CN112961435B - 一种聚丙烯发泡材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及发泡材料技术领域，具体涉及一种聚丙烯发泡材料及其制备方法，本发明在聚丙烯中加入聚乙烯辛烯共弹性体(POE)或SEBS改性料等，克服了聚丙烯难以发泡的问题，使制品达到较好的发泡效果，泡孔均匀、发泡倍率较大，力学强度高、回弹性好、耐热性好、耐化学腐蚀性好、易降解，进一步拓宽在轻量化产品或其他产品的应用。

Description

一种聚丙烯发泡材料及其制备方法

技术领域

本申请涉及发泡材料技术领域，具体涉及一种聚丙烯发泡材料及其制备方法。

背景技术

随着科技的发展，轻量化材料受到越来越多的重视。特别是汽车和磁悬浮列车等交通工具的轻量化，以及其环保性已经成为世界发展的潮流。实验证明，若汽车整车重量降低10％，燃油效率可提高6％-8％。市场对轻量化材料的需求，也是发泡材料新的发展契机。

目前常用发泡材料的主要原料有聚乙烯或聚丙烯树脂，发泡产品分别称为聚乙烯发泡材料、聚丙烯发泡材料，也可称为发泡聚乙烯或聚乙烯泡沫、发泡聚丙烯或聚丙烯泡沫。除了树脂原料，制备发泡材料时还采用发泡剂及其他便于加工的助剂等。发泡的树脂原料不同，所得到的发泡材料的性能也大不相同，因此在应用领域上都有一定的局限性。

针对上述的两种发泡材料，申请人对此展开了系列研究。其中，尽管聚丙烯发泡产品具有良好的性能和应用前景，但聚丙烯泡沫的开发难度很大。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种聚丙烯发泡材料及其制备方法，本发明提供的聚丙烯发泡材料具有均匀的发泡微孔，且发泡倍率较高，可进一步拓宽在轻量化产品或其他产品的应用。

本发明提供一种聚丙烯发泡材料，其由聚丙烯复合物料经发泡制得，所述聚丙烯复合物料包括以下重量份的组分：

所述弹性体选自POE弹性体和SEBS弹性体中的一种或多种；

所述发泡剂为物理发泡剂；

所述发泡助剂选自硅酸盐、滑石粉和碳酸钙中的一种或多种。

在本发明的优选实施例中，所述弹性体为POE弹性体，MFI在2-2.5g/10min。

在本发明的优选实施例中，所述弹性体为SEBS弹性体，所述SEBS弹性体由SEBS树脂、EVA树脂、填料和油共混改性制得。

在本发明的优选实施例中，所述SEBS弹性体由10重量份SEBS树脂、1-3重量份EVA、1-2重量份碳酸钙、0.5-1份白油共混改性制得。

在本发明的优选实施例中，所述聚丙烯为均聚聚丙烯，MFI为0.8-5g/10min。

在本发明的优选实施例中，所述发泡剂为丁烷气或者二氧化碳。

在本发明的优选实施例中，所述聚丙烯发泡材料的带皮发泡倍率在30倍以上，带皮开闭孔率为95％-97％。

在本发明的优选实施例中，所述的聚丙烯发泡材料的制备方法包括以下步骤：

按照重量份配比，将聚丙烯、弹性体、发泡剂和发泡助剂共混后，进行发泡，得到聚丙烯发泡材料。

在本发明的优选实施例中，所述的聚丙烯发泡材料的制备方法具体为：

步骤1：将聚丙烯、弹性体和发泡助剂进行共混；

步骤2：向所述共混后的物料中加入发泡剂进行挤出发泡，得到聚丙烯发泡材料。

在本发明的优选实施例中，所述共混的温度为180-210℃；所述挤出发泡的模头温度为150-175℃。

与现有技术相比，本发明在聚丙烯中加入聚乙烯辛烯弹性体(POE弹性体)和/或SEBS弹性体材料，结合硅酸盐等发泡助剂，采用物理发泡剂进行发泡，克服了聚丙烯由于结晶度高等难以有效发泡的问题，使制品达到较好的发泡效果，泡孔均匀、发泡倍率较大，力学强度等性能好，相对于低密度聚乙烯发泡材料，进一步拓宽在轻量化产品或其他产品中的应用。

具体实施方式

下面将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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员经改进或润饰的所有其它实例，都属于本发明保护的范围。

聚丙烯树脂具有质轻、原料来源丰富、性能价格比优越以及优良的耐热性、耐化学腐蚀性、易于回收等特点，是世界上产量增长量最快的通用热塑性树脂；而聚丙烯发泡材料具有优异的机械性能、突出的耐高温稳定性和良好的降解性能。其中，发泡聚丙烯通常能耐130℃的高温，比聚乙烯泡沫的最高使用温度80℃高得多。因此，聚丙烯发泡材料的研发引起人们更为广泛的关注，尤其在“轻量化、节能环保”趋势的汽车领域更受青睐。

聚丙烯(Polypropylene，英文简称PP)，通常是由丙烯聚合而制得的一种均聚热塑性树脂；按甲基排列位置分为等规聚丙烯(isotactic polyprolene)、无规聚丙烯(atacticpolypropylene)和间规聚丙烯(syndiotactic polypropylene)三种。

聚丙烯是结晶性高分子材料，此类材料在熔点以下时几乎不流动，一旦温度升到熔点以上时，它们的熔体强度便会急剧降低，在发泡过程中很难包覆住气体。由于所述的结晶性高分子材料的特殊性能，其可发泡的温度范围往往很窄，导致人们很难开发出高发泡倍率的微孔聚丙烯发泡材料。

本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种发泡倍率较高的微孔聚丙烯发泡材料及其制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种聚丙烯发泡材料，其由聚丙烯复合物料经发泡制得，所述聚丙烯复合物料包括以下重量份的组分：

所述弹性体选自POE弹性体和SEBS弹性体中的一种或多种；

所述发泡剂为物理发泡剂；

所述发泡助剂选自硅酸盐、滑石粉和碳酸钙中的一种或多种。

本发明实施例以聚丙烯复合物料为发泡原料；所述聚丙烯复合物料包括100重量份的聚丙烯，即其主要物质是聚丙烯。所述聚丙烯复合物料还包括一定重量配比的弹性体、发泡剂、发泡助剂的物质组分。在本发明的优选实施例中，所述聚丙烯为均聚聚丙烯，MFI一般为0.8-5g/10min，例如为0.8-1.5g/10min或1.5-5g/10min等。

熔融指数(Melt Flow Index，MI or MFI)，是指一种表示塑胶材料加工时的流动性能的数值，最初是由美国量测标准协会根据美国Dupont(杜邦公司)惯用的鉴定塑料特性的方法制定而成。MI的测量方法一般是根据ASTM D1238所规范的方法测得，在一定的负荷(Kg)及温度(℃)下，用指定的时间(10分钟)经过一定直径的管子所流出来的融胶重量(克数)。MI值越大，表示塑料的流动性越好；反之则流动性越差。

在本发明的实施例中，按重量份计，所述聚丙烯复合物料包括10-30份的弹性体，优选为12-30份，例如为15份、20份、30份等；所述弹性体选自POE弹性体和SEBS弹性体中的一种或多种。本发明主要在聚丙烯中加入乙烯辛烯共聚弹性体(POE)或SEBS弹性体，克服了聚丙烯由于结晶度高难以发泡的问题。

所述POE弹性体是乙烯辛烯共聚弹性体，或称聚乙烯辛烯共弹性体、聚乙烯辛烯弹性体。由于聚乙烯(PE)本身是一种结晶的材料，分子链中辛烯结构的介入破坏了部分聚乙烯的结晶，辛烯链段与结晶被破坏的聚乙烯链段共同形成了弹性的软段，聚乙烯的结晶部分形成硬段，起着物理交联点的作用，使POE具有了弹性体的性质。POE弹性体一般结晶度较低，具有良好的回弹性、柔韧性等。

在本发明的优选实施例中，所述SEBS弹性体具体由10重量份SEBS树脂、1-3重量份EVA、1-2重量份碳酸钙、0.5-1份白油共混改性制得；示例地，所述SEBS改性料由10份SEBS、3份EVA、2份碳酸钙、1份白油共混改性而得，或者，所述SEBS改性料由10份SEBS、1份EVA、1份碳酸钙、0.5份白油共混改性而得。SEBS通常是以聚苯乙烯为末端段，以聚丁二烯加氢得到的乙烯-丁烯共聚物为中间弹性嵌段的线性三嵌共聚物，其加工温度一般在190～260℃。EVA是乙烯-醋酸乙烯共聚物的英文简称，一般醋酸乙烯(VA)含量在5％～40％；EVA的结晶度相对聚乙烯较低。在本发明实施例中，SEBS通过与EVA、白油等共混可得到SEBS弹性体(可称SEBS改性料)。

本发明一些实施例中的弹性体为POE弹性体，该种聚丙烯发泡材料可由以下重量份的物质组成：聚丙烯100份，POE弹性体10-30份，发泡剂0.5-2份，发泡助剂1-5份；其中，所述的POE弹性体(也称POE弹性料)优选为MFI在2-2.5g/10min的聚乙烯辛烯共弹性体，性能较佳。

本发明另一些实施例中的弹性体为SEBS弹性体，该种聚丙烯发泡材料可由以下重量份的物质组成：聚丙烯100份，SEBS弹性体10-30份，发泡剂0.5-2份，发泡助剂1-5份。此外，本发明实施例涉及的弹性体原料可以采用市售产品。

并且，本发明所述聚丙烯复合物料包括：0.5-2重量份发泡剂和1-5重量份发泡助剂。所述发泡剂为物理发泡剂，优选为丁烷气或者二氧化碳，更优选为丁烷气。所述发泡助剂可选自硅酸盐、滑石粉和碳酸钙中的一种或多种，优选为硅酸盐、滑石粉和碳酸钙。

在本发明的优选实施例中，原料配方为：聚丙烯100份；POE弹性料或SEBS改性料30份；发泡剂2份；发泡助剂5份。

本发明实施例中各原料物质配合作用，可获得发泡效果较好的制品，其泡孔均匀、发泡倍率较大，密度低，力学强度高、回弹性好，耐热性好、耐化学腐蚀性好。在本发明的具体实施例中，所述聚丙烯发泡材料的带皮发泡倍率在30倍以上，带皮开闭孔率为95％-97％。

本发明实施例提供了前文所述的聚丙烯发泡材料的制备方法，包括下述步骤：

按照重量份配比，将聚丙烯、弹性体、发泡剂和发泡助剂共混后，进行发泡，得到聚丙烯发泡材料。

在本发明的实施例中，各原料的配方内容如前所述；所述制备方法包括的具体步骤如下：

步骤1：将聚丙烯、弹性体和发泡助剂进行共混；

步骤2：向所述共混后的物料中加入发泡剂进行挤出发泡，得到聚丙烯发泡材料。

本发明实施例首先将聚丙烯、弹性体和发泡助剂混炼，窗口温度中，混炼温度优选控制在180-210℃之间。之后，向得到的共混物料中加入发泡剂，优选采用丁烷气；挤出发泡过程中丁烷气压优选为20Pa～25Pa，更优选为24Pa，熟化温度130度。所述挤出发泡的模头温度优选为150-175℃，包括：冷凝温度150-155℃，口模温度：170-173℃；口模压力可为20Pa-22Pa，优选为21Pa。本发明实施例控制上述窗口温度利于使制品达到较好的发泡效果，如获得良好的机械性能等，反之则可能使产品性能受限。

本发明实施例制备得到的聚丙烯发泡材料的带皮发泡倍率可达30倍以上，带皮开闭孔率为95％-97％。该聚丙烯发泡制品具有泡孔均匀、发泡倍率较大，密度低，力学强度高、回弹性好，耐热性好、耐化学腐蚀性好等特点，有利于应用在轻量化产品或其他产品中。

为了进一步理解本申请，下面结合实施例对本申请提供的聚丙烯发泡材料及其制备方法进行具体地描述。但是应当理解，这些实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制，本发明的保护范围也不限于下述的实施例。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市场购得的常规产品。

实施例1

一种聚丙烯发泡材料由以下重量份的物质组成：

其中，所述聚丙烯为均聚聚丙烯，MFI为1.5-5g/10min。

所述POE弹性料为MFI在2-2.5g/10min的聚乙烯辛烯共弹性体。所述发泡剂为丁烷气，发泡助剂为硅酸盐，滑石粉，碳酸钙。

一种聚丙烯发泡材料的制备方法，它包括下述步骤：

步骤1、将聚丙烯、弹性体、助剂进行共混；

步骤2、向共混后的物料中加入发泡剂进行挤出发泡。

窗口温度中，混炼温度控制在180-210℃之间。挤出发泡过程中丁烷气压24Pa，熟化温度130度。所述挤出发泡的工艺包括：冷凝温度150-155℃，口模温度：170-173℃；口模压力可为21Pa。以下实施例工艺参数控制相同。

实施例2

一种聚丙烯发泡材料由以下重量份的物质组成：

其中，所述聚丙烯为均聚聚丙烯，MFI为1.5-5g/10min。

所述SEBS改性料由10份SEBS、1份EVA、1份碳酸钙、0.5份白油共混改性而得。所述发泡剂为丁烷气，发泡助剂为硅酸盐，滑石粉，碳酸钙。

一种聚丙烯发泡材料的制备方法，它包括下述步骤：

步骤1、将聚丙烯、弹性体、助剂进行共混；

步骤2、向共混后的物料中加入发泡剂进行挤出发泡。

实施例3

一种聚丙烯发泡材料由以下重量份的物质组成：

其中，所述聚丙烯为均聚聚丙烯，MFI为0.8-1.5g/10min。

所述POE弹性料为MFI在2-2.5g/10min的聚乙烯辛烯共弹性体。所述发泡剂为丁烷气，发泡助剂为硅酸盐，滑石粉，碳酸钙。

一种聚丙烯发泡材料的制备方法，它包括下述步骤：

步骤1、将聚丙烯、弹性体、助剂进行共混；

步骤2、向共混后的物料中加入发泡剂进行挤出发泡。

实施例4

一种聚丙烯发泡材料由以下重量份的物质组成：

其中，所述聚丙烯为均聚聚丙烯，MFI为1.5-5g/10min。

所述SEBS改性料由10份SEBS、3份EVA、2份碳酸钙、1份白油共混改性而得。所述发泡剂为丁烷气；发泡助剂：硅酸盐，滑石粉，碳酸钙。

一种聚丙烯发泡材料的制备方法，它包括下述步骤：

步骤1、将聚丙烯、弹性体、助剂进行共混；

步骤2、向共混后的物料中加入发泡剂进行挤出发泡。

对以上实施例得到的聚丙烯发泡材料进行性能测试，结果如下：

表1本发明实施例中聚丙烯发泡材料的性能

备注：ISO 180:塑料-冲击强度试验国际标准；ISO 527:塑料拉伸性能的测定；ISO178:塑料-弯曲性能的测定。

上表可以看出，本发明发泡倍率较大，而且去皮与否，发泡倍率差别并不大，说明本发明发泡均匀充分，外皮上发泡不充分的地方非常少。通过上表还可看出，本发明制备的聚丙烯发泡材料的综合力学性能优异(力学强度高、回弹性好)，机械性能范围广，适用于一般普通设备的加工生产。此外，该发泡制品密度低，耐热性好、耐化学腐蚀性好、易降解，进一步拓宽在轻量化产品或其他产品的应用。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.一种聚丙烯发泡材料，其特征在于，由聚丙烯复合物料经发泡制得，所述聚丙烯复合物料包括以下重量份的组分：

所述聚丙烯为均聚聚丙烯，MFI为0.8-5g/10min；所述弹性体选自POE弹性体和SEBS弹性体中的一种或多种；

所述发泡剂为物理发泡剂；所述发泡助剂选自硅酸盐、滑石粉和碳酸钙中的一种或多种；所述聚丙烯发泡材料的带皮发泡倍率在30倍以上，带皮开闭孔率为95％-97％。

2.根据权利要求1所述的聚丙烯发泡材料，其特征在于，所述弹性体为POE弹性体，MFI在2-2.5g/10min。

3.根据权利要求1所述的聚丙烯发泡材料，其特征在于，所述弹性体为SEBS弹性体，所述SEBS弹性体由SEBS树脂、EVA树脂、填料和油共混改性制得。

4.根据权利要求3所述的聚丙烯发泡材料，其特征在于，所述SEBS弹性体由10重量份SEBS树脂、1-3重量份EVA、1-2重量份碳酸钙、0.5-1份白油共混改性制得。

5.根据权利要求1-3任一项所述的聚丙烯发泡材料，其特征在于，所述发泡剂为丁烷气或者二氧化碳。

6.根据权利要求1-5任一项所述的聚丙烯发泡材料的制备方法，包括以下步骤：

按照重量份配比，将聚丙烯、弹性体、发泡剂和发泡助剂共混后，进行发泡，得到聚丙烯发泡材料。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体为：

步骤1：将聚丙烯、弹性体和发泡助剂进行共混；

步骤2：向所述共混后的物料中加入发泡剂进行挤出发泡，得到聚丙烯发泡材料。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述共混的温度为180-210℃；所述挤出发泡的模头温度为150-175℃。