CN106479058A - 一种无机纳米粒子改性聚丙烯发泡工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无机纳米粒子改性聚丙烯发泡工艺，包括：(1)将混合均匀的聚丙烯PP和无机纳米粒子熔融共混挤出，得到直径为2‑4mm、长度2‑5mm的聚丙烯/纳米粒子颗粒；(2)将聚丙烯/纳米粒子颗粒防止于高压反应釜，充入CO2，升温至浸润温度170‑180℃，继续充入CO2至饱和压力20‑28MPa，并保压20‑50min；(3)降高温度至发泡温度105‑165℃，升温过程中保持压力恒定，保温40‑90min；(4)在10秒内泄压至常压，将发泡物取出放置入冰水混合物中急冷。本发明通过在PP中加入纳米二氧化硅或纳米云母颗粒，使得聚丙烯发泡能力增强，泡孔尺寸均一。

Description

一种无机纳米粒子改性聚丙烯发泡工艺
技术领域
本发明涉及汽车材料技术领域，尤其涉及一种无机纳米粒子改性聚丙烯发泡工艺。
背景技术
聚合物发泡材料是指以聚合物为基础而其内部具有无数泡孔的材料，也可以视为以气体为填料的复合材料。其具有密度低、隔热隔音性能好、比强度高等特点。在家庭日用品、交通工具、绝缘材料、包装材料、阻燃材料、电器、运动设施、电子产品等行业被广泛应用。高性能的发泡材料则在军事、航空航天等尖端领域发挥重要作用。
聚合物发泡材料品种繁多，其中应用最广泛的是聚苯乙烯(PS)和聚乙烯(PE)发泡材料。但是，PS和PE发泡材料存在许多缺陷，比如PS发泡材料在自然环境下很难降解，废弃后对环境造成严重的“白色污染”，燃烧时会放出有毒气体；PS和PE发泡材料耐热性能差，在105℃时会发生明显的热变形，不适宜在较高的温度下使用。因此，它们的应用受到了很大限制。
自20世纪70年代以来，作为仅次于PE和聚氯乙烯(PVC)的第三大通用塑料聚丙烯(PP)逐渐进入了发泡研究者的视野，PP发泡材料不仅具有许多优异的性能，而且可回收再利用，在自然环境下可降解。
利用其优良的耐热性、卫生性、热绝缘性和良好的环境效应，PP发泡材料可在包装、汽车、绝缘、建筑等领域发挥重要作用，并且具有取代其它发泡材料的趋势。因此，近年来许多国家大力发展PP发泡材料，但是，由于PP是一种半结晶性聚合物，可以发泡的温度区间(统称发泡温度区间)窄，仅为4℃，发泡难度大。
发明内容
本发明的目的在于提出一种无机纳米粒子改性聚丙烯发泡工艺，改变聚丙烯发泡能力差，泡孔尺寸不均一的缺陷。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种无机纳米粒子改性聚丙烯发泡工艺，包括：
(1)将混合均匀的聚丙烯PP和无机纳米粒子熔融共混挤出，得到直径为2-4mm、长度2-5mm的聚丙烯/纳米粒子颗粒；
(2)将聚丙烯/纳米粒子颗粒防止于高压反应釜，充入CO2，升温至浸润温度170-180℃，继续充入CO2至饱和压力20-28MPa，并保压20-50min；
(3)降高温度至发泡温度105-165℃，升温过程中保持压力恒定，保温40-90min；
(4)在10秒内泄压至常压，将发泡物取出放置入冰水混合物中急冷。
由于PP是一种半结晶性化合物，其晶区和非晶区的熔融温度之间存在很大差异，导致其难以得到泡孔尺寸均一的发泡材料。加入本发明的少量纳米粒子后，由于纳米粒子具备小尺寸和大比表面积的特性，可以在较低的用量下对PP起到增强作用，而且分散均匀的纳米粒子又可以作为泡孔的成核剂，提供大量的成核点，诱导异相成核，获得大量均匀分布的泡孔。
优选的，所述无机纳米粒子为粒径20nm的SiO2或云母。
所述表熔融共混挤出是已知工艺，其典型但非限制性的实例如下：
(1)将PP颗粒和无机纳米颗粒混合均匀；
(2)将混合好的PP/无机纳米颗粒混合物加入双螺杆挤出机基础得到聚丙烯/无机纳米混合物颗粒，双螺杆挤出机工艺条件为：I区和II区温度为185℃，III区和IV区温度为180℃，V区温度为175℃，机头温度160℃，喂料速度100rpm，主机转速90rpm。
所述聚丙烯/无机纳米混合物颗粒中，聚丙烯:无机纳米颗粒质量比为97:3～90:10，优选97:3～95:5。
本发明在PP颗粒中掺杂入纳米二氧化硅，与PP共混得到发泡制品。其泡孔比较均匀，泡孔平均尺寸为46.72μm，其发泡率最大为9.06，其性能得到极大提高。
由于绢云母矿物具有天然细微和易剥分的特点，能起平面增强的作用，填充绢云母后的塑料制品机械强度得到了提高，而且不会发生翘曲变形，使得产品具有优良的尺寸稳定性。将其混入PP中，具有较明品的增韧效果，优良的尺寸稳定性，力学性能、抗老化性均显著提高。云母的加入，使PP的熔体强度得到提升，使得普通聚丙烯的发泡性能得到了有效的改善。与加入纳米二氧化硅相比，其发泡制品的泡孔尺寸更小，泡沫致密度更高，发泡倍率高，达到12左右。
本发明通过在PP中加入纳米二氧化硅或纳米云母颗粒，使得聚丙烯发泡能力增强，泡孔尺寸均一。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
一种无机纳米粒子改性聚丙烯发泡工艺，包括：
(1)将混合均匀的聚丙烯PP和纳米二氧化硅熔融共混挤出，得到直径为4mm、长度2mm的聚丙烯/碳酸钙颗粒；
(2)将聚丙烯/纳米二氧化硅颗粒防止于高压反应釜，充入CO2，升温至浸润温度180℃，继续充入CO2至饱和压力25MPa，并保压30min；
(3)升温至发泡温度105℃，升温过程中保持压力恒定，保温90min；
(4)在10秒内泄压至常压，将发泡物取出放置入冰水混合物中急冷。
实施例2
一种无机纳米粒子改性聚丙烯发泡工艺，包括：
(1)将混合均匀的聚丙烯PP和纳米云母颗粒熔融共混挤出，得到直径为2mm、长度5mm的聚丙烯/纳米云母颗粒；
(2)将聚丙烯/纳米云母防止于高压反应釜，充入CO2，升温至浸润温度170℃，继续充入CO2至饱和压力25MPa，并保压20min；
(3)升温至发泡温度152℃，升温过程中保持压力恒定，保温40min；
(4)在10秒内泄压至常压，将发泡物取出放置入冰水混合物中急冷。
实施例3
一种无机纳米粒子改性聚丙烯发泡工艺，包括：
(1)将混合均匀的聚丙烯PP和纳米二氧化硅熔融共混挤出，得到直径为2-4mm、长度2-5mm的聚丙烯/纳米二氧化硅颗粒；
(2)将聚丙烯/纳米二氧化硅颗粒防止于高压反应釜，充入CO2，升温至浸润温度175℃，继续充入CO2至饱和压力22MPa，并保压50min；
(3)升温至发泡温度165℃，升温过程中保持压力恒定，保温60min；
(4)在10秒内泄压至常压，将发泡物取出放置入冰水混合物中急冷。
实施例1-3证明，本发明的方法通过在PP中加入纳米二氧化硅或纳米云母颗粒，使得聚丙烯发泡能力增强，泡孔尺寸均一。

Claims (3)

1.一种无机纳米粒子改性聚丙烯发泡工艺，包括：
(1)将混合均匀的聚丙烯PP和无机纳米粒子熔融共混挤出，得到直径为2-4mm、长度2-5mm的聚丙烯/纳米粒子颗粒；
(2)将聚丙烯/纳米粒子颗粒防止于高压反应釜，充入CO2，升温至浸润温度170-180℃，继续充入CO2至饱和压力20-28MPa，并保压20-50min；
(3)降高温度至发泡温度105-165℃，升温过程中保持压力恒定，保温40-90min；
(4)在10秒内泄压至常压，将发泡物取出放置入冰水混合物中急冷。
2.如权利要求1所述的无机纳米粒子改性聚丙烯发泡工艺，其特征在于，所述表熔融共混挤出工艺如下：
(1)将PP颗粒和无机纳米颗粒混合均匀；
(2)将混合好的PP/无机纳米颗粒混合物加入双螺杆挤出机基础得到聚丙烯/无机纳米混合物颗粒，双螺杆挤出机工艺条件为：I区和II区温度为185℃，III区和IV区温度为180℃，V区温度为175℃，机头温度160℃，喂料速度100rpm，主机转速90rpm。
3.如权利要求1所述的聚丙烯高温超临界发泡工艺，其特征在于，所述聚丙烯/无机纳米颗粒中，聚丙烯:无机纳米质量比为97:3～90:10，优选97:3～95:5。
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