CN108276692A - 一种共挤复合管材用聚苯乙烯发泡保温材料及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种共挤复合管材用聚苯乙烯发泡保温材料及其制造方法，属于建筑内及小区供热管道保温技术领域。其特征在于：包括共挤成型的内层的CO2发泡共混聚苯乙烯保温层和外层的聚乙烯与乙烯‑醋酸乙烯共聚物防护层，制备步骤为：将聚苯乙烯或高抗冲聚苯乙烯与低密度聚乙烯共混物及成核剂、抗氧剂按配比采用高速搅拌机混合均匀；将混合好的原料加入出机进行塑化熔融，然后注入超临界状态的CO2、乙醇、和水组成的发泡剂，利用共挤机再共挤一层乙烯‑醋酸乙烯共聚物防护层即得。生产效率高，产品性能稳定。

Description

一种共挤复合管材用聚苯乙烯发泡保温材料及其制造方法
技术领域
一种共挤复合管材用聚苯乙烯发泡保温材料及其制造方法，属于建筑内及小区供热管道保温技术领域。
背景技术
目前供热管道的保温主要采用聚氨酯材料进行保温，由于当前聚氨酯发泡所用的发泡剂主要为氟氯烃类，其对臭氧层有破坏作用，目前世界各国均在限制使用。聚氨酯材料在发泡过程中还会存在对人体有害的异氰酸酯残留物，而且发泡材料无法回收利用，造成环境污染。同时聚氨酯材料成本以较高，且发泡效率较低，导致管道保温成本高。
目前聚苯乙烯发泡需要使用丁烷或类似低分子量的烃烷发泡剂，对发泡设备及生产、运输、贮存环境有较高的要求，且当前聚苯乙烯发泡主要用于板材生产，未在管道保温领域进行广泛应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种环境友好、制备方便的共挤复合管材用聚苯乙烯发泡保温材料及其制造方法。
解决其技术问题所采用的技术方案是：该共挤复合管材用聚苯乙烯发泡保温材料，其特征在于：原料重量份组成为：聚苯乙烯或高抗冲聚苯乙烯80~100份、低密度聚乙烯1~20份、成核剂1~10份、抗氧剂1~5份、CO2 3~9份，乙醇1~5份、水1~5份。
本发明针对目前存在的主要问题以及管道保温使用要求，本发明以CO2作为主要发泡剂，避免了氟氯烃类、烷烃类发泡剂对环境的破坏；PS（聚苯乙烯）或高抗冲聚苯乙烯（HIPS）与低密度聚乙烯共混物为保温材料，挤出级聚乙烯与乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）共混物为外护管材料。选用高抗冲聚苯乙烯（HIPS）或聚苯乙烯与低密度聚乙烯共混物为发泡材料，可实现保温层具有一定的弹性和柔性，有利于与后续工作管的匹配；与聚乙烯与乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）共混物材料粘结性强。
所述的重量份组成为：聚苯乙烯或高抗冲聚苯乙烯85~95份、低密度聚乙烯8~12份、成核剂4~6份、抗氧剂2~3份、CO2 5.5~7.5份，乙醇2~3份、水2~3份。优选的组成所得发泡材料的弹性和柔性跟好，与外层防护层的粘接性更好。
所述的成核剂为氧化镁或氧化锌，成核剂的粒径为3000～4000目。优选的成核剂分散更加均匀，所发的气泡大小均匀细密。
所述的抗氧剂为四 [3-(3,5- 二叔丁基 -4- 羟基苯基 ) 丙酸 ] 季戊四醇酯或3-(3,5- 二叔丁基 -4- 羟基苯基 ) 丙酸十八烷基酯。与本发明的发泡材料最为适应，分散更均匀，抗氧化能力更好。
上述共挤复合管材用聚苯乙烯发泡保温材料的制造方法，其特征在于，制备步骤为：
1）将聚苯乙烯或高抗冲聚苯乙烯与低密度聚乙烯共混得到的共混物，然后共混物与成核剂、抗氧剂按配比采用高速搅拌机混合均匀；
2）将混合好的原料加入双螺杆挤出机进行塑化熔融，然后注入超临界状态的CO2、乙醇、和水组成的发泡剂，经管材成型口模、芯模挤出，熔体出口模后压力迅速下降，使得CO2气体在成核剂周围形成泡孔即得。
本发明将聚苯乙烯（PS）或高抗冲聚苯乙烯（HIPS）或聚苯乙烯与低密度聚乙烯共混物及成核剂、抗氧剂等组分以特定比例采用高速搅拌机混合均匀，将混合好的原料加入挤出机进行塑化熔融，当二氧化碳的温度超过31℃、压力超过7.38MPa时，即进入超临界二氧化碳状态。以特定比例注入形成的超临界状态的CO2、乙醇、水发泡剂，使CO2气体以超临界状态均匀分散到树脂中，经管材成型口模、芯模挤出，熔体出口模后压力迅速下降，使得CO2气体在成核剂周围形成泡孔，形成管材用发泡保温材料。采用CO2超临界流体发泡技术，该技术一方面避免了氟氯烃类、烷烃类发泡剂对环境的破坏，另一方面，超临界CO2发泡材料使用的CO2从工业废气中提取而来，等于通过CO2的循环利用实现了碳补偿，对于降低温室气体排放，实现低碳循环经济具有重要意义。
所述的高速搅拌机的搅拌转速为1300 r/min ~1500r/min。优选的转速能够更快速的混合均匀。
所述的超临界状态的CO2的温度为35℃~40℃、压力为7.5 MPa ~8MPa。优选的超临界状态能够更好的发泡，气泡大小更均匀细密。
本保温材料所制的发泡管优选在外共挤聚乙烯与乙烯-醋酸乙烯共聚物防护层，防护层的原料重量份组成为：聚乙烯树脂50~90份，乙烯-醋酸乙烯共聚物10~50份。优选的聚乙烯与乙烯-醋酸乙烯共聚物防护层的原料重量份组成与CO2发泡共混聚苯乙烯的粘接性更好，管材的整体强度更高、寿命更长。经初步定型后，利用共挤机在保温层外表面共挤的聚乙烯与乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）共混物的防护层。
所述的聚乙烯与乙烯-醋酸乙烯共聚物防护层的厚度为0.5mm~1.0mm。在该厚度下既能够起到良好的防护作用，又能够尽可能的节省用量。
所述的聚乙烯与乙烯-醋酸乙烯共聚物防护层外还共挤有一层聚乙烯防护层。增设一层与内层防护层不同材料的防护层，将三者的韧性和强度相协调，管材的耐用性更好，环境适应能力更强。
所述的聚乙烯防护层的厚度为1.0 mm~2.0mm。在该厚度下既能够起到良好的防护作用，又能够尽可能的节省用量。
与现有技术相比，本发明的所具有的有益效果是：采用CO2超临界流体发泡技术，该技术一方面避免了氟氯烃类、烷烃类发泡剂对环境的破坏，另一方面，超临界CO2发泡材料使用的CO2从工业废气中提取而来，等于通过CO2的循环利用实现了碳补偿，对于降低温室气体排放，实现低碳循环经济具有重要意义。选用高抗冲聚苯乙烯（HIPS）或聚苯乙烯与低密度聚乙烯共混物为发泡材料，是发明人针对管材所需的曲面而改进的配方，可实现保温层具有一定的弹性和柔性，有利于与后续工作管的匹配，使保温层和外层的保护层结合牢固没有明显的脱层。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，其中实施例1为最佳实施。
实施例1
1）按重量份备料：聚苯乙烯或高抗冲聚苯乙烯90份、低密度聚乙烯10份、成核剂5份、抗氧剂2.5份、CO26.2份，乙醇：2.5份、水2.5份，成核剂为氧化锌，成核剂的粒径为3000～4000目，抗氧剂为四 [3-(3,5- 二叔丁基 -4- 羟基苯基 ) 丙酸 ] 季戊四醇酯；将聚苯乙烯或高抗冲聚苯乙烯与低密度聚乙烯共混物及成核剂、抗氧剂按配比采用高速搅拌机混合均匀；
2）将混合好的原料加入双螺杆挤出机进行塑化熔融，然后注入超临界状态的CO2、乙醇、和水组成的发泡剂，经管材成型口模、芯模挤出，熔体出口模后压力迅速下降，使得CO2气体在成核剂周围形成泡孔，形成CO2发泡共混聚苯乙烯保温层；
3）按重量份备料：聚乙烯树脂70份，乙烯-醋酸乙烯共聚物30份，利用共挤机在CO2发泡共混聚苯乙烯保保温层外表面共挤一层聚乙烯与乙烯-醋酸乙烯共聚物得到乙烯-醋酸乙烯共聚物防护层；聚乙烯与乙烯-醋酸乙烯共聚物防护层的厚度为0.5mm；
4）再利用第二个共挤机在聚乙烯与乙烯-醋酸乙烯共聚物防护层外共挤聚乙烯得到聚乙烯防护层，聚乙烯防护层的厚度为1.0 mm，再经冷却、牵引即得。
实施例2
1）按重量份备料：聚苯乙烯或高抗冲聚苯乙烯85份、低密度聚乙烯12份、成核剂4份、抗氧剂3份、CO25.5份，乙醇：3份、水2份，成核剂为氧化锌，成核剂的粒径为3000～ 4000目，抗氧剂为四 [3-(3,5- 二叔丁基 -4- 羟基苯基 ) 丙酸 ] 季戊四醇酯；将聚苯乙烯或高抗冲聚苯乙烯与低密度聚乙烯共混物及成核剂、抗氧剂按配比采用高速搅拌机混合均匀；
2）将混合好的原料加入双螺杆挤出机进行塑化熔融，然后注入超临界状态的CO2、乙醇、和水组成的发泡剂，经管材成型口模、芯模挤出，熔体出口模后压力迅速下降，使得CO2气体在成核剂周围形成泡孔，形成CO2发泡共混聚苯乙烯保温层；
3）按重量份备料：聚乙烯树脂60份，乙烯-醋酸乙烯共聚物40份，利用共挤机在CO2发泡共混聚苯乙烯保保温层外表面共挤一层聚乙烯与乙烯-醋酸乙烯共聚物得到乙烯-醋酸乙烯共聚物防护层；聚乙烯与乙烯-醋酸乙烯共聚物防护层的厚度为0.6mm；
4）再利用第二个共挤机在聚乙烯与乙烯-醋酸乙烯共聚物防护层外共挤聚乙烯得到聚乙烯防护层，聚乙烯防护层的厚度为1.2mm，再经冷却、牵引即得。
实施例3
1）按重量份备料：聚苯乙烯或高抗冲聚苯乙烯95份、低密度聚乙烯8份、成核剂6份、抗氧剂2份、CO27.5份，乙醇：2份、水3份，成核剂为氧化锌，成核剂的粒径为3000～ 4000目，抗氧剂为3-(3,5- 二叔丁基 -4- 羟基苯基 ) 丙酸十八烷基酯；将聚苯乙烯或高抗冲聚苯乙烯与低密度聚乙烯共混物及成核剂、抗氧剂按配比采用高速搅拌机混合均匀；
2）将混合好的原料加入双螺杆挤出机进行塑化熔融，然后注入超临界状态的CO2、乙醇、和水组成的发泡剂，经管材成型口模、芯模挤出，熔体出口模后压力迅速下降，使得CO2气体在成核剂周围形成泡孔，形成CO2发泡共混聚苯乙烯保温层；
3）按重量份备料：聚乙烯树脂80份，乙烯-醋酸乙烯共聚物20份，利用共挤机在CO2发泡共混聚苯乙烯保保温层外表面共挤一层聚乙烯与乙烯-醋酸乙烯共聚物得到乙烯-醋酸乙烯共聚物防护层；聚乙烯与乙烯-醋酸乙烯共聚物防护层的厚度为0.7mm；
4）再利用第二个共挤机在聚乙烯与乙烯-醋酸乙烯共聚物防护层外共挤聚乙烯得到聚乙烯防护层，聚乙烯防护层的厚度为1.5mm，再经冷却、牵引即得。
实施例4
1）按重量份备料：聚苯乙烯或高抗冲聚苯乙烯100份、低密度聚乙烯1份、成核剂10份、抗氧剂1份、CO29份，乙醇：1份、水5份，成核剂为氧化锌，成核剂的粒径为3000～ 4000目，抗氧剂为四 [3-(3,5- 二叔丁基 -4- 羟基苯基 ) 丙酸 ] 季戊四醇酯；将聚苯乙烯或高抗冲聚苯乙烯与低密度聚乙烯共混物及成核剂、抗氧剂按配比采用高速搅拌机混合均匀；
2）将混合好的原料加入双螺杆挤出机进行塑化熔融，然后注入超临界状态的CO2、乙醇、和水组成的发泡剂，经管材成型口模、芯模挤出，熔体出口模后压力迅速下降，使得CO2气体在成核剂周围形成泡孔，形成CO2发泡共混聚苯乙烯保温层；
3）按重量份备料：聚乙烯树脂50份，乙烯-醋酸乙烯共聚物50份，利用共挤机在CO2发泡共混聚苯乙烯保保温层外表面共挤一层聚乙烯与乙烯-醋酸乙烯共聚物得到乙烯-醋酸乙烯共聚物防护层；聚乙烯与乙烯-醋酸乙烯共聚物防护层的厚度为0.9mm；
4）再利用第二个共挤机在聚乙烯与乙烯-醋酸乙烯共聚物防护层外共挤聚乙烯得到聚乙烯防护层，聚乙烯防护层的厚度为1.7mm，再经冷却、牵引即得。
实施例5
1）按重量份备料：聚苯乙烯或高抗冲聚苯乙烯80份、低密度聚乙烯20份、成核剂1份、抗氧剂5份、CO23份，乙醇：5份、水1份，成核剂为二氧化硅，成核剂的粒径为3000～ 4000目，抗氧剂为抗氧剂 B215；将聚苯乙烯或高抗冲聚苯乙烯与低密度聚乙烯共混物及成核剂、抗氧剂按配比采用高速搅拌机混合均匀；
2）将混合好的原料加入双螺杆挤出机进行塑化熔融，然后注入超临界状态的CO2、乙醇、和水组成的发泡剂，经管材成型口模、芯模挤出，熔体出口模后压力迅速下降，使得CO2气体在成核剂周围形成泡孔，形成CO2发泡共混聚苯乙烯保温层；
3）按重量份备料：聚乙烯树脂90份，乙烯-醋酸乙烯共聚物10份，利用共挤机在CO2发泡共混聚苯乙烯保保温层外表面共挤一层聚乙烯与乙烯-醋酸乙烯共聚物得到乙烯-醋酸乙烯共聚物防护层；聚乙烯与乙烯-醋酸乙烯共聚物防护层的厚度为1.0mm；
4）再利用第二个共挤机在聚乙烯与乙烯-醋酸乙烯共聚物防护层外共挤聚乙烯得到聚乙烯防护层，聚乙烯防护层的厚度为2.0mm，再经冷却、牵引即得。
实施例6
1）按重量份备料：聚苯乙烯或高抗冲聚苯乙烯90份、低密度聚乙烯10份、成核剂5份、抗氧剂2.5份、CO26份，乙醇：2.5份、水2.5份；将聚苯乙烯或高抗冲聚苯乙烯与低密度聚乙烯共混物及成核剂、抗氧剂按配比采用高速搅拌机混合均匀；
2）将混合好的原料加入双螺杆挤出机进行塑化熔融，然后注入超临界状态的CO2、乙醇、和水组成的发泡剂，经管材成型口模、芯模挤出，熔体出口模后压力迅速下降，使得CO2气体在成核剂周围形成泡孔，形成CO2发泡共混聚苯乙烯保温层；
3）按重量份备料：聚乙烯树脂70份，乙烯-醋酸乙烯共聚物30份，利用共挤机在CO2发泡共混聚苯乙烯保保温层外表面共挤一层聚乙烯与乙烯-醋酸乙烯共聚物得到乙烯-醋酸乙烯共聚物防护层；聚乙烯与乙烯-醋酸乙烯共聚物防护层的厚度为1.0mm，再经冷却、牵引即得。
对比例1
基本工艺步骤和物料配比同实施例1，不同的是步骤1）中没有使用低密度聚乙烯。
对比例2
基本工艺步骤和物料配比同实施例1，不同的是步骤1）中低密度聚乙烯的用量为40份。
对比例3
基本工艺步骤和物料配比同实施例1，不同的是步骤1）CO2、乙醇、水的用量分别为20份、1份、1份。
对比例4
基本工艺步骤和物料配比同实施例1，不同的是CO2发泡共混聚苯乙烯保温层外先共挤聚乙烯防护层，再共挤乙烯-醋酸乙烯共聚物防护层。
实施例和对比例的性能检测结果见表1。
表1 实施例和对比例的性能检测结果
。
对比例1、2与实施例相较可以看出，本发明采用聚苯乙烯或高抗冲聚苯乙烯与低密度聚乙烯共混物为发泡材料，明显的增强了发泡层与乙烯-醋酸乙烯共聚物的粘结性。对比例3可以看出本发明优选的发泡剂组成，能够改善聚苯乙烯或高抗冲聚苯乙烯与低密度聚乙烯共混物的发泡效果，起泡更加细腻均匀，不会出现表层发泡过大的问题。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种共挤复合管材用聚苯乙烯发泡保温材料，其特征在于，原料重量份组成为：聚苯乙烯或高抗冲聚苯乙烯80~100份、低密度聚乙烯1~20份、成核剂1~10份、抗氧剂1~5份、CO2 3~9份，乙醇1~5份、水1~5份。
2.根据权利要求1所述的一种共挤复合管材用聚苯乙烯发泡保温材料，其特征在于：所述的重量份组成为：聚苯乙烯或高抗冲聚苯乙烯85~95份、低密度聚乙烯8~12份、成核剂4~6份、抗氧剂2~3份、CO2 5.5~7.5份，乙醇2~3份、水2~3份。
3.根据权利要求1或2所述的一种共挤复合管材用聚苯乙烯发泡保温材料，其特征在于：所述的成核剂为氧化镁或氧化锌，成核剂的粒径为3000～4000目。
4.根据权利要求1或2所述的一种共挤复合管材用聚苯乙烯发泡保温材料，其特征在于：所述的抗氧剂为四 [3-(3,5- 二叔丁基 -4- 羟基苯基 ) 丙酸 ] 季戊四醇酯或3-(3,5- 二叔丁基 -4- 羟基苯基 ) 丙酸十八烷基酯。
5.一种权利要求1~4任一项所述的共挤复合管材用聚苯乙烯发泡保温材料的制造方法，其特征在于，制备步骤为：
1）将聚苯乙烯或高抗冲聚苯乙烯与低密度聚乙烯共混得到的共混物，然后共混物与成核剂、抗氧剂按配比采用高速搅拌机混合均匀；
2）将混合好的原料加入双螺杆挤出机进行塑化熔融，然后注入超临界状态的CO2、乙醇、和水组成的发泡剂，经管材成型口模、芯模挤出，熔体出口模后压力迅速下降，使得CO2气体在成核剂周围形成泡孔即得。
6.根据权利要求5所述的一种共挤复合管材用聚苯乙烯发泡保温材料的制造方法，其特征在于：所述的高速搅拌机的搅拌转速为1300 r/min ~1500r/min。
7.根据权利要求5所述的一种共挤复合管材用聚苯乙烯发泡保温材料的制造方法，其特征在于：所述的超临界状态的CO2的温度为35℃~40℃、压力为7.5 MPa ~8MPa。
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