CN112795091A - 一种发泡材料及其制得的发泡产品 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种发泡材料，包括如下质量份数的原料：70‑99份热塑性聚合物和1‑30份13X型分子筛，所述发泡材料用于以超临界CO2为发泡剂的物理发泡。优选地，包括85‑95份热塑性聚合物和5‑15份13X型分子筛。本发明还公开了由该发泡材料制得的发泡产品及其制备方法。本发明中的发泡材料中掺杂了少量13X型分子筛，可以显著增加超临界CO2的扩散速度和在聚合物内的溶解，同时更易于制得大倍率的聚合物微孔发泡材料。

Description

一种发泡材料及其制得的发泡产品
技术领域
本发明涉及高分子发泡材料技术领域，具体涉及一种发泡材料及其制得的发泡产品。
背景技术
利用发泡技术使高分子材料内部形成大量气泡，形成多孔结构的高分子泡沫材料，是实现制品轻量化，节约材料的有效手段。大量泡孔的存在，还赋予材料优良的隔热保温、阻尼缓冲、降噪吸音等特性。
发泡技术主要分为物理发泡和化学发泡两种，其中，物理发泡近年来广泛使用的是超临界流体作为物理发泡剂来进行发泡。超临界CO2是广泛使用的物理发泡剂。在挤出发泡、注塑发泡等聚合物处于流动状态的熔体发泡工艺中，螺杆的剪切作用使得CO2分子和聚合物熔体实现快速分散混合，一般熔体发泡得到的产品泡孔密度小，泡孔尺寸大。而发泡温度在聚合物流动温度以下的固态发泡，容易得到泡孔密度高，泡孔尺寸小的高性能微孔聚合物材料。在固态发泡过程中，聚合物基体和环境的CO2浓度差是CO2分子向聚合物基体扩散的推动力，CO2扩散进入聚合物基体，溶解于聚合物链段的自由体积之间。影响CO2在聚合物基体内的扩散速率的影响因素众多，如浓度差、温度、CO2与聚合物链上功能基团的亲和力等，扩散过程成为聚合物固态微孔发泡的限制步骤。特别对于较厚的板材发泡而言，由于CO2在聚合物基体中的扩散速率较低，实现达到溶解平衡的饱和时间长，生产效率低，限制了固态微孔发泡技术的推广应用。提高CO2在聚合物中的扩散速率，缩短达到扩散平衡的饱和时间，是应用超临界CO2的固态微孔发泡技术产业化应用亟待解决的问题。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的使用超临界CO2固态发泡时其扩算速率较慢，饱和时间较长的缺陷，从而提供一种发泡材料及其制得的发泡产品。
为此，本发明采用了如下技术方案：
本发明提供一种发泡材料，其特征在于，包括如下质量份数的原料：
热塑性聚合物 70-99份；
13 X型分子筛 1-30份；
所述发泡材料用于以超临界CO2为发泡剂的物理发泡；进一步地，用于固态微孔发泡中。
优选地，包括如下质量份数的原料：
热塑性聚合物 85-95份；
13 X型分子筛 5-15份。
进一步地，所述热塑性聚合物包括聚乳酸、聚丙烯、聚乙烯、聚烯烃弹性体、聚酰亚胺、聚酰胺、热塑性聚氨酯、聚酰胺弹性体、聚酯弹性体、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种。
所述热塑性聚合物的熔点为100-350℃，分子量为5-20万，硬度为25D-65D。
所述13X型分子筛有效孔径为10A，化学式为Na2O·Al2O3·(2.8±0.2)SiO2·(6-7)H2O。
进一步地，所述热塑性聚合物为非极性时，由于分子筛为极性材料，需要相容剂使得两者相容，还包括0-0.5份的相容剂，所述相容剂为所述热塑性聚合物的马来酸酐接枝物。
本发明还提供一种发泡产品的制备方法，将上述发泡材料制备为所需形状的混合材料后使用超临界CO2进行泄压发泡，得到所述发泡产品。
进一步地，所述泄压发泡具体为将混合材料放入高压釜中，将高压釜升温到80-300℃后通入超临界CO2，保持压力为10-30MPa，持续20-150min后快速泄压排气，气泡成核，泡孔生长并定型，得到发泡制品。
所述所需形状的混合材料包括珠粒、板材、片材或不规则形状的材料。
本发明还提供上述制备方法制得的发泡产品。
本发明技术方案，具有如下优点：
(1)本发明使用13X型分子筛和热塑性聚合物作为发泡材料，13X型分子筛有效孔径大且存在大量的钠离子，其有效孔径10A大于CO2分子的分子直径，在浸渍时CO2分子会被吸附进去，同时由于CO2的极性键会与钠离子产生静电力的作用，所以此类型分子筛对CO2有更强的吸附作用。根据亨利定律，压力越高，吸附的气体量越大，即在高温高压的超临界环境下则会吸附更多的CO2，从而在浸渍时显著的提高了超临界CO2的扩散速度和CO2在聚合物中的溶解度；在泄压发泡过程中，成核数量将会更多，生成数量更多的气泡，更易于制得大倍率的产品。
(2)本发明限制13X型分子筛的用量，由于其本身不会发泡膨胀，过多的用量会影响发泡产品的最终倍率，同时会影响发泡产品的性能。
(3)本发明制得的发泡产品具有较大的发泡倍率，同时由于13X型分子筛在聚合物机体中的均匀分布，分散在聚合物中的分子筛相距间隙很小，因此减少了CO2在聚合物机体里的扩散路径，显著的提高了CO2在聚合物中的扩散速率同时也节省了其在聚合物中的饱和时间，提高了生产效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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是本发明实施例1得到的发泡产品的电镜图；
图2是本发明实施例2得到的发泡产品的电镜图；
图3是本发明实施例3得到的发泡产品的电镜图；
图4是本发明实施例4得到的发泡产品的电镜图。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
本申请实施例和对比例中使用的13X型分子筛为：上海同星分子筛公司的13X型条形分子筛，直径为
Figure BDA0002873623780000041
实施例1
本实施例提供一种发泡产品，其使用的发泡材料中，热塑性聚合物采用数均分子量为20万，熔点160℃的聚丙烯树脂，热塑性聚合物为90wt％，13X型分子筛为9.5wt％，相容剂聚丙烯的马来酸酐接枝物为0.5wt％。
具体制备方法为，将聚丙烯树脂、13X型分子筛和相容剂通过双螺杆挤出机共混挤出，通过衣架式模头冷却定型，定长，切割得到混合片材，将混合片材放入高压釜中，温度设置142℃，通入超临界CO2，压力达到15MPa，浸渍80min，快速泄压排气，得到发泡产品，其电镜照片如图1所示。
实施例2
本实施例提供一种发泡产品，其使用的发泡材料中，热塑性聚合物采用数均分子量为25万，熔点153℃的聚醚型热塑性聚氨酯弹性体，热塑性聚合物为95wt％，13X型分子筛为5wt％。
具体制备方法为，将聚醚型热塑性聚氨酯弹性体和13X型分子筛通过双螺杆挤出机共混挤出，通过衣架式模头冷却定型，定长，切割得到混合片材，将混合片材放入高压釜中，温度设置125℃，通入超临界CO2，压力达到12MPa，浸渍120min，快速泄压排气，得到发泡产品，其电镜照片如图2所示。
实施例3
本实施例提供一种发泡产品，其使用的发泡材料中，热塑性聚合物采用数均分子量为5万，熔点130℃的聚乳酸，热塑性聚合物为85wt％，13X型分子筛为15wt％。
具体制备方法为，将聚乳酸和13X型分子筛通过双螺杆挤出机共混挤出，通过衣架式模头冷却定型，定长，切割得到混合片材，将混合片材放入高压釜中，温度设置100℃，通入超临界CO2，压力达到10MPa，浸渍60min，得到发泡产品，其电镜照片如图3所示。
实施例4
本实施例提供一种发泡产品，其使用的发泡材料中，热塑性聚合物采用数均分子量为13万，熔点160℃的聚酯弹性体，热塑性聚合物为95wt％，13X型分子筛为5wt％。
具体制备方法为，将聚乳酸和13X型分子筛通过双螺杆挤出机共混挤出，通过衣架式模头冷却定型，定长，切割得到混合片材，将混合片材放入高压釜中，温度设置132℃，通入超临界CO2，压力达到14MPa，浸渍75min，快速泄压排气，得到发泡产品，其电镜照片如图4所示。
对比例1
本对比例和实施例1相比，唯一区别在于，没有添加13X型分子筛和相容剂。
对比例2
本对比例和实施例1相比，唯一区别在于，所含有的热塑性聚合物为65wt％，13X型分子筛为34.5wt％。
试验例1
对实施例1-4和对比例1-2得到的发泡产品进行检测，检测结果如表1所示：
表1实施例1-4和对比例1-2得到的发泡产品的检测结果
密度 发泡倍率 拉伸强度(MPa) 断裂生长率(％)
实施例1 0.03 30 1.9 120
实施例2 0.1 11 3.6 300
实施例3 0.15 8 1.8 200
实施例4 0.08 13 3.3 360
对比例1 0.045 20 2.8 80
对比例2 0.9 10 4.5 70
由表1可知，实施例1-4采用不同的热塑性聚合物，其发泡产品均有很大的发泡倍率；对比例1中，由于没有使用分子筛，其浸渍时的饱和时间较长，同时在泄压过程中成核的数量较少，因此在和实施例1同样的条件下，其发泡倍率明显低于实施例1；对比例2中，由于分子筛加入量过多，严重影响了发泡效果，最后得到产品倍率明显比实施例1低，同时对比例1和2的断裂生长率也明显低于对比例1。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种发泡材料，其特征在于，包括如下质量份数的原料：
热塑性聚合物 70-99份；
13 X型分子筛 1-30份；
所述发泡材料用于以超临界CO2为发泡剂的物理发泡。
2.根据权利要求1所述的发泡材料，其特征在于，包括如下质量份数的原料：
热塑性聚合物 85-95份；
13 X型分子筛 5-15份。
3.根据权利要求1或2所述的发泡材料，其特征在于，所述热塑性聚合物包括聚乳酸、聚丙烯、聚乙烯、聚烯烃弹性体、聚酰胺、热塑性聚氨酯、聚酰胺弹性体、聚酯弹性体、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的发泡材料，其特征在于，所述热塑性聚合物熔点为100-350℃，分子量为5-20万，硬度为25D-85D。
5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的发泡材料，其特征在于，所述13X型分子筛有效孔径为10A。
6.根据权利要求1-5任一权利要求所述的发泡材料，其特征在于，还包括0-0.5份的相容剂，所述相容剂为所述热塑性聚合物的马来酸酐接枝物。
7.一种发泡产品的制备方法，其特征在于，将权利要求1-6任一权利要求所述的发泡材料制备为所需形状的混合材料后使用超临界CO2进行泄压发泡，得到所述发泡产品。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述泄压发泡具体为将混合材料放入高压釜中，将高压釜升温到80-300℃后，通入超临界CO2，保持压力为10-30MPa，持续20-150min后快速泄压排气，成核发泡。
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在，所述所需形状的混合材料包括珠粒、板材、片材或不规则形状的材料。
10.一种发泡产品，其特征在于，所述发泡产品由权利要求7-9任一权利要求所述的制备方法制得。
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