CN113292789A - 一种聚丙烯微孔发泡材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种聚丙烯微孔发泡材料,有聚丙烯颗粒与发泡剂的按质量比为100:2~100:10制成。本发明还公开一种聚丙烯微孔发泡材料的制备方法,其包括的步骤如下:a、先将密炼机升温至165~180℃,之后启动转子转速为30~60r/min;b、将聚丙烯颗粒与发泡剂按质量比为100:2~100:10混合加入密炼机,充分混合均匀后,出料得到发泡混合料;c、将发泡混合料放入模具中,将模具升温至190~200℃,然后以0.4~1MPa压力加压10~20min,使发泡剂充分分解;d、最后开模,使熔融物料快速膨胀发泡,冷却。本发明得到的聚丙烯微孔发泡材料的泡孔直径可达300~500nm,泡孔分布均匀,具有良好的力学性能,相较于未发泡聚丙烯材料,冲击强度提高了50.2%,弯曲强度提高了39%。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域,具体为一种聚丙烯微孔发泡材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯微孔发泡材料具有良好的热稳定性、优异的力学性能、耐腐蚀性和微波适应性,并且还具有绿色、无毒和可循环使用的环保特性。由于聚丙烯微孔发泡材料的泡孔尺寸远远小于传统聚丙烯发泡材料的泡孔尺寸,所以聚丙烯微孔发泡材料的力学性能更加优异,这也拓宽了其应用范围。但是目前能制备出达到微孔发泡材料要求的聚丙烯微孔发泡材料的方法较少,并且还无法实现工业化,因此如何提供一种操作简单、生产周期短、生成材料性能优异且能实现工业化生产的聚丙烯微孔发泡材料制备技术成为本领域函待解决的技术问题。
碳酸氢钠在发泡技术领域作为一种无机化学发泡剂,因为其价格便宜、无毒,并且受热分解产生的二氧化碳气体在聚合物中的传质系数较高,所以常被用于聚合物发泡。因为发泡材料的泡孔大小与发泡剂粒子尺寸有直接关系,因此传统的碳酸氢钠无法满足微孔发泡的要求,需要将碳酸氢钠细化到纳米级别来应用于聚丙烯微孔发泡。
发明内容
本发明的目的是提供一种聚丙烯微孔发泡材料及其制备方法,使其工艺简单、易于操作、生产周期短以及能够实现工业化。
为达到上述目的,本发明是这样实现的:一种聚丙烯微孔发泡材料,有聚丙烯颗粒与发泡剂的按质量比为100:2~100:10制成。
所述发泡剂是改性纳米碳酸氢钠。
所述改性纳米碳酸氢钠的制备方法包括的步骤如下:
(1)分别配置质量分数为5~40wt.%的碳酸氢钠水溶液和质量分数为0~10wt.%的乙醇水溶液,随后加入液氮进行预冷冻,再将冷冻好的碳酸氢钠和乙醇的水溶液放入冷冻干燥箱,冷冻干燥箱的冷凝器温度为-40~-80℃冷干得到纳米碳酸氢钠;
(2)再将得到的纳米碳酸氢钠和硬脂酸按10:2~1:1的质量比加入到乙醚中,通过不断搅拌使乙醚完全挥发,然后干燥,研磨,得到改性纳米碳酸氢钠。
所述(2)步骤中,纳米碳酸氢钠和硬脂酸的总质量与乙醚的质量比为1:3~1:6。
优选的,改性纳米碳酸氢钠的制备方法包括的步骤如下:
(1)在30℃下,分别配置质量分数为5~40wt.%的碳酸氢钠水溶液和质量分数为0~10wt.%的乙醇水溶液,随后以50mL/min的速度加入液氮进行预冷冻,再将冷冻好的碳酸氢钠和乙醇的水溶液放入冷冻干燥箱,冷冻干燥箱的冷凝器温度为-40~-80℃,真空度为10~20Pa,板层温度为-5℃,最后冷干得到纳米碳酸氢钠;
(2)再将得到的纳米碳酸氢钠和硬脂酸按10:2~1:1的质量比加入到乙醚中,通过不断搅拌使乙醚完全挥发,然后在60℃下干燥12h,研磨20min后用900目的筛子过筛,得到改性纳米碳酸氢钠。
一种聚丙烯微孔发泡材料的制备方法,其包括的步骤如下:
a、先将密炼机升温至165~180℃,之后启动转子转速为30~60r/min;
b、将聚丙烯颗粒与发泡剂按质量比为100:2~100:10混合加入密炼机,充分混合均匀后,出料得到发泡混合料;
c、将发泡混合料放入模具中,将模具升温至190~200℃,然后以0.4~1MPa压力加压10~20min,使发泡剂充分分解;
d、最后开模,使熔融物料快速膨胀发泡,冷却后得到聚丙烯微孔发泡材料。
所述聚丙烯颗粒与发泡剂的质量比为100:4~100:8。
优选的,所述所述密炼机的温度为170~175℃。
所述密炼机转子转速为40~50r/min。
所述混合时间为5~15min。
所述模具温度为193~197℃。
所述模压压力为0.6~0.8MPa。
所述加压时间为12~18min。
与现有技术相比,本发明具有如下突出效果:
1)在本发明中,采用模压发泡法,制备工艺简单,易于操作,生产周期短;
2)在本发明中,采用自制的纳米碳酸氢钠作为发泡剂,能够有效减小聚丙烯微孔发泡材料的泡孔直径,直径为300~500nm,并且泡孔均匀;
3)在本发明中,采用自制的纳米碳酸氢钠作为发泡剂,其分解后生成的纳米碳酸钠粒子会填充在聚丙烯微孔发泡材料中,有利于提高聚丙烯微孔发泡材料的冲击强度,相较于未发泡的聚丙烯材料,其冲击强度提高了50.2%,弯曲强度提高了39%。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的作进一步的说明,需要说明的是,实施例并不构成对本发明要求保护范围的限制。
实施例1
一种聚丙烯微孔发泡材料的制备方法,其步骤如下:
a、改性纳米碳酸氢钠的制备:在30℃下,配置20g碳酸氢钠的质量分数为30wt.%碳酸氢钠溶液、乙醇为质量分数为6wt.%的水溶液;随后以50mL/min的速度加入液氮进行预冷冻,再将冷冻好的碳酸氢钠和乙醇的水溶液放入冷冻干燥箱,冷冻干燥箱的冷凝器温度为-60℃,真空度为15Pa,板层温度为-5℃,最后冷干得到纳米碳酸氢钠;取5g纳米碳酸氢钠和3g硬脂酸加入50mL(约35g)乙醚中,通过不断搅拌使乙醚完全挥发后,在60℃下干燥12h后,研磨20min后用900目的筛子过筛,得到改性纳米碳酸氢钠;
b、将密炼机温度升至175℃后,启动转子,以60r/min的速度转动;
c、将聚丙烯颗粒与发泡剂按100:6的质量比混合加入密炼机,充分混合10min后,出料得到发泡混合料;
d、将发泡混合料放入模具中,将模具升温至195℃,然后以0.6MPa的压力加压10min;
e、最后开模,使熔融物料快速膨胀发泡,冷却后得到聚丙烯微孔发泡材料。
实施例2
一种聚丙烯微孔发泡材料的制备方法,其步骤如下:
a、改性纳米碳酸氢钠的制备:在30℃下,配置20g碳酸氢钠的质量分数为10wt.%的碳酸氢钠溶液、乙醇为质量分数为4wt.%的水溶液;随后以50mL/min的速度加入液氮进行预冷冻,再将冷冻好的碳酸氢钠和乙醇的水溶液放入冷冻干燥箱,冷冻干燥箱的冷凝器温度为-40℃,真空度为10Pa,板层温度为-5℃,最后冷干得到纳米碳酸氢钠;称取5g纳米碳酸氢钠和2.5g硬脂酸加入到50mL乙醚中,通过不断搅拌使乙醚完全挥发后,在60℃下干燥12h后,研磨20min后用900目的筛子过筛,得到改性纳米碳酸氢钠;
b、将密炼机温度升至170℃后,启动转子,以60r/min的速度转动;
c、将聚丙烯与发泡剂颗粒按100:4的质量比混合加入密炼机,充分混合10min后,出料得到发泡混合料;
d、将发泡混合料放入模具中,将模具升温至190℃,然后以0.4MPa的压力加压15min;
e、最后开模,使熔融物料快速膨胀发泡,冷却后得到聚丙烯微孔发泡材料。
实施例3
一种聚丙烯微孔发泡材料的制备方法,其步骤如下:
a、改性纳米碳酸氢钠的制备:在30℃下,配置20g碳酸氢钠的质量分数为40wt.%的碳酸氢钠溶液、乙醇的质量分数为2wt.%的水溶液;随后以50mL/min的速度加入液氮进行预冷冻,再将冷冻好的碳酸氢钠和乙醇的水溶液放入冷冻干燥箱,冷冻干燥箱的冷凝器温度为-80℃,真空度为20Pa,板层温度为-5℃,最后冷干得到纳米碳酸氢钠;称取5g纳米碳酸氢钠和4g硬脂酸加入到50mL乙醚中,通过不断搅拌使乙醚完全挥发后,在60℃下干燥12h后,研磨20min后用900目的筛子过筛,得到改性纳米碳酸氢钠。
b、将密炼机温度升至180℃后,启动转子,以40r/min的速度转动;
c、将聚丙烯与发泡剂颗粒按100:8的质量比混合加入密炼机,充分混合5min后,出料得到发泡混合料;
d、将发泡混合料放入模具中,将模具升温至200℃,然后以0.8MPa的压力加压20min;
e、最后开模,使熔融物料快速膨胀发泡,冷却后得到聚丙烯微孔发泡材料。
实施例4
一种聚丙烯微孔发泡材料的制备方法,其步骤如下:
a、改性纳米碳酸氢钠的制备:在30℃下,配置20g碳酸氢钠的质量分数为5wt.%的碳酸氢钠溶液、乙醇的质量分数为8wt.%的水溶液;随后以50mL/min的速度加入液氮进行预冷冻,再将冷冻好的碳酸氢钠和乙醇的水溶液放入冷冻干燥箱,冷冻干燥箱的冷凝器温度为-60℃,真空度为15Pa,板层温度为-5℃,最后冷干得到纳米碳酸氢钠;称取5g纳米碳酸氢钠和5g硬脂酸加入到50mL乙醚中,通过不断搅拌使乙醚完全挥发后,在60℃下干燥12h后,研磨20min后用900目的筛子过筛,得到改性纳米碳酸氢钠。
b、将密炼机温度升至165℃后,启动转子,以20r/min的速度转动;
c、将聚丙烯与发泡剂颗粒按100:10的质量比混合加入密炼机,充分混合20min后,出料得到发泡混合料;
d、将发泡混合料放入模具中,将模具升温至195℃,然后以0.2MPa的压力加压10min;
e、最后开模,使熔融物料快速膨胀发泡,冷却后得到聚丙烯微孔发泡材料。
对本发明上述实施例制备的聚丙烯微孔发泡材料样条以及未经发泡的聚丙烯材料样条进行力学性能测试。冲击性能采用简支梁冲击实验机进行测试,拉伸性能和弯曲性能采用万能拉力机进行测试,拉伸速率为10mm/min,压制速度为10mm/min,上述实施例试验结果见下表1。结果表明,聚丙烯微孔发泡材料相比于未发泡聚丙烯材料,冲击强度提高了50.2%左右,弯曲强度提高了39%左右。
表1 力学性能测试
由以上实施例可以看出,本发明提供了一种工艺简单、易于操作、生产周期短的制备聚丙烯微孔发泡材料的方法。本发明提供的自制的纳米碳酸氢钠制备的聚丙烯微孔发泡材料可以获得泡孔直径小且均匀的气泡,泡孔直径为300~500nm;与未发泡的聚丙烯材料相比,冲击强度提高了约50.2%,弯曲强度提高了约39%,具有更好地力学性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,当不能以此限定本发明实施的范围,即大凡依本发明申请专利范围及发明说明内容所作的简单等效变化与修饰,皆仍属本发明专利涵盖的范围内。
Claims (10)
1.一种聚丙烯微孔发泡材料,其特征在于,有聚丙烯颗粒与发泡剂的按质量比为100:2~100:10制成。
2.根据权利要求1所述的聚丙烯微孔发泡材料,其特征在于,所述发泡剂是改性纳米碳酸氢钠。
3.根据权利要求2所述的聚丙烯微孔发泡材料,其特征在于,所述改性纳米碳酸氢钠的制备方法包括的步骤如下:
(1)分别配置质量分数为5~40wt.%的碳酸氢钠水溶液和质量分数为0~10wt.%的乙醇水溶液,随后加入液氮进行预冷冻,再将冷冻好的碳酸氢钠和乙醇的水溶液放入冷冻干燥箱,冷冻干燥箱的冷凝器温度为-40~-80℃冷干得到纳米碳酸氢钠;
(2)再将得到的纳米碳酸氢钠和硬脂酸按10:2~1:1的质量比加入到乙醚中,通过不断搅拌使乙醚完全挥发,然后干燥,研磨。
4.根据权利要求3所述的聚丙烯微孔发泡材料,其特征在于,
所述(2)步骤中,纳米碳酸氢钠和硬脂酸的总质量与乙醚的质量比为1:3~1:6。
5.根据权利要求3所述的聚丙烯微孔发泡材料,其特征在于,改性纳米碳酸氢钠的制备方法包括的步骤如下:
(1)在30℃下,分别配置质量分数为5~40wt.%的碳酸氢钠水溶液和质量分数为0~10wt.%的乙醇水溶液,随后以50mL/min的速度加入液氮进行预冷冻,再将冷冻好的碳酸氢钠和乙醇的水溶液放入冷冻干燥箱,冷冻干燥箱的冷凝器温度为-40~-80℃,真空度为10~20Pa,板层温度为-5℃,最后冷干得到纳米碳酸氢钠;
(2)再将得到的纳米碳酸氢钠和硬脂酸按10:2~1:1的质量比加入到乙醚中,通过不断搅拌使乙醚完全挥发,然后在60℃下干燥12h,研磨20min后用900目的筛子过筛。
6.根据权利要求1-5任一所述的聚丙烯微孔发泡材料的制备方法,其特征在于,其包括的步骤如下:
a、先将密炼机升温至165~180℃,之后启动转子转速为30~60r/min;
b、将聚丙烯颗粒与发泡剂按质量比为100:2~100:10混合加入密炼机,充分混合均匀后,出料得到发泡混合料;
c、将发泡混合料放入模具中,将模具升温至190~200℃,然后以0.4~1MPa压力加压10~20min,使发泡剂充分分解;
d、最后开模,使熔融物料快速膨胀发泡,冷却后得到聚丙烯微孔发泡材料。
7.根据权利要求6所述的聚丙烯微孔发泡材料的制备方法,其特征在于,所述聚丙烯颗粒与发泡剂的质量比为100:4~100:8。
8.根据权利要求6所述的聚丙烯微孔发泡材料的制备方法,其特征在于,所述所述密炼机的温度为170~175℃,所述密炼机转子转速为40~50r/min。所述混合时间为5~15min。
9.根据权利要求6所述的聚丙烯微孔发泡材料的制备方法,其特征在于,所述模具温度为193~197℃。
10.根据权利要求9所述的聚丙烯微孔发泡材料的制备方法,其特征在于,所述模压压力为0.6~0.8Mpa,所述加压时间为12~18min。
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2021
- 2021-05-14 CN CN202110528509.3A patent/CN113292789A/zh active Pending
Non-Patent Citations (1)
Title |
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石璞等: "超细NaHCO_3的制备及在聚丙烯微孔发泡材料中的应用", 高分子材料科学与工程, vol. 33, no. 04, pages 87 - 93 * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114715877A (zh) * | 2022-04-20 | 2022-07-08 | 嘉应学院 | 一种高比表面积多孔碳材料及其制备方法 |
CN114715877B (zh) * | 2022-04-20 | 2023-08-11 | 嘉应学院 | 一种高比表面积多孔碳材料及其制备方法 |
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