CN105273314B - 一种聚丙烯发泡隔热材料及其制备方法 - Google Patents

一种聚丙烯发泡隔热材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚丙烯发泡隔热材料及其制备方法，其中聚丙烯发泡隔热材料是由以下质量份数的原料经混炼、发泡后得到：基体树脂80～110份，成核剂3～5份，发泡剂5～10份，助剂7.5～13份；所述基体树脂为无规聚丙烯和氯化聚乙烯。本发明通过添加适量的氯化聚乙烯改善PP发泡性能，同时起到增韧的作用。本发明聚丙烯发泡材料具有较低的密度和均匀的泡孔结构、优异的力学性能以及良好的隔热性能。

Description

一种聚丙烯发泡隔热材料及其制备方法
一、技术领域
本发明涉及一种聚丙烯发泡隔热材料及其制备方法，属于隔热材料技术领域。
二、背景技术
聚丙烯发泡材料(Expanded polypropylene，EPP)以其优异的力学性能、环保性、耐高温性(130℃)以及优良的耐化学腐蚀性等，引起了各国研究人员的广泛关注。聚丙烯系列树脂发泡材料广泛应用于建筑节能材料、汽车零部件、航天工业、包装和日用品等领域。然而聚丙烯(PP)因结晶度高、结晶温度较高、冷却时间长、熔体强度差、微发泡成型固化较难、适合发泡加工温度范围狭窄(大约4℃)等因素成为PP发泡材料工业生产的瓶颈。提高PP的熔体强度是改善PP热成型和发泡加工性能的关键因素，因此一直以来，高熔体强度PP的制备和工业化生产是国内外学术界和产业界广泛关注的焦点。
三、发明内容
本发明旨在提供一种聚丙烯发泡隔热材料及其制备方法，所要解决的技术问题是提高PP树脂的熔体强度，改善其力学性能。
本发明聚丙烯发泡隔热材料，是由以下质量份数的原料经混炼、发泡后得到：
所述基体树脂为无规聚丙烯(60～80份)和氯化聚乙烯(20～30份)。
所述成核剂为疏水性纳米二氧化硅气凝胶，市购。
所述发泡剂为偶氮二甲酰胺。
所述助剂为氧化锌、硬脂酸锌、过氧化二异丙苯和马来酸酐。
助剂中各原料按质量份数构成为：氧化锌1～2份，硬脂酸锌3～5份，过氧化二异丙苯0.5～1份，马来酸酐3～5份。
本发明聚丙烯发泡隔热材料的制备方法，包括如下步骤：
1、将无规聚丙烯(PP)、氯化聚乙烯(CM)、疏水性纳米二氧化硅气凝胶(Nano-SiO2)混合均匀后加入到密炼机中进行混炼7～15分钟；
2、将过氧化二异丙苯(DCP)、马来酸酐(MAH)加入到密炼机中混炼5～10分钟；
3、然后将硬脂酸锌(ZnSt)、氧化锌(ZnO)、偶氮二甲酰胺(AC)混合均匀后加入到密炼机中混炼1～5分钟，得到预发泡树脂；
4、将密炼机中的预发泡树脂取出，置于模具中，在模压5MPa、模温170℃条件下加热8分钟即制得聚丙烯发泡隔热材料。
密炼机混炼时的参数设置为：温度170℃，螺杆转速40转/分钟。
氯化聚乙烯(CM)是一种无毒无味的具有优良的耐候性以及韧性良好(在-30℃仍具有很好的柔韧性)的合成橡胶。由于CM与PP结构相近，而且CM分子链上无规分布的极性氯原子在共混体系中也起到对CM的增容作用，因而CM与PP具有良好的共混互容性。因此，用CM对PP进行共混改性不仅可以提高PP的熔体强度，改善PP树脂的发泡性能，还可以提高发泡PP的力学性能、隔热性以及制品的耐老化性等。
发泡PP材料的工业化生产主要采用超临界方法，即用超临界CO2辅助挤出发泡PP或者超临界CO2在反应釜中预发泡PP珠粒再模压成型，在此方面日本和德国走在了世界的前列。由于超临界方法受到设备限制，工艺相对简单的化学改性发泡方法目前尚处于实验室研究阶段，主要是采用支化扩链的方式来增强PP的熔体强度。
本发明制备工艺在投料中添加了ZnSt能够很好地降低AC的分解温度，减小AC的分解速率常数，使其分解趋于平缓，另外硬脂酸锌的熔点在120℃左右，熔融的硬脂酸锌有利于热量的传递以及AC的分散，避免了因AC的快速分解导致发泡基体出现局部过热而使泡孔塌陷现象。ZnO能够促进DCP与聚丙烯的微交联反应，提高反应效率和反应速率，促进泡孔的成型。MAH能够接枝到聚丙烯分子链上，形成MAH-g-PP起到增容剂的作用，使CM和疏水性纳米二氧化硅气凝胶更好的分散在PP树脂中。CM与PP结构相近，而且CM分子链上无规分布的极性氯原子在共混体系中也起到对CM增容的作用，因而与PP具有良好的相容性。此外，CM具有优良的耐候性、韧性以及耐老化性等，因此添加CM不仅可以提高PP的熔体强度，改善PP树脂的发泡性，提升PP泡沫材料的力学性能，还能提高PP复合泡沫材料的耐候性、耐老化性等。疏水性纳米二氧化硅气凝胶的添加一方面为发泡材料提供泡孔成核剂，其多孔结构同时作为发泡剂的载体，另一方面还可以提升PP树脂的熔体强度，有效降低热导率系数。本发明的PP发泡材料密度较低、泡孔分布均匀、孔径较小，具有优异隔热性、冲击和拉伸强度。
本发明工艺采用简单的模压发泡工艺，避免了使用超临界条件以及特殊分子结构PP树脂，从而降低了生产成本，简化了成型工艺。为实现大规模工业化生成提供可能。
四、具体实施方式
实施例1：
1、本实施例中各原料按质量份数构成如下：
1)将聚丙烯(PP)、氯化聚乙烯(CM)、疏水性纳米二氧化硅气凝胶(Nano-SiO2)混合均匀后加入到密炼机中进行混炼7分钟，混炼温度170℃，混炼时螺杆转速为40转/分钟；
2)将过氧化二异丙苯(DCP)、马来酸酐(MAH)加入到密炼机中混炼5分钟，混炼温度170℃，混炼时螺杆转速为40转/分钟；
3)然后将硬脂酸锌(ZnSt)、氧化锌(ZnO)、偶氮二甲酰胺(AC)混合均匀后加入到密炼机中混炼2分钟，混炼温度170℃，混炼时螺杆转速为40转/分钟，得到预发泡树脂；
4)将密炼机中的预发泡树脂取出，置于模具中，在模压5MPa、模温170℃条件下加热8分钟即制得聚丙烯发泡隔热材料。
实施例2：
1、本实施例中各原料按质量份数构成如下：
1)将聚丙烯(PP)、氯化聚乙烯(CM)、疏水性纳米二氧化硅气凝胶(Nano-SiO2)混合均匀后加入到密炼机中进行混炼7分钟，混炼温度170℃，混炼时螺杆转速为40转/分钟；
2)将过氧化二异丙苯(DCP)、马来酸酐(MAH)加入到密炼机中混炼5分钟，混炼温度170℃，混炼时螺杆转速为40转/分钟；
3)然后将硬脂酸锌(ZnSt)、氧化锌(ZnO)、偶氮二甲酰胺(AC)混合均匀后加入到密炼机中混炼2分钟，混炼温度170℃，混炼时螺杆转速为40转/分钟，得到预发泡树脂；
4)将密炼机中的预发泡树脂取出，置于模具中，在模压5MPa、模温170℃条件下加热8分钟即制得聚丙烯发泡隔热材料。
实施例3：
1、本实施例中各原料按质量份数构成如下：
1)将聚丙烯(PP)、氯化聚乙烯(CM)、疏水性纳米二氧化硅气凝胶(Nano-SiO2)混合均匀后加入到密炼机中进行混炼7分钟，混炼温度170℃，混炼时螺杆转速为40转/分钟；
2)将过氧化二异丙苯(DCP)、马来酸酐(MAH)加入到密炼机中混炼5分钟，混炼温度170℃，混炼时螺杆转速为40转/分钟；
3)然后将硬脂酸锌(ZnSt)、氧化锌(ZnO)、偶氮二甲酰胺(AC)混合均匀后加入到密炼机中混炼2分钟，混炼温度170℃，混炼时螺杆转速为40转/分钟，得到预发泡树脂；
4)将密炼机中的预发泡树脂取出，置于模具中，在模压5MPa、模温170℃条件下加热8分钟即制得聚丙烯发泡隔热材料。
本发明制备的聚丙烯发泡材料的性能测试结果如下：
隔热性：导热系数为0.03～0.06W/(m.K)。发泡效果：材料的密度达到0.3～0.5g/cm3，材料的泡孔密度达到2.0x106～2.5x106/cm3，孔径大小80～120μm。力学性能：冲击强度和拉伸强度分别达到16～20kJ/m2和17～22MPa。

Claims (4)

1.一种聚丙烯发泡隔热材料，其特征在于：由以下质量份数的原料经混炼、发泡后得到：
所述基体树脂为无规聚丙烯和氯化聚乙烯；基体树脂中无规聚丙烯的添加量为60～80质量份，氯化聚乙烯的添加量为20～30质量份；
所述成核剂为疏水性纳米二氧化硅气凝胶；
所述发泡剂为偶氮二甲酰胺；
所述助剂为氧化锌、硬脂酸锌、过氧化二异丙苯和马来酸酐；助剂中各原料按质量份数构成为：氧化锌1～2份，硬脂酸锌3～5份，过氧化二异丙苯0.5～1份，马来酸酐3～5份。
2.一种权利要求1所述的聚丙烯发泡隔热材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1)将无规聚丙烯、氯化聚乙烯和疏水性纳米二氧化硅气凝胶混合均匀后加入到密炼机中进行混炼7～15分钟；
2)向密炼机中加入过氧化二异丙苯和马来酸酐继续混炼5～10分钟；
3)然后将硬脂酸锌、氧化锌和偶氮二甲酰胺混合均匀后加入到密炼机中混炼1～5分钟，得到预发泡树脂；
4)将密炼机中的预发泡树脂取出，置于模具中，模压发泡后制得聚丙烯发泡隔热材料。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：
模压发泡的条件为：模压5MPa，模温170℃，发泡时间8min。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：
步骤1)至步骤3)中密炼机混炼时的参数设置为：温度170℃，螺杆转速40转/分钟。
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