CN107698861A - 电子辐照交联发泡聚丙烯片材的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电子辐照交联发泡聚丙烯片材的制备方法，其主要包括步骤：将含有质量分数为30％硅烷偶联剂的乙醇溶液与白炭黑混合，质量比例为5:100，在高速混合机中常温搅拌30分钟后，高温120℃烘干1小时，得到处理过的白炭黑；将聚丙烯树脂粉、处理过的白炭黑、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、抗氧剂及增韧剂加入到高速混合机中，80℃混合8‑15分钟后，直接投入啮合同向双螺杆挤出造粒机进行混炼、造粒得到交联母粒；混炼、造粒得到发泡母粒；挤出成型待交联片材；电子辐照交联；进入发泡炉发泡；冷却定型。本发明通过添加硅烷偶联剂处理过的白炭黑，制备出的电子辐照交联发泡聚丙烯片材的拉伸强度、热变形温度、撕裂强度提高，加热尺寸变化率变小。

Description

电子辐照交联发泡聚丙烯片材的制备方法
技术领域
本发明涉及聚合物改性和加工领域，具体地涉及一种电子辐照交联发泡聚丙烯片材的制备方法。
背景技术
高分子发泡材料具有质量轻、较强的吸收冲击载荷能力和隔热隔音能力等优点，广泛用于汽车、建筑、包装、餐饮等领域。现在应用较多的发泡材料有聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)及聚氨酯(PU)等。
聚氨酯硬发泡材料在发泡过程中存在对人体有害的异氰酸酯残留物，且发泡材料无法回收利用；聚苯乙烯发泡制品不仅耐高温性差，机械强度低，而且由于不易降解，难回收，对周围环境造成“白色污染”，联合国环保组织已决定2005年在全世界范围内停止生产和使用发泡聚苯乙烯；聚乙烯虽然通过化学交联、辐射交联改性的方法，能够得到质地柔软、物理机械性能好、成本低廉的发泡塑料，但是最高使用温度仅有82℃，大大限制了其在高温领域的应用。与此同时，PE在交联后得到的泡沫塑料同样存在无法回收利用，制造白色污染的问题。
聚丙烯(PP)具有密度小、无毒无臭、耐高温、耐腐蚀等卓越性能、优良的物理机械性能、化学稳定性、以及良好的电绝缘性能，聚丙烯树脂最高使用温度可达130℃，由此开发的聚丙烯泡沫塑料将完全克服上述材料在耐高温和重复利用及环保等方面的缺点。发泡PP制品因其良好的热稳定性和尺寸稳定性、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、可降解性、以及环保性而倍受重视。但是由于普通聚丙烯的自身结构特点，发泡工艺难度大，关键技术是解决熔体强度低的问题，避免材料形成泡孔塌陷，从而可以使用价格低廉的普通聚丙烯直接发泡。
提高普通聚丙烯熔体强度的方法有化学交联、PP与LDPE机械共混交联、高能射线辐照交联及电子辐照交联。其中化学交联效果不理想；PP与LDPE机械共混发泡，效果明显，但是机械强度不如纯聚丙烯交联；高能射线辐照交联，如X射线和γ射线等，由于射线能量过高，辐照过程中交联和降解同时发生，容易对材料本身造成损伤，降低材料的使用性能和力学性能，尤其是设备昂贵，维护成本高，不易实现连续化生产。电子射线辐照交联PP，功率大，安全，是目前交联聚丙烯主要的方法。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种电子辐照交联发泡聚丙烯片材的制备方法，其能提高电子辐照交联发泡聚丙烯片材的机械强度和耐热变形性。
为实现以上目的，本发明提供了一种电子辐照交联发泡聚丙烯片材的制备方法，其包括以下步骤：第一步：将含有质量分数为30％硅烷偶联剂的乙醇溶液与白炭黑混合，质量比例为5:100，在高速混合机中常温搅拌30分钟后，高温120℃烘干1小时，得到处理过的白炭黑；第二步：将聚丙烯树脂粉、处理过的白炭黑、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、抗氧剂及增韧剂加入到高速混合机中，80℃混合8-15分钟后，直接投入啮合同向双螺杆挤出造粒机进行混炼、造粒得到交联母粒；第三步：将低密度聚乙烯树脂、偶氮二甲酰胺、超细滑石粉、聚乙烯蜡及白油加入到高速混合机中，恒温60℃混合5-10分钟，冷却至室温后排入到啮合同向双螺杆挤进行混炼、造粒得到发泡母粒；第四步：将第二步造粒好的交联母粒与第三步制备好的发泡母粒加入到高速混合机中，常温混合1-5分钟后，单螺杆挤出机中挤出成型为待交联片材；第五步：将第四步得到的待交联片材传入电子加速器中进行双面辐照交联，得到待发泡片材；第六步：将第五步得到的待发泡片材导入水平发泡炉进行发泡，得到电子交联发泡聚丙烯片材；第七步，将第六步制得的电子交联发泡聚丙烯片材，冷却定型，切边收卷。
可选的，第二步中，聚丙烯树脂粉、处理过的白炭黑、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、抗氧剂及增韧剂的质量比例为：100:5-10:0.5-3:0.1-0.5:1-5。
可选的，第二步中，啮合同向双螺杆挤出造粒机的工作温度为：一区120-140℃，二区150-170℃，三区190-220℃，四区210-230℃，五区220-230℃。
可选的，第三步中，低密度聚乙烯树脂、偶氮二甲酰胺、滑石粉、聚乙烯蜡、白油的质量比例为：100:20-30:5-10:1-2:0.5-1。
可选的，第三步中，啮合同向双螺杆挤出造粒机的工作温度为：一区90-100℃，二区120-130℃，三区130-140℃，四区140-150℃，五区150-160℃。
可选的，第四步中，所用交联母粒和发泡母粒的质量比例为100:1-2。
可选的，第四步中，单螺杆挤出机的工作温度为：一区90±5℃，二区160±5℃，三区165±5℃。
可选的，第五步中，辐照剂量为3-6Mrad。
可选的，第六步中，发泡炉温度为250±10℃。
本发明的有益效果如下：
本发明通过添加硅烷偶联剂处理过的白炭黑，制备出的电子辐照交联发泡聚丙烯片材的拉伸强度、热变形温度、撕裂强度提高，加热尺寸变化率变小。
具体实施方式
为使发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
根据本发明的电子辐照交联发泡聚丙烯片材的制备方法包括以下步骤：第一步：将含有质量分数为30％硅烷偶联剂的乙醇溶液与白炭黑混合，质量比例为5:100，在高速混合机中常温搅拌30分钟后，高温120℃烘干1小时，得到处理过的白炭黑；第二步：将聚丙烯树脂粉、处理过的白炭黑、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、抗氧剂及增韧剂加入到高速混合机中，80℃混合8-15分钟后，直接投入啮合同向双螺杆挤出造粒机进行混炼、造粒得到交联母粒；第三步：将低密度聚乙烯树脂、偶氮二甲酰胺、超细滑石粉、聚乙烯蜡及白油加入到高速混合机中，恒温60℃混合5-10分钟，冷却至室温后排入到啮合同向双螺杆挤进行混炼、造粒得到发泡母粒；第四步：将第二步造粒好的交联母粒与第三步制备好的发泡母粒加入到高速混合机中，常温混合1-5分钟后，单螺杆挤出机中挤出成型为待交联片材；第五步：将第四步得到的待交联片材传入电子加速器中进行双面辐照交联，得到待发泡片材；第六步：将第五步得到的待发泡片材导入水平发泡炉进行发泡，得到电子交联发泡聚丙烯片材；第七步，将第六步制得的电子交联发泡聚丙烯片材，冷却定型，切边收卷。
第二步中，聚丙烯树脂粉、处理过的白炭黑、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、抗氧剂及增韧剂的质量比例可为：100:5-10:0.5-3:0.1-0.5:1-5。
第二步中，啮合同向双螺杆挤出造粒机的工作温度可为：一区120-140℃，二区150-170℃，三区190-220℃，四区210-230℃，五区220-230℃。
第三步中，低密度聚乙烯树脂、偶氮二甲酰胺、滑石粉、聚乙烯蜡、白油的质量比例可为：100:20-30:5-10:1-2:0.5-1。
第三步中，啮合同向双螺杆挤出造粒机的工作温度可为：一区90-100℃，二区120-130℃，三区130-140℃，四区140-150℃，五区150-160℃。
第四步中，所用交联母粒和发泡母粒的质量比例可为100:1-2。
第四步中，单螺杆挤出机的工作温度可为：一区90±5℃，二区160±5℃，三区165±5℃。
第五步中，辐照剂量可为3-6Mrad。
第六步中，发泡炉温度可为250±10℃。
以下结合具体实施例对本发明的电子辐照交联发泡聚丙烯片材的制备方法做具体说明。
所用主要原材料说明：
聚丙烯树脂：T30S，工业级，北京燕山石油化工有限公司；
低密度聚乙烯树脂：1F7B，颗粒，北京燕山石油化工有限公司；
白炭黑：气相法，12000目，型号Y200，上海缘钛化工产品有限公司；
乙醇：工业级，含量95％，锦州石化；
硅烷偶联剂：KH570，市售；
POE：增韧剂，型号8150，注塑级，美国陶氏；
三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)：敏化剂，工业级，宜兴市宏辉化工有限公司；
聚乙烯蜡：分散助剂，颗粒状粉末，瑞士科莱恩；
白油：分散助剂，46#，市售；
抗氧剂：型号1010，白色晶状，宁波阿克苏；
超细滑石粉：发泡助剂，1250目，佛山市勃震化工有限公司。
实施例1
第一步：称取5kg含有质量分数为30％硅烷偶联剂570的乙醇溶液与100kg白炭黑混合，在高速混合机中常温搅拌30分钟后，高温120℃烘干1小时，得到处理过的白炭黑，在质量分数为30％硅烷偶联剂570的乙醇溶液中，硅烷偶联剂570:乙醇:去离子水＝30:60:10；
第二步：称取100kg聚丙烯树脂粉(T30S)、5kg处理过的白炭黑、0.5kg三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、0.1kg抗氧剂1010及1kg增韧剂POE加入到高速混合机中，80℃混合10分钟后，直接投入啮合同向双螺杆挤出造粒机进行混炼、造粒得到交联母粒；啮合同向双螺杆挤出造粒机的工作温度为：一区140℃，二区150℃，三区200℃，四区230℃，五区220℃；
第三步：称取100kg低密度聚乙烯树脂(1F7B)、20kg偶氮二甲酰胺(AC410)、5kg超细滑石粉、1kg聚乙烯蜡及0.5kg白油加入到高速混合机中，恒温60℃混合8分钟，冷却至室温后排入到啮合同向双螺杆挤进行混炼、造粒得到发泡母粒；啮合同向双螺杆挤出造粒机的工作温度为：一区90℃，二区130℃，三区140℃，四区140℃，五区150℃；
第四步：称取100kg第二步造粒好的交联母粒与1kg第三步制备好的发泡母粒加入到高速混合机中，常温混合5分钟后，单螺杆挤出机中挤出成型为待交联片材；单螺杆挤出机的工作温度为：一区90℃，二区160℃，三区165℃；
第五步：将第四步得到的待交联片材传入电子加速器中进行双面辐照交联，辐照剂量为3Mrad，得到待发泡片材；
第六步：将第五步得到的待发泡片材导入水平发泡炉进行发泡，发泡炉温度为250℃，得到电子交联发泡聚丙烯片材；
第七步，将第六步制得的电子交联发泡聚丙烯片材，冷却定型，切边收卷。
实施例2
同实施例1，不同的是：
第二步：称取100kg聚丙烯树脂粉(T30S)、10kg处理过的白炭黑、3kg三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、0.5kg抗氧剂1010及5kg增韧剂POE加入到高速混合机中，80℃混合10分钟后，直接投入啮合同向双螺杆挤出造粒机进行混炼、造粒得到交联母粒；啮合同向双螺杆挤出造粒机的工作温度为：一区140℃，二区150℃，三区190℃，四区230℃，五区220℃；
第三步：称取100kg低密度聚乙烯树脂(1F7B)、30kg偶氮二甲酰胺(AC410)、10kg超细滑石粉、2kg聚乙烯蜡及1kg白油加入到高速混合机中，恒温60℃混合8分钟，冷却至室温后排入到啮合同向双螺杆挤进行混炼、造粒得到发泡母粒；啮合同向双螺杆挤出造粒机的工作温度为：一区100℃，二区130℃，三区130℃，四区150℃，五区160℃；
第四步：称取100kg第二步造粒好的交联母粒与2kg第三步制备好的发泡母粒加入到高速混合机中，常温混合5分钟后，单螺杆挤出机中挤出成型为待交联片材；单螺杆挤出机的工作温度为：一区90℃，二区160℃，三区165℃；
第五步：将第四步得到的待交联片材传入电子加速器中进行双面辐照交联，辐照剂量为6Mrad，得到待发泡片材。
实施例3
同实施例1，不同的是：
第二步：称取100kg聚丙烯树脂粉(T30S)、7.5kg处理过的白炭黑、1.8kg三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、0.3kg抗氧剂1010及3kg增韧剂POE加入到高速混合机中，80℃混合10分钟后，直接投入啮合同向双螺杆挤出造粒机进行混炼、造粒得到交联母粒；啮合同向双螺杆挤出造粒机的工作温度为：一区130℃，二区160℃，三区220℃，四区220℃，五区230℃；
第三步：称取100kg低密度聚乙烯树脂(1F7B)、25kg偶氮二甲酰胺(AC410)、7.5kg超细滑石粉、1.5kg聚乙烯蜡及0.75kg白油加入到高速混合机中，恒温60℃混合8分钟，冷却至室温后排入到啮合同向双螺杆挤进行混炼、造粒得到发泡母粒；啮合同向双螺杆挤出造粒机的工作温度为：一区100℃，二区120℃，三区130℃，四区150℃，五区150℃；
第四步：称取100kg第二步造粒好的交联母粒与1.5kg第三步制备好的发泡母粒加入到高速混合机中，常温混合5分钟后，单螺杆挤出机中挤出成型为待交联片材；单螺杆挤出机的工作温度为：一区90℃，二区160℃，三区165℃；
第五步：将第四步得到的待交联片材传入电子加速器中进行双面辐照交联，辐照剂量为4Mrad，得到待发泡片材。
实施例4
同实施例3，不同的是：
第二步：称取100kg聚丙烯树脂粉(T30S)、5kg处理过的白炭黑、1.8kg三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、0.3kg抗氧剂1010及3kg增韧剂POE加入到高速混合机中，80℃混合10分钟后，直接投入啮合同向双螺杆挤出造粒机进行混炼、造粒得到交联母粒。
实施例5
同实施例3，不同的是：
第二步：称取100kg聚丙烯树脂粉(T30S)、10kg处理过的白炭黑、1.8kg三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、0.3kg抗氧剂1010及3kg增韧剂POE加入到高速混合机中，80℃混合10分钟后，直接投入啮合同向双螺杆挤出造粒机进行混炼、造粒得到交联母粒。
对比例1
同实施例3，不同的是：
第二步：未添加处理过的白炭黑。
对上述实施例和对比例所得产物，按国家标准《挤出聚丙烯发泡片材》(QB/T4879-2015)进行性能测试，测试结果见表1：
表1电子辐照交联发泡聚丙烯片材的性能对比表
通过以上实施例可以看出通过添加硅烷偶联剂处理过的白炭黑，制备出的电子辐照交联发泡聚丙烯片材的拉伸强度、热变形温度、撕裂强度提高，加热尺寸变化率变小，说明硅烷偶联剂处理过的白炭黑可以提高电子辐照交联发泡聚丙烯片材的机械强度和耐热变形性，不影响导热。
本发明制备的电子辐照交联发泡聚丙烯片材可用于汽车、建筑、包装、餐饮等领域。尤其是汽车行业，如顶棚、门板、后搁板、行李箱、地垫、车身外底部护板及座椅后备板等。
虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种电子辐照交联发泡聚丙烯片材的制备方法，包括以下步骤：
第一步：将含有质量分数为30％硅烷偶联剂的乙醇溶液与白炭黑混合，质量比例为5:100，在高速混合机中常温搅拌30分钟后，高温120℃烘干1小时，得到处理过的白炭黑；
第二步：将聚丙烯树脂粉、处理过的白炭黑、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、抗氧剂及增韧剂加入到高速混合机中，80℃混合8-15分钟后，直接投入啮合同向双螺杆挤出造粒机进行混炼、造粒得到交联母粒；
第三步：将低密度聚乙烯树脂、偶氮二甲酰胺、超细滑石粉、聚乙烯蜡及白油加入到高速混合机中，恒温60℃混合5-10分钟，冷却至室温后排入到啮合同向双螺杆挤进行混炼、造粒得到发泡母粒；
第四步：将第二步造粒好的交联母粒与第三步制备好的发泡母粒加入到高速混合机中，常温混合1-5分钟后，单螺杆挤出机中挤出成型为待交联片材；
第五步：将第四步得到的待交联片材传入电子加速器中进行双面辐照交联，得到待发泡片材；
第六步：将第五步得到的待发泡片材导入水平发泡炉进行发泡，得到电子交联发泡聚丙烯片材；
第七步，将第六步制得的电子交联发泡聚丙烯片材，冷却定型，切边收卷。
2.根据权利要求1所述的电子辐照交联发泡聚丙烯片材的制备方法，其特征在于，第二步中，聚丙烯树脂粉、处理过的白炭黑、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、抗氧剂及增韧剂的质量比例为：100:5-10:0.5-3:0.1-0.5:1-5。
3.根据权利要求1所述的电子辐照交联发泡聚丙烯片材的制备方法，其特征在于，第二步中，啮合同向双螺杆挤出造粒机的工作温度为：一区120-140℃，二区150-170℃，三区190-220℃，四区210-230℃，五区220-230℃。
4.根据权利要求1所述的电子辐照交联发泡聚丙烯片材的制备方法，其特征在于，第三步中，低密度聚乙烯树脂、偶氮二甲酰胺、滑石粉、聚乙烯蜡、白油的质量比例为：100:20-30:5-10:1-2:0.5-1。
5.根据权利要求1所述的电子辐照交联发泡聚丙烯片材的制备方法，其特征在于，第三步中，啮合同向双螺杆挤出造粒机的工作温度为：一区90-100℃，二区120-130℃，三区130-140℃，四区140-150℃，五区150-160℃。
6.根据权利要求1所述的电子辐照交联发泡聚丙烯片材的制备方法，其特征在于，第四步中，所用交联母粒和发泡母粒的质量比例为100:1-2。
7.根据权利要求1所述的电子辐照交联发泡聚丙烯片材的制备方法，其特征在于，第四步中，单螺杆挤出机的工作温度为：一区90±5℃，二区160±5℃，三区165±5℃。
8.根据权利要求1所述的电子辐照交联发泡聚丙烯片材的制备方法，其特征在于，第五步中，辐照剂量为3-6Mrad。
9.根据权利要求1所述的电子辐照交联发泡聚丙烯片材的制备方法，其特征在于，第六步中，发泡炉温度为250±10℃。
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