CN107353489A - 一种聚烯烃树脂发泡材料及其制备方法 - Google Patents

一种聚烯烃树脂发泡材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种聚烯烃树脂发泡材料，由共混树脂颗粒经分散介质释放法制备而成；所述共混树脂颗粒为柱形，且横截面为非正圆形，柱体高度为L，横截面通过中心的最长径向长度为D，通过中心的最短径向长度为d，1≤L/D≤5，0.2≤d/D＜1；所述共混树脂颗粒包括聚烯烃树脂和红外线反射剂；所述红外线反射剂为鳞片石墨、膨胀石墨、可膨胀石墨、石墨烯、空心玻璃微珠中的任意一种或多种。本发明在聚烯烃树脂中添加了红外线反射剂，进行发泡，得到的发泡材料成型体具有较低的导热系数，能够更好的隔热保温。

Description

一种聚烯烃树脂发泡材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子技术领域，尤其涉及一种聚烯烃树脂发泡材料及其制备方法，以及一种发泡成型体。
背景技术
聚丙烯(PP)树脂具有原料来源丰富、质量轻、性能/价格比优越以及优良的耐热性、耐化学腐蚀性、易回收等特点，是世界上应用最广、产量增长最快的树脂之一。PP发泡材料更是以其独特而优越的性能成为泡沫塑料行业中的热点。通常的聚苯乙烯泡沫最高使用温度约80℃，聚乙烯泡沫使用温度也很少超过100℃。发泡PP制品具有良好的热稳定性(最高使用温度达130℃)和高温下制品尺寸稳定性，较高的韧性、拉伸强度和冲击强度，适宜和柔顺的表面，优异的微波适应性以及可降解性。目前美国、日本、德国一些发达国家正在大力发展该产品，作为替代发泡PS的绿色包装材料。
但是目前聚烯烃发泡材料的导热系数普遍较高，无法满足包装箱冷藏运输等领域。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种聚烯烃树脂发泡材料及其制备方法，以及一种发泡成型体，制备的发泡材料具有较低的导热系数。
本发明人经过大量的实验，采用添加红外线反射剂和提高成型制品填充率的方法获得了导热系数低的发泡材料及其成型体。
本发明提供了一种聚烯烃树脂发泡材料，由共混树脂颗粒经分散介质释放法制备而成；
所述共混树脂颗粒为柱体，且横截面为非正圆形，柱体高度为L，横截面通过中心的最长径向长度为D，通过中心的最短径向长度为d，1≤L/D≤5，0.2≤d/D＜1；
所述共混树脂颗粒包括聚烯烃树脂和红外线反射剂；
所述红外线反射剂为鳞片石墨、石墨烯、膨胀石墨、可膨胀石墨和空心玻璃微珠中的任意一种或多种。
优选的，所述共混树脂颗粒按照以下方法制备：
A)将聚烯烃树脂混合物熔融通过挤出机挤压成丝束，所述挤出机的模头孔数大于50，孔间距为0.6～5mm；
B)将步骤A)得到的丝束冷却，经辊压得到易填充丝束；所述易填充丝束横截面通过中心的最长径向长度为D，通过中心的最短径向长度为d，0.2≤d/D＜1；
C)将步骤B)得到的易填充丝束切割得到树脂粒子；所述树脂粒子为柱体，重量为0.5～2mg，柱体高度为L，1≤L/D≤5。
优选的，所述步骤A)中，挤出机的挤出孔为椭圆形，扁圆形，圆角矩形或矩形。
优选的，所述步骤A)中，挤出机的机头温度为200～230℃，后段温度为190～220℃之间。
优选的，所述步骤B)中，辊压的第一个辊位置固定。
优选的，所述步骤B)中，辊压的第一个辊具有与步骤A)得到的丝束数目相应的槽。
优选的，所述步骤B)中，冷却的温度为30～60℃。
优选的，所述红外线反射剂的用量为聚烯烃树脂的1wt％～20wt％。
优选的，所述聚烯烃树脂发泡材料的导热系数为0.030～0.034w/m.K。
优选的，所述聚烯烃树脂为丙烯和除丙烯外的α-烯烃的共聚物，丙烯均聚物，乙烯均聚物，或乙烯和除乙烯外的α-烯烃的共聚物。
优选的，所述共混树脂颗粒还包括：
增韧剂、抗氧剂、防紫外线剂、抗静电剂、阻燃剂、金属钝化剂、颜料、染料、成核剂和气泡调整剂中的任意一种或多种。
上述聚烯烃树脂发泡材料的导热系数为0.030～0.034w/m.K。
本发明提供了上述聚烯烃树脂发泡材料的制备方法，包括以下步骤：
A)共混树脂原料通过挤出机挤压成线状，经冷却、切粒得到共混树脂颗粒；所述共混树脂原料包括聚烯烃树脂和红外线反射剂；
B)将上述共混树脂颗粒和发泡剂、表面活性剂、分散剂、分散介质在密闭容器中混合得混合物料，搅拌下加热至比发泡温度低5～10℃的温度，保温10～60min，再升温至发泡温度，保温15～60min，然后将混合物料置于比所述密闭容器内的压力低的环境中，发泡，得到聚烯烃树脂发泡材料。
上述步骤A)具体同上述共混树脂颗粒的制备，在此不再赘述。
优选的，所述共混树脂颗粒、表面活性剂、分散剂和分散介质的质量比优选为100：(0.0001～0.5)：(0.1～15)：(100～500)。
制得的聚烯烃树脂发泡材料的导热系数为0.030～0.034w/m.K。
本发明提供了一种聚烯烃树脂发泡成型体，为上述聚烯烃树脂发泡材料或上述制备方法制备的聚烯烃树脂发泡材料，经模内发泡成型制备得到。
与现有技术相比，本发明提供了一种聚烯烃树脂发泡材料，由共混树脂颗粒经分散介质释放法制备而成；所述树脂粒子为柱体，且横截面为非正圆形，柱体高度为L，横截面通过中心的最长径向长度为D，通过中心的最短径向长度为d，1≤L/D≤5，0.2≤d/D＜1。所述共混树脂颗粒包括聚烯烃树脂和红外线反射剂；所述红外线反射剂为鳞片石墨、膨胀石墨、可膨胀石墨、石墨烯和空心玻璃微珠中的任意一种或多种。本发明的树脂粒子发泡后截面面积较小，有利于成型时的填充，避免了由于填充不足产生的缺陷，成型体隔热性能优良，并且本发明在聚烯烃树脂中添加了红外线反射剂，进行发泡，得到的发泡材料具有较低的导热系数，能够更好的隔热保温。
附图说明
图1为本发明中共混树脂颗粒的立体结构示意图；
图2为本发明中聚烯烃树脂混合物经挤出机挤出时，挤出孔的形状示意图；
图3为本发明实施例2制备的发泡材料成型体照片；
图4为比较例1制备的发泡材料由于填充不足产生的缺陷照片示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种聚烯烃树脂发泡材料，由共混树脂颗粒经分散介质释放法制备而成；
所述共混树脂颗粒为柱体，且横截面为非正圆形，柱体高度为L，横截面通过中心的最长径向长度为D，通过中心的最短径向长度为d，1≤L/D≤5，0.2≤d/D＜1；
所述共混树脂颗粒包括聚烯烃树脂和红外线反射剂；
所述红外线反射剂为鳞片石墨、膨胀石墨、可膨胀石墨、石墨烯、空心玻璃微珠中的任意一种或多种。
本发明在聚烯烃树脂中添加了红外线反射剂，进行发泡，得到的发泡材料具有较低的导热系数，能够更好的隔热保温。
本发明采用的共混树脂颗粒为柱体，且横截面为非正圆形，柱体高度为L，横截面通过中心的最长径向长度为D，通过中心的最短径向长度为d，1≤L/D≤5，0.2≤d/D＜1。
在本发明的某些具体实施例中，所述挤出孔的形状为矩形、圆角矩形、椭圆形和扁圆形。
图1为以横截面为椭圆形的共混树脂颗粒为例的立体结构示意图。
所述共混树脂颗粒优选按照以下方法制备：
A)将聚烯烃树脂混合物熔融通过挤出机挤压成丝束，所述挤出机的模头孔数大于50，孔间距为0.6～5mm；
B)将步骤A)得到的丝束冷却，经辊压得到易填充丝束；所述易填充丝束横截面通过中心的最长径向长度为D，通过中心的最短径向长度为d，0.2≤d/D＜1；
C)将步骤B)得到的易填充丝束切割得到树脂粒子；所述树脂粒子为柱体，重量为0.5～2mg，柱体高度为L，1≤L/D≤5。
优选的，所述步骤A)中，挤出机的挤出孔为椭圆形，扁圆形，圆角矩形或矩形，挤出孔形状如图2所示，依次为矩形、圆角矩形、椭圆形和扁圆形。
优选的，所述步骤A)中，挤出机的机头温度为200～230℃，后段温度为190～220℃之间，使丝束与辊接触时保持较高温度，有利于变形。
优选的，所述步骤B)中，辊压的第一个辊位置固定，丝束在冷却水槽内第一个辊处受力变为非正圆形。
优选的，所述步骤B)中，辊压的第一个辊具有与步骤A)得到的丝束数目相应的槽。
优选的，所述步骤B)中，冷却的温度为30～60℃。
本发明采用上述特定尺寸的柱体共混树脂颗粒，发泡后横截面面积较小，有利于成型时的填充，获得的产品外观良好，避免了由于填充不足产生的缺陷，制备成型体后，隔热性能优良。
上述共混树脂颗粒包括聚烯烃树脂和红外线反射剂。
所述聚烯烃树脂优选为丙烯和除丙烯外的α-烯烃的共聚物，丙烯均聚物，乙烯均聚物，或乙烯和除乙烯外的α-烯烃的共聚物；更优选为丙烯均聚物、乙烯均聚物、乙烯-丙烯无规共聚物、丙烯-丁烯-1无规共聚物、乙烯-丙烯-丁烯-1无规共聚物和乙烯-辛烯嵌段共聚物中的一种或多种的混合。
所述红外线反射剂为鳞片石墨、膨胀石墨、可膨胀石墨、石墨烯和空心玻璃微珠中的任意一种或多种。
上述红外线反射剂优选为粉末状。
所述红外线反射剂的用量优选为聚烯烃树脂的1wt％～20wt％。
本发明优选的，所述共混树脂颗粒还包括：
增韧剂、抗氧剂、防紫外线剂、抗静电剂、阻燃剂、金属钝化剂、颜料、染料、成核剂和气泡调整剂中的任意一种或多种。
本发明对所述增韧剂、抗氧剂、防紫外线剂、抗静电剂、阻燃剂、金属钝化剂、颜料、染料、成核剂和气泡调整剂并无特殊限定，可以为本领域技术人员熟知的增韧剂、抗氧剂、防紫外线剂、抗静电剂、阻燃剂、金属钝化剂、颜料、染料、成核剂和气泡调整剂。
优选的，所述增韧剂为PP-g-MA、POE-g-MA、PE-g-MA中的一种或多种的混合，所述气泡调整剂为硼酸锌、滑石粉、碳酸钙、氢氧化铝中的一种或多种的混合。
上述增韧剂、抗氧剂、防紫外线剂、抗静电剂、阻燃剂、金属钝化剂、颜料、染料、成核剂和气泡调整剂的总量优选为聚烯烃树脂的0.1wt％～30wt％。
本发明提供的上述聚烯烃树脂发泡材料的导热系数为0.030～0.034w/m.K。
本发明还提供了上述聚烯烃树脂发泡材料的制备方法，包括以下步骤：
A)共混树脂原料通过挤出机挤压成线状，经冷却、切粒得到共混树脂颗粒；所述共混树脂原料包括聚烯烃树脂和红外线反射剂；
B)将上述共混树脂颗粒和发泡剂、表面活性剂、分散剂、分散介质在密闭容器中混合得混合物料，搅拌下加热至比发泡温度低5～10℃的温度，保温10～60min，再升温至发泡温度，保温15～60min，然后将混合物料置于比所述密闭容器内的压力低的环境中，发泡，得到聚烯烃树脂发泡材料。
本发明优选的，所述共混树脂原料还包括：
增韧剂、抗氧剂、防紫外线剂、抗静电剂、阻燃剂、金属钝化剂、颜料、染料、成核剂和气泡调整剂中的任意一种或多种。
上述增韧剂、抗氧剂、防紫外线剂、抗静电剂、阻燃剂、金属钝化剂、颜料、染料、成核剂和气泡调整剂的种类、含量同上，在此不再赘述。
上述步骤B)中，发泡温度指聚烯烃树脂的发泡温度。
所述共混树脂颗粒、表面活性剂、分散剂和分散介质的质量比优选为100：(0.0001～0.5)：(0.1～15)：(100～500)。
其中，所述分散介质优选为水或者醇类，优选水，其操作更为简单。表面活性剂优选为十二烷基苯磺酸钠。分散剂优选为高岭土、滑石粉、碳酸钙、磷酸钙、碱式磷酸钙等。
所述密闭容器中，发泡剂的压力优选为0.6～6MPa。
所述发泡剂优选为丙烷、丁烷、戊烷、己烷、庚烷、环丁烷、环己烷、氯氟甲烷、三氟甲烷、1，2-二氟乙烷、1，1，1，2-四氟乙烷、一氯甲烷、氯乙烷、二氯甲烷、氮气、空气、二氧化碳中的一种或多种的混合。
所述比密闭容器内的压力低的环境优选为大气压环境。
制得的聚烯烃树脂发泡材料的导热系数为0.030～0.034w/m.K。
本发明提供了一种聚烯烃树脂发泡成型体，为上述聚烯烃树脂发泡材料或上述制备方法制备的聚烯烃树脂发泡材料，经模内发泡成型制备得到。制备的发泡成型体具有较低的导热系数和较少的缺陷。
本发明提供的上述聚烯烃树脂发泡材料置于模具中，膜内成型，即可得到发泡成型体。为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的聚烯烃树脂发泡材料及其制备方法进行详细描述。
实施例1-5
挤出孔的形状如表1所示。向挤出机中加入100重量份聚烯烃系树脂、红外线反射剂(种类和份数见表1)和成核剂二氧化硅0.5份，通过挤出机的机头挤出，在挤出机内220度熔融混炼，然后又从机头口模处挤出成为丝束，接着将丝束导入长3m、宽0.8m，深1m的冷却水槽中，水温30度，将丝束穿过水槽内压辊，压辊具有与丝束数目相应的槽，从冷却水槽提起时，风刀吹干附着于丝束表面的水后，用切粒机切断，得到共混树脂颗粒。表1为获得的共混树脂颗粒的L/D，d/D数据。
向800L的高压釜中添加100重量份(50kg)上述共混树脂颗粒，二氧化碳(充入的二氧化碳保证发泡温度下高压釜中的压力为6MPa)、表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠50g)、分散剂(高岭土1000g)、分散介质(水，500kg)加入密闭容器中混合得混合物料，边搅拌边升温至比表1的发泡温度低5℃的温度，保温15min，再升温至表1的发泡温度，保温15min，然后将混合物料置于比所述密闭容器内的压力低的环境中，发泡，得到聚烯烃树脂发泡材料。其性能检测结果如表1所示。
发泡成型体的制造：
使用所得熟化后的发泡粒子，在内尺寸为40cmX40cmX8cm的模内填充发泡粒子，在模内通入2.5Kg压力的饱和蒸汽对发泡粒子预热后，通过3.3kg压力的饱和蒸汽对发泡粒子进行加热，接着冷却获得发泡成型体。所得发泡成型体在80℃气氛下加热熟化8小时，接着转移到23℃的氛围内放置1日后，对成型体的表面进行观察，记录表面缺陷数目情况，表面缺陷的评价见表1。
实施例2成型后成型体照片见图3，其中圆圈标出的位置为缺陷。
比较例1～3
按照表1的配比，实施例1～5的实验条件，制备得到聚烯烃树脂发泡材料。其性能检测结果如表1所示。
比较例1制备的发泡材料由于填充不足产生的缺陷照片见图4，其中圆圈标出的位置为缺陷。
表1实施例1～5以及比较例1～3的实验条件及性能检测结果
由上述实施例和比较例可知，本发明提供的聚烯烃树脂发泡材料具有较低的导热系数。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种聚烯烃树脂发泡材料，其特征在于，由共混树脂颗粒经分散介质释放法制备而成；
所述共混树脂颗粒为柱体，且横截面为非正圆形，柱体高度为L，横截面通过中心的最长径向长度为D，通过中心的最短径向长度为d，1≤L/D≤5，0.2≤d/D＜1；
所述共混树脂颗粒包括聚烯烃树脂和红外线反射剂；
所述红外线反射剂为鳞片石墨、膨胀石墨、可膨胀石墨、石墨烯、空心玻璃微珠中的任意一种或多种。
2.根据权利要求1所述的聚烯烃树脂发泡材料，其特征在于，所述共混树脂颗粒按照以下方法制备：
A)将聚烯烃树脂混合物熔融通过挤出机挤压成丝束，所述挤出机的模头孔数大于50，孔间距为0.6～5mm；
B)将步骤A)得到的丝束冷却，经辊压得到易填充丝束；所述易填充丝束横截面通过中心的最长径向长度为D，通过中心的最短径向长度为d，0.2≤d/D＜1；
C)将步骤B)得到的易填充丝束切割得到树脂粒子；所述树脂粒子为柱体，重量为0.5～2mg，柱体高度为L，1≤L/D≤5；
所述步骤A)中，挤出机的挤出孔为椭圆形，扁圆形，圆角矩形或矩形；挤出机的机头温度为200～230℃，后段温度为190～220℃之间；所述步骤B)中，辊压的第一个辊位置固定，辊压的第一个辊具有与步骤A)得到的丝束数目相应的槽，冷却的温度为30～60℃。
3.根据权利要求1所述的聚烯烃树脂发泡材料，其特征在于，所述红外线反射剂的用量为聚烯烃树脂的1wt％～20wt％。
4.根据权利要求1所述的聚烯烃树脂发泡材料，其特征在于，所述聚烯烃树脂为丙烯和除丙烯外的α-烯烃的共聚物，丙烯均聚物，乙烯和除乙烯外的α-烯烃的共聚物或乙烯均聚物。
5.根据权利要求1所述的聚烯烃树脂发泡材料，其特征在于，所述共混树脂颗粒还包括：增韧剂、抗氧剂、防紫外线剂、抗静电剂、阻燃剂、金属钝化剂、颜料、染料、成核剂和气泡调整剂中的任意一种或多种。
6.根据权利要求1所述的聚烯烃树脂发泡材料，其特征在于，所述聚烯烃树脂发泡材料的导热系数为0.030～0.034w/m.K。
7.权利要求1～6任一项所述的聚烯烃树脂发泡材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A)共混树脂原料通过挤出机挤压成线状，经冷却、切粒得到共混树脂颗粒；所述共混树脂原料包括聚烯烃树脂和红外线反射剂；
B)将上述共混树脂颗粒和发泡剂、表面活性剂、分散剂、分散介质在密闭容器中混合得混合物料，搅拌下加热至比发泡温度低5～10℃的温度，保温10～60min，再升温至发泡温度，保温15～60min，然后将混合物料置于比所述密闭容器内的压力低的环境中，发泡，得到聚烯烃树脂发泡材料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述共混树脂颗粒、表面活性剂、分散剂和分散介质的质量比为100：(0.0001～0.5)：(0.1～15)：(100～500)。
9.一种聚烯烃树脂发泡成型体，为权利要求1～6任一项所述的聚烯烃树脂发泡材料或权利要求7～8任一项所述的制备方法制备的聚烯烃树脂发泡材料，经模内发泡成型制备得到。
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