CN103694611B - 一种无载体发泡母料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种无载体发泡母料及其制备方法，所述无载体发泡母料采用低分子量偶联剂为粘结组分，混合发泡剂、发泡成核剂、加工助剂和填充剂等组分，通过挤出造粒制备而成。本发明产品挤出造粒温度低于80℃，发泡剂在母料制备过程中不会分解，发泡剂分散程度高，后续的发泡成型中可制得微孔更细腻、更均匀的发泡制品，与工程塑料具有良好的相容性。此外，本发明可制备发泡剂含量达到80%的高浓度发泡母料产品，工艺简单便捷，较大幅度降低生产成本。

Description

一种无载体发泡母料及其制备方法

技术领域

本发明属于发泡材料领域，具体涉及一种无载体发泡母料及其制备方法。

背景技术

塑胶发泡技术是利用发泡剂分解产生大量的气体，并以微孔形式分散于塑胶基体中，能降低材料的比重，同时起到减震、吸音、隔热和降低成本等作用。

目前，塑胶发泡最常用的化学发泡剂主要有偶氮二甲酰胺（AC发泡剂）和碳酸氢钠。粉体发泡剂在使用过程中存在吸水、结块、粉尘颗粒大和计量不准确等不足。将发泡剂与塑料载体混合，然后熔融混炼并挤出造粒可制备发泡母料。与发泡剂粉体相比，发泡母料克服了吸水和结块的不足，使用过程中不会出现粉尘，计量也比较准确，是发泡剂未来的重要发展方向。

采用常规方法制备发泡母料是，一般采用聚乙烯（PE）、乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）及其混合组分为载体。由于塑料载体的熔点比较高，在生产过程中容易出现加工过程中就出现发泡现象，严重时甚至出现剧烈分解导致有效成分损失等问题。此外，由于PE或EVA载体与工程塑料如聚碳酸酯（PC）、尼龙（PA）、聚苯乙烯（PS）、及聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）等相容性不佳，含有载体的发泡母料有时会导致分层等不良现象的发生。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种无载体发泡母料。

本发明的另一个目的是提供一种无载体发泡母料的制备方法，具体采用低分子量偶联剂为粘结组分，混合发泡剂、发泡成核剂、加工助剂和填充剂等组分，通过挤出造粒制备而成。

本发明的上述目的通过如下技术方案予以实现：

一种无载体发泡母料，所述无载体发泡母料由如下质量百分比组分组成：

低分子偶联剂6~10%；

发泡剂20~80%；

发泡助剂1~6%；

发泡成核剂1~5%；

加工助剂1~5%；

填充剂0~70%；

所述低分子偶联剂为苯乙烯-马来酸酐-丙烯酸酯三元共聚物，软化点低于80℃，数均分子量为5000~20000。

优选地，所述苯乙烯-马来酸酐-丙烯酸酯三元共聚物的数均分子量为6000~15000。

所述苯乙烯-马来酸酐-丙烯酸酯三元共聚物中马来酸酐含量为5~10质量%，丙烯酸含量为5~30质量%，其余为苯乙烯。

本发明所述低分子偶联剂的合成采用乔恒婷等人[大分子偶联剂马来酸酐-丙烯酸丁酯-苯乙烯三元共聚物的合成及其对纳米氮化铝的表面改性.应用化学，2010，27(1):16-20]所公开的方法制备。具体步骤为以丙酮为溶剂，往溶解有上述三种单体的混合溶液中滴加过氧化二苯甲酰（BPO）；温度控制在80℃，保温反应1~4小时；冷却后加入甲醇使三元共聚物沉淀，经过滤、洗涤、干燥后即得到本发明所述低分子偶联剂。

本发明所述低分子偶联剂的熔融软化温度比碳酸氢钠发泡剂起始分解温度低20℃，远远低于AC发泡剂的起始分解温度，因而发泡母料制备时的加工温度不会过高，确保加工过程中发泡剂不会发生分解。此外，低分子偶联剂具有极性官能团，在混合过程中能与发泡剂产生偶联作用，从而对发泡剂起到分散作用，提高发泡剂的分散性能。

本发明所述发泡剂可选择本领域常规发泡剂，如亚硝基化合物、偶氮化合物、酰胺类化学物、尿素衍生物、叠氮化合物、碳酸氢盐等有机或无机化学发泡剂，出于成本和效果的综合考虑，本发明优选偶氮化合物或碳酸氢盐中的一种或多种混合物。

更优选地，所述偶氮化合物为偶氮二甲酰胺（AC发泡剂），所述碳酸氢盐为碳酸氢钠。

本发明所述发泡剂的用量需控制在一定范围内，发泡剂含量太低，使用母料的发泡性能变差，经济价值不明显；如果含量过高，母料制备工艺难度较大、分散也会变差，作为一种优选方案，所述发泡剂的用量为总质量的30~70%，更优选40~60%。

本发明所述发泡助剂的作用是促进发泡剂分解，可选择本领域常规的发泡助剂，作为一种优选方案，所述发泡助剂为细度大于2000目的氧化锌或硬脂酸锌。

本发明加入发泡成核剂的目的是在发泡剂分解过程中能起到物理成核的作用，有助于细化泡孔结构，获得细腻均匀的发泡制品，作为一种优选方案，所述发泡成核剂为细度大于5000目的超细滑石粉。

本发明所述加工助剂可选择本领域常规的润滑剂，其目的是在发泡母料制备过程中降低摩擦、改善成型加工性能，作为一种优选方案，所述加工助剂为硬脂酸或石蜡。

本发明填充剂的作用是可以在一定程度上增加母料的分散性能和降低成本，可选择本领域常规的填充剂，作为一种优选方案，所述填充剂为碳酸钙、滑石粉或硫酸钡中的一种或多种混合物。

本发明所述无载体发泡母料的制备方法为：

S1.按配方称取原料；

S2.将上述原料预先混合均匀、在挤出机中挤出造粒。

所述挤出造粒的温度设定为60~80℃，挤出机的转速控制在100~400rpm。

由所述无载体发泡母料制备的发泡材料。

与采用PE或EVA为载体制备发泡母料的现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

（1）采用低熔点、低粘度的低分子偶联剂为粘结组分，能有效控制挤出造粒的温度低于80℃，避免较高温度熔融PE或EVA载体时引起的发泡剂分解问题，保证了发泡剂在母料制备过程中不会发生分解，发泡母料中发泡剂的有效成分含量准确。

（2）低分子偶联剂的极性官能团在混合和造粒过程中，能对发泡剂表面产生偶联和包覆效应，有利于提高发泡剂的分散程度，比发泡剂粉体的分散更加均匀，在后续的发泡成型中可制得微孔更细腻、更均匀的发泡制品。

（3）由于配方中不含载体，采用马来酸酐-丙烯酸酯-苯乙烯三元共聚物作为低分子偶联剂，产品与工程塑料具有良好的相容性，克服了PE或EVA载体类发泡母料使用时与工程塑料不相容的难题。

（4）本发明可制备发泡剂含量达到80%的高浓度发泡母料产品，工艺简单便捷，较大幅度降低生产成本。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释说明，但具体实施例并不对本发明作任何限定。除非特别说明，实施例中所涉及的试剂、方法均为本领域常用的试剂和方法。

实施例中，所述百分含量均为重量百分比。

本实施例中所述苯乙烯-马来酸酐-丙烯酸乙酯三元共聚物低分子偶联剂参照乔恒婷等人[大分子偶联剂马来酸酐-丙烯酸丁酯-苯乙烯三元共聚物的合成及其对纳米氮化铝的表面改性.应用化学，2010，27(1):16-20]所公开的方法制备。

实施例1和实施例2中的苯乙烯-马来酸酐-丙烯酸乙酯三元共聚物低分子偶联剂的合成方法如下：以丙酮为溶剂，将50g苯乙烯、100g马来酸酐和200g丙烯酸乙酯溶解在1L丙酮中，然后中滴加过氧化二苯甲酰（BPO）；温度控制在80℃，保温反应2小时；冷却后加入甲醇使三元共聚物沉淀，经过滤、洗涤、干燥后即得到本发明所述低分子偶联剂。

实施例3和实施例4中的苯乙烯-马来酸酐-丙烯酸丁酯三元共聚物低分子偶联剂的合成方法如下：以丙酮为溶剂，将50g苯乙烯、100g马来酸酐和180g丙烯酸丁酯溶解在1L丙酮中，然后中滴加过氧化二苯甲酰（BPO）；温度控制在80℃，保温反应3小时；冷却后加入甲醇使三元共聚物沉淀，经过滤、洗涤、干燥后即得到本发明所述低分子偶联剂。

实施例1

按如下配方称量和配料：低分子偶联剂（苯乙烯-马来酸酐-丙烯酸乙酯三元共聚物，马来酸酐含量5%、丙烯酸乙酯含量20%，软化点72℃，数均分子量为20000）8%、AC发泡剂20%、氧化锌2%、5000目超细滑石粉1%、硬脂酸1%和碳酸钙68%。

将上述组分采用混合机预混均匀，然后采用长径比为16:1的单螺杆挤出机挤出造粒，挤出机温度设定为60℃、80℃、80℃、80℃，主机转速400rpm。

将上述发泡母料在聚氯乙烯（PVC）中添加3%，采用挤出成型方法制备PVC发泡材料。

实施例2

按如下配方称量和配料：低分子偶联剂（苯乙烯-马来酸酐-丙烯酸乙酯三元共聚物，马来酸酐含量10%、马来酸酐乙酯含量5%，软化点80℃，数均分子量为8000）6%、碳酸氢钠发泡剂30%、硬脂酸锌1%、5000目超细滑石粉6%、硬脂酸5%和滑石粉52%。

将上述组分采用混合机预混均匀，然后采用长径比为16:1的单螺杆挤出机挤出造粒，挤出机温度设定为60℃、70℃、70℃、80℃，主机转速300rpm。

将上述发泡母料在聚苯乙烯（PS）中添加3%，采用挤出成型方法制备聚苯乙烯发泡材料。

实施例3

按如下配方称量和配料：低分子偶联剂（苯乙烯-马来酸酐-丙烯酸丁酯三元共聚物，马来酸酐含量10%、丙烯酸丁酯含量30%，软化点62℃，数均分子量为12000）8%、AC发泡剂20%、碳酸氢钠发泡剂30%、氧化锌5%、5000目超细滑石粉3%、石蜡2%、硬脂酸2%、硫酸钡30%。

将上述组分采用混合机预混均匀，然后采用长径比为16:1的双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机温度设定为60℃、80℃、80℃、80℃，主机转速250rpm。

将上述发泡母料在聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）中添加3%，采用挤出成型方法制备PBT发泡材料。

实施例4

按如下配方称量和配料：低分子偶联剂（苯乙烯-马来酸酐-丙烯酸丁酯三元共聚物，马来酸酐含量8%、丙烯酸丁酯含量30%，软化点65℃，数均分子量为5000）10%、AC发泡剂30%、碳酸氢钠50%、氧化锌2%、硬脂酸锌1%、5000目超细滑石粉5%、硬脂酸2%。

将上述组分采用混合机预混均匀，然后采用长径比为12:1的双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机温度设定为60℃、80℃、80℃、80℃，主机转速100rpm。

将上述发泡母料在乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）中添加2%，采用挤出成型方法制备EVA发泡材料。

对比例1

按如下配方称量和配料：低密度聚乙烯（LDPE）30%、AC发泡剂20%、碳酸氢钠发泡剂30%、氧化锌5%、5000目超细滑石粉3%、石蜡2%、硬脂酸2%、硫酸钡8%。

将上述组分采用混合机预混均匀，然后采用长径比为16:1的双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机温度设定为100℃、120℃、120℃、120℃，主机转速250rpm。

将上述发泡母料在聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）中添加3%，采用挤出成型方法制备PBT发泡材料。

对比例2

在聚苯乙烯（PS）中直接添加1.5%的碳酸氢钠，采用挤出成型方法制备发泡材料。

对比例3

在聚苯乙烯（PS）中直接添加0.6%的AC发泡剂，采用挤出成型方法制备发泡材料。

实施例1~4的发泡母料和发泡材料性能比较如表1所示。

表1实施例1~4的发泡母料和发泡性能比较

项目	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
					母料有无发泡现象	无	无	无	无
使用时有无粉尘	无	无	无	无
					平均孔径（um）	2.1	3.2	4.6	1.8
是否出现分层现象	无	无	无	无

对比例1~3的发泡母料和发泡材料性能比较如表2所示。

表2对比例1~3的发泡母料和发泡性能比较

项目	对比例1	对比例2	对比例3
				母料有无发泡现象	有	无	无
使用时有无粉尘	无	有	有
				平均孔径（um）	2.5	13.4	6.8
是否出现分层现象	有	无	无

从表1和表2的实验结果可知，本发明的无载体发泡母料在制备过程中没有出现发泡现象，采用其制备发泡材料具有孔径较小等优点，在制备PBT、PS、PVC和EVA发泡材料没有出现分层现象，说明其与各种塑料的相容性良好。而采用LDPE为载体的发泡母料在制备过程中就出现了发泡现象，同时在制备PS发泡材料时出现了分层。而采用粉体发泡剂的泡孔较粗，此外在使用过程中还会产生大量粉尘，对环境的污染也比较大。

Claims (10)

1.一种无载体发泡母料，其特征在于，所述无载体发泡母料由如下质量百分比组分组成：

低分子偶联剂6~10%；

发泡剂20~80%；

发泡助剂1~6%；

发泡成核剂1~5%；

加工助剂1~5%；

填充剂0~70%；

所述低分子偶联剂为苯乙烯-马来酸酐-丙烯酸酯三元共聚物，软化点低于80℃，数均分子量为5000~20000。

2.根据权利要求1所述无载体发泡母料，其特征在于，所述苯乙烯-马来酸酐-丙烯酸酯三元共聚物的数均分子量为6000~15000。

3.根据权利要求1或2所述无载体发泡母料，其特征在于，所述苯乙烯-马来酸酐-丙烯酸酯三元共聚物中马来酸酐含量为5~10质量%，丙烯酸酯含量为5~30质量%，其余为苯乙烯。

4.根据权利要求1所述无载体发泡母料，其特征在于，所述发泡剂为亚硝基化合物、偶氮化合物、酰胺类化合物、尿素衍生物、叠氮化合物或碳酸氢盐中的一种或多种混合物。

5.根据权利要求1或4所述无载体发泡母料，其特征在于，所述发泡剂为偶氮化合物或碳酸氢盐中的一种或多种混合物。

6.根据权利要求5所述无载体发泡母料，其特征在于，所述偶氮化合物为偶氮二甲酰胺，所述碳酸氢盐为碳酸氢钠。

7.根据权利要求1所述无载体发泡母料，其特征在于，所述发泡助剂为细度大于2000目的氧化锌或硬脂酸锌，所述发泡成核剂为细度大于5000目的超细滑石粉，所述加工助剂为硬脂酸或石蜡。

8.根据权利要求1所述无载体发泡母料，其特征在于，所述填充剂为碳酸钙、滑石粉或硫酸钡中的一种或多种混合物。

9.权利要求1~8中任意一项权利要求所述无载体发泡母料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.按配方称取原料；

S2.将上述原料预先混合均匀、在挤出机中挤出造粒；

所述挤出造粒的温度设定为60~80℃，挤出机的转速控制在100~400rpm。

10.由权利要求1~8任意一项权利要求所述无载体发泡母料制备的发泡材料。