CN104629176A - 一种开孔型聚丙烯微孔发泡片材及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种开孔型聚丙烯微孔发泡片材，包括以下组分：100重量份的聚丙烯树脂、50～100重量份的聚乙烯树脂，并通过双螺杆挤出机将原料塑化混合、定型、切割、形成双连续相的聚丙烯/聚乙烯共混物发泡基材，再将基材通过超临界二氧化碳的固态发泡技术制成；本发明的优点：通过形成双连续相的聚丙烯/聚乙烯共混物基材，再通过固态发泡技术在聚丙烯的发泡温度下使基材发泡，使形成于完全熔融态的聚乙烯相内的泡孔完全贯通，并穿过形成于聚丙烯相内泡孔的孔壁，从而形成开孔结构的聚丙烯微孔发泡片材，采用此方法制得的聚丙烯开孔型微孔发泡材料，孔径小，发泡倍率大，开孔率高，可广泛应用于过滤、吸音、透气等领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种开孔型聚丙烯微孔发泡片材及其生产方法。
背景技术
聚合物微孔发泡材料是特指泡孔尺寸小于100μm，孔密度大于1.0×106个/cm3的聚合物多孔发泡材料。在众多的聚合物微孔发泡材料中，聚丙烯(PP)微孔发泡材料除了本身质量轻，节约材料外，还具有良好的机械性能，较高的热变形温度，优异的耐化学性等特性，泡孔互相独立的闭孔型聚丙烯微孔发泡材料可应用于缓冲、减震、隔热、浮力材料等领域，而泡孔之间互相连通的开孔型聚丙烯微孔发泡材料则可应用于过滤、分离、吸音、透气等领域。
聚丙烯微孔发泡材料可通过应用超临界二氧化碳技术的固态发泡法制备，固态发泡过程是指发泡温度低于聚合物的流动温度，聚合物处于可变形的固态条件下，使高压二氧化碳气体溶解扩散进入聚合物基体，然后通过快速泄压诱导泡孔成核和生长的发泡过程，一般而言，在固态发泡过程中，无定形聚合物的发泡温度高于其玻璃化转变温度，半结晶聚合物的发泡温度低于其熔点。
中国专利CN102167840A公开了一种利用超临界二氧化碳发泡技术制备聚丙烯微孔发泡片材的方法，由于在低于聚丙烯熔点的发泡温度下发泡，处于固态的聚丙烯基体自身维持了较高的强度，在泡孔生长过程中泡孔互相独立，不容易破裂连通，从而只能得到闭孔性的聚丙烯微孔发泡材料。
中国专利CN99806607.9公开了一种聚丙烯泡沫片材的制备方法，虽然制得 的聚丙烯发泡材料开孔率最大可达70％，但由于泡孔尺寸较大，不属于微孔发泡材料，其作为开孔型材料应用时局限性较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题就是提供一种开孔型聚丙烯微孔发泡片材及其生产方法，解决现有开孔型聚丙烯微孔发泡片材加工困难的缺陷。
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：一种开孔型聚丙烯微孔发泡片材，包括以下组分：100重量份的聚丙烯树脂、50～100重量份的聚乙烯树脂，其中：所述聚丙烯树脂的分子量分布值为10～30，所述聚乙烯树脂的分子量分布值为5～15，所述聚丙烯树脂和聚乙烯树脂形成双连续相的结构。
优选的，包括以下组分：100重量份的聚丙烯树脂、60重量份的聚乙烯树脂，其中：所述聚丙烯树脂的分子量分布值为16，所述聚乙烯树脂的分子量分布值为5。
优选的，包括以下组分：100重量份的聚丙烯树脂、80重量份的聚乙烯树脂，其中，所述聚丙烯树脂的分子量分布值为19，所述聚乙烯树脂的分子量分布值为7。
优选的，包括以下组分：100重量份的聚丙烯树脂、100重量份的聚乙烯树脂，其中，所述聚丙烯树脂的分子量分布值为21，所述聚乙烯树脂的分子量分布值为11。
优选的，所述聚丙烯树脂为高熔体聚丙烯或通用聚丙烯，所述聚乙烯树脂 为低密度聚乙烯或高密度聚乙烯或线性低密度聚乙烯。
优选的，所述通用聚丙烯为等规聚丙烯或无规共聚聚丙烯。
优选的，所述聚丙烯树脂为高熔体聚丙烯与通用聚丙烯的混合物，高熔体聚丙烯与通用聚丙烯的重量比为10～50：50～90。
优选的，所述通用聚丙烯为等规聚丙烯或无规共聚聚丙烯。
一种开孔型聚丙烯微孔发泡片材的生产方法，包括以下步骤：
a)原料混合：将聚丙烯树脂、聚乙烯树脂按比例吸入混料机，充分混合后吸入挤出机料斗并进行烘干处理，烘干温度为70～80℃；
b)塑化混合：将步骤a)烘干后的原料混合物通过双螺杆挤出机塑化、混合，形成双连续相结构，双螺杆挤出机中螺杆的温度为180～240℃、模头的温度为160～170℃、主机转速为50～100rpm；
c)定型：将步骤b)形成的双连续相结构的聚丙烯/聚乙烯共混物熔体通过片材挤出模头，在牵引机的拉力下通过冷却定型机构冷却成型；
d)切割：将步骤c)冷却成型后的聚丙烯/聚乙烯共混物片材通过切割机进行切割，得到用于微孔发泡的聚丙烯/聚乙烯共混物实体基材；
e)施压密封：将步骤d)切割后的聚丙烯/聚乙烯共混物实体基材放入耐高压的发泡容器中，外部施压使发泡容器密封；
f)升温：将发泡容器升温至发泡温度，发泡温度为140～160℃；
g)充二氧化碳气体：将步骤f)处理后的发泡容器内充入超临界二氧化碳气体，气体压力：8～25MPa；
h)微孔发泡：将步骤g)保持充气30～150min后，快速释放发泡容器内的二氧化碳气体，诱导泡孔成核、生长、定型，形成开孔型聚丙烯微孔发泡材料。
综上所述，本发明的优点：连续相的聚乙烯的主要作用是当聚丙烯在其适合的发泡温度进行固态发泡时，由于聚丙烯的发泡温度远高于聚乙烯的熔点，此时聚乙烯完全熔融，熔体强度较低，溶解在聚乙烯相内的发泡气体在发泡膨胀过程中使聚乙烯相形成的泡孔完全连通，连通的聚乙烯相内的泡孔穿过聚丙烯相形成的泡孔壁，从而导致聚丙烯微孔发泡材料的开孔结构。
由于聚丙烯的发泡温度远高于聚乙烯的熔点，在聚丙烯的发泡温度下，聚乙烯相内容易形成开孔结构，固态发泡中发泡温度低于聚丙烯的熔点，使得实体基材内的双连续相结构在发泡过程中得以保持，同时在固态发泡过程中材料内部的孔径可由发泡温度和超临界二氧化碳气体压力控制，容易调控，超临界二氧化碳气体在聚丙烯的发泡温度下溶解速率快，饱和时间短，生产效率高。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1为实施例一的内部泡孔形态的扫描电镜图；
图2为实施例二的内部泡孔形态的扫描电镜图；
图3为实施例三的内部泡孔形态的扫描电镜图；
图4为实施例四的内部泡孔形态的扫描电镜图。
具体实施方式
实施例一：
如图1所示，一种开孔型聚丙烯微孔发泡片材，包括以下组分：100重量份的聚丙烯树脂、60重量份的聚乙烯树脂，其中：所述聚丙烯树脂采用分子量分布值为16的等规聚丙烯，所述聚乙烯树脂采用分子量分布值为5的低密度聚乙烯。
如上所述的一种开孔型聚丙烯微孔发泡片材所采用的生产方法，包括以下步骤：
a)原料混合：将聚丙烯树脂、聚乙烯树脂按比例吸入混料机，充分混合后吸入挤出机料斗并进行烘干处理，烘干温度为80℃；
b)塑化混合：将步骤a)烘干后的原料混合物通过双螺杆挤出机塑化、混合，形成双连续相结构，双螺杆挤出机中螺杆的温度为190℃、模头的温度为165℃、主机转速为60rpm；
c)定型：将步骤b)形成的双连续相结构的聚丙烯/聚乙烯共混物熔体通过片材挤出模头，在牵引机的拉力下通过冷却定型机构冷却成型；
d)切割：将步骤c)冷却成型后的聚丙烯/聚乙烯共混物片材通过切割机进行切割，得到用于微孔发泡的聚丙烯/聚乙烯共混物实体基材；
e)施压密封：将步骤d)切割后的聚丙烯/聚乙烯共混物实体基材放入耐高压的发泡容器中，外部施压使发泡容器密封；
f)升温：将发泡容器升温至发泡温度，发泡温度为145℃；
g)充二氧化碳气体：将步骤f)处理后的发泡容器内充入超临界二氧化碳气体，气体压力：15MPa；
h)微孔发泡：将步骤g)保持充气40min后，快速释放发泡容器内的二氧化碳气体，诱导泡孔成核、生长、定型，形成开孔型聚丙烯微孔发泡材料。
实施例二：
如图2所示，一种开孔型聚丙烯微孔发泡片材，包括以下组分：100重量份的聚丙烯树脂、80重量份的聚乙烯树脂，其中，所述聚丙烯树脂采用分子量分布值为19的无规共聚聚丙烯，所述聚乙烯树脂采用分子量分布值为7的高密度聚乙烯。
如上所述的一种开孔型聚丙烯微孔发泡片材所采用的生产方法，包括以下步骤：
a)原料混合：将聚丙烯树脂、聚乙烯树脂按比例吸入混料机，充分混合后吸入挤出机料斗并进行烘干处理，烘干温度为80℃；
b)塑化混合：将步骤a)烘干后的原料混合物通过双螺杆挤出机塑化、混合，形成双连续相结构，双螺杆挤出机中螺杆的温度为200℃、模头的温度为170℃、主机转速为70rpm；
c)定型：将步骤b)形成的双连续相结构的聚丙烯/聚乙烯共混物熔体通过片材挤出模头，在牵引机的拉力下通过冷却定型机构冷却成型；
d)切割：将步骤c)冷却成型后的聚丙烯/聚乙烯共混物片材通过切割机进行切割，得到用于微孔发泡的聚丙烯/聚乙烯共混物实体基材；
e)施压密封：将步骤d)切割后的聚丙烯/聚乙烯共混物实体基材放入耐高压的发泡容器中，外部施压使发泡容器密封；
f)升温：将发泡容器升温至发泡温度，发泡温度为147℃；
g)充二氧化碳气体：将步骤f)处理后的发泡容器内充入超临界二氧化碳气体，气体压力：20MPa；
h)微孔发泡：将步骤g)保持充气30min后，快速释放发泡容器内的二氧化碳气体，诱导泡孔成核、生长、定型，形成开孔型聚丙烯微孔发泡材料。
实施例三：
如图3所示，一种开孔型聚丙烯微孔发泡片材，包括以下组分：100重量份的聚丙烯树脂、100份的聚乙烯树脂，其中：聚丙烯树脂采用分子量分布值为21的高熔体强度聚丙烯，聚乙烯树脂采用分子量分布值为11的线性低密度聚乙烯。
如上所述的一种开孔型聚丙烯微孔发泡片材所采用的生产方法，包括以下步骤：
a)原料混合：将聚丙烯树脂、聚乙烯树脂按比例吸入混料机，充分混合后吸入挤出机料斗并进行烘干处理，烘干温度为80℃；
b)塑化混合：将步骤a)烘干后的原料混合物通过双螺杆挤出机塑化、混合，形成双连续相结构，双螺杆挤出机中螺杆的温度为210℃、模头的温度为174℃、主机转速为80rpm；
c)定型：将步骤b)形成的双连续相结构的聚丙烯/聚乙烯共混物熔体通过片材挤出模头，在牵引机的拉力下通过冷却定型机构冷却成型；
d)切割：将步骤c)冷却成型后的聚丙烯/聚乙烯共混物片材通过切割机进 行切割，得到用于微孔发泡的聚丙烯/聚乙烯共混物实体基材；
e)施压密封：将步骤d)切割后的聚丙烯/聚乙烯共混物实体基材放入耐高压的发泡容器中，外部施压使发泡容器密封；
f)升温：将发泡容器升温至发泡温度，发泡温度为152℃；
g)充二氧化碳气体：将步骤f)处理后的发泡容器内充入超临界二氧化碳气体，气体压力：25MPa；
h)微孔发泡：将步骤g)保持充气60min后，快速释放发泡容器内的二氧化碳气体，诱导泡孔成核、生长、定型，形成开孔型聚丙烯微孔发泡材料。
实施例四：
如图4所示，一种开孔型聚丙烯微孔发泡片材，包括以下组分：100重量份的聚丙烯树脂、100份的聚乙烯树脂，其中：聚丙烯树脂采用分子量分布值为22的高熔体聚丙烯和分子量分布值为16的共聚聚丙烯混合料，其高熔体聚丙烯与共聚聚丙烯的混合比例为50:50，聚乙烯树脂采用分子量分布值为9的线性低密度聚乙烯。
如上所述的一种开孔型聚丙烯微孔发泡片材所采用的生产方法，包括以下步骤：
a)原料混合：将聚丙烯树脂、聚乙烯树脂按比例吸入混料机，充分混合后吸入挤出机料斗并进行烘干处理，烘干温度为75℃；
b)塑化混合：将步骤a)烘干后的原料混合物通过双螺杆挤出机塑化、混合，形成双连续相结构，双螺杆挤出机中螺杆的温度为215℃、模头的温度为 165℃、主机转速为100rpm；
c)定型：将步骤b)形成的双连续相结构的聚丙烯/聚乙烯共混物熔体通过片材挤出模头，在牵引机的拉力下通过冷却定型机构冷却成型；
d)切割：将步骤c)冷却成型后的聚丙烯/聚乙烯共混物片材通过切割机进行切割，得到用于微孔发泡的聚丙烯/聚乙烯共混物实体基材；
e)施压密封：将步骤d)切割后的聚丙烯/聚乙烯共混物实体基材放入耐高压的发泡容器中，外部施压使发泡容器密封；
f)升温：将发泡容器升温至发泡温度，发泡温度为153℃；
g)充二氧化碳气体：将步骤f)处理后的发泡容器内充入超临界二氧化碳气体，气体压力：13MPa；
h)微孔发泡：将步骤g)保持充气50min后，快速释放发泡容器内的二氧化碳气体，诱导泡孔成核、生长、定型，形成开孔型聚丙烯微孔发泡材料。
按照ISO 845标准测试得到微孔发泡材料的表观密度，可以计算得到最终微孔发泡材料的发泡倍率，发泡倍率(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。
将微孔发泡材料经液氮淬断，断面喷金，采用扫描电镜(SEM)考察发泡材料内部的泡孔结构。
通过压汞法测量微孔发泡材料的开孔率，其测量方法如下：先将膨胀计置于充汞装置中，在真空条件下充汞，充完后称出膨胀计的重量W1，然后将充的汞排出，装入重量为W的微孔发泡材料试样，再放入充汞装置中在同样的真空 条件下充汞，称出带有试样的膨胀计重量W2，之后再将膨胀计置于加压系统中将汞压入试样的孔隙之内，直至饱和为止，算出汞压入的体积VT，则得到试样的开孔率(θO)：
θO＝(VT×ρHg)/(W+W1-W2)×100％
其中ρHg为汞的密度。
下表为实施例一、实施例二、实施例三和实施例四的表征结果，
| 项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 |
| 发泡倍率 | 26.1 | 14.7 | 20.2 | 32.9 |
| 开孔率，％ | 95 | 90 | 98 | 96 |
通过形成双连续相的聚丙烯/聚乙烯共混物基材，再通过固态发泡技术在聚丙烯的发泡温度下使基材发泡，使形成于完全熔融态的聚乙烯相内的泡孔完全贯通，并穿过形成于聚丙烯相内泡孔的孔壁，从而形成开孔结构的聚丙烯微孔发泡片材，采用此方法制得的聚丙烯开孔型微孔发泡材料，孔径小，发泡倍率大，开孔率高，可广泛应用于过滤、吸音、透气等领域。
Claims (9)
1.一种开孔型聚丙烯微孔发泡片材，其特征在于：包括以下组分：100重量份的聚丙烯树脂、50～100重量份的聚乙烯树脂，其中：所述聚丙烯树脂的分子量分布值为10～30，所述聚乙烯树脂的分子量分布值为5～15，所述聚丙烯树脂和聚乙烯树脂形成双连续相的结构。
2.根据权利要求1所述的一种开孔型聚丙烯微孔发泡片材，其特征在于：包括以下组分：100重量份的聚丙烯树脂、60重量份的聚乙烯树脂，其中：所述聚丙烯树脂的分子量分布值为16，所述聚乙烯树脂的分子量分布值为5。
3.根据权利要求1所述的一种开孔型聚丙烯微孔发泡片材，其特征在于：包括以下组分：100重量份的聚丙烯树脂、80重量份的聚乙烯树脂，其中，所述聚丙烯树脂的分子量分布值为19，所述聚乙烯树脂的分子量分布值为7。
4.根据权利要求1所述的一种开孔型聚丙烯微孔发泡片材，其特征在于：包括以下组分：100重量份的聚丙烯树脂、100重量份的聚乙烯树脂，其中，所述聚丙烯树脂的分子量分布值为21，所述聚乙烯树脂的分子量分布值为11。
5.根据权利要求1至4任一项所述的一种开孔型聚丙烯微孔发泡片材，其特征在于：所述聚丙烯树脂为高熔体聚丙烯或通用聚丙烯，所述聚乙烯树脂为低密度聚乙烯或高密度聚乙烯或线性低密度聚乙烯。
6.根据权利要求5所述的一种开孔型聚丙烯微孔发泡片材，其特征在于：所述通用聚丙烯为等规聚丙烯或无规共聚聚丙烯。
7.根据权利要求1至4任一项所述的一种开孔型聚丙烯微孔发泡片材，其特征在于：所述聚丙烯树脂为高熔体聚丙烯与通用聚丙烯的混合物，高熔体聚丙烯与通用聚丙烯的重量比为10～50：50～90。
8.根据权利要求7所述的一种开孔型聚丙烯微孔发泡片材，其特征在于：所述通用聚丙烯为等规聚丙烯或无规共聚聚丙烯。
9.如权利要求1所述的一种开孔型聚丙烯微孔发泡片材所采用的生产方法，其特征在于：包括以下步骤：
a)原料混合：将聚丙烯树脂、聚乙烯树脂按比例吸入混料机，充分混合后吸入挤出机料斗并进行烘干处理，烘干温度为70～80℃；
b)塑化混合：将步骤a)烘干后的原料混合物通过双螺杆挤出机塑化、混合，形成双连续相结构，双螺杆挤出机中螺杆的温度为180～240℃、模头的温度为160～170℃、主机转速为50～100rpm；
c)定型：将步骤b)形成的双连续相结构的聚丙烯/聚乙烯共混物熔体通过片材挤出模头，在牵引机的拉力下通过冷却定型机构冷却成型；
d)切割：将步骤c)冷却成型后的聚丙烯/聚乙烯共混物片材通过切割机进行切割，得到用于微孔发泡的聚丙烯/聚乙烯共混物实体基材；
e)施压密封：将步骤d)切割后的聚丙烯/聚乙烯共混物实体基材放入耐高压的发泡容器中，外部施压使发泡容器密封；
f)升温：将发泡容器升温至发泡温度，发泡温度为140～160℃；
g)充二氧化碳气体：将步骤f)处理后的发泡容器内充入超临界二氧化碳气体，气体压力：8～25MPa；
h)微孔发泡：将步骤g)保持充气30～150min后，快速释放发泡容器内的二氧化碳气体，诱导泡孔成核、生长、定型，形成开孔型聚丙烯微孔发泡材料。
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