为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、1，6-己二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二甲基丙烯酸酯中的一种或两种的混合物或两种以上的混合物。
7.根据权利要求1至4任一项所述的一种交联聚丙烯微孔发泡材料，其特征在于：所述抗氧剂为四(3,5-二叔丁基-4-羟基)苯丙酸季戊四醇酯、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、三(3,5-二叔丁基-4-羟苄基)异氰脲酸酯中的一种或两种的混合物或两种以上的混合物。
8.如权利要求1所述的一种交联聚丙烯微孔发泡材料所采用的生产方法，其特征在于：包括以下步骤：
a）:原料混合：将聚丙烯树脂、辐照敏化剂和抗氧剂通过双螺杆挤出机熔融混合，挤出成型，得到聚丙烯发泡基材；
b）:CO2气体浸渍基材：将步骤a）生产后的聚丙烯发泡基材放入高压发泡模具内，发泡模具闭合并升温至发泡温度，并向模具内通入超临界CO2气体，使模具内CO2气体压力达到发泡压力,发泡温度为140～165℃，发泡压力为8～30MPa，气体饱和时间为30～60min；
c）：基材发泡：将步骤b）处理的发泡模具内的CO2气体快速释放，得到聚丙烯微孔发泡材料；
d）：发泡材料辐照处理：将步骤c）处理后的聚丙烯微孔发泡材料在N2气体保护下，以一定的辐照剂量，通过电子加速器进行辐照处理形成三维网络结构的聚丙烯微孔发泡材料，辐照剂量为2～20kGy；
e）:高温退火：将步骤d）处理后的三维网络结构的聚丙烯微孔发泡材料放置在烘箱内进行高温退火，退火温度为100～120℃，退火时间为1～2h；
f）：发泡材料检测：将步骤e）处理后的聚丙烯微孔发泡材料进行凝胶率Ggel、发泡倍率Rex、泡孔密度N、压缩变形率C检测。
9.如权利要求8所述的一种交联聚丙烯微孔发泡材料所采用的生产方法，其特征在于：步骤f）中所述各个参数分别为：
（其中m1为一片200目的金属网称得的质量，m2为切碎后的一片聚丙烯微孔发泡样品用铜网包裹好称得的质量，m3为m2在过量沸腾二甲苯的溶液中浸泡萃取20h后通过真空干燥后称得的质量，真空温度为80℃，真空时间为10h）；
Rex=ρpolymer/ρfoam（其中ρpolymer为未发泡聚合物的密度，ρfoam为微孔发泡材料的表观密度）；
N=(n/A)3/2×Rex（其中n为扫描电镜照片上的泡孔数，A为扫描电镜照片的实际面积）；
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Denomination of invention: A crosslinked polypropylene microporous foam material and its production method Effective date of registration: 20230315 Granted publication date: 20160106 Pledgee: China Guangfa Bank Co.,Ltd. Jiaxing Branch Pledgor: Zhejiang Xinhengtai New Materials Co.,Ltd. Registration number: Y2023330000538 |
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