CN109942876A - 一种聚丙烯发泡微粒的发泡方法 - Google Patents
一种聚丙烯发泡微粒的发泡方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种聚丙烯发泡微粒的发泡方法，包括：将聚丙烯原料颗粒和第一助剂混合均匀，经挤出机挤出造粒，得到用于发泡的聚丙烯微粒；将聚丙烯微粒和第二助剂、水加入高压釜中搅拌，利用蒸汽加热，在聚丙烯微粒软化但不熔融的状态下，注入高压二氧化碳；维持温度、压力一定时间，确保高压二氧化碳充分浸润聚丙烯微粒，使得聚丙烯微粒进行发泡；发泡结束后快速卸压出料，得到聚丙烯发泡微粒。本发明所提供的聚丙烯发泡微粒的发泡方法实现了连续化的生产运作，效率高，工艺简单，适合工业化的推广应用。本发明制备得到的聚丙烯发泡微粒的发泡倍率可调，泡孔均匀细致，力学性能优良，具有优良的压缩强度、拉伸强度和缓冲性能。
Description
技术领域
本发明涉及聚丙烯发泡材料技术领域，具体来说涉及一种聚丙烯发泡微粒的发泡方法。
背景技术
泡沫塑料具有质轻、隔热、隔音、缓冲、比强度高、价格低廉等优点，因此，在包装业、工业、农业、建筑业、交通运输业、军事工业、航天工业以及日用品领域得到广泛应用。发泡聚氨酯在发泡过程中存在着对人体有害的残留物，同时，发泡聚氨酯不能被反复回收利用；由于发泡聚苯乙烯会对环境产生严重的污染，已在全球范围内禁止发泡聚苯乙烯的生产及使用，而聚丙烯发泡材料则具有原料来源极其丰富、良好的热稳定性(最高的使用温度可以达到120℃，而发泡聚苯乙烯的最高使用温度只有70-80℃)，质量轻、性价比优越等优点，同时，也是世界上应用范围最广，产量增长最快的塑料材料之一。
一般来说，聚丙烯发泡的方法可以分为化学发泡和物理发泡两种方法。但是，使用化学发泡方法制备的发泡聚丙烯对环境会产生污染，制品的性能价格比相对物理发泡法制备的发泡聚丙烯较差，因此，以CO2、N2、丁烷和戊烷等为物理发泡剂的物理发泡法得到了广泛的重视。需要指出的是，目前的制备工艺效率低，所得到的聚丙烯发泡材料存在着发泡倍率低，力学性能差的缺陷，在应用中受到了很大的限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种聚丙烯发泡微粒的发泡方法，以解决现有的聚丙烯发泡微粒的制备工艺效率低，制备的聚丙烯发泡微粒的发泡倍率低，力学性能差的缺陷。
为此，本发明提供了一种聚丙烯发泡微粒的发泡方法，包括以下步骤：
(2)将聚丙烯原料颗粒和第一助剂混合均匀，经挤出机挤出造粒，得到用于发泡的聚丙烯微粒；
(2)将聚丙烯微粒和第二助剂、水加入高压釜中搅拌，利用蒸汽加热，在聚丙烯微粒软化但不熔融的状态下，注入高压二氧化碳；
(3)维持温度、压力一定时间，确保高压二氧化碳充分浸润聚丙烯微粒，使得聚丙烯微粒进行发泡；
(4)发泡结束后快速卸压出料，得到聚丙烯发泡微粒；
(5)将步骤(4)得到的聚丙烯发泡微粒经脱水器进行脱水、清洗表面残留物；
(6)将步骤(5)得到的聚丙烯发泡微粒经破碎机破碎和烘干机烘干；
(7)将步骤(6)得到的聚丙烯发泡微粒于防静电网袋常温静置，使聚丙烯发泡微粒定型；
(8)使用常温空气对步骤(7)得到的聚丙烯发泡微粒进行风干。
优选的，所述步骤(1)中，聚丙烯原料颗粒的熔体指数为3.3-4g/10min。
优选的，所述步骤(1)中，第一助剂为滑石粉，滑石粉的重量为聚丙烯原料颗粒重量的2％-10％。
优选的，所述步骤(2)中，第二助剂包括分散剂、表面活性剂、改质剂和辅助剂，分散剂为高岭土，表面活性剂为含磷无机物，改质剂为滑石粉，辅助剂为改性剂ACR(丙烯酸酯类共聚物)，提供熔体强度。
优选的，所述步骤(2)中，聚丙烯微粒的重量组份为100％、分散剂的重量组份为0-2％、表面活性剂的重量组份为0-2％、改质剂的重量组份为0-2％、辅助剂的重量组份为0-2％、水的重量组份为100％-300％。
优选的，所述步骤(2)中，蒸汽加热使用130℃蒸汽。
优选的，所述步骤(3)中，维持的温度为130-150℃，维持的压力为0.6-1.0MP'a，维持的时间为1-4分钟。
优选的，所述步骤(7)中，静置定型的时间为8-24h。
优选的，所述步骤(8)中，常温空气压力为0.7-1MPa。
优选的，所述步骤(8)中，得到的聚丙烯发泡微粒的粒径为1mm-5mm，发泡倍率为5-50倍，密度为0.02-0.18g/cm3。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明所提供的聚丙烯发泡微粒的发泡方法实现了连续化的生产运作，效率高，工艺简单，适合工业化的推广应用。本发明提供的方法在制备过程中未使用任何有毒试剂，满足环保要求，避免了传统方法容易造成的挥发性有机化合物污染。本发明制备得到的聚丙烯发泡微粒为泡孔结构，由固相和气相两个相组成，其外壁为闭合的聚丙烯固相，内部充满气体，固相含量占总重量的2-20％；其通过泡孔中的气体滞留和压缩作用来吸收逸散能量，具有优异的抗压吸能性能。本发明制备得到的聚丙烯发泡微粒的发泡倍率可调，泡孔均匀细致，力学性能优良，具有优良的压缩强度、拉伸强度和缓冲性能。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明的聚丙烯发泡微粒的发泡方法，包括以下步骤：
(1)将聚丙烯原料颗粒和第一助剂混合均匀，经挤出机挤出造粒，得到用于发泡的聚丙烯微粒；聚丙烯原料颗粒的熔体指数为3.3-4g/10min，可以保证聚丙烯无法保证气泡增长时泡孔能够承受拉升应力；第一助剂为滑石粉，滑石粉的重量为聚丙烯原料颗粒重量的2％-10％。
(2)将聚丙烯微粒和第二助剂、水加入高压釜中搅拌，利用130℃蒸汽进行加热，在聚丙烯微粒软化但不熔融的状态下，注入高压二氧化碳；第二助剂包括分散剂、表面活性剂、改质剂和辅助剂，分散剂为高岭土，表面活性剂为含磷无机物，改质剂为滑石粉，辅助剂为改性剂ACR(丙烯酸酯类共聚物)，提供熔体强度；聚丙烯微粒的重量组份为100％、分散剂的重量组份为0-2％、表面活性剂的重量组份为0-2％、改质剂的重量组份为0-2％、辅助剂的重量组份为0-2％、水的重量组份为100％-300％。
(3)维持温度、压力一定时间，确保高压二氧化碳充分浸润聚丙烯微粒，使得聚丙烯微粒进行发泡；维持的温度为130-150℃，维持的压力为0.6-1.0MP'a，维持的时间为1-4分钟。
(4)发泡结束后快速卸压出料，得到聚丙烯发泡微粒；
(5)将步骤(4)得到的聚丙烯发泡微粒经脱水器进行脱水、清洗表面残留物；
(6)将步骤(5)得到的聚丙烯发泡微粒经破碎机破碎和烘干机烘干；
(7)将步骤(6)得到的聚丙烯发泡微粒于防静电网袋常温静置，静置定型的时间为8-24h，使聚丙烯发泡微粒定型；
(8)使用常温空气对步骤(7)得到的聚丙烯发泡微粒进行风干，常温空气压力为0.7-1MPa；得到的聚丙烯发泡微粒的粒径为1mm-5mm，发泡倍率为5-50倍，密度为0.02-0.18g/cm3。
本发明尝试调节以上各参数后，使聚丙烯泡体的效果更理想，特别是发泡剂的使用量以及其它助剂的使用，以达至满意的发泡效果。通过技术及工艺调整和配方变化，可以得到不同用途不同性能的发炮聚丙烯发泡材料。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明所提供的聚丙烯发泡微粒的发泡方法实现了连续化的生产运作，效率高，工艺简单，适合工业化的推广应用。本发明提供的方法在制备过程中未使用任何有毒试剂，满足环保要求，避免了传统方法容易造成的挥发性有机化合物污染。本发明制备得到的聚丙烯发泡微粒为泡孔结构，由固相和气相两个相组成，其外壁为闭合的聚丙烯固相，内部充满气体，固相含量占总重量的2-20％；其通过泡孔中的气体滞留和压缩作用来吸收逸散能量，具有优异的抗压吸能性能。本发明制备得到的聚丙烯发泡微粒密度低，发泡倍率可调，泡孔均匀细致，力学性能优良。
实施例1
本实施例的聚丙烯发泡微粒的发泡方法包括以下步骤：
(1)将聚丙烯原料颗粒和第一助剂混合均匀，用电加热使其在挤出机内由固态熔化为液态，熔化后通过模具中的小孔挤出，压缩成截面直径约0.7mm的细丝状，压缩后的细丝经过水槽冷却降温后变为固态细丝，将细丝切为颗粒状，将颗粒经振动筛筛选出大小均匀的用于发泡的聚丙烯微粒，此工艺一般控制在240℃左右；聚丙烯原料颗粒的熔体指数为3.37g/10min，第一助剂为滑石粉，滑石粉的重量为聚丙烯原料颗粒重量的3％。
(2)将聚丙烯微粒和第二助剂、水加入高压釜中搅拌，利用130℃蒸汽进行加热，在聚丙烯微粒软化但不熔融的状态下，注入高压二氧化碳；第二助剂包括分散剂、表面活性剂、改质剂和辅助剂，分散剂为高岭土，表面活性剂为含磷无机物，改质剂为滑石粉，辅助剂为改性剂ACR(丙烯酸酯类共聚物)，提供熔体强度；聚丙烯微粒的重量组份为100％、分散剂的重量组份为0.7％、表面活性剂的重量组份为0.6％、改质剂的重量组份为0.7％、辅助剂的重量组份为0.7％、水的重量组份为100％。
(3)维持温度、压力一定时间，确保高压二氧化碳充分浸润聚丙烯微粒，使得聚丙烯微粒进行发泡；维持的温度为130℃，维持的压力为0.6MPa，维持的时间为1分钟。
(4)发泡结束后快速卸压出料，得到聚丙烯发泡微粒；
(5)将步骤(4)得到的聚丙烯发泡微粒经脱水器进行脱水、清洗表面残留物；
(6)将步骤(5)得到的聚丙烯发泡微粒经破碎机破碎和烘干机烘干；
(7)将步骤(6)得到的聚丙烯发泡微粒于防静电网袋常温静置，静置定型的时间为10h，使聚丙烯发泡微粒定型；
(8)使用常温空气对步骤(7)得到的聚丙烯发泡微粒进行风干，常温空气压力为0.7MPa。
实施例2
本实施例的聚丙烯发泡微粒的发泡方法包括以下步骤：
(1)将聚丙烯原料颗粒和第一助剂混合均匀，用电加热使其在挤出机内由固态熔化为液态，熔化后通过模具中的小孔挤出，压缩成截面直径约0.8mm的细丝状，压缩后的细丝经过水槽冷却降温后变为固态细丝，将细丝切为颗粒状，将颗粒经振动筛筛选出大小均匀的用于发泡的聚丙烯微粒，此工艺一般控制在240℃左右；聚丙烯原料颗粒的熔体指数为3.6g/10min，第一助剂为滑石粉，滑石粉的重量为聚丙烯原料颗粒重量的5％。
(2)将聚丙烯微粒和第二助剂、水加入高压釜中搅拌，利用130℃蒸汽进行加热，在聚丙烯微粒软化但不熔融的状态下，注入高压二氧化碳；第二助剂包括分散剂、表面活性剂、改质剂和辅助剂，分散剂为高岭土，表面活性剂为含磷无机物，改质剂为滑石粉，辅助剂为改性剂ACR(丙烯酸酯类共聚物)，提供熔体强度；聚丙烯微粒的重量组份为100％、分散剂的重量组份为1％、表面活性剂的重量组份为1.2％、改质剂的重量组份为1.2％、辅助剂的重量组份为1％、水的重量组份为200％。
(3)维持温度、压力一定时间，确保高压二氧化碳充分浸润聚丙烯微粒，使得聚丙烯微粒进行发泡；维持的温度为140℃，维持的压力为0.7MPa，维持的时间为2分钟。
(4)发泡结束后快速卸压出料，得到聚丙烯发泡微粒；
(5)将步骤(4)得到的聚丙烯发泡微粒经脱水器进行脱水、清洗表面残留物；
(6)将步骤(5)得到的聚丙烯发泡微粒经破碎机破碎和烘干机烘干；
(7)将步骤(6)得到的聚丙烯发泡微粒于防静电网袋常温静置，静置定型的时间为15h，使聚丙烯发泡微粒定型；
(8)使用常温空气对步骤(7)得到的聚丙烯发泡微粒进行风干，常温空气压力为0.8MPa。
实施例3
本实施例的聚丙烯发泡微粒的发泡方法包括以下步骤：
(1)将聚丙烯原料颗粒和第一助剂混合均匀，用电加热使其在挤出机内由固态熔化为液态，熔化后通过模具中的小孔挤出，压缩成截面直径约1mm的细丝状，压缩后的细丝经过水槽冷却降温后变为固态细丝，将细丝切为颗粒状，将颗粒经振动筛筛选出大小均匀的用于发泡的聚丙烯微粒，此工艺一般控制在240℃左右；聚丙烯原料颗粒的熔体指数为3.8g/10min，第一助剂为滑石粉，滑石粉的重量为聚丙烯原料颗粒重量的8％。
(2)将聚丙烯微粒和第二助剂、水加入高压釜中搅拌，利用130℃蒸汽进行加热，在聚丙烯微粒软化但不熔融的状态下，注入高压二氧化碳；第二助剂包括分散剂、表面活性剂、改质剂和辅助剂，分散剂为高岭土，表面活性剂为含磷无机物，改质剂为滑石粉，辅助剂为改性剂ACR(丙烯酸酯类共聚物)，提供熔体强度；聚丙烯微粒的重量组份为100％、分散剂的重量组份为1.7％、表面活性剂的重量组份为1.7％、改质剂的重量组份为1.7％、辅助剂的重量组份为1.7％、水的重量组份为230％。
(3)维持温度、压力一定时间，确保高压二氧化碳充分浸润聚丙烯微粒，使得聚丙烯微粒进行发泡；维持的温度为140℃，维持的压力为0.9MPa，维持的时间为3分钟。
(4)发泡结束后快速卸压出料，得到聚丙烯发泡微粒；
(5)将步骤(4)得到的聚丙烯发泡微粒经脱水器进行脱水、清洗表面残留物；
(6)将步骤(5)得到的聚丙烯发泡微粒经破碎机破碎和烘干机烘干；
(7)将步骤(6)得到的聚丙烯发泡微粒于防静电网袋常温静置，静置定型的时间为18h，使聚丙烯发泡微粒定型；
(8)使用常温空气对步骤(7)得到的聚丙烯发泡微粒进行风干，常温空气压力为0.9MPa。
实施例4
本实施例的聚丙烯发泡微粒的发泡方法包括以下步骤：
(1)将聚丙烯原料颗粒和第一助剂混合均匀，用电加热使其在挤出机内由固态熔化为液态，熔化后通过模具中的小孔挤出，压缩成截面直径约1.2mm的细丝状，压缩后的细丝经过水槽冷却降温后变为固态细丝，将细丝切为颗粒状，将颗粒经振动筛筛选出大小均匀的用于发泡的聚丙烯微粒，此工艺一般控制在240℃左右；聚丙烯原料颗粒的熔体指数为3.3-4g/10min，第一助剂为滑石粉，滑石粉的重量为聚丙烯原料颗粒重量的10％。
(2)将聚丙烯微粒和第二助剂、水加入高压釜中搅拌，利用130℃蒸汽进行加热，在聚丙烯微粒软化但不熔融的状态下，注入高压二氧化碳；第二助剂包括分散剂、表面活性剂、改质剂和辅助剂，分散剂为高岭土，表面活性剂为含磷无机物，改质剂为滑石粉，辅助剂为改性剂ACR(丙烯酸酯类共聚物)，提供熔体强度；聚丙烯微粒的重量组份为100％、分散剂的重量组份为2％、表面活性剂的重量组份为2％、改质剂的重量组份为2％、辅助剂的重量组份为2％、水的重量组份为300％。
(3)维持温度、压力一定时间，确保高压二氧化碳充分浸润聚丙烯微粒，使得聚丙烯微粒进行发泡；维持的温度为150℃，维持的压力为1.0MPa，维持的时间为4分钟。
(4)发泡结束后快速卸压出料，得到聚丙烯发泡微粒；
(5)将步骤(4)得到的聚丙烯发泡微粒经脱水器进行脱水、清洗表面残留物；
(6)将步骤(5)得到的聚丙烯发泡微粒经破碎机破碎和烘干机烘干；
(7)将步骤(6)得到的聚丙烯发泡微粒于防静电网袋常温静置，静置定型的时间为22h，使聚丙烯发泡微粒定型；
(8)使用常温空气对步骤(7)得到的聚丙烯发泡微粒进行风干，常温空气压力为1MPa。
表1.实施例1-实施例4得到的聚丙烯发泡微粒的性能参数
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种聚丙烯发泡微粒的发泡方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将聚丙烯原料颗粒和第一助剂混合均匀，经挤出机挤出造粒，得到用于发泡的聚丙烯微粒；
将聚丙烯微粒和第二助剂、水加入高压釜中搅拌，利用蒸汽加热，在聚丙烯微粒软化但不熔融的状态下，注入高压二氧化碳；
维持温度、压力一定时间，确保高压二氧化碳充分浸润聚丙烯微粒，使得聚丙烯微粒进行发泡；
发泡结束后快速卸压出料，得到聚丙烯发泡微粒；
将步骤（4）得到的聚丙烯发泡微粒经脱水器进行脱水、清洗表面残留物；
将步骤（5）得到的聚丙烯发泡微粒经破碎机破碎和烘干机烘干；
将步骤（6）得到的聚丙烯发泡微粒于防静电网袋常温静置，使聚丙烯发泡微粒定型；
使用常温空气对步骤（7）得到的聚丙烯发泡微粒进行风干。
2.根据权利要求1所述的聚丙烯发泡微粒的发泡方法，其特征在于，
所述步骤（1）中，聚丙烯原料颗粒的熔体指数为3.3-4g/10min。
3.根据权利要求1所述的聚丙烯发泡微粒的发泡方法，其特征在于，
所述步骤（1）中，第一助剂为滑石粉，滑石粉的重量为聚丙烯原料颗粒重量的2%-10%。
4.根据权利要求1所述的聚丙烯发泡微粒的发泡方法，其特征在于，
所述步骤（2）中，第二助剂包括分散剂、表面活性剂、改质剂和辅助剂，
分散剂为高岭土，表面活性剂为含磷无机物，改质剂为滑石粉，辅助剂为改性剂ACR。
5.根据权利要求4所述的聚丙烯发泡微粒的发泡方法，其特征在于，
所述步骤（2）中，聚丙烯微粒的重量组份为100%、分散剂的重量组份为0-2%、表面活性剂的重量组份为0-2%、改质剂的重量组份为0-2%、辅助剂的重量组份为0-2%、水的重量组份为100%-300%。
6.根据权利要求1所述的聚丙烯发泡微粒的发泡方法，其特征在于，
所述步骤（2）中，蒸汽加热使用130℃蒸汽。
7.根据权利要求1所述的聚丙烯发泡微粒的发泡方法，其特征在于，
所述步骤（3）中，维持的温度为130-150℃，维持的压力为0.6-1.0MP'a，维持的时间为1-4分钟。
8.根据权利要求1所述的聚丙烯发泡微粒的发泡方法，其特征在于，
所述步骤（7）中，静置定型的时间为8-24h。
9.根据权利要求1所述的聚丙烯发泡微粒的发泡方法，其特征在于，
所述步骤（8）中，常温空气压力为0.7-1MPa。
10.根据权利要求1所述的聚丙烯发泡微粒的发泡方法，其特征在于，
所述步骤（8）中，得到的聚丙烯发泡微粒的粒径为1mm-5mm，发泡倍率为5-50倍，密度为0.02-0.18g/cm3。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190628 |
|
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