CN105778247A - 一种采用自然纤维制备的聚乙烯发泡材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种采用自然纤维制备的聚乙烯发泡材料及其制备方法，本发明属于高分子材料加工领域，为克服现在EPE发泡材料降解性能不佳、强度与刚度不足、易燃等缺点，本发明提出了一种新型的EPE发泡材料配方，该配方将自然纤维(豆渣或甘蔗渣)经改性处理后作为一种EPE发泡颗粒的主要填料，并加入抗静电与阻燃剂，使生产出的EPE发泡材料具有更好的强度、刚度、阻燃抗静电性与可降解特性。同时具备更好的防静电功能和缓冲效果，降低成本。

Description

一种采用自然纤维制备的聚乙烯发泡材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料加工领域，具体涉及一种具有阻燃、抗静电、易降解功能，添加大豆豆渣或甘蔗渣等自然纤维生产EPE珍珠棉的方法，可用于快递包装缓冲材料及产品保护材料。
背景技术
聚乙烯发泡材料(EPE)，俗称珍珠棉，绝大多数是由低密度聚乙烯树脂(LDPE)加入超细滑石料和抗缩剂单甘油脂采用丁烷经物理发泡成形的，具有高强缓冲能力的新型环保包装材料。具有保温、防潮、耐腐蚀、重量轻、缓冲性能好、耐摩擦等性能特点。EPE克服了EPS(预发泡聚苯乙烯)、纸浆模塑等产品易碎、易变形、防振能力差的缺点，广泛适用于电子产品、仪表仪器、家具、玻璃、陶瓷、酒类、工艺品等产品的内包装和特殊包装，在物流行业车辆运输和快递包装中也运用极广，成为运输包装最重要的缓冲与保护材料之一。
目前，我国的EPE材料具有阻燃能力差，材料不易降解，环保效果不佳，回收利用率真低、韧性不够等缺点，对环境造成一定的影响，储运过程燃烧现象也有发生。所以有必要对EPE在阻燃、环保方面的性能加以改进。但是目前国内外EPE材料的生产与配方多年来均没有太大的改变，特别是将大豆或甘蔗加工后的废弃物豆渣与甘蔗渣经改性处理后作为一种主要填料，生产阻燃抗静电EPE缓冲材料的研究还未见报道。
发明内容
为克服现在EPE发泡材料降解性能不佳、强度与刚度不足、易燃等缺点，本发明提出了一种新型的EPE发泡材料配方，该配方将自然纤维(豆渣或甘蔗渣)经改性处理后作为一种EPE发泡颗粒的主要填料，并加入抗静电与阻燃剂，使生产出的EPE发泡材料具有更好的强度、刚度、阻燃抗静电性与可降解特性。同时具备更好的防静电功能和缓冲效果，降低成本。
本发明提出的技术方案是：
一种采用自然纤维制备聚乙烯发泡材料的方法，所述的方法包括如下步骤：
A.准备经改性处理的自然纤维
(1)将含自然纤维的原料(豆渣或甘蔗渣)加入PH值为3的水中，水量按15ml/g自然纤维配比，加热到100℃，加热时间为50-70min，优选60min,然后干燥研磨制成含自然纤维的粉末；
(2)将滑石粉和轻质碳酸钙干燥，过150－250目筛后，与异丙基三(十二烷基苯磺酰基)钛酸脂加入混合机中，在110－120℃下以500－1000rpm的速度搅拌混合20－30min，然后加入上一步骤的粉末，再以1500－2000rpm的速度共混5－10min,送入造粒机中造粒，粒径控制在0.2－0.3mm，烘干，形成改性处理的自然纤维；
其中各物质的添加量为：滑石粉5－15％，轻质碳酸钙10－15％，异丙基三(十二烷基苯磺酰基)钛酸脂0.5－1％，其余的为含自然纤维的粉末；
B.制备聚乙烯发泡材料
LDPE(低密度聚乙烯)：20－40％；
LLDPE(线性低密度聚乙烯)：10－30％；
HDPE(高密度聚乙烯)：10－30％；
经改性处理的自然纤维(豆渣粉或甘蔗渣粉):15－35％；
单硬脂酸甘油脂：0.4－3％；
抗静电母粒:1.5－3％；
丁烷:0.05－0.2％；
所述的抗静电母粒成分为：LDPE9002-88-445％，LLDPE9002-88-442％，超细白碳黑7631-86-95％，乙氧基烷基胺25307-17-96％，甘油脂11099-07-32％。该抗静电母粒也可以是由深圳市北化塑胶有限公司生产的抗静电母粒产品。
按重量比称取上述各组分，将HDPE(高密度聚乙烯)加入双螺杆挤出机中，升温至110－120℃，待其成为熔融状态时，加入经改性处理的自然纤维，在600－800rpm的转速下熔融共混40-60min，然后挤出造粒，包覆颗粒在80℃恒温箱内存放30－40min，然后取出冷却至常温即得自然纤维包覆粒子；
将自然纤维包覆粒子与LDPE、LLDPE、单硬脂酸甘油酯和抗静电母粒注入EPE发泡机组内加热220℃－250℃熔化，使之在机内充分熔融混合，加热形成聚合物熔体；
将发泡剂丁烷以10－30kg/cm2的压力注入机组末端，丁烷发泡剂和聚合物熔体(低密度聚乙烯的熔体)充分混合后通过模具挤出、冷却、定型、展平、牵引、卷取得到聚乙烯发泡材料。
进一步的，所述的自然纤维的原料为豆渣或甘蔗渣。
进一步的，所述忽的滑石粉为3000目的滑石粉。
一种采用上述的方法制备的聚乙烯发泡材料。
与现有技术相比，本发明涉及到的一种添加改性自然纤维与阻燃剂生产发泡EPE缓冲材料的方法具有以下优点和进步：(1)本发明引入的改性自然纤维填料在发泡材料中起到一定的支撑骨架作用，从而使生产的EPE发泡材料具有更好的强度与刚度；(2)自然纤维成份使EPE发泡材料成本降低、且更容易被降解；(3)添加阻燃剂与抗静电剂使生产的发泡EPE具有更好的阻燃性与抗静电能力，应用在快递与物流包装中更安全。
具体实施例
实施例1
一种采用自然纤维制备聚乙烯发泡材料的方法，所述的方法包括如下步骤：
C.准备经改性处理的自然纤维
(1)将含豆渣加入PH值为3的水中，水量按15ml/g自然纤维配比，加热到100℃，加热时间为60min，然后干燥研磨制成含自然纤维的粉末；
(2)将3000目的滑石粉和轻质碳酸钙干燥，过200目筛后，与异丙基三(十二烷基苯磺酰基)钛酸脂偶联剂加入混合机中，在110℃下以500rpm的速度搅拌混合250min，然后加入上一步骤制备的粉末，再以1800rpm的速度共混8min,送入造粒机中造粒，粒径控制在0.2－0.3mm，烘干，形成改性处理的自然纤维；
其中各物质的添加量为：滑石粉10％，轻质碳酸钙12％，异丙基三(十二烷基苯磺酰基)钛酸脂偶联剂0.8％，其余的为含自然纤维的粉末；
D.制备聚乙烯发泡材料
LDPE(低密度聚乙烯)：33％；
LLDPE(线性低密度聚乙烯)：16％；
HDPE(高密度聚乙烯)：16％；
经改性处理的自然纤维(豆渣粉或甘蔗渣粉):29.6％；
单硬脂酸甘油脂：2.2％；
抗静电母粒:3％；
丁烷:0.2％；
所述的抗静电母粒成分为：LDPE9002-88-445％，LLDPE9002-88-442％，二氧化硅5％，乙氧基烷基胺25307-17-96％，甘油脂2％。
按重量比称取上述各组分，将HDPE(高密度聚乙烯)加入双螺杆挤出机中，升温并维持至110℃，待其成为熔融状态时，加入经改性处理的自然纤维，在700rpm的转速下熔融共混50min，然后挤出造粒，包覆颗粒在80°C恒温箱内存放35min，然后取出冷却至常温即得自然纤维包覆粒子；
将自然纤维包覆粒子与LDPE、LLDPE、单硬脂酸甘油酯和抗静电母粒注入EPE发泡机组内加热250℃熔化，使之在机内充分熔融混合，加热形成聚合物熔体；
将发泡剂丁烷以25kg/cm2的压力注入机组末端，丁烷发泡剂和聚合物熔体(低密度聚乙烯的熔体)充分混合后通过模具挤出、冷却、定型、展平、牵引、卷取得到聚乙烯发泡材料。
实施例2
一种采用自然纤维制备聚乙烯发泡材料的方法，所述的方法包括如下步骤：
E.准备经改性处理的自然纤维
(1)将甘蔗渣加入PH值为3的水中，水量按15ml/g自然纤维配比，加热到100℃，加热时间为50min,然后干燥研磨制成含自然纤维的粉末；
(2)将3000目的滑石粉和轻质碳酸钙干燥，过180目筛后，与异丙基三(十二烷基苯磺酰基)钛酸脂偶联剂加入混合机中，在120℃下以800rpm的速度搅拌混合20min，然后加入上一步骤的粉末，再以1500rpm的速度共混5min,送入造粒机中造粒，粒径控制在0.2－0.3mm，烘干，形成改性处理的自然纤维；
其中各物质的添加量为：滑石粉5－15％，轻质碳酸钙10－15％，异丙基三(十二烷基苯磺酰基)钛酸脂偶联剂0.5－1％，其余的为含自然纤维的粉末；
F.制备聚乙烯发泡材料
LDPE(低密度聚乙烯)：26％；
LLDPE(线性低密度聚乙烯)：22％；
HDPE(高密度聚乙烯)：17％；
经改性处理的自然纤维(豆渣粉或甘蔗渣粉):31％；
单硬脂酸甘油脂：2％；
抗静电母粒:1.8％；
丁烷:0.2％；
所述的抗静电母粒成分为：LDPE9002-88-445％，LLDPE9002-88-442％，二氧化硅5％，乙氧基烷基胺25307-17-96％，甘油脂2％。
按重量比称取上述各组分，将HDPE(高密度聚乙烯)加入双螺杆挤出机中，升温至120℃，待其成为熔融状态时，加入经改性处理的自然纤维，在600rpm的转速下熔融共混60min，然后挤出造粒，包覆颗粒在80℃恒温箱内存放35min，然后取出冷却至常温即得自然纤维包覆粒子；
将自然纤维包覆粒子与LDPE、LLDPE、单硬脂酸甘油酯和抗静电母粒注入EPE发泡机组内加热220℃熔化，使之在机内充分熔融混合，加热形成聚合物熔体；
将发泡剂丁烷以25kg/cm2的压力注入机组末端，丁烷发泡剂和聚合物熔体(低密度聚乙烯的熔体)充分混合后通过模具挤出、冷却、定型、展平、牵引、卷取得到聚乙烯发泡材料。
实施例3
一种采用自然纤维制备聚乙烯发泡材料的方法，所述的方法包括如下步骤：G.准备经改性处理的自然纤维
(1)将甘蔗渣加入PH值为3的水中，水量按15ml/g自然纤维配比，加热到100℃，加热时间为50min,然后干燥研磨制成含自然纤维的粉末；
(2)将3000目的滑石粉和轻质碳酸钙干燥，过180目筛后，与异丙基三(十二烷基苯磺酰基)钛酸脂偶联剂加入混合机中，在115℃下以900rpm的速度搅拌混合25min，然后加入上一步骤的粉末，再以1700rpm的速度共混8min,送入造粒机中造粒，粒径控制在0.2－0.3mm，烘干，形成改性处理的自然纤维；
其中各物质的添加量为：滑石粉5－15％，轻质碳酸钙10－15％，异丙基三(十二烷基苯磺酰基)钛酸脂偶联剂0.5－1％，其余的为含自然纤维的粉末；
H.制备聚乙烯发泡材料
LDPE(低密度聚乙烯)：30％；
LLDPE(线性低密度聚乙烯)：20％；
HDPE(高密度聚乙烯)：14％；
经改性处理的自然纤维(豆渣粉或甘蔗渣粉):32％；
单硬脂酸甘油脂：2％；
抗静电母粒:1.8％；
丁烷:0.2％；
所述的抗静电母粒成分为：LDPE9002-88-445％，LLDPE9002-88-442％，二氧化硅5％，乙氧基烷基胺25307-17-96％，甘油脂2％。
按重量比称取上述各组分，将HDPE(高密度聚乙烯)加入双螺杆挤出机中，升温至120℃，待其成为熔融状态时，加入经改性处理的自然纤维，在600rpm的转速下熔融共混60min，然后挤出造粒，包覆颗粒在80℃恒温箱内存放35min，然后取出冷却至常温即得自然纤维包覆粒子；
将自然纤维包覆粒子与LDPE、LLDPE、单硬脂酸甘油酯和抗静电母粒注入EPE发泡机组内加热240℃熔化，使之在机内充分熔融混合，加热形成聚合物熔体；
将发泡剂丁烷以25kg/cm2的压力注入机组末端，丁烷发泡剂和聚合物熔体(低密度聚乙烯的熔体)充分混合后通过模具挤出、冷却、定型、展平、牵引、卷取得到聚乙烯发泡材料。

Claims (5)

1.一种采用自然纤维制备聚乙烯发泡材料的方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：
A.准备经改性处理的自然纤维
(1)将含自然纤维的原料加入PH值为3的水中，水和含自然纤维的原料按照15ml/g配比，加热到100℃，加热时间为50-70min，然后干燥研磨制成含自然纤维的粉末；
(2)将滑石粉和碳酸钙干燥，过150－250目筛后，与异丙基三(十二烷基苯磺酰基)钛酸脂加入混合机中，在110－120℃下以500－1000rpm的速度搅拌混合20－30min，然后加入上一步骤的粉末，再以1500－2000rpm的速度共混5－10min,形成改性处理的自然纤维；
其中各物质的添加量为：滑石粉5－15％，碳酸钙10－15％，异丙基三(十二烷基苯磺酰基)钛酸脂偶联剂0.5－1％，其余的为含自然纤维的粉末；
B.制备聚乙烯发泡材料
LDPE：20－40％；
LLDPE：10－30％；
HDPE：10－30％；
经改性处理的自然纤维:15－35％；
单硬脂酸甘油脂：0.4－3％；
抗静电母粒:1.5－3％；
丁烷:0.05－0.2％；
按重量比称取上述各组分，将HDPE加入双螺杆挤出机中，升温至110－120℃，待其成为熔融状态时，加入经改性处理的自然纤维，在600－800rpm的转速下熔融共混40-60min，然后挤出造粒，包覆颗粒在80℃恒温箱内存放30－40min，然后取出冷却至常温即得自然纤维包覆粒子；
将自然纤维包覆粒子与LDPE、LLDPE、单硬脂酸甘油酯和抗静电母粒注入EPE发泡机组内加热220℃－250℃熔化，使之在机内充分熔融混合，加热形成聚合物熔体；
将发泡剂丁烷以10－30kg/cm2的压力注入机组末端，丁烷和聚合物熔体充分混合后通过模具挤出、冷却、定型、展平、牵引、卷取得到聚乙烯发泡材料。
2.如权利要求1所述的一种采用自然纤维制备聚乙烯发泡材料的方法，其特征在于，所述的自然纤维的原料为豆渣或甘蔗渣。
3.如权利要求1所述的一种采用自然纤维制备聚乙烯发泡材料的方法，其特征在于，所述的滑石粉为3000目的滑石粉。
4.如权利要求1所述的一种采用自然纤维制备聚乙烯发泡材料的方法，其特征在于，所述的抗静电母粒由下列物质混合而成：LDPE45％，LLDPE42％，白碳黑5％，乙氧基烷基胺6％，甘油脂2％。
5.采用权利要求1-3任一权利要求所述的方法制备的聚乙烯发泡材料。
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