CN110713652A - 一种高强度环保型pe发泡板及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高强度环保型PE发泡板及其制备工艺，尤其涉及高分子材料的技术领域，其包括以下重量份计原料制造：LDPE80‑100份；填充剂30‑50份；复配发泡剂20‑24份；助发泡剂1‑5份；交联剂0.3‑0.7份。其包括以下制备工艺：S1：混料；S2：开炼；S3：出片；S4：硫化发泡；S5：冷却成型、加工：将硫化发泡处理的料片，冷却成型后，切割加工，得成品。通过不采用发泡剂AC，且采用多种发泡剂和多种发泡方法复配使用，之间发生协同作用，从而提高PE材料的发泡效果，且提高PE材料使用安全性。

Description

一种高强度环保型PE发泡板及其制备工艺

技术领域

本发明涉及高分子材料的技术领域，尤其是涉及一种高强度环保型PE发泡板及其制备工艺。

背景技术

PE发泡板，由聚乙烯交联而成，又称架桥发泡棉，是一种新型环保材料，具有无毒、无味、隔音、吸音、隔热、焚烧时对大气无污染，回弹力好，可随意调整软硬度和厚度，重量轻等特点。

传统的PE发泡板是采用发泡剂AC经分解产生气体发泡而成，而AC分解产物会产生危害物质甲酰胺。而甲酰胺是一种有毒物质，对人体的皮肤有轻微刺激性，容易引起过敏，对人体有害，并且目前大部分的PE发泡板常用来制作地垫供婴幼儿玩乐使用，这种甲酰胺类有害物质对其伤害更大。如何采用新的环保安全型发泡剂对发泡剂AC进行取代，从而得到不含有具有危害性的甲酰胺物质且材料物理性能满足其使用需求的的环保安全型PE发泡地垫及其制备的研究势在必行。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强度环保型PE发泡板及其制备工艺，通过自制复配发泡剂，用以提高PE发泡板的使用安全性。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种高强度环保型PE发泡板，包括以下重量份计原料制造：

通过采用上述技术方案，通过不采用发泡剂AC，且采用多种发泡剂和多种发泡方法复配使用，之间发生协同作用，从而提高PE材料的发泡效果，且提高PE材料使用安全性。

LDPE是低密度聚乙烯的缩写，又称高压聚乙烯，是一种呈乳白色，无味、无臭、无毒，表面无光泽的蜡状颗粒。具有良好的柔软性、延伸性、电绝缘性、透明性、易加工性和一定的透气性。其化学稳定性能较好，耐碱、耐一般有机溶剂。但其机械强度、透明性和耐老化性能较差。是制备PE发泡板常用原料。

填充剂用来填充PE发泡板，提高PE发泡板的机械强度的同时，减少LDPE的使用量，降低生产成本。

助发泡剂用以与复配发泡剂发生协同作用，进一步提高PE材料的发泡效果和发泡效率。

本发明进一步设置为：所述PE发泡板还包括以下重量份计原料制造：

EPDM 6-10份；

TPE 16-20份；

EVA 10-14份。

通过采用上述技术方案，EPDM常用来表示三元乙丙橡胶，是乙烯、丙烯和少量的非共轭二烯烃的共聚物，是乙丙橡胶的一种。因其主链是由化学稳定的饱和烃组成，只在侧链中含有不饱和双键，故其耐臭氧、耐热、耐候等耐老化性能优异，可广泛用于汽车部件、建筑用防水材料、电线电缆护套、耐热胶管、胶带、汽车密封件等领域。通过加入有EPDM，提高了PE材料的机械强度和耐老化性。

TPE常用来表示热塑性弹性体，是介于橡胶与树脂之间的一种新型高分子材料，其产品既具备传统交联硫化橡胶的高弹性、耐老化、耐油性各项优异性能，同时又具备普通塑料加工方便、加工方式广的特点。通过加入有TPE，提高了PE材料的弹性，且便于PE材料的加工，提高了工作效率和降低生产成本。

EVA常用来表示乙烯-醋酸乙烯共聚物“及其制成的橡塑发泡材料，它在常温下为固体，加热融熔到一定程度变为能流动，并具有一定黏度的液体。EVA中VA的含量为45％-55％。通过加入EVA，提高了PE材料的流动性，从而便于PE材料发泡，提高PE材料的发泡效果和效率。且EVA具有良好的粘结度，可作为粘接剂，提高填充剂与PE材料的结合力度，从而提高了PE材料的机械强度。

通过加入有EPDM、TPE和EVA，三者复配使用，提高PE发泡材料的机械强度和耐老化性。且采用相类似的材料，提高了原料之间的溶解度，使得各原料的分散效果和混合均匀度提高，从而提高了PE发泡材料的机械强度和耐老化性。同时，EVA可以与LDPE发生反应，形成互穿聚合物网络，从而提高了PE发泡材料的机械强度。

本发明进一步设置为：所述填充剂包括以下重量百分比计原料制得：无机填料30-40％、纤维填料20-30％、钛酸酯偶联剂3-5％，以及余量去离子水。

通过采用上述技术方案，通过加入有钛酸酯偶联剂，用以对无机填料和纤维填料进行改性，提高无机填料和纤维填料在有机聚合物中的分散效果，以及提高两者与有机聚合物之间的结合力度，从而提高了PE材料的机械强度。

本发明进一步设置为：所述无机填料包括以下重量百分比计原料：碳酸钙30-40％、滑石粉30-40％、空心玻璃微珠20-40％。

通过采用上述技术方案，碳酸钙和滑石粉皆是常用的无机填充剂，具有良好的机械强度，可提高PE发泡板的机械强度。且碳酸钙和滑石粉还可以作为成核剂，提高了PE材料的发泡效果和效率。

空心玻璃微珠是一种尺寸微小的空心玻璃球体，属无机非金属材料。典型粒径范围10-180微米，堆积密度0.1-0.25克/立方厘米,具有质轻、低导热、隔音、高分散、电绝缘性和热稳定性好等优点。由于空心玻璃微珠一般呈球状，因此可以形成滚珠效应，使得在不降低PE材料粘度的情况下，便于PE材料流动，从而便于气体的逸出，提高了PE材料的发泡效果和效率。

本发明进一步设置为：所述纤维填料包括以下重量百分比计原料：多壁纳米碳管40-50％、纳米陶瓷纤维30-40％、纳米微晶纤维素10-30％。

通过采用上述技术方案，多壁纳米碳管具有良好的导电性，赋予PE发泡板良好的抗静电效果。纳米陶瓷纤维具有良好的保温隔热效果，且具有良好的耐火性能，赋予PE发泡板良好的阻燃效果。纳米微晶纤维素可提高多壁纳米碳管和纳米陶瓷纤维与有机聚合物之间的结合力度，从而提高了PE材料的机械强度。通过多壁纳米碳管、纳米陶瓷纤维和纳米微晶纤维素复配使用，三者可形成了稳定的三维网状承力结构，提高PE发泡板的机械强度。

本发明进一步设置为：所述复配发泡剂包括以下重量百分比计原料：膨胀微球22-30％、发泡剂H 20-24％、碳酸氢钠20-24％、阴离子表面活性剂10-14％、尿素16-20％。

通过采用上述技术方案，膨胀微球是一种物理发泡剂，当加热到一定温度时，发泡剂的体积可以迅速膨胀增大到自身的几十倍，从而达到发泡的效果。可膨胀微球发泡剂没有泡孔，从而避免泡孔不均匀、泡孔破裂、泡孔回弹性差等缺点，完整的球形结构保证了良好的机械性能。且热塑性壳体有优异的耐压性，表面可承受300公斤/平方厘米的压力，良好的回弹性可以承受多次循环加压/卸压而不破裂。其发泡后仍是一完整的密闭体，具有传统化学发泡剂无法比拟的发泡效果。同时，聚合物微球无毒无污染，是一种环保型发泡剂。膨胀微球采用北京森昌泰和科技有限责任公司所生产的物理膨胀微球。

发泡剂H(N，N—二亚硝基五亚甲基四胺)是一种常用的有机发泡剂，加热分解产生氮气和氨，以及少量甲醛。碳酸氢钠是一种常用的无机发泡剂，加热分解产生CO₂，价格便宜，且无污染，是一种绿色环保的发泡剂。通过两种发泡剂复配使用，用以制成具有混合联合孔结构，且孔眼大小较为均匀的PE发泡板，提高了PE发泡板的发泡效果和效率，同时，赋予了了PE发泡板良好的机械强度。

尿素是溶析成孔发泡法中常用的发泡成孔剂，可制得开孔型PE发泡材料。且尿素可吸收发泡剂H加热分解时产生的少量甲醛，并在橡胶硫化成型后，通过溶剂除去尿素的同时去除被尿素吸附甲醛，从而提高了PE发泡板的使用安全性和环保性。

阴离子表面活性剂属于表面活性剂发泡剂，能有效降低液体的表面张力，并在液膜表面双电子层排列而包围空气，形成气泡，再由单个气泡组成泡沫。且其可以对膨胀微球、发泡剂H、碳酸氢钠和尿素进行改性，提高他们在PE材料中的分散性，以及他们与PE材料的混合均匀度，从而提高了PE发泡板的发泡效果和效率。

通过不采用发泡剂AC，且采用多种发泡剂和多种发泡方法复配使用，之间发生协同作用，从而提高PE材料的发泡效果，且提高PE材料使用安全性。

本发明进一步设置为：所述阴离子表面活性剂包括以下重量百分计原料：脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠40-50％、α-烯基磺酸钠30-40％和硅树脂聚醚乳液10-30％。

通过采用上述技术方案，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和α-烯基磺酸钠皆是常用的阴离子表面活性剂，具有良好的表面活性，且价格较为适合，两者复配使用，具有良好的经济效益。硅树脂聚醚乳液是一种稳泡剂，用以改善气泡的稳定效果，从而提高PE材料的发泡效果。

本发明进一步设置为：所述助发泡剂包括以下重量份计原料：氧化锌30-40％、硬脂酸锌30-40％、明矾20-40％。

通过采用上述技术方案，氧化锌、硬脂酸锌和明矾能降低发泡剂的分解温度，且能促进或加速发泡剂的热分解，从而提高了PE材料的发泡效率。且氧化锌、硬脂酸锌和明矾能促使发泡剂充分逸出气体，减少发泡剂的用量，降低生产成本，提高了PE材料的发泡效果。同时，硬脂酸锌还可以作为增塑剂和润滑剂，提高PE发泡板的机械强度。

本发明进一步设置为：所述交联剂采用过氧化二异丙苯。

一种高强度环保型PE发泡板的制备工艺，包括以下制备工艺：

S1：混料：按比例将LDPE、填充剂、助发泡剂、EPDM、TPE、EVA、复配发泡剂和交联剂加入到密炼机内，进行混料，密炼机内冷却水温90-100℃，压缩空气压力为0.7-0.9MPa，料温为105-115℃时排出物料；

S2：开炼：将密炼机排出的物料送入开炼机开炼，前辊温度90-100℃，后辊温度80-90℃，辊距0.3-0.7mm，补炼3-5次；

S3：出片：将开炼后的物料送入出片机加工，得到料片，冷却，冷却水温≤35℃；

S4：硫化发泡：将料片送入平板硫化机进行硫化发泡处理，压力为0.8-0.85MPa，硫化时间为30-50分钟，硫化温度≤180℃；

S5：冷却成型、加工：将硫化发泡处理的料片，冷却成型后，切割加工，得成品。

通过采用上述技术方案，发泡剂采用本发明中的复配发泡剂，且加入有EPDM、TPE和EVA，需要在S1和S2中使用较高的温度加热，提高各原料的分散效果，从而提高各原料之间的混合均匀度，从而提高制得的PE发泡板的机械强度和发泡效果。

综上所述，本发明的有益技术效果为：

1、通过不采用发泡剂AC，且采用多种发泡剂和多种发泡方法复配使用，之间发生协同作用，从而提高PE材料的发泡效果，且提高PE材料使用安全性；

2、通过加入有EPDM、TPE和EVA，三者复配使用，提高PE发泡材料的机械强度和耐老化性，且采用相类似的材料，提高了原料之间的溶解度，使得各原料的分散效果和混合均匀度提高，从而提高了PE发泡材料的机械强度和耐老化性。

具体实施方式

本发明公开了一种高强度环保型PE发泡板的制备工艺，其包括以下制备工艺：

S1：混料：将100份LDPE、50份填充剂、5份助发泡剂、10份EPDM、20份TPE、14份EVA、24份复配发泡剂和0.7份交联剂加入到密炼机内，进行混料，密炼机内冷却水温100℃，压缩空气压力为0.9MPa，料温为115℃时排出物料；

制备复配发泡剂：将22％的膨胀微球、20％的发泡剂H、24％的碳酸氢钠、14％的阴离子表面活性剂和20％的尿素混合均匀后，常温烘干，并将烘干后的混合物研磨成粉，将粉状颗粒用200目筛网过筛后，制得复配发泡剂；

发泡剂H采用浙江舜泰橡塑科技有限公司所生产的低温H发泡剂；

阴离子表面活性剂包括以下重量百分计原料：50％的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、40％的α-烯基磺酸钠和10％的硅树脂聚醚乳液；

助发泡剂包括以下重量百分计原料：40％的氧化锌、40％的硬脂酸锌和20％的明矾；氧化锌、硬脂酸锌和明矾皆研磨成粉，并将粉状颗粒用200目筛网过筛后使用；

交联剂采用过氧化二异丙苯；

制备填充剂：将7％的钛酸酯偶联剂和33％的去离子水混合均匀后，加入40％的无机填料和20％的纤维填料，搅拌均匀后，常温烘干，并将烘干后的混合物研磨成粉，将粉状颗粒用200目筛网过筛后，制得填充剂；

无机填料包括以下重量百分比计原料：40％的碳酸钙、40％的滑石粉、20％的空心玻璃微珠；

纤维填料包括以下重量百分比计原料：50％的多壁纳米碳管、40％的纳米陶瓷纤维、10％的纳米微晶纤维素；

钛酸酯偶联剂采用南京经天纬化工有限公司所生产的JTW-105复合型单烷氧基类钛酸酯偶联剂；

S2：开炼：将密炼机排出的物料送入开炼机开炼，前辊温度100℃，后辊温度90℃，辊距0.3mm，补炼3次；

S3：出片：将开炼后的物料送入出片机加工，得到料片，冷却，冷却水温35℃；

S4：硫化发泡：将料片送入平板硫化机进行硫化发泡处理，压力为0.85MPa，硫化时间为30分钟，硫化温度180℃；

S5：冷却成型、加工：将硫化发泡处理的料片，冷却成型后，切割加工，得成品。

实施例2-5与实施例1的区别在于，PE发泡板包括以下重量份计原料制造：

实施例6-9与实施例1的区别在于，填充剂包括以下重量百分比计原料制得：

实施例10-13与实施例1的区别在于，无机填料包括以下重量百分比计原料：

实施例14-17与实施例1的区别在于，纤维填料包括以下重量百分比计原料：

实施例18-21与实施例1的区别在于，复配发泡剂包括以下重量百分比计原料：

实施例22-25与实施例1的区别在于，阴离子表面活性剂包括以下重量百分计原料：

实施例26-29与实施例1的区别在于，助发泡剂包括以下重量份计原料：

实施例30-33与实施例1的区别在于，S1中密炼机内冷却水温温度如下表所示：

实施例	实施例30	实施例31	实施例32	实施例33
					温度/℃	90	93	95	97

实施例34-37与实施例1的区别在于，S2中前辊温度如下表所示：

实施例	实施例34	实施例35	实施例36	实施例37
					温度/℃	90	93	95	97

实施例38-41与实施例1的区别在于，S2中后辊温度如下表所示：

实施例	实施例38	实施例39	实施例40	实施例41
					温度/℃	80	83	85	87

对比例：

对比例1与实施例1区别在于，发泡剂采用发泡剂AC，发泡剂AC采用浙江舜泰橡塑科技有限公司所生产的AC发泡系列SA5000D；

对比例2与实施例1区别在于，填充剂中不包括钛酸酯偶联剂；

对比例3与实施例1区别在于，填充剂中不包括纤维填料；

对比例4与实施例1区别在于，无机填料不包括空心玻璃微珠；

对比例5与实施例1的区别在于，PE发泡板中不包括EPDM、TPE和EVA。

将实施例1-3和对比例1-5中所制得的PE发泡板剪裁成长条状，并进行以下检测：

外观等级由5位经验丰富的检测人员通过肉眼观察PE发泡板的发泡效果，以及触摸手感判定，共分为10级，等级越高则外观状态越好。发泡效果主要通过泡孔的细密度和分布均匀度判定，触摸手感主要通过PE发泡板表面是否粗糙判定。当PE发泡板的发泡效果不好时，会导致PE发泡板的表面发生并泡或泡孔形成较大或泡孔分布不均匀等现象，从而导致PE发泡板的表面变得粗糙。

由上表可知，实施例1-3所制得的PE发泡板中的数据相差不大，且拉伸强度、弯曲模量和悬臂梁缺口冲击强度皆好于对比例1-5所制得的PE发泡板中的数据，说明采用本发明的制备方法和配比制得的PE发泡板，具有良好的机械强度和力学性能，且具有良好的发泡效果。

通过实施例1与对比例1比较可知，说明采用本发明中自制的复配发泡剂可提高PE发泡板机械强度和力学性能，且可提高PE材料的发泡效果。

通过实施例1-3与对比例2比较可知说明通过加入有钛酸酯偶联剂，可以对无机填料和纤维填料进行改性，从而提高无机填料和纤维填料在有机聚合物中的分散效果，以及提高两者与有机聚合物之间的结合力度，从而提高了PE材料的机械强度和发泡效果。

通过实施例1-3与对比例3比较可知，说明通过加入有纤维填料，可在PE发泡板内部形成了稳定的三维网状承力结构，从而提高PE发泡板的机械强度和发泡效果。

通过实施例1-3与对比例4比较可知，在无机填料中加入空心玻璃微珠，可提高PE发泡板机械强度和发泡效果。

通过实施例1-3与对比例5比较可知，在PE发泡板中加入EPDM、TPE和EVA，三者复配使用，可提高PE发泡材料的机械强度和力学性能，且可提高PE材料的发泡效果。

2)取实施例1-3中所制备的PE发泡板与对比例1中所制得的PE发泡板进行对比检测试验，经采用气相色谱-质谱联用仪分析对比，本发明制备的PE发泡板经检测不含甲酰胺，而对比例1中所制得的PE发泡板，甲酰胺的含量大于800PPM。因此本发明提供的一种高强度环保型PE发泡板及其制备方法不仅在物理性能上能够满足其各种使用需求，且不含有害的物质甲酰胺，环保安全，无毒无味，对人体无害，实用价值显著。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高强度环保型PE发泡板，其特征在于：包括以下重量份计原料制造：

2.根据权利要求1所述的一种高强度环保型PE发泡板，其特征在于：所述PE发泡板还包括以下重量份计原料制造：

EPDM 6-10份；

TPE 16-20份；

EVA 10-14份。

3.根据权利要求1所述的一种高强度环保型PE发泡板，其特征在于：所述填充剂包括以下重量百分比计原料制得：无机填料30-40％、纤维填料20-30％、钛酸酯偶联剂3-5％，以及余量去离子水。

4.根据权利要求3所述的一种高强度环保型PE发泡板，其特征在于：所述无机填料包括以下重量百分比计原料：碳酸钙30-40％、滑石粉30-40％、空心玻璃微珠20-40％。

5.根据权利要求3所述的一种高强度环保型PE发泡板，其特征在于：所述纤维填料包括以下重量百分比计原料：多壁纳米碳管40-50％、纳米陶瓷纤维30-40％、纳米微晶纤维素10-30％。

6.根据权利要求1所述的一种高强度环保型PE发泡板，其特征在于：所述复配发泡剂包括以下重量百分比计原料：膨胀微球22-30％、发泡剂H 20-24％、碳酸氢钠20-24％、阴离子表面活性剂10-14％、尿素16-20％。

7.根据权利要求6所述的一种高强度环保型PE发泡板，其特征在于：所述阴离子表面活性剂包括以下重量百分计原料：脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠40-50％、α-烯基磺酸钠30-40％和硅树脂聚醚乳液10-30％。

8.根据权利要求1所述的一种高强度环保型PE发泡板，其特征在于：所述助发泡剂包括以下重量份计原料：氧化锌30-40％、硬脂酸锌30-40％、明矾20-40％。

9.根据权利要求1所述的一种高强度环保型PE发泡板，其特征在于：所述交联剂采用过氧化二异丙苯。

10.一种高强度环保型PE发泡板的制备工艺，其特征在于：包括以下制备工艺：

S1：混料：按比例将LDPE、填充剂、助发泡剂、EPDM、TPE、EVA、复配发泡剂和交联剂加入到密炼机内，进行混料，密炼机内冷却水温90-100℃，压缩空气压力为0.7-0.9MPa，料温为105-115℃时排出物料；

S2：开炼：将密炼机排出的物料送入开炼机开炼，前辊温度90-100℃，后辊温度80-90℃，辊距0.3-0.7mm，补炼3-5次；

S3：出片：将开炼后的物料送入出片机加工，得到料片，冷却，冷却水温≤35℃；

S4：硫化发泡：将料片送入平板硫化机进行硫化发泡处理，压力为0.8-0.85MPa，硫化时间为30-50分钟，硫化温度≤180℃；

S5：冷却成型、加工：将硫化发泡处理的料片，冷却成型后，切割加工，得成品。