CN103554658A - 塑料多孔材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种塑料多孔材料及其制备方法。一种塑料多孔材料包括热塑性树脂、发泡剂、助发泡剂、熔体强度改性剂和其他助剂，以总重量计，其中该热塑性树脂的含量为65％～98％，该发泡剂的含量为0.05％～20％，该助发泡剂的含量为0.01％～2％，该熔体强度改性剂的含量为0.1％～30％，该其他助剂的含量为0～23％。本发明还提供一种塑料多孔材料的制备方法。上述塑料多孔材料及其制备方法具有成型工艺简单、无有机溶剂污染、便于自动化高效生产的优点。

Description

塑料多孔材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种塑料材料及其制备方法，尤其是一种塑料多孔材料及其制备方法。
背景技术
制造多孔膜的方法按照成膜方式主要可分为涂覆法和挤出法。其中，涂覆法是指将高分子材料和致孔剂一起溶于溶剂形成均质的铸膜液，后将铸膜液涂膜，在空气中静置片刻后，将膜浸入溶剂或水中，充分水洗或用溶剂浸洗，最后干燥得到多孔膜。挤出法主要分干法工艺和湿法工艺。干法工艺是将熔融挤出的聚烯烃薄膜直接在熔点以下进行高温退火处理，以促进晶体生长和/或增加晶体的尺寸和数量，得到规则排列的晶体，再进行拉伸得到多孔膜。湿法工艺是将高分子与低分子物质或无机物混合后，在高温下挤出压延或吹塑成薄膜，通过使用易挥发溶剂（例如二氯甲烷和三氯乙烯）或其他助剂，将低分子物质或无机物从薄膜中萃取或剔除出来，从而留下了亚微米尺寸的微孔，得到多孔膜。
现有技术中制造多孔膜的方法如下所述。
日本专利特开2003-103624号公报公开了用超高分子量聚乙烯和溶剂进行混炼制片，后经拉伸处理后，并用溶剂萃取得到多孔膜。
日本专利第3852492号公报公开了用聚乙烯和聚丙烯的叠层膜在变化温度条件下分两个阶段进行单向拉伸得到多孔复合膜。
日本专利第1953202好公报公开了在聚丙烯中添加填料和β晶成核剂后制成片，在特定条件下拉伸得到多孔膜。
日本专利第2509030号专利公开了对β晶含量高的聚丙烯进行双向拉伸得到多孔膜。
专利CN201210462833.0公开了采用挤出流涎-拉伸法制备聚偏氟乙烯多孔膜，先将挤出流涎熔体拉伸，热处理后将熔体拉伸膜冷拉和热拉后形成多孔结构。
CN201210499491.X公开了将含有亲水性基团或双键的聚合单体和聚偏氟乙烯的混合物，溶解在有机溶剂中，通过流涎法将所述铸膜溶液流涎成薄膜，得到铸膜溶液纳米孔径多孔膜，单体发生聚合反应生成低分子聚合物，并使所述薄膜内的有机溶剂挥发除净，后置于水溶液中浸渍，除净所述低分子聚合物后即得到所述纳米孔径多孔膜。
CN201210189250.5公开了采用对多层共挤的多层膜进行拉伸的方法得到多层多孔膜。控制薄膜有很好的晶相排布，进而获得透气度较高的多层多孔膜。
CN201210350071.5公开了一种有机-无机杂化离子膜的制备方法，是将聚合物制成涂膜液，涂膜后浸入沉淀剂中相转化成膜，再进行干燥得到多孔膜；将含有不饱和键的小分子硅烷与有机单体进行共聚，生成多硅共聚物；将多硅共聚物填充到多孔膜中，得到杂化离子膜。
CN201310004633.5公开了采用将含有聚芳砜酰胺、添加剂、致孔剂和溶剂的溶液采用相转化法制备聚芳砜酰胺基多孔膜。
然而，在现有技术中，涂覆法和湿法都有溶剂萃取和溶解去除致孔剂的问题，存在溶剂挥发产生的污染的问题，且存在工序繁多，工艺复杂，调节孔洞尺寸和形状较困难的问题。而干法制备多孔膜也存在调节晶体排列和尺寸、多次拉伸等成型过程复杂的问题。
发明内容
鉴于上述状况，有必要提供一种无需溶剂且较容易成型的塑料多孔材料及其制备方法。
一种塑料多孔材料，包括热塑性树脂、发泡剂、助发泡剂、熔体强度改性剂和其他助剂，以总重量计，其中该热塑性树脂的含量为65％～98％，该发泡剂的含量为0.05％～20％，该助发泡剂的含量为0.01％～2％，该熔体强度改性剂的含量为0.1％～30％，该其他助剂的含量为0～23％。
该热塑性树脂为聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺或ABS之一或其组合物；该发泡剂为物理发泡剂或化学发泡剂；该助发泡剂为铅、锌、镉的化合物、有机酸或尿素之一或其组合物；该熔体强度改性剂为交联剂或共混改性剂；该其他助剂为阻燃剂、色母或色粉、抗静电剂或抗菌剂。
该物理发泡剂为氮气、二氧化碳、氩气或异戊烷、丁烷之一或其组合物；该化学发泡剂为偶氮二甲酰胺、偶氮二异丁腈、碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸氢钠、亚硝酸钠、硼氢化钠、二亚硝基五次甲基四胺、4,4’-氧代双苯磺肼（OBSH）、苯磺肼（BSH）、对甲苯磺酰肼（TSH）之一或其组合物。
该交联剂为过氧化物交联剂、带有烯类双键的三官能团的有机硅烷交联剂或叠氮化物交联剂；该共混改性剂为聚辛烯乙烯共聚物（POE）、乙烯醋酸乙烯酯（EVA）、三元乙丙橡胶（EPDM）之一或其组合物。
该塑料多孔材料还包括泡孔成核剂，该泡孔成核剂的含量为0.2～3%，该泡孔成核剂为200目～1200目或更细的碳酸钙、滑石粉、白炭黑之一或其组合物。
该热塑性树脂的含量为72%～94%，该发泡剂的含量为0.5%～20%，该助发泡剂的含量为0.1～1.8%，该泡孔成核剂的含量为0.2～1.5%，该熔体强度改性剂的含量为5～22%，该其他助剂的含量为0.2～22.2%。
一种塑料多孔材料的制备方法，其包括以下步骤：混合热塑性树脂、发泡剂、助发泡剂、熔体强度改性剂和其他助剂以形成混合物，以总重量计，其中该热塑性树脂的含量为65％～98％，该发泡剂的含量为0.05％～20％，该助发泡剂的含量为0.01％～2％，该熔体强度改性剂的含量为0.1％～30％，该其他助剂的含量为0～23％；该混合物挤出；以及将该混合物压延成型。
该混合物挤出时，是采用螺杆挤出，该螺杆的转速范围为每分钟10～100转；且该混合物挤出速度与该混合物辊筒速度比为1.2～4.2。
将该混合物压延成型时，是采用压延辊子压延，该压延辊子的转速范围为每分钟20～100转。
该混合物挤出时的温度范围为110～290℃。
上述塑料多孔材料及其制备方法中，在树脂中添加化学发泡剂及其他助剂，通过挤出压延即可制备不同孔洞的多孔材料，例如孔洞尺寸从0.002～2mm的板、片或膜等材料，因此具有无需溶剂、工艺简单、便于自动化，容易成型的优点。
附图说明
图1（a）～图1（d）本发明实施例的多孔板表面孔形态照片。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明实施例的塑料多孔材料及其制备方法作进一步的详细说明。
本发明实施例的塑料多孔材料包括热塑性树脂、发泡剂、助发泡剂、熔体强度改性剂和其他助剂。以总重量计，其中热塑性树脂的含量可为65％～98％，发泡剂的含量可为0.05％～20％，助发泡剂的含量可为0.01％～2％，熔体强度改性剂的含量可为0.1％～30％，其他助剂的含量可为0～23％。为使塑料多孔材料更加均匀，上述塑料多孔材料还可包括泡孔成核剂，泡孔成核剂的含量可为0.2～3%。优选地，热塑性树脂的含量可为72%～94%，发泡剂的含量可为0.5%～20%，助发泡剂的含量可为0.1～1.8%，泡孔成核剂的含量可为0.2～1.5%，熔体强度改性剂的含量可为5～22%，其他助剂的含量可为0.2～22.2%。
本发明实施例的塑料多孔材料可用于多孔板、片或膜。
其中，热塑性树脂可为熔体流动速率较低、熔体强度较大且带有支链的树脂，例如熔体流动速率可为0.3～5g/10min。举例来说，热塑性树脂可为聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺或ABS之一或其组合物。
发泡剂用于产生初始泡孔，以使得产品生产时可得到树脂熔体和发泡气体的混合体系。发泡剂可为物理发泡剂或化学发泡剂。其中，物理发泡剂可为氮气、二氧化碳、氩气或戊烷、丁烷之一或其组合物。化学发泡剂可为偶氮二甲酰胺、偶氮二异丁腈、碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸氢钠、亚硝酸钠、硼氢化钠、二亚硝基五次甲基四胺（俗称发泡剂H）、4,4’-氧代双苯磺肼（OBSH）、苯磺肼（BSH）、对甲苯磺酰肼（TSH）之一或其组合物。
助发泡剂用于调整发泡剂的分解温度以适应树脂的熔融温度。助发泡剂可为铅、锌、镉的化合物、有机酸或尿素之一或其组合物；例如为氧化锌、硬脂酸锌、硬脂酸或尿素。
熔体强度改性剂用于增强树脂熔融状态下承受拉伸的能力，以防止发泡气体提前逃逸。熔体强度改性剂可为交联剂或共混改性剂或交联剂和共混改性剂的混合物。其中，交联剂可为过氧化物交联剂、带有烯类双键的三官能团的有机硅烷交联剂或叠氮化物交联剂；例如为过氧化二异丙苯、过氧化二苯甲酰、乙烯基三乙氧基硅烷或聚磺酰叠氮化合物。共混改性剂可为聚辛烯乙烯共聚物（POE）、乙烯醋酸乙烯酯（EVA）、三元乙丙橡胶（EPDM）之一或其组合物。
泡孔成核剂用于降低聚合物整体表面张力，提供大量的气泡成核点，使产品孔洞更加均匀。成核剂的颗粒大小对发泡成型具有影响，本发明实施例的泡孔成核剂优选为为200目～1200目或更细的碳酸钙、滑石粉、白炭黑之一或其组合物。
其他助剂可为阻燃剂、色母或色粉、抗静电剂或抗菌剂。通过添加色粉、抗静电剂、抗菌剂或阻燃剂等还可调节上述塑料多孔材料的色彩、抗静电性、抗霉变性或阻燃性等。
本发明实施例还提供一种上述塑料多孔材料的制备方法，其首先是混合热塑性树脂、发泡剂、助发泡剂、熔体强度改性剂、泡孔成核剂和其他助剂以形成混合物。
然后，将混合物挤出。为使塑料多孔材料具有较好的性能，混合物挤出速度与该混合物辊筒速度比可为1.2～4.2，优选为2.2～3.9。例如，当混合物是采用螺杆挤出时，该螺杆的转速范围可为每分钟10～100转。混合物挤出时的温度范围可为110～290℃；例如以LDPE为热塑性树脂时，挤出的温度可为110～160℃，以PP为热塑性树脂时，挤出的温度可为160～240℃。
接着，将混合物压延成型。为使塑料多孔材料具有较好的性能，将该混合物压延成型时，是采用压延辊子压延，该压延辊子的转速范围可为每分钟20～100转。
上述塑料多孔材料及其制备方法中，在树脂中添加化学发泡剂及其他助剂，通过挤出压延即可制备不同孔洞的多孔材料，例如孔洞尺寸从0.002～2mm的板、片或膜等材料，无需溶剂、工艺简单、便于自动化，容易成型。因此，上述塑料多孔材料及其制备方法具有无任何溶剂污染的优点，具有容易调节孔洞形状、尺寸以及板、片或膜的软硬度的优点，成型加工方便、高效、易于实现自动化的优点，以及容易实现美观及多功能性的装饰效果和要求（例如不同颜色、阻燃、抗静电、抗菌性、有荧光效果等要求）。
为进一步说明本发明实施例的塑料多孔材料具有较佳的性能，以下将以具体实施例来再做说明。
实施例
以低密度聚乙烯（LDPE）或聚苯乙烯（PP）为热塑性树脂，以偶氮二甲酰胺（AC）或碳酸氢钙（NaHCO3）为发泡剂，以硬脂酸锌（ZnO和Zn(St)2）组合物作为助发泡剂，以聚辛烯乙烯共聚物（POE）或过氧化二异丙苯（DCP）作为熔体强度改性剂进行了实验，另外还以白炭黑为泡孔成核剂，实验结果如表1所示。
表1实验配方及所得多孔板的孔形态及强度
Figure BDA0000397828260000071
Figure BDA0000397828260000081
采用上表1中1#配方，并挤出机（型号SJ-45）温度设置为：215℃（机头段）—215℃—215℃—212℃—200℃—195℃（加料段），并保持不变，改变不同的挤出辊筒速度比，挤出螺杆转速与辊筒转速之比分别采用3.62、3.33、2.23、2，得到的多孔板的表面照片分别如下图1（a）、图1（b）、图1（c）及图1（d）所示。
从表1及图1中可以看出，本发明具体实施例的塑料多孔材料容易调节孔洞形状及具有较佳的强度，因此具有较佳的性能。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种塑料多孔材料，包括热塑性树脂、发泡剂、助发泡剂、熔体强度改性剂和其他助剂，以总重量计，其中该热塑性树脂的含量为65％～98％，该发泡剂的含量为0.05％～20％，该助发泡剂的含量为0.01％～2％，该熔体强度改性剂的含量为0.1％～30％，该其他助剂的含量为0～23％。
2.如权利要求1所述的塑料多孔材料，其特征在于：该热塑性树脂为聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺或ABS之一或其组合物；该发泡剂为物理发泡剂或化学发泡剂；该助发泡剂为铅、锌、镉的化合物、有机酸或尿素之一或其组合物；该熔体强度改性剂为交联剂或共混改性剂；该其他助剂为阻燃剂、色母或色粉、抗静电剂或抗菌剂。
3.如权利要求2所述的塑料多孔材料，其特征在于：该物理发泡剂为氮气、二氧化碳、氩气或异戊烷、丁烷之一或其组合物；该化学发泡剂为偶氮二甲酰胺、偶氮二异丁腈、碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸氢钠、亚硝酸钠、硼氢化钠、二亚硝基五次甲基四胺、4,4’-氧代双苯磺肼（OBSH）、苯磺肼（BSH）、对甲苯磺酰肼（TSH）之一或其组合物。
4.如权利要求2所述的塑料多孔材料，其特征在于：该交联剂为过氧化物交联剂、带有烯类双键的三官能团的有机硅烷交联剂或叠氮化物交联剂；该共混改性剂为聚辛烯乙烯共聚物（POE）、乙烯醋酸乙烯酯（EVA）、三元乙丙橡胶（EPDM）之一或其组合物。
5.如权利要求1所述的塑料多孔材料，其特征在于：该塑料多孔材料还包括泡孔成核剂，该泡孔成核剂的含量为0.2～3%，该泡孔成核剂为200目～1200目或更细的碳酸钙、滑石粉、白炭黑之一或其组合物。
6.如权利要求5所述的塑料多孔材料，其特征在于：该热塑性树脂的含量为72%～94%，该发泡剂的含量为0.5%～20%，该助发泡剂的含量为0.1～1.8%，该泡孔成核剂的含量为0.2～1.5%，该熔体强度改性剂的含量为5～22%，该其他助剂的含量为0.2～22.2%。
7.一种塑料多孔材料的制备方法，其包括以下步骤：混合热塑性树脂、发泡剂、助发泡剂、熔体强度改性剂和其他助剂以形成混合物，以总重量计，其中该热塑性树脂的含量为65％～98％，该发泡剂的含量为0.05％～20％，该助发泡剂的含量为0.01％～2％，该熔体强度改性剂的含量为0.1％～30％，该其他助剂的含量为0～23％；
该混合物挤出；以及
将该混合物压延成型。
8.如权利要求7所述的塑料多孔材料的制备方法，其特征在于：该混合物挤出时，是采用螺杆挤出，该螺杆的转速范围为每分钟10～100转；且该混合物挤出速度与该混合物辊筒速度比为1.2～4.2。
9.如权利要求7所述的塑料多孔材料的制备方法，其特征在于：将该混合物压延成型时，是采用压延辊子压延，该压延辊子的转速范围为每分钟20～100转。
10.如权利要求7所述的塑料多孔材料的制备方法，其特征在于：该混合物挤出时的温度范围为110～290℃。
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