CN106476298A - 发泡片材挤出机及该机制备的pbat发泡片材 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发泡片材挤出机及该机制备的PBAT发泡片材，旨在提供一种可实现连续生产的发泡片材生产设备及该设备制备的PBAT发泡片材。本发明挤出机由双螺杆挤出机（11）通过内部设有电热装置的连接通道（10）与单螺杆挤出机（7）串联而成；在靠近双螺杆挤出机（11）的出口处固定有与其内腔连通的注入管嘴（3），单螺杆挤出机（7）的出料口（6）与内部具有电热装置的片材口模（5）连通。本发明PBAT发泡片材由PBAT树脂、扩链剂、泡孔成核剂经熔融、共混、扩链反应后再加入发泡剂进行发泡制备而成。本发明克服了传统挤出机难以同时实现熔融、混合、反应扩链以及发泡剂均化等工艺的缺陷。

Description

发泡片材挤出机及该机制备的PBAT发泡片材
技术领域
本发明涉及一种聚合物发泡片材生产装置，尤其涉及一种发泡片材挤出机，属于发泡材料生产设备。
本发明还涉及一种利用该挤出机制备的PBAT发泡片材。
背景技术
聚合物发泡片材具有低密度、隔音、保温、减震等特点，广泛应用于包装、汽车和体育休闲等领域。根据聚合物基体来源不同，聚合物发泡片材可以分为石油基聚合物发泡片材和生物基聚合物发泡片材。其中，生物基聚合物发泡片材除了具有传统石油基聚合物发泡片材的通用性能以外，还具有生物来源性和生物可降解性；不仅可以摆脱对石油资源的过度依赖，而且还能降低产品使用周期结束后对环境造成的负面影响。
聚己二酸对苯二甲酸丁二酯（PBAT）树脂是一种可生物降解聚合物，由德国BASF公司于1998年首次将其商品化。相比生物降解树脂聚乳酸，PBAT表现出更好的柔性，其性能类似低密度聚乙烯（LDPE）。通过发泡成型方法制备出类似LDPE的发泡材料，表现出高柔性和高回弹性等特点，适合用于食品包装材料、缓冲材料和汽车内衬等场合。
目前，通常采用高压密闭容器来生产PBAT发泡材料，如：公告号分别为“CN102229707B”、“CN101613486B”、“CN102219986B”的三项发明专利。上述专利采用高压密闭容器生产PBAT发泡材料，存在或工艺复杂、或生产连续性差、或生产周期长、或工艺条件与原材料性能指标协调性要求高等缺点，不能适应工业化量产的要求。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明旨在提供一种可实现连续化量产的发泡片材挤出机及该机制备的PBAT发泡片材。
为了实现上述目的，本发明挤出机采用以下技术方案：它由双螺杆挤出机通过内部设有电热装置的连接通道与单螺杆挤出机串联而成；在靠近双螺杆挤出机的出口处固定有与其内腔连通的注入管嘴，单螺杆挤出机的出料口与内部具有电热装置的片材口模连通。
双螺杆挤出机和单螺杆挤出机之间形成L形或T形结构；双螺杆挤出机、单螺杆挤出机以及片材口模上均有压力传感器；双螺杆挤出机螺杆的长径比为45:1，单螺杆挤出机螺杆的长径比为65:1。
制备本发明PBAT发泡片材的技术方案如下：它由PBAT树脂、扩链剂、泡孔成核剂按100:1～7:1～3的重量比经以下步骤制备而成：
1）将PBAT树脂、扩链剂分别烘干，烘干温度为50～80°C、烘干时间为2～24h；
2）将泡孔成核剂与烘干的PBAT树脂、扩链剂混合后投入加热的挤出机中进行熔融、共混和扩链反应，与此同时向该挤出机中通入发泡剂进行发泡处理；保证双螺杆挤出机的螺杆转速为40～100 r/min、加热温度为180～240℃、容腔压力为5～50 MPa，保证单螺杆挤出机的螺杆转速为5～30 r/min、加热温度为160～220℃、容腔压力为10～50 MPa，保证片材口模的加热温度为160～220℃、容腔压力为10～50 MPa。
在上述技术方案中，所述PBAT树脂的分子量为50000～200000g/mol的线性结构树脂。
在上述技术方案中，所述扩链剂为有机过氧化物、具有环氧基团的化合物、多异氰酸酯化合物中的一种或多种混合物。
在上述技术方案中，所述的泡孔成核剂为碳酸钙、滑石粉、蒙脱土中的一种或多种混合物。
在上述技术方案中，所述的发泡剂为CO2、N2、氟利昂、酒精、烷烃类化合物的一种或多种混合物。
与现有技术比较，本发明由于采用了上述技术方案，将双螺杆挤出机和单螺杆挤出机通过流道有机的结合起来，通过控制双螺杆挤出机的温度和螺杆转速即可实现PBAT树脂与扩链剂、成核剂进行充分的分散及分布混合，完成PBAT的扩链反应即可得到具有一定熔体强度的改性PBAT。当高压发泡剂从设置在双螺杆挤出机末端的注入管嘴通过连接通道注入单螺杆挤出机中时，由于单螺杆的长径比较大，改性PBAT与发泡剂气体有足够长的时间进行溶解和扩散，从而可形成稳定均匀的溶胀体系；彻底消除了因温度和压力快速降低而导致发泡剂过早相分离、产生预发泡现象而致使发泡片材性能降低的缺陷。当熔体经过片材口模挤出时，因压力快速释放即可形成发泡剂气体的相分离，从而得到具有中低发泡倍率和良好韧性的PBAT发泡片材。
本发明挤出机彻底克服了传统单一发泡挤出机难以同时实现熔融、混合、反应扩链以及发泡均化等工序的缺陷，具有结构简单、加工制造方便、效率高等优点，可满足连续化量产要求。
以下是将本发明挤出机制备的PBAT发泡片材冷却熟化、取片材芯部切割成2cm×2cm的样品，然后采用扫描电子显微镜（SEM）对样品液氮淬断端面进行分析、研究所得到的一组测试数据。
表1
样品 1 2 3 4 5
PBAT树脂 100 100 100 100 100
环氧型扩链剂 1 1 3 3 5
泡孔成核剂（滑石粉） 1 1 1 1 1
单螺杆挤出机温度（℃） 170 180 170 180 170
发泡片材密度 0.542 0.636 0.348 0.442 0.210
泡孔尺寸（μm） 122 156 96 116 132
泡孔密度（个/cm3） 2.63×106 1.27×106 5.26×106 4.58×106 8.36×106
从表1可以看出，本发明PBAT发泡片材密度小、泡孔率高、泡孔形态完整、尺寸均匀，因此本发明片材韧性好、变形回弹性能高等优点。
附图说明
图1是本发明挤出机的结构原理示意图；
图2～图6是本发明PBAT发泡片材五个测试样品的微观泡孔形态图。
图中：第一减速器1、加料口2、注入管嘴3、压力传感器4、片材口模5、出料口6、单螺杆挤出机7、第二电机8、第二减速器9、连接通道10、双螺杆挤出机11、第一电机12。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明挤出机作进一步说明：
如图1所示：双螺杆挤出机11的前端有加料口2，该双螺杆挤出机的出口（图中未示出）通过连接通道10与单螺杆挤出机7的进料口（图中未标示）连接并形成L形或T字形结构；靠近所述出口的位置有固定在双螺杆挤出机11上并与其内腔连通的注入管嘴3，单螺杆挤出机7的出料口6与片材口模5连通。双螺杆挤出机11的两根螺杆由与第一电机12连接的第一减速器1驱动，单螺杆挤出机7的螺杆由与第二电机8连接的第二减速器9驱动。
为了便于控制各部分的压力，在双螺杆挤出机11、单螺杆挤出机7以及片材口模5上均设有压力传感器4。
为了保证共混充分、均匀，双螺杆挤出机11螺杆的长径比为45:1，为了保证PBAT原料与发泡剂气体有足够长的时间进行溶解和扩散、形成稳定均匀的溶胀体系，单螺杆挤出机7螺杆的长径比为65:1。
在上述实施例中，双螺杆挤出机11、单螺杆挤出机7、连接通道10以及片材口模5的内部均设有电加热装置和温度传感器（图中未示出）。
制备本发明PBAT发泡片材的实施例如下：
实施例1
1）将PBAT树脂100千克、扩链剂1千克分别烘干，烘干温度为80°C、烘干时间为2h；
2）将泡孔成核剂3千克与烘干的PBAT树脂、扩链剂混匀，然后从加料口2将混料投入挤出机中进行熔融、共混和扩链反应，并通过注入管嘴3向该挤出机中注入发泡剂进行发泡处理；保证双螺杆挤出机11的螺杆转速为40 r/min、加热温度为240℃、容腔压力为5 MPa，保证单螺杆挤出机7的螺杆转速为30 r/min、加热温度为220℃、容腔压力为10 MPa，保证片材口模5的加热温度为220℃、容腔压力为10 MPa。
实施例2
各步骤同实施例1。其中，步骤1）中的扩链剂为7千克，烘干温度为50°C、烘干时间为24h；步骤2）中的泡孔成核剂为1千克、双螺杆挤出机11的螺杆转速为100 r/min、温度为180℃、容腔压力为50 MPa，单螺杆挤出机7的螺杆转速为5 r/min、温度为160℃、容腔压力为50MPa，片材口模5的温度为160℃、容腔压力为50 MPa。
实施例3
各步骤同实施例1。其中，步骤1）中的扩链剂为4千克，烘干温度为65°C、烘干时间为13h；步骤2）中的泡孔成核剂为2千克、双螺杆挤出机11的螺杆转速为70 r/min、温度为210℃、容腔压力为22.5 MPa，单螺杆挤出机7的螺杆转速为17.5 r/min、温度为190℃、容腔压力为22.5 MPa，片材口模5的温度为190℃、容腔压力为22.5 MPa。
实施例4
各步骤同实施例1。其中，步骤1）中的扩链剂为1千克，烘干温度为70°C、烘干时间为12h；步骤2）中的泡孔成核剂为1千克、双螺杆挤出机11的螺杆转速为60 r/min、温度为190℃、容腔压力为19 MPa，单螺杆挤出机7的螺杆转速为10 r/min、温度为170℃、容腔压力为28 MPa，片材口模5的温度为170℃、容腔压力为28 MPa。
实施例5
各步骤同实施例1。其中，步骤1）中的扩链剂为1千克，烘干温度为70°C、烘干时间为12h；步骤2）中的泡孔成核剂为1千克、双螺杆挤出机11的螺杆转速为60 r/min、温度为200℃、容腔压力为18 MPa，单螺杆挤出机7的螺杆转速为10 r/min、温度为180℃、容腔压力为27 MPa，片材口模5的温度为180℃、容腔压力为27 MPa。
实施例6
各步骤同实施例1。其中，步骤1）中的扩链剂为3千克，烘干温度为70°C、烘干时间为12h；步骤2）中的泡孔成核剂为1千克、双螺杆挤出机11的螺杆转速为60 r/min、温度为220℃、容腔压力为16 MPa，单螺杆挤出机7的螺杆转速为10 r/min、温度为170℃、容腔压力为28 MPa，片材口模5的温度为170℃、容腔压力为28 MPa。
实施例7
各步骤同实施例1。其中，步骤1）中的扩链剂为3千克，烘干温度为70°C、烘干时间为12h；步骤2）中的泡孔成核剂为1千克、双螺杆挤出机11的螺杆转速为60 r/min、温度为230℃、容腔压力为15 MPa，单螺杆挤出机7的螺杆转速为10 r/min、温度为180℃、容腔压力为27 MPa，片材口模5的温度为180℃、容腔压力为27 MPa。
实施例8
各步骤同实施例1。其中，步骤1）中的扩链剂为5千克，烘干温度为70°C、烘干时间为12h；步骤2）中的泡孔成核剂为1千克、双螺杆挤出机11的螺杆转速为60 r/min、温度为220℃、容腔压力为16 MPa，单螺杆挤出机7的螺杆转速为10 r/min、温度为170℃、容腔压力为28 MPa，片材口模5的温度为170℃、容腔压力为28 MPa。
实施例9
各步骤同实施例1。其中，步骤2）中的双螺杆挤出机11的螺杆转速为60 r/min、加热温度为240℃、容腔压力为14 MPa，保证单螺杆挤出机7的螺杆转速为10 r/min、加热温度为160℃、容腔压力为30 MPa，保证片材口模5的加热温度为160℃、容腔压力为30 MPa。
实施例10
各步骤同实施例2。其中，步骤2）中的双螺杆挤出机11的螺杆转速为60 r/min、温度为180℃、容腔压力为20 MPa，单螺杆挤出机7的螺杆转速为10 r/min、温度为220℃、容腔压力为20 MPa，片材口模5的温度为220℃、容腔压力为20 MPa。
实施例11
各步骤同实施例3。其中，步骤2）中的双螺杆挤出机11的螺杆转速为60 r/min、温度为210℃、容腔压力为17 MPa，单螺杆挤出机7的螺杆转速为10 r/min、温度为190℃、容腔压力为25 MPa，片材口模5的温度为190℃、容腔压力为25 MPa。
在实施例1～11中，所述PBAT树脂是分子量为50000～200000g/mol的线性结构树脂；所述扩链剂为有机过氧化物、具有环氧基团的化合物、多异氰酸酯化合物中的一种或多种混合物；所述的泡孔成核剂为碳酸钙、滑石粉、蒙脱土中的一种或多种混合物；所述的发泡剂为CO2、N2、氟利昂、酒精、烷烃类化合物的一种或多种混合物。
从图2～6中可以看出，本发明PBAT发泡片材泡孔率大、泡孔孔形完整、尺寸均匀；因此本发明片材韧性好、变形回弹性能高，完全能满足包装材料、缓冲材料和汽车内衬等使用要求。

Claims (9)

1.一种发泡片材挤出机，其特征在于：由双螺杆挤出机（11）通过内部设有电热装置的连接通道（10）与单螺杆挤出机（7）串联而成；在靠近双螺杆挤出机（11）的出口处固定有与其内腔连通的注入管嘴（3），单螺杆挤出机（7）的出料口（6）与内部具有电热装置的片材口模（5）连通。
2.根据权利要求1所述的发泡片材挤出机，其特征在于：双螺杆挤出机（11）和单螺杆挤出机（7）之间形成L形或T形结构。
3.根据权利要求1或2所述的发泡片材挤出机，其特征在于：双螺杆挤出机（11）、单螺杆挤出机（7）以及片材口模（5）上均有压力传感器（4）。
4.根据权利要求1或2所述的发泡片材挤出机，其特征在于：双螺杆挤出机（11）螺杆的长径比为45:1，单螺杆挤出机（7）螺杆的长径比为65:1。
5.一种利用权利要求1～4中任意一项所述的挤出机制备的PBAT发泡片材，其特征在于由PBAT树脂、扩链剂、泡孔成核剂按100:1～7:1～3的重量比经以下步骤制备而成：
1）将PBAT树脂、扩链剂分别烘干，烘干温度为50～80°C、烘干时间为2～24h；
2）将泡孔成核剂与烘干的PBAT树脂、扩链剂混合后投入加热的挤出机中进行熔融、共混和扩链反应，与此同时向该挤出机中通入发泡剂进行发泡处理；保证双螺杆挤出机（11）的螺杆转速为40～100 r/min、加热温度为180～240℃、容腔压力为5～50 MPa，保证单螺杆挤出机（7）的螺杆转速为5～30 r/min、加热温度为160～220℃、容腔压力为10～50 MPa，保证片材口模（5）的加热温度为160～220℃、容腔压力为10～50 MPa。
6.根据权利要求5所述的PBAT发泡片材，其特征在于：所述PBAT树脂是分子量为50000～200000g/mol的线性结构树脂。
7.根据权利要求5所述的PBAT发泡片材，其特征在于：所述扩链剂为有机过氧化物、具有环氧基团的化合物、多异氰酸酯化合物中的一种或多种混合物。
8.根据权利要求5所述的PBAT发泡片材，其特征在于：所述的泡孔成核剂为碳酸钙、滑石粉、蒙脱土中的一种或多种混合物。
9.根据权利要求5所述的PBAT发泡片材，其特征在于：所述的发泡剂为CO2、N2、氟利昂、酒精、烷烃类化合物的一种或多种混合物。
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