CN107857928A - 一种hdpe/cmc/peo开孔材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高分子材料技术领域，具体是一种高密度聚乙烯（HDPE）与羟甲基纤维素钠（CMC）、聚氧化乙烯（PEO）、水溶性致孔剂和聚乙烯接枝马来酸酐（PE‑g‑MAH）经熔融共混形成混合物，压制成型后通过溶析法制备HDPE/CMC/PEO开孔材料，原料没有发泡剂。形成的开孔材料的泡孔连通结构好，开孔材料内部的微孔呈现蜂窝状，孔隙率至少为75%以上，同时能够高达78.64%，且具有平均直径小于或等于80um的孔。

Description

一种HDPE/CMC/PEO开孔材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体是一种高密度聚乙烯(HDPE)与羟甲基纤维素钠(CMC)、聚氧化乙烯(PEO)、水溶性致孔剂和聚乙烯接枝马来酸酐(PE-g-MAH)经熔融共混形成混合物，压制成型后通过溶析法制备HDPE开孔材料，原料没有发泡剂。
背景技术
开孔塑料是指塑料基体中的孔相互连通，基体树脂和致孔剂都是连续相的泡孔塑料。由于孔与孔之间形成复杂的通道，可以让水等流体或者CO2等气体通过，通过的难易程度和聚合物材料的基本性质以及孔隙率等因素相关，可以调控开孔塑料中的孔的大小和形态，就能确定穿过这些孔的小分子的大小，使其具有像凝胶色谱一样的分离的能力，可以用来作分离或吸附材料、吸音材料、催化剂载体和衬垫材料等，具有广阔的应用前景。
高密度聚乙烯(HDPE)作为世界上应用最广的树脂之一，是一种无毒、无味、无臭的材料，具有良好的耐热性、耐寒性、化学稳定性、较高的刚性和韧性的特点。而且其机械强度高，介电性、耐环境应力开裂性都较好。因此，采用高密度聚乙烯为基体制备的开孔材料，不仅具有保温、吸声、隔热的特点，还具备了高韧性，高强度的特质。可广泛用于汽车的内饰件、隔音、隔热件以及食品、化妆品、电子产品的包装材料。
发明内容
本发明为了扩展开孔塑料的产品类型，提供了一种HDPE/CMC/PEO开孔材料及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：CMC作为水溶性连通剂在以HDPE为基体的开孔材料中的应用。
作为本发明所述应用的技术方案的进一步改进，在制备以HDPE为基体的开孔材料时，还添加了水溶性连通剂PEO。
作为本发明所述应用的技术方案的进一步改进，在制备以HDPE为基体的开孔材料时，还添加了增溶剂PE-g-MAH。
作为本发明所述应用的技术方案的进一步改进，在制备以HDPE为基体的开孔材料时，还添加了水溶性致孔剂。
作为本发明所述应用的技术方案的进一步改进，所述水溶性致孔剂为氯化钠、蔗糖或者醋酸钾。
进一步的，本发明提供了一种HDPE/CMC/PEO开孔材料，其是由下列重量份的的原料制成的，HDPE 50份，CMC 35～45份，PEO 5～16份，水溶性致孔剂160份，PE-g-MAH 8份。
作为本发明所述开孔材料的技术方案的进一步改进，所述水溶性致孔剂可以为氯化钠、蔗糖或者醋酸钾。
进一步的，本发明提供了一种HDPE/CMC/PEO开孔材料的制备方法，该制备方法采用了上述任一一种HDPE/CMC/PEO开孔材料的原料，该制备方法包括如下步骤：
(1)将HDPE、水溶性致孔剂、PEO、CMC在80℃环境下干燥处理6h～8h；
(2)将原料放入开炼机中进行开炼，前辊温度150℃，后辊温度140℃，开炼时间15～20min；(3)开炼完成后取出物料，热压成型，室温冷却定型得到样品；所述热压成型的热压温度为170～180℃、压力为10MPa；所述室温冷却定型的压力为10MPa；
(4)样品在外力作用下浸泡于恒温水浴并搅拌，每隔2h换一次水，所述恒温水浴的温度为80～90℃；
(5)取出样品，将其置于80℃环境下干燥至恒重，得到HDPE/CMC/PEO开孔材料。
作为本发明所述制备方法的技术方案的进一步改进，水溶性致孔剂的粒径为40～60μm。
本发明所述HDPE/CMC/PEO开孔材料，原料当中没有发泡剂，形成的开孔材料的泡孔连通结构好，开孔材料内部的微孔呈现蜂窝状，孔隙率至少为75％以上，同时能够高达78.64％，且具有平均直径小于或等于80um的孔。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为对比例1(a)及实施例3(b)开孔材料的SEM图。由图可以看出：当HDPE中添加CMC和PEO后，实施例3(b)微孔数量增加，存在连通结构，破壁面较多，开孔效果好。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
孔隙率测试：对于溶解后得到的多孔材料，进行低温干燥后测其体积记为V，测其重量记为M，然后将其浸泡在水中一定时间，确保其完全吸水后取出，用滤纸轻微擦干表面的水后再称重，重量记为M1，两次重量之差(M1-M)即为吸附的水的重量，再比上水的密度ρ，即可知吸附水的体积V1，最后将V1除以未浸泡水时的体积V，即得到孔隙率：
式中，
V1：吸附水的体积(ml)；
V：为未浸泡水的多孔试样的体积(ml)；
M1：多孔试样烘干后的质量(g)；
M：为多孔试样吸水后的质量(g)；
ρ：水的密度(g/cm3)。
微孔形貌结构：将溶解并干燥后的微孔材料样品在液氮中浸泡30min后脆断，对断面进行喷金处理，取垂直于溶体流动方向的截面为观察面。
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细的说明。
CMC(羟甲基纤维素钠)作为水溶性连通剂在以HDPE(高密度聚乙烯)为基体的开孔材料中的应用。
进一步的，在制备以HDPE为基体的开孔材料时，还添加了水溶性连通剂PEO(聚氧化乙烯)。在本发明中，CMC与PEO形成复配水溶性连通剂。
进一步的，在制备以HDPE为基体的开孔材料时，还添加了增溶剂PE-g-MAH(聚乙烯接枝马来酸酐)。增溶剂PE-g-MAH用来促进HDPE与PEO融合。
进一步的，在制备以HDPE为基体的开孔材料时，还添加了水溶性致孔剂。
优选的，在制备以HDPE为基体的开孔材料时，所述水溶性致孔剂为氯化钠、蔗糖或者醋酸钾。
本发明还提供了一种HDPE/CMC/PEO开孔材料，其是由下列重量份的的原料制成的，HDPE 50份，CMC 35～45份，PEO 5～16份，水溶性致孔剂160份，PE-g-MAH 8份。
进一步的，所述水溶性致孔剂可以为氯化钠、蔗糖或者醋酸钾。
本发明还提供了一种HDPE/CMC/PEO开孔材料的制备方法，该制备方法采用了上述任一一种HDPE/CMC/PEO开孔材料的原料，该制备方法包括如下步骤：
(1)将HDPE、水溶性致孔剂、PEO、CMC在80℃环境下干燥处理6h～8h；
(2)将原料放入开炼机中进行开炼，前辊温度150℃，后辊温度140℃，开炼时间15～20min；
(3)开炼完成后取出物料，热压成型，室温冷却定型得到样品；所述热压成型的热压温度为170～180℃、压力为10MPa；所述室温冷却定型的压力为10MPa；
(4)样品在外力作用下浸泡于恒温水浴并搅拌，每隔2h换一次水，所述恒温水浴的温度为80～90℃；
(5)取出样品，将其置于80℃环境下干燥至恒重，得到HDPE/CMC/PEO开孔材料。
在本发明步骤(1)中所述干燥处理的时间可以为6h、7h或8h；在本发明步骤(2)中所述开炼时间可以为15min、18min或20min；在本发明步骤(4)中，由于样品的密度小于水的密度，为了使样品充分浸泡于恒温水浴中，本发明利用铜网包覆样品，这样既能满足样品充分浸泡于恒温水浴中的需求，也能保证样品中的水溶性致孔剂和部分水溶性连通剂溶解于恒温水浴中，提高孔隙率。另外，所述恒温水浴的温度可以为80℃、85℃或90℃。
优选的，水溶性致孔剂的粒径为40～60μm。当HDPE、CMC、PEO、NaCl重量份数为50、45、5、160，NaCl粒子粒径大小在40-60μm时，HDPE开孔材料的泡孔连通结构最优，孔隙率高达78.64％，且具有平均直径小于或等于80um的孔。
下面通过具体实施例对本发明所述技术方案进行详细的说明。
对比例1～4以及实施例1～7的HDPE/CMC/PEO开孔材料的原料配方见表1。
表1 HDPE/CMC/PEO开孔材料原料配方
各对比例和实施例的制备方法，包括如下步骤：
(1)将工业盐置于球磨机中球磨，过筛，得到粒径在40～60μm的NaCl颗粒；将HDPE、NaCl、PEO、CMC在电热鼓风干燥箱中80℃干燥处理6h；
(2)将原料依次按一定质量的配比均匀混合，放入开炼机中开炼15min，前辊温度150℃，后辊温度140℃；
(3)开炼完成后取出物料，将试样在平板硫化机上热压5min，压制温度170℃～180℃之间、压力10MPa；然后将样品室温冷压8min，压力10MPa，得到厚度为2mm的薄片；
(4)利用铜网包覆样品，放入恒温水浴中水浸泡并搅拌50～56h时，每隔2h换一次水；所述恒温水浴的温度为90℃；
(5)取出样品，将其置于80℃鼓风干燥箱中干燥至恒重，得到开孔材料。
对比例1～4以及实施例1～7的HDPE/CMC/PEO开孔材料的孔隙率测试结果见表2。
表2 HDPE/CMC/PEO开孔材料的孔隙率测试结果
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.CMC作为水溶性连通剂在以HDPE为基体的开孔材料中的应用。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，在制备以HDPE为基体的开孔材料时，还添加了水溶性连通剂PEO。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，在制备以HDPE为基体的开孔材料时，还添加了增溶剂PE-g-MAH。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，在制备以HDPE为基体的开孔材料时，还添加了水溶性致孔剂。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述水溶性致孔剂为氯化钠、蔗糖或者醋酸钾。
6.一种HDPE/CMC/PEO开孔材料，其特征在于，其是由下列重量份的的原料制成的，HDPE50份，CMC 35～45份，PEO 5～16份，水溶性致孔剂160份，PE-g-MAH 8份。
7.根据权利要求6所述的一种HDPE/CMC/PEO开孔材料，其特征在于，所述水溶性致孔剂为氯化钠、蔗糖或者醋酸钾。
8.一种HDPE/CMC/PEO开孔材料的制备方法，其特征在于，该制备方法采用了如权利要求6或7所述的一种HDPE/CMC/PEO开孔材料的原料，该制备方法包括如下步骤：
（1）将HDPE、水溶性致孔剂、PEO、CMC在80℃环境下干燥处理6h～8h；
（2）将原料放入开炼机中进行开炼，前辊温度150℃，后辊温度140℃，开炼时间15～20min；
（3）开炼完成后取出物料，热压成型，室温冷却定型得到样品；所述热压成型的热压温度为170~180℃、压力为10 MPa；所述室温冷却定型的压力为10 MPa；
（4）样品在外力作用下浸泡于恒温水浴并搅拌，每隔2h换一次水，所述恒温水浴的温度为80~90℃；
（5）取出样品，将其置于80℃环境下干燥至恒重，得到HDPE/CMC/PEO开孔材料。
9.根据权利要求8所述的一种HDPE/CMC/PEO开孔材料的制备方法，其特征在于，水溶性致孔剂的粒径为40~60μm。
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