CN112574536A - 共混改性耐高温烘箱用cpet片材的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了高分子材料技术领域，提供了共混改性耐高温烘箱用CPET片材的制备方法，所述共混改性耐高温烘箱用CPET片材，由以下重量份数组成：PET 100份、改性材料5‑50份、磷酸酯分散剂1‑6份、有机化学发泡剂1‑5份。本发明有效提高片材产品的均度指数和机械性能，对无机粒子或纤维材料进行超声分散，提高无机粒子或纤维材料的分散性能，同时在与PET共混时，由于PET的尺寸小，比表面积大，无机粒子或纤维材料能迅速的吸附到PET表面，使得制备所得的片材产品机械强度均匀，原料分散的更好，挤出的CPET片材性能均匀。

Description

共混改性耐高温烘箱用CPET片材的制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及共混改性耐高温烘箱用CPET片材的制备方法。
背景技术
CPET是聚对苯二甲酸乙二醇酯材料，无嗅、无味、无色、无毒，是当今世界公认的最佳食品包装材料，经过特殊工艺，CPET升华成为耐低温-40℃耐高温220℃的特种材料。用CPET材料制成的产品可直接在烤箱内加工各种食品。在加热过程中不会释放出任何有害物质和气体，被欧美等国家称之为绿色包装。CPET材料自身具备良好的阻隔性，透氧率仅为0.03％，而且越经过加温阻隔性能越强，对食品保鲜、保质功能是任何材料无法比拟的。广泛应用于航空餐食，是烤箱餐盒的常用材料。
经检索，中国专利公开号为CN101544812B的专利，公开了发泡CPET片材及其制备方法，包括该片材由PET100份，加入0.1-40份发泡助剂、0.1-5份发泡剂混匀，挤出成型得到。所述发泡助剂由0.1-30份乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物或核壳结构的丙烯酸酯类物质、0.1-10份高活性多官能团物质、0.3-10份结晶成核剂和10-100份载体树脂混匀制备得到。上述专利中的发泡CPET片材及其制备方法存在以下不足：使用时存在机械强度不够，从而使得在使用时出现易碎、易裂、不耐磕碰的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的共混改性耐高温烘箱用CPET片材的制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
共混改性耐高温烘箱用CPET片材，由以下重量份数组成：PET 100份、改性材料5-50份、磷酸酯分散剂1-6份、有机化学发泡剂1-5份。
所述改性材料为纤维材料、无机粒子中的一种或两种。
所述纤维材料为纤维材料为有机纤维、无机纤维中的一种或多种；其中有机纤维为芳纶纤维、纤维素纤维一种或多种；无机纤维为玄武岩纤维、碳化硅纤维、碳纤维中的一种或多种。
所述无机粒子为石墨烯、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化铝、纳米氧化锌、蒙脱土、云母石中的一种或多种，粒径为20-100nm。
所述有机化学发泡剂为偶氮类、亚硝基类和磺酰肼类中的一种或多种。
所述的共混改性耐高温烘箱用CPET片材的制备方法，包括以下步骤：按照重量份数称取PET、改性材料、磷酸酯分散剂、有机化学发泡剂作为原料；对改性材料进行超声波分散处理；将经超声波分散处理后的改性材料与剩余原料加热至180-200℃后混匀1-2h后挤出成型。所述超声波处理频率为频率范围为20KHz-50KHz，且使用功率为700-1500W。
在制备原料中添加由纤维材料、无机粒子中的一种或两种组成的改性材料，纤维材料和无机粒子的加入可有效提高片材产品的均度指数和机械性能，由于无机粒子或纤维材料粒径较小，本发明中对无机粒子或纤维材料进行超声分散，提高无机粒子或纤维材料的分散性能，同时在与PET共混时，由于PET的尺寸小，比表面积大，无机粒子或纤维材料能迅速的吸附到PET表面，使得制备所得的片材产品机械强度均匀。
在制备原料中添加磷酸酯分散剂，是一种酚醚磷酸酯类表面活性剂，透明液态，溶于水；使用生产过程中有明显的助磨分散作用，而且可以显著改善产品的热贮膏化现象；属于阴离子型；安全环保，对环境没有污染，通用性好，具有很好的助研磨、降粘、防膏化的性能，使得原料分散的更好，挤出的CPET片材性能均匀。
在制备原料中添加的有机化学发泡剂为偶氮类、亚硝基类和磺酰肼类中的一种或多种。优选的，偶氮二甲酰胺属于高效发泡剂，具备价格便宜、其分解产物无毒、无臭、无色、分解温度高、易贮存等优点，且在聚合物熔体中易分散。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。
CPET是聚对苯二甲酸乙二醇酯材料，无嗅、无味、无色、无毒，是当今世界公认的最佳食品包装材料，经过特殊工艺，CPET升华成为耐低温-40℃耐高温220℃的特种材料。用CPET材料制成的产品可直接在烤箱内加工各种食品。在加热过程中不会释放出任何有害物质和气体，被欧美等国家称之为绿色包装。CPET材料自身具备良好的阻隔性，透氧率仅为0.03％，而且越经过加温阻隔性能越强，对食品保鲜、保质功能是任何材料无法比拟的。广泛应用于航空餐食，是烤箱餐盒的常用材料。现有的烘箱用CPET片材在使用时存在机械强度不够的问题，从而使得在使用时出现易碎、易裂、不耐磕碰的情况，且现有的烘箱用CPET片材在使用时存在原料中各成分分散混合不够均匀，从而导致生产的CPET片材性能不均匀的情况。
为了解决上述技术问题，本发明实施例以PET、改性材料、磷酸酯分散剂、有机化学发泡剂作为原料，其中改性材料为纤维材料、无机粒子中的一种或两种，纤维材料为有机纤维、无机纤维中的一种或多种，无机粒子为石墨烯、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化铝、纳米氧化锌、蒙脱土、云母石中的一种或多种，有机化学发泡剂为偶氮类、亚硝基类和磺酰肼类中的一种或多种；且在制备时先对改性材料进行超声波分散处理，再将经超声波分散处理后的改性材料与剩余原料加热至180-200℃后混匀1-2h后挤出成型。
在本发明实施例中，所述共混改性耐高温烘箱用CPET片材，由以下重量份数组成：PET 100份、改性材料5-50份、磷酸酯分散剂1-6份、有机化学发泡剂1-5份。
所述的共混改性耐高温烘箱用CPET片材的制备方法，包括以下步骤：按照重量份数称取PET、改性材料、磷酸酯分散剂、有机化学发泡剂作为原料；对改性材料进行超声波分散处理；将经超声波分散处理后的改性材料与剩余原料加热至180-200℃后混匀1-2h后挤出成型。所述超声波处理频率为频率范围为20KHz-50KHz，且使用功率为700-1500W。
本发明实施例中，将PET作为主要的制备原料，PET指聚对苯二甲酸乙二醇酯，属结晶型饱和聚酯，为乳白色或浅黄色、高度结晶的聚合物，表面平滑有光泽，是生活中常见的一种树脂，在较宽的温度范围内具有优良的物理机械性能，长期使用温度可达120℃，电绝缘性优良，甚至在高温高频下，其电性能仍较好，但耐电晕性较差，抗蠕变性，耐疲劳性，耐摩擦性、尺寸稳定性都很好。CPET是PET纯树脂加入聚合结晶母粒制成的结晶型PET。
本发明实施例中，所述纤维材料为有机纤维，其中有机纤维为芳纶纤维、纤维素纤维一种或多种。
本发明实施例中，所述纤维材料为无机纤维，其中无机纤维为玻璃纤维、玄武岩纤维、碳化硅纤维、碳纤维中的一种或多种。无机纤维的长径比也对原料的分散性会产生一定影响，因此，本发明选择长径比范围为210～2800的无机纤维，这种规格的无机纤维由于尺寸更长，显然会降低其分散性，但是可以增强其在二维结构上的有序性，提高其机械性能。无机纤维长度为3-30mm，无机纤维的直径为5-15μm。当所述添加改性剂为碳纤维时，所述碳纤维的长度为3-25mm，所述碳纤维的单丝直径为5～10μm，碳纤维的长径比为300～5000。
本发明实施例中，通过超声波振处理提高无机纤维表面粗糙度，有利于无机纤维和PET原料之间的机械嵌合，增强锚锭效应；最后加入磷酸酯分散剂提高体系分散稳定性。
本发明实施例中，当所述添加剂为芳纶纤维，发明人发现在纤维中引入了芳纶时，利用芳纶所特有的性能，能够改善片材的机械性能、热稳定性和热尺寸稳定性、提高复合片材的耐疲劳、耐剪切、电绝缘性性能。
本发明实施例中，当添加的改性材料为纤维素纤维时，所述纤维素纤维为棉浆、木浆、竹浆、甲壳素纤维、粘胶纤维、莫代尔纤维、醋酸纤维中的一种或多种。本发明发现纤维素纤维的添加一方面可以降低CPET片材的成本，另一方面，纤维素纤维由于自身具备一定的亲水性，能够改善CPET片材的相容性，使得加工制备过程中原料混合的更加充分均匀，从而提高制备所得的CPET片材的性能均匀性，提高产品的性能。
本发明实施例中，所述无机粒子为石墨烯、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化铝、纳米氧化锌、蒙脱土、云母石中的一种或多种。并通过对无机粒子的尺寸选择，控制无机粒子的质量降低，使其在原料中能够均匀的分散的同时更加容易被PET吸附，进而提高原料均匀分散稳定性。但是无机粒子的尺寸不能过小，当无机粒子尺寸进一步的减小，无机粒子的表面能过高，无机粒子难以分散，容易发生团聚，在混合的过程中也难以进一步将团聚的无机粒子分散。由于无机粒子或纤维材料粒径较小，对无机粒子或纤维材料进行超声分散，提高无机粒子或纤维材料的分散性能，同时在与PET共混时，由于PET的尺寸小，比表面积大，无机粒子或纤维材料能迅速的吸附到PET表面。
本发明实施例中，所述有机化学发泡剂为偶氮类、亚硝基类和磺酰肼类中的一种或多种。优选的，偶氮二甲酰胺属于高效发泡剂，具备价格便宜、其分解产物无毒、无臭、无色、分解温度高、易贮存等优点，且在聚合物熔体中易分散。
本发明实施例中，选用磷酸酯分散剂，是一种酚醚磷酸酯类表面活性剂，透明液态，溶于水；使用生产过程中有明显的助磨分散作用，而且可以显著改善产品的热贮膏化现象；属于阴离子型；安全环保，对环境没有污染，通用性好，具有很好的助研磨、降粘、防膏化的性能。
下面结合具体实施例对本发明的共混改性耐高温烘箱用CPET片材的制备方法的技术效果做进一步的说明，但这些实施例所提及的具体实施方法只是对本发明的技术方案进行的列举解释，并非限制本发明的实施范围，凡是依据上述原理，在本发明基础上的改进、替代，都应在本发明的保护范围之内。
实施例1
按照以下重量份数称取原料：PET 100份、石墨烯5份、磷酸酯分散剂1份、有机化学发泡剂1份；对石墨烯进行超声波分散处理，超声波处理频率为频率范围为20KHz，且使用功率为700W；将经超声波分散处理后的石墨烯与剩余原料加热至180℃后混匀1h后挤出成型。裁取10cm×10cm×10cm的实验样品，通过对实验样品的横向和纵向进行拉伸，测量其最大拉伸强度和断裂伸长率；并横向和纵向撕扯实验样品，测量实验样品的撕裂力；横向和纵向以100N的按压力挤压实验样品，并测量实验样品的尺寸变化率。
实施例2
按照以下重量份数称取原料：PET 100份、石墨烯27份、磷酸酯分散剂3份、有机化学发泡剂3份；对石墨烯进行超声波分散处理，超声波处理频率为频率范围为35KHz，且使用功率为1100W；将经超声波分散处理后的石墨烯与剩余原料加热至190℃后混匀1.5h后挤出成型。裁取10cm×10cm×10cm的实验样品，通过对实验样品的横向和纵向进行拉伸，测量其最大拉伸强度和断裂伸长率；并横向和纵向撕扯实验样品，测量实验样品的撕裂力；横向和纵向以100N的按压力挤压实验样品，并测量实验样品的尺寸变化率。
实施例3
按照以下重量份数称取原料：PET 100份、石墨烯50份、磷酸酯分散剂6份、有机化学发泡剂5份；对石墨烯进行超声波分散处理，超声波处理频率为频率范围为50KHz，且使用功率为1500W；将经超声波分散处理后的石墨烯与剩余原料加热至200℃后混匀2h后挤出成型。裁取10cm×10cm×10cm的实验样品，通过对实验样品的横向和纵向进行拉伸，测量其最大拉伸强度和断裂伸长率；并横向和纵向撕扯实验样品，测量实验样品的撕裂力；横向和纵向以100N的按压力挤压实验样品，并测量实验样品的尺寸变化率。
实施例4
按照以下重量份数称取原料：PET 100份、芳纶纤维50份、磷酸酯分散剂6份、有机化学发泡剂5份；对芳纶纤维进行超声波分散处理，超声波处理频率为频率范围为50KHz，且使用功率为1500W；将经超声波分散处理后的芳纶纤维与剩余原料加热至200℃后混匀2h后挤出成型。裁取10cm×10cm×10cm的实验样品，通过对实验样品的横向和纵向进行拉伸，测量其最大拉伸强度和断裂伸长率；并横向和纵向撕扯实验样品，测量实验样品的撕裂力；横向和纵向以100N的按压力挤压实验样品，并测量实验样品的尺寸变化率。
实施例5
按照以下重量份数称取原料：PET 100份、碳化硅纤维50份、磷酸酯分散剂6份、有机化学发泡剂5份；对碳化硅纤维进行超声波分散处理，超声波处理频率为频率范围为50KHz，且使用功率为1500W；将经超声波分散处理后的碳化硅纤维与剩余原料加热至200℃后混匀2h后挤出成型。裁取10cm×10cm×10cm的实验样品，通过对实验样品的横向和纵向进行拉伸，测量其最大拉伸强度和断裂伸长率；并横向和纵向撕扯实验样品，测量实验样品的撕裂力；横向和纵向以100N的按压力挤压实验样品，并测量实验样品的尺寸变化率。
将实施例1-5制备所得的CPET片材均裁取10cm×10cm×10cm的实验样品，通过对实施例1-5的实验样品的横向和纵向进行拉伸，测量其最大拉伸强度和断裂伸长率；并横向和纵向撕扯实验样品，测量各个实验样品的撕裂力；横向和纵向以100N的按压力挤压实验样品，并测量各个实验样品的尺寸变化率；并裁取10cm×10cm×10cm的普通CPET片材作为对照组，且测量结果见表1所示：
表格1
Figure BDA0002827244460000101
综上，从表1可知，实施例1-5制备所得的CPET片材测量的最大拉伸强度、断裂伸长率、撕裂力、尺寸变化率结果均优于对照组的性能结果。其中实施例3制备所得的CPET片材测量的最大拉伸强度、断裂伸长率、撕裂力、尺寸变化率结果最佳，实施例3公开了按照以下重量份数称取原料：PET 100份、石墨烯50份、磷酸酯分散剂6份、有机化学发泡剂5份；对石墨烯进行超声波分散处理，超声波处理频率为频率范围为50KHz，且使用功率为1500W；将经超声波分散处理后的石墨烯与剩余原料加热至200℃后混匀2h后挤出成型。
进一步，本发明还对该共混改性耐高温烘箱用CPET片材的制备方法中工艺条件作了系统研究，以下仅对工艺条件改变对共混改性耐高温烘箱用CPET片材的最大拉伸强度、断裂伸长率、撕裂力、尺寸变化率影响显著的试验方案进行说明，均以实施例3的工艺条件作为基础，具体见对比例1-5：
对比例1
按照以下重量份数称取原料：PET 100份、石墨烯50份、磷酸酯分散剂6份、有机化学发泡剂5份；将原料加热至200℃后混匀2h后挤出成型。裁取10cm×10cm×10cm的实验样品，通过对实验样品的横向和纵向进行拉伸，测量其最大拉伸强度和断裂伸长率；并横向和纵向撕扯实验样品，测量实验样品的撕裂力；横向和纵向以100N的按压力挤压实验样品，并测量实验样品的尺寸变化率。
对比例2
按照以下重量份数称取原料：PET 100份、磷酸酯分散剂6份、有机化学发泡剂5份；将原料加热至200℃后混匀2h后挤出成型。裁取10cm×10cm×10cm的实验样品，通过对实验样品的横向和纵向进行拉伸，测量其最大拉伸强度和断裂伸长率；并横向和纵向撕扯实验样品，测量实验样品的撕裂力；横向和纵向以100N的按压力挤压实验样品，并测量实验样品的尺寸变化率。
对比例3
按照以下重量份数称取原料：PET 100份、石墨烯50份、有机化学发泡剂5份；对石墨烯进行超声波分散处理，超声波处理频率为频率范围为50KHz，且使用功率为1500W；将经超声波分散处理后的石墨烯与剩余原料加热至200℃后混匀2h后挤出成型。裁取10cm×10cm×10cm的实验样品，通过对实验样品的横向和纵向进行拉伸，测量其最大拉伸强度和断裂伸长率；并横向和纵向撕扯实验样品，测量实验样品的撕裂力；横向和纵向以100N的按压力挤压实验样品，并测量实验样品的尺寸变化率。
对比例4
按照以下重量份数称取原料：PET 100份、芳纶纤维50份、磷酸酯分散剂6份、有机化学发泡剂5份；将原料加热至200℃后混匀2h后挤出成型。裁取10cm×10cm×10cm的实验样品，通过对实验样品的横向和纵向进行拉伸，测量其最大拉伸强度和断裂伸长率；并横向和纵向撕扯实验样品，测量实验样品的撕裂力；横向和纵向以100N的按压力挤压实验样品，并测量实验样品的尺寸变化率。
对比例5
按照以下重量份数称取原料：PET 100份、碳化硅纤维50份、磷酸酯分散剂6份、有机化学发泡剂5份；将原料加热至200℃后混匀2h后挤出成型。裁取10cm×10cm×10cm的实验样品，通过对实验样品的横向和纵向进行拉伸，测量其最大拉伸强度和断裂伸长率；并横向和纵向撕扯实验样品，测量实验样品的撕裂力；横向和纵向以100N的按压力挤压实验样品，并测量实验样品的尺寸变化率。
对比例1-5制备所得的CPET片材测量的最大拉伸强度、断裂伸长率、撕裂力、尺寸变化率结果见下表2所示：
表2
Figure BDA0002827244460000121
综上，从表2可知，对比例1-5制备所得的CPET片材测量的最大拉伸强度、断裂伸长率、撕裂力、尺寸变化率结果均差于实施例3制备所得的CPET片材测量的最大拉伸强度、断裂伸长率、撕裂力、尺寸变化率。其中对比例1将石墨烯作为改性材料添加在原料中，但是并未对石墨烯进行超声波分散处理；对比例2中没有添加改性材料，导致制备所得的CPET片材机械强度较低；对比例3中没有添加分散剂，导致制备时原料分散不均匀，且所得的CPET片材性能分布不均匀，横向和纵向的性能差异较大；对比例4中将芳纶纤维作为改性材料添加在原料中，但是并未对石墨烯进行超声波分散处理；对比例5中将碳化硅纤维作为改性材料添加在原料中，但是并未对石墨烯进行超声波分散处理。
综上，本实施例中提出的共混改性耐高温烘箱用CPET片材的制备方法，以PET、改性材料、磷酸酯分散剂、有机化学发泡剂作为原料，其中改性材料为纤维材料、无机粒子中的一种或两种，纤维材料为有机纤维、无机纤维中的一种或多种，无机粒子为石墨烯、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化铝、纳米氧化锌、蒙脱土、云母石中的一种或多种，有机化学发泡剂为偶氮类、亚硝基类和磺酰肼类中的一种或多种；且在制备时先对改性材料进行超声波分散处理，再将经超声波分散处理后的改性材料与剩余原料加热至180-200℃后混匀1-2h后挤出成型。
在制备原料中添加由纤维材料、无机粒子中的一种或两种组成的改性材料，纤维材料和无机粒子的加入可有效提高片材产品的均度指数和机械性能，由于无机粒子或纤维材料粒径较小，本发明中对无机粒子或纤维材料进行超声分散，提高无机粒子或纤维材料的分散性能，同时在与PET共混时，由于PET的尺寸小，比表面积大，无机粒子或纤维材料能迅速的吸附到PET表面，使得制备所得的片材产品机械强度均匀。
在制备原料中添加磷酸酯分散剂，是一种酚醚磷酸酯类表面活性剂，透明液态，溶于水；使用生产过程中有明显的助磨分散作用，而且可以显著改善产品的热贮膏化现象；属于阴离子型；安全环保，对环境没有污染，通用性好，具有很好的助研磨、降粘、防膏化的性能，使得原料分散的更好，挤出的CPET片材性能均匀。
在制备原料中添加的有机化学发泡剂为偶氮类、亚硝基类和磺酰肼类中的一种或多种。优选的，偶氮二甲酰胺属于高效发泡剂，具备价格便宜、其分解产物无毒、无臭、无色、分解温度高、易贮存等优点，且在聚合物熔体中易分散。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.共混改性耐高温烘箱用CPET片材，其特征在于，由以下重量份数组成：PET 100份、改性材料5-50份、磷酸酯分散剂1-6份、有机化学发泡剂1-5份。
2.根据权利要求1所述的共混改性耐高温烘箱用CPET片材，其特征在于，所述改性材料为纤维材料、无机粒子中的一种或两种。
3.根据权利要求2所述的共混改性耐高温烘箱用CPET片材，其特征在于，所述纤维材料为有机纤维、无机纤维中的一种或多种。
4.根据权利要求2所述的共混改性耐高温烘箱用CPET片材，其特征在于，所述无机粒子为石墨烯、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化铝、纳米氧化锌、蒙脱土、云母石中的一种或多种，粒径为20-100nm。
5.根据权利要求1所述的共混改性耐高温烘箱用CPET片材，其特征在于，所述有机化学发泡剂为偶氮类、亚硝基类和磺酰肼类中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的共混改性耐高温烘箱用CPET片材，其特征在于，由以下重量份数组成：PET 100份、改性材料5份、磷酸酯分散剂1份、有机化学发泡剂1份。
7.根据权利要求1所述的共混改性耐高温烘箱用CPET片材，其特征在于，由以下重量份数组成：PET 100份、改性材料50份、磷酸酯分散剂6份、有机化学发泡剂5份。
8.根据权利要求1所述的共混改性耐高温烘箱用CPET片材，其特征在于，由以下重量份数组成：PET 100份、改性材料27份、磷酸酯分散剂3份、有机化学发泡剂3份。
9.如权利要求1-8任一所述的共混改性耐高温烘箱用CPET片材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按照重量份数称取PET、改性材料、磷酸酯分散剂、有机化学发泡剂作为原料；对改性材料进行超声波分散处理；将经超声波分散处理后的改性材料与剩余原料加热至180-200℃后混匀1-2h后挤出成型。
10.根据权利要求9所述的共混改性耐高温烘箱用CPET片材的制备方法，其特征在于，所述超声波处理频率为频率范围为20KHz-50KHz，且使用功率为700-1500W。
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