CN106553285A - 一种淀粉eva复合发泡材料的制备方法 - Google Patents

一种淀粉eva复合发泡材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种淀粉EVA复合发泡材料的制备方法，属于材料制备领域，其特征在于包括如下步骤：(1)用电子秤称取乙烯醋酸乙烯酯（EVA），然后称取纳米碳酸钙，硬脂酸，过氧化二异丙苯（DCP）助剂放入高速混合机；(2)称取淀粉、甘油、发泡剂及相关助剂放入高速混合机(3)将第(1)步混合好的物料倒入高速混合机后将高速混合机静置待用；(4)将第(3)步混合好的物料取出；(5)将配好的物料置入双螺杆挤出机。挤出物的挤出过程流畅、挤出形态良好，同时复合发泡材料的膨胀率达到极大值，复合发泡材料表面光滑，挤出流畅，制备工艺简单，适于推广应用。

Description

一种淀粉EVA复合发泡材料的制备方法
技术领域
本发明属于材料制备领域，尤其涉及一种淀粉EVA复合发泡材料的制备方法。
背景技术
泡沫塑料是以树脂为基体，采用物理或化学发泡等方法，形成均匀的开孔或闭孔结构的泡沫体。泡沫塑料具有诸多优点，如质轻、缓冲性能良好、隔热及隔音效果佳等，可广泛应用于电子、精密设备等工业制品以及陶瓷、家电等生活用品的防震内衬，成为现代包装工业不可或缺的缓冲包装材料，也常用作隔热、隔音的建筑用材。目前，大多数的泡沫塑料主要是聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）、聚氨酯（PU）等，它给我们生活、生产带来极大方便的同时，不可避免的带来一些困扰，如难以降解而导致严重的城市“白色污染”，这些不可降解塑料随意丢弃时，破坏水源、土壤等生态；燃烧处理时，会产生有毒的“双酚”类物质，污染空气、危害人体健康。发达国家如美国、德国、日本等早就意识到泡沫塑料废弃物对环境造成的危害，都先后制定了限用或禁用非降解泡沫塑料的法规或增加附加税，这成为很多国家出口产品贸易壁垒的主要障碍之一。
EVA（乙烯-醋酸乙烯酯）发泡材料近十年来发展十分迅速，因其具有低密度、无毒、隔热隔音性好等特点，被广大厂商应用于婴幼儿地板、健身器材、包装缓冲材料、床垫等制造，获得了大众的青睐。但EVA发泡材料也存在缺陷，其弹性不足够高，无法匹及橡胶；抗剥离性及抗撕裂性也不够好，比不上通用塑料，这些不足也局限了它的使用范围。目前生产制备EVA发泡材料的工艺手段主要有两种：模压发泡和注塑发泡。模压发泡工艺由来已久，生产手段较为纯熟，生产成本较少,但生产效率低，附带的废料较多。
淀粉是植物体中贮存的养分，贮存在种子和块茎中。不同的植物品种，其淀粉颗粒的形状、大小以及直链淀粉和支链淀粉含量的比例都各有不同。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，提供一种淀粉EVA复合发泡材料的制备方法。
本发明的技术方案为：
一种淀粉EVA复合发泡材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)用电子秤称取乙烯醋酸乙烯酯（EVA），然后称取纳米碳酸钙，硬脂酸，过氧化二异丙苯（DCP）助剂；将EVA及助剂放入高速混合机中共混10分钟；关闭高速混合机，取出混合料；
(2) 同样，用电子秤称取淀粉、甘油、发泡剂及相关助剂；将称好的物料置入盆中，用手搓至混合较为均匀后再放入高速混合机共混10分钟；关闭高速混合机；
(3)将第(1)步混合好的物料倒入高速混合机中，先用手将混合料搅拌几下，然后将高速混合机的盖盖好，混合20分钟，取出物料，放入封口袋中静置待用；
(4)将第(3)步混合好的物料取出，倒入适量水，用手搓试，使水均匀混入物料中即可；
(5)将配好的物料置入双螺杆挤出机；对挤出物进行切割造粒再置入注塑机中，设定加工温度、注射压力等参数，即完成制备。
本发明所述的淀粉EVA复合发泡材料的制备方法，步骤（3）中的静置时间为6小时。
本发明所述的淀粉EVA复合发泡材料的制备方法，所述注塑机为JPH218W。
本发明所述的淀粉EVA复合发泡材料的制备方法，所述乙烯醋酸乙烯酯EVA的VA含量为21%。
本发明所述的淀粉EVA复合发泡材料的制备方法，所述淀粉经60℃电热恒温鼓风干燥箱烘干处理。
本发明的技术效果在于：
本发明淀粉EVA复合发泡材料的制备方法，通过设定螺杆转速为120 r/min，模口温度为130℃，物料含水率为14%时，挤出物的挤出过程流畅、挤出形态良好，同时复合发泡材料的膨胀率达到极大值，复合发泡材料表面光滑，挤出流畅，制备工艺简单，适于推广应用。
具体实施方式
实施例1
一种淀粉EVA复合发泡材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)用电子秤称取乙烯醋酸乙烯酯（EVA），然后称取纳米碳酸钙，硬脂酸，过氧化二异丙苯（DCP）助剂；将EVA及助剂放入高速混合机中共混10分钟；关闭高速混合机，取出混合料；
(2) 同样，用电子秤称取淀粉、甘油、发泡剂及相关助剂；将称好的物料置入盆中，用手搓至混合较为均匀后再放入高速混合机共混10分钟；关闭高速混合机；
(3)将第(1)步混合好的物料倒入高速混合机中，先用手将混合料搅拌几下，然后将高速混合机的盖盖好，混合20分钟，取出物料，放入封口袋中静置待用；
(4)将第(3)步混合好的物料取出，倒入适量水，用手搓试，使水均匀混入物料中即可；
(5)将配好的物料置入双螺杆挤出机；对挤出物进行切割造粒再置入注塑机中，设定加工温度、注射压力等参数，即完成制备。
本发明所述的淀粉EVA复合发泡材料的制备方法，步骤（3）中的静置时间为6小时。
本发明所述的淀粉EVA复合发泡材料的制备方法，所述注塑机为JPH218W。
本发明所述的淀粉EVA复合发泡材料的制备方法，所述乙烯醋酸乙烯酯EVA的VA含量为21%。
本发明所述的淀粉EVA复合发泡材料的制备方法，所述淀粉经60℃电热恒温鼓风干燥箱烘干处理。
在实际加工过程中可以指导工艺参数的设置，如合理控制剪切速率、加工温度、压力，保证合适的剪切粘度，从而得到泡孔大小及分布均匀的发泡制品。还可以通过研究不同废纸板纤维含量、塑化剂含量、发泡剂、助剂种类及含量剪切速率与剪切粘度的关系，在这基础上研究剪切粘度对泡孔形态的影响，进行合理的配方设计。聚合物在混炼设备中熔融塑化，加入其中的发泡剂受热分解放出气体或外界气体的注入，设备内部压力增大，使聚合物熔体与设备中的气体混合在一起，经过进一步混炼，形成了均匀的溶液气体体系，通过口模时，因压力减小而发泡，经过固化，后续加工，得到发泡制品。聚合物的发泡成型，要经历三个阶段：形成气泡核、气泡生长及气泡固化定型。
成核机理主要分为热点和剪切两种成核机理。热点成核机理是熔体内部受热不均或发泡剂放热造成局部温度升高，使此处分子的动能增加，使熔体中的过饱和气体溢出、聚集形成发泡核。剪切成核机理是流动或剪切应力可以引发气泡成核，剪切流动场中气泡的成核可以在不饱和的条件下发生。这与静态条件下的气泡成核不同，静态条件下过饱和气体是必需的。
发泡剂分解产生的气体不断溶解在复合材料溶液的体系中，当气泡核形成后，溶解的气体向气泡核移动，气泡不断长大。泡孔的生长过程比较复杂，在膨胀泡孔和泡孔周围介质之间存在瞬时发生的质量、动量和能量的传递。
泡孔的固化过程是纯物理过程，一般都是通过冷却使熔体的粘度上升，逐渐失去流动性，从而固化定型。在泡孔的膨胀和固化过程中，相邻泡孔有发生合并的趋势，相邻气泡半径差越大，泡孔合并的可能性越大；当泡孔膨胀程度超过泡孔壁的承载能力，会发生破裂和塌陷；而由气液相分离的热力学优先性，气体有通过孔壁逸出的倾向。经过上述过程，最终形成泡孔结构。发泡剂是复合发泡材料中不可缺少的重要加工助剂，有气体、固体之分，气体发泡剂可直接注入聚合物熔体中，而固体发泡剂则要粉碎后与聚合物混合，通过提升温度，使其分解后提供气体，气体、固体发泡剂都可以使聚合物发泡。
发泡剂也可以分为物理发泡剂、化学发泡剂两类。物理发泡剂是依靠在发泡过程中本身物理状态的变化达到发泡目的的一类化合物。包括压缩气体的膨胀，挥发性液体的加热挥发及可溶性固体被水洗溶去等方式。物理发泡剂由于发泡设备及工艺昂贵复杂，使用并不广泛；化学发泡剂又称分解性发泡剂，通常能粉碎成粉末，以便在与塑料熔体混合时分散均匀，当温度达到发泡剂的分解温度时，发泡剂迅速分解，放出气体，从而使材料发泡。
以淀粉和EVA为主要原料制备复合材料在加工过程中，随着螺杆转速的增加，交联的淀粉在挤出机温度场和剪切流动场中所受到的机械剪切应力增强，强烈的机械剪切应力会引起“断链”和“解离”现象，从而使凝胶颗粒粒径的减小，混合物流动性发生变化。但是，并不是剪切越快越好，若剪切速度过高，则会导致EVA分子链的断裂；同时，螺杆转速越快，物料在螺杆中停留的时间越短，因而其塑化及混合效果越差，从而造成其整体性能的下降。
对于淀粉/EVA复合发泡材料来说，当螺杆转速为200 r/min时，物料在挤出机中的输送速度过快，使得复合材料没有充分熔融，相互之间的作用力弱，因此挤出的料条松散，短小；当螺杆转速为160 r/min时，物料在挤出机中的输送速度有所减慢，熔融效果较为好转，但挤出物质表面有裂纹，且粗细不一；当螺杆转速为120 r/min时，物料在料筒中的输送速度适当，相互之间的作用力较强，物料熔融效果较好，挤出物表面较为光滑，粗细程度大体相同。可见适当的螺杆转速对挤出物塑化形态的影响较大。
淀粉/EVA复合发泡材料所用淀粉为粉末状，相互之前作用力大，易堆积，则摩擦阻力较大。但是由于EVA是塑料粒料，表面光滑，其相互之间作用力很小。结合界面理论分析，在制备淀粉基塑料复合材料的时候，由于工艺因素（速度、温度、压力等）的作用，熔融塑料与淀粉相互融合，但很难融合均匀，得到的复合材料性能往往不及塑料本体性能。这是因为淀粉与塑料的分子极性不同，使得其界面难以很好的粘合；再者由于淀粉内部存在氢键，使得淀粉颗粒易聚集在一起，分散不够均匀。
当加料速度太快时，淀粉粉末在通过加工设备的较小加料口时很容易堆积，而EVA颗粒却很容易加入挤出机中。这不仅导致淀粉在混合物中分散不均，而且容易堆料“堵塞”在挤出机进料口处。当加料速度过慢时，物料能够进入挤出机中，但挤出效率受到影响。因此，为了提高产品产量及质量，一定要避免出现加料口的“堵塞”现象。随着温度的升高，淀粉/EVA复合材料的凝胶化程度提高，泡孔易成型，且孔壁有一定的强度，孔壁能包裹住发泡剂产生的气体，其膨胀率则变大。但是当温度再升高时，淀粉分子可能发生降解，淀粉的相对分子质量降低，孔壁变得稀薄，无法再包裹住气体，因此其膨胀率降低。
气泡核的形成是发泡成型过程中的第一步，对发泡过程至关重要。造成力学性能增强效果不同的原因可能是因为重质碳酸钙粒径大，同重量的重质碳酸钙比纳米碳酸钙颗粒少，成核数量有限；而滑石粉为片状结构，分散性差，很容易发生团聚，会严重影响成核数量；纳米碳酸钙粒径小，在复合材料中的分散性及成核数量优于重质碳酸钙和滑石粉，故纳米碳酸钙优于重质碳酸钙、滑石粉。复合材料的剪切黏度随淀粉含量的增加而增大，随剪切速率的增大而降低。这可能是因为淀粉含量增多时，各组分间发生相互缠结，分子之间的作用力增大，增加了复合材料熔体的内摩擦力，淀粉含量越高，内摩擦阻力越大，从而使复合材料的剪切黏度越高。发泡剂为制备发泡淀粉/EVA复合材料提供气泡向外膨胀的气体，但是其添加量过大，熔体粘度大大降低，容易导致气泡稳定性降低，提高了泡孔发生破裂或合并的可能性。

Claims (5)

1.一种淀粉EVA复合发泡材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)用电子秤称取乙烯醋酸乙烯酯（EVA），然后称取纳米碳酸钙，硬脂酸，过氧化二异丙苯（DCP）助剂；将EVA及助剂放入高速混合机中共混10分钟；关闭高速混合机，取出混合料；
(2) 同样，用电子秤称取淀粉、甘油、发泡剂及相关助剂；将称好的物料置入盆中，用手搓至混合较为均匀后再放入高速混合机共混10分钟；关闭高速混合机；
(3)将第(1)步混合好的物料倒入高速混合机中，先用手将混合料搅拌几下，然后将高速混合机的盖盖好，混合20分钟，取出物料，放入封口袋中静置待用；
(4)将第(3)步混合好的物料取出，倒入适量水，用手搓试，使水均匀混入物料中即可；
(5)将配好的物料置入双螺杆挤出机；对挤出物进行切割造粒再置入注塑机中，设定加工温度、注射压力等参数，即完成制备。
2.根据权利要求1所述的淀粉EVA复合发泡材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中的静置时间为6小时。
3.根据权利要求1所述的淀粉EVA复合发泡材料的制备方法，其特征在于：所述注塑机为JPH218W。
4.根据权利要求1所述的淀粉EVA复合发泡材料的制备方法，其特征在于：所述乙烯醋酸乙烯酯EVA的VA含量为21%。
5.根据权利要求1所述的淀粉EVA复合发泡材料的制备方法，其特征在于：所述淀粉经60℃电热恒温鼓风干燥箱烘干处理。
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