CN113549268A - 一种发泡聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及发泡材料技术领域，尤其涉及一种发泡聚丙烯材料及其制备方法。所述发泡聚丙烯材料由包括以下重量份的原料制备得到：聚丙烯74～98份；聚丁烯合金2～25份；抗氧剂0.05～0.9份；润滑剂0.05～2份。本发明采用聚丙烯和聚丁烯合金共混，二者可以在不添加增溶剂的情况下良好共混，同时配合抗氧剂和润滑剂协同作用，最终得到的发泡聚丙烯材料的起始熔融温度和熔融温度较低，熔程较宽，从而使得后期加工窗口变宽，发泡温度降低，有效降低了成本；同时，本发明提供的发泡聚丙烯材料耐高温、耐蠕变、高抗冲、低收缩，力学性能较优。

Description

一种发泡聚丙烯材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及发泡材料技术领域，尤其涉及一种发泡聚丙烯材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯发泡制品具有较高的拉伸强度和较高的弹性模量、良好的热稳定性(最高使用温度达130℃，而聚苯乙烯仅80℃)、良好的尺寸稳定性及耐环境应力开裂性能；另外，由于聚丙烯分子链上甲基的存在使其本身的降解性能也优于其他发泡材料。这些特点使得发泡聚丙烯材料在汽车、包装及建筑行业得到了广泛的应用。
虽然聚丙烯发泡材料有以上优点，但是普通的聚丙烯为结晶性聚合物，当其加工温度超过熔点时，其熔体粘度瞬间下降。因而，适于普通PP发泡材料的发泡温度较高、发泡温度范围较窄(约4℃)，只能在熔点范围附近发泡。因此，如何降低聚丙烯材料的发泡温度，拓宽发泡温度区间，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种发泡聚丙烯材料及其制备方法，本发明提供的发泡聚丙烯材料的发泡温度较低，发泡温度区间较宽。
本发明提供了一种发泡聚丙烯材料，由包括以下重量份的原料制备得到：
Figure BDA0003169132130000011
优选的，所述聚丙烯包括均聚聚丙烯、无规共聚聚丙烯和嵌段共聚聚丙烯中的至少一种。
优选的，所述聚丙烯在2.16kg负荷、230℃测试温度下的熔融指数为0.1～30g/10min；
所述聚丙烯的重均分子量为200000～1000000。
优选的，所述聚丁烯合金中，聚丁烯组分含量为60wt％～95wt％，聚丙烯组分含量为4.9wt％～35wt％，聚丁烯-聚丙烯嵌段共聚物组分含量为0.1wt％～5wt％。
优选的，所述聚丁烯合金在2.16kg负荷、190℃测试温度下的熔融指数为0.1～30g/10min；
所述聚丁烯合金的重均分子量为200000～1000000。
优选的，所述抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂1330、抗氧剂3114、抗氧剂1076、抗氧剂626、抗氧剂168和抗氧剂618中的至少一种；
所述润滑剂包括硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸、聚乙烯蜡和氯化聚乙烯中的至少一种。
优选的，所述抗氧剂包括抗氧剂1010和抗氧剂168；
所述抗氧剂1010和抗氧剂168的质量比为1：0.5～2；
所述润滑剂包括聚乙烯蜡和硬脂酸钙；
所述聚乙烯蜡和硬脂酸钙的质量比为1：0.5～2；
所述聚乙烯蜡的数均分子量为2000～10000，所述聚乙烯蜡的聚合度为50～500，所述聚乙烯蜡的密度为0.8～1.2g/cm3。
本发明还提供了一种上文所述的发泡聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
A)将聚丙烯、聚丁烯合金、抗氧剂和润滑剂进行高速混合，得到预混料；所述高速混合的转速为300～1800r/min；
B)将所述预混料进行挤出造粒，得到发泡聚丙烯材料。
优选的，所述高速混合的时间为2～10min。
优选的，所述挤出造粒在双螺杆挤出机中进行；
所述双螺杆挤出机的一区温度为180～205℃，二区～三区温度为185～215℃，四区～五区温度为190～220℃，六区～七区温度为195～225℃，八区～九区温度为200～220℃，十区～十二区温度为195～230℃，机头温度为180～230℃；
所述双螺杆挤出机的螺杆直径为20～50mm；
所述双螺杆挤出机的螺杆长径比为30～60；
所述双螺杆挤出机的喂料频率为30～50Hz。
本发明提供了一种发泡聚丙烯材料，由包括以下重量份的原料制备得到：聚丙烯74～98份；聚丁烯合金2～25份；抗氧剂0.05～0.9份；润滑剂0.05～2份。本发明采用聚丙烯和聚丁烯合金共混，二者可以在不添加增溶剂的情况下良好共混，同时配合抗氧剂和润滑剂协同作用，最终得到的发泡聚丙烯材料的起始熔融温度和熔融温度较低，熔程较宽，从而使得后期加工窗口变宽，发泡温度降低，有效降低了成本；同时，本发明提供的发泡聚丙烯材料耐高温、耐蠕变、高抗冲、低收缩，力学性能较优。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种发泡聚丙烯材料，由包括以下重量份的原料制备得到：
Figure BDA0003169132130000031
本发明提供的发泡聚丙烯材料的制备原料包括聚丙烯。在本发明的某些实施例中，所述聚丙烯的重量份数为75～95份。在某些实施例中，所述聚丙烯的重量份数为85～95份。在某些实施例中，所述聚丙烯的重量份数为94份、89份、84份、79份或74份。
本发明中的聚丙烯为颗粒料，本发明对所述颗粒料的粒径范围并无特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的颗粒粒径范围即可。
在本发明的某些实施例中，所述聚丙烯包括均聚聚丙烯、无规共聚聚丙烯和嵌段共聚聚丙烯中的至少一种。
在本发明的某些实施例中，所述聚丙烯在2.16kg负荷、230℃测试温度下的熔融指数为0.1～30g/10min。在某些实施例中，所述聚丙烯在2.16kg负荷、230℃测试温度下的熔融指数为2～10g/10min。本发明进一步限定聚丙烯的熔融指数，可以使得发泡聚丙烯材料的熔体强度和力学性能得到提升。
在本发明的某些实施例中，所述聚丙烯的重均分子量与所述聚丁烯合金的重均分子量相当。
在本发明的某些实施例中，所述聚丙烯的重均分子量为200000～1000000。在某些实施例中，所述聚丙烯的重均分子量为250000～500000。
本发明提供的发泡聚丙烯材料的制备原料还包括聚丁烯合金。在本发明的某些实施例中，所述聚丁烯合金的重量份数为5～15份。在某些实施例中，所述聚丁烯合金的重量份数为5份、10份、15份、20份或25份。
在本发明的某些实施例中，所述聚丁烯合金中，聚丁烯组分含量为60wt％～95wt％，具体可为60wt％、65wt％、70wt％、75wt％、80wt％、85wt％、90wt％或95wt％；聚丙烯组分含量为4.9wt％～35wt％，具体可为5wt％、10wt％、15wt％、18wt％、20wt％、25wt％、30wt％或35wt％；聚丁烯-聚丙烯嵌段共聚物组分含量为0.1wt％～5wt％，具体可为0.5wt％、1wt％、1.5wt％、2wt％、2.5wt％、3wt％、3.5wt％、4wt％、4.5wt％或5wt％。
在本发明的某些实施例中，所述聚丁烯合金在2.16kg负荷、190℃测试温度下的熔融指数为0.1～30g/10min。在某些实施例中，所述聚丁烯合金在2.16kg负荷、190℃测试温度下的熔融指数为2～10g/10min。在某些实施例中，所述聚丁烯合金在2.16kg负荷、190℃测试温度下的熔融指数为0.54g/10min。
在本发明的某些实施例中，所述聚丁烯合金的重均分子量为200000～1000000。在某些实施例中，所述聚丁烯合金的重均分子量为250000～500000。在某些实施例中，所述聚丁烯合金的重均分子量为750000。
本发明提供的发泡聚丙烯材料的制备原料还包括抗氧剂。在本发明的某些实施例中，所述抗氧剂的重量份数为0.05份、0.1份、0.2份、0.3份、0.4份、0.5份或0.9份。
本发明中，所述抗氧剂包括但不限于抗氧剂1010、抗氧剂1330、抗氧剂3114、抗氧剂1076、抗氧剂626、抗氧剂168和抗氧剂618中的一种或多种。优选的，所述抗氧剂包括抗氧剂1010和抗氧剂168。在本发明的某些实施例中，所述抗氧剂1010和抗氧剂168的质量比为1：0.5～2，具体可以为1：0.5、1：1、1：1.5或1：2。
本发明提供的发泡聚丙烯材料的制备原料还包括润滑剂。在本发明的某些实施例中，所述润滑剂的重量份数为0.05份、0.1份、0.2份、0.3份、0.4份、0.5份、1份、1.5份或2份。
本发明中，所述润滑剂包括但不限于硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸、聚乙烯蜡、氯化聚乙烯中的一种或多种，优选为聚乙烯蜡与硬脂酸钙复配，所述聚乙烯蜡和硬脂酸钙的质量比优选为1：0.5～2，具体可为1：0.5、1：1、1：1.5或1：2。其中，所述聚乙烯蜡的数均分子量优选为2000～10000，更优选为3000～5000，在某些实施例中，所述聚乙烯蜡的数均分子量为4500；所述聚乙烯蜡的聚合度优选为50～500，更优选为100～200，在某些实施例中，所述聚乙烯蜡的聚合度为150；所述聚乙烯蜡的密度优选为0.8～1.2g/cm3，更优选为0.95g/cm3。
本发明还提供了一种上文所述的发泡聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
A)将聚丙烯、聚丁烯合金、抗氧剂和润滑剂进行高速混合，得到预混料；所述高速混合的转速为300～1800r/min；
B)将所述预混料进行挤出造粒，得到发泡聚丙烯材料。
本发明提供的发泡聚丙烯材料的制备方法中，采用的原料组分和配比同上，在此不再赘述。
本发明先将聚丙烯、聚丁烯合金、抗氧剂和润滑剂进行高速混合，得到预混料。
在本发明的某些实施例中，所述高速混合的转速为500～1500r/min。在某些实施例中，所述高速混合的转速为500r/min。在本发明的某些实施例中，所述高速混合的时间为2～10min或4～6min。在某些实施例中，所述高速混合的时间为3min。在本发明的某些实施例中，所述高速混合在高速混合机中进行。
得到预混料后，将所述预混料进行挤出造粒，得到发泡聚丙烯材料。
在本发明的某些实施例中，所述挤出造粒在双螺杆挤出机中进行。
在本发明的某些实施例中，所述双螺杆挤出机的一区温度为180～205℃，二区～三区温度为185～215℃，四区～五区温度为190～220℃，六区～七区温度为195～225℃，八区～九区温度为200～220℃，十区～十二区温度为195～230℃，机头温度为180～230℃。在某些实施例中，所述双螺杆挤出机的一区温度为185，二区～三区温度为205℃，四区～五区温度为210℃，六区～七区温度为215℃，八区～九区温度为220℃，十区～十二区温度为225℃，机头温度为205℃。
在本发明的某些实施例中，所述双螺杆挤出机的螺杆直径为20～50mm，具体可为20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm或50mm。
在本发明的某些实施例中，所述双螺杆挤出机的螺杆长径比为30～60，具体可为30、35、40、45、48、50、55或60。
在本发明的某些实施例中，所述双螺杆挤出机的喂料频率为30～50Hz。在某些实施例中，所述双螺杆挤出机的喂料频率为40Hz。
本发明对上文采用的原料的来源并无特殊的限制，可以为一般市售。
本发明采用聚丙烯和聚丁烯合金共混，二者可以在不添加增溶剂的情况下良好共混，同时配合抗氧剂和润滑剂协同作用，最终得到的发泡聚丙烯材料的起始熔融温度和熔融温度较低，熔程较宽，从而使得后期加工窗口变宽，发泡温度降低，有效降低了成本；同时，本发明提供的发泡聚丙烯材料耐高温、耐蠕变、高抗冲、低收缩，力学性能较优。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种发泡聚丙烯材料及其制备方法进行详细描述，但不能将其理解为对本发明保护范围的限定。
以下实施例中所用的原料均为市售。
实施例1
1)成分设计：
聚丙烯94重量份、聚丁烯合金5重量份、抗氧剂0.9重量份、润滑剂0.1重量份；
其中，聚丁烯合金中，聚丁烯含量为80wt％，聚丙烯含量为18wt％，聚丁烯-聚丙烯嵌段共聚物含量为2wt％，重均分子量为750000，熔融指数(190℃，2.16kg)为0.54g/10min；
抗氧剂为1010和抗氧剂168按质量比1：1复配；
润滑剂为聚乙烯蜡和硬脂酸钙按质量比1：1复配；所述聚乙烯蜡的数均分子量为4500，聚合度为150，密度为0.95g/cm3。
2)发泡聚丙烯材料的制备：
按照上述成分设计，将原料经高速混合机进行高速混合，所述高速混合的转速为500r/min，时间为3min，得到预混料；之后，将预混料经双螺杆挤出机进行挤出造粒，得到发泡聚丙烯材料。其中，挤出机一区温度为185℃，二区～三区温度为205℃，四区～五区温度为210℃，六区～七区温度为215℃，八区～九区温度为220℃，十区～十二区温度为225℃，机头温度为205℃，螺杆直径为35mm，螺杆长径比为48，喂料频率设置为40Hz。
实施例2
1)成分设计：
聚丙烯89重量份、聚丁烯合金10重量份、抗氧剂0.9重量份、润滑剂0.1重量份；
其中，聚丁烯合金中，聚丁烯含量为80wt％，聚丙烯含量为18wt％，聚丁烯-聚丙烯嵌段共聚物含量为2wt％，重均分子量为750000，熔融指数(190℃，2.16kg)为0.54g/10min；
抗氧剂为1010和168按质量比1:1复配；
润滑剂为聚乙烯蜡和硬脂酸钙按质量比1：1复配；所述聚乙烯蜡的数均分子量为4500，聚合度为150，密度为0.95g/cm3。
2)发泡聚丙烯材料的制备：
按照上述成分设计，将原料经高速混合机进行高速混合，所述高速混合的转速为500r/min，得到预混料；之后，将预混料经双螺杆挤出机进行挤出造粒，得到发泡聚丙烯材料。其中，挤出机一区温度为185℃，二区～三区温度为205℃，四区～五区温度为210℃，六区～七区温度为215℃，八区～九区温度为220℃，十区～十二区温度为225℃，机头温度为205℃，螺杆直径为35mm，螺杆长径比为48，喂料频率设置为40Hz。
实施例3
1)成分设计：
聚丙烯84重量份、聚丁烯合金15重量份、抗氧剂0.9重量份、润滑剂0.1重量份；
其中，聚丁烯合金中，聚丁烯含量为80wt％，聚丙烯含量为18wt％，聚丁烯-聚丙烯嵌段共聚物含量为2wt％，重均分子量为750000，熔融指数(190℃，2.16kg)为0.54g/10min；
抗氧剂为1010和168按质量比1:1复配；
润滑剂为聚乙烯蜡和硬脂酸钙按质量比1：1复配；所述聚乙烯蜡的数均分子量为4500，聚合度为150，密度为0.95g/cm3。
2)发泡聚丙烯材料的制备：
按照上述成分设计，将原料经高速混合机进行高速混合，所述高速混合的转速为500r/min，得到预混料；之后，将预混料经双螺杆挤出机进行挤出造粒。其中，挤出机一区温度为185℃，二区～三区温度为205℃，四区～五区温度为210℃，六区～七区温度为215℃，八区～九区温度为220℃，十区～十二区温度为225℃，机头温度为205℃，螺杆直径为35mm，螺杆长径比为48，喂料频率设置为40Hz。
实施例4
1)成分设计：
聚丙烯79重量份、聚丁烯合金20重量份、抗氧剂0.9重量份、润滑剂0.1重量份；
其中，聚丁烯合金中，聚丁烯含量为80wt％，聚丙烯含量为18wt％，聚丁烯-聚丙烯嵌段共聚物含量为2wt％，重均分子量为750000，熔融指数(190℃，2.16kg)为0.54g/10min；
抗氧剂为1010和168按质量比1:1复配；
润滑剂为聚乙烯蜡和硬脂酸钙按质量比1：1复配；所述聚乙烯蜡的数均分子量为4500，聚合度为150，密度为0.95g/cm3。
2)发泡聚丙烯材料的制备：
按照上述成分设计，将原料经高速混合机进行高速混合，所述高速混合的转速为500r/min，得到预混料；之后，将预混料经双螺杆挤出机进行挤出造粒。其中，挤出机一区温度为185℃，二区～三区温度为205℃，四区～五区温度为210℃，六区～七区温度为215℃，八区～九区温度为220℃，十区～十二区温度为225℃，机头温度为205℃，螺杆直径为35mm，螺杆长径比为48，喂料频率设置为40Hz。
实施例5
1)成分设计：
聚丙烯74重量份、聚丁烯合金25重量份、抗氧剂0.9重量份、润滑剂0.1重量份；
其中，聚丁烯合金中，聚丁烯含量为80wt％，聚丙烯含量为18wt％，聚丁烯-聚丙烯嵌段共聚物含量为2wt％，重均分子量为750000，熔融指数(190℃，2.16kg)为0.54g/10min；
抗氧剂为1010和168按质量比1:1复配；
润滑剂为聚乙烯蜡和硬脂酸钙按质量比1：1复配；所述聚乙烯蜡的数均分子量为4500，聚合度为150，密度为0.95g/cm3。
2)发泡聚丙烯材料的制备：
按照上述成分设计，将原料经高速混合机进行高速混合，所述高速混合的转速为500r/min，得到预混料；之后，将预混料经双螺杆挤出机进行挤出造粒。其中，挤出机一区温度为185℃，二区～三区温度为205℃，四区～五区温度为210℃，六区～七区温度为215℃，八区～九区温度为220℃，十区～十二区温度为225℃，机头温度为205℃，螺杆直径为35mm，螺杆长径比为48，喂料频率设置为40Hz。
性能测试：
起始熔融温度、熔融温度、熔程按照GB/T 19466-2004标准进行测试；
拉伸强度按照GB/T 1040.1-2018标准进行测试；
弯曲强度、弯曲模量按照GB/T 9341-2008进行测试；
悬臂梁冲击强度按照GB/T 1843-2008进行测试
对实施例1～5制成的发泡聚丙烯材料进行性能测试，测试结果如表1所示：
表1实施例1～5的发泡聚丙烯材料的性能测试结果
Figure BDA0003169132130000091
从表1可以看出，本发明提供的发泡聚丙烯材料的起始熔融温度和熔融温度较低，熔程较大，拉伸强度和弯曲强度较优，抗冲击性能较优。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种发泡聚丙烯材料，由包括以下重量份的原料制备得到：
Figure FDA0003169132120000011
2.根据权利要求1所述的发泡聚丙烯材料，其特征在于，所述聚丙烯包括均聚聚丙烯、无规共聚聚丙烯和嵌段共聚聚丙烯中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的发泡聚丙烯材料，其特征在于，所述聚丙烯在2.16kg负荷、230℃测试温度下的熔融指数为0.1～30g/10min；
所述聚丙烯的重均分子量为200000～1000000。
4.根据权利要求1所述的发泡聚丙烯材料，其特征在于，所述聚丁烯合金中，聚丁烯组分含量为60wt％～95wt％，聚丙烯组分含量为4.9wt％～35wt％，聚丁烯-聚丙烯嵌段共聚物组分含量为0.1wt％～5wt％。
5.根据权利要求1所述的发泡聚丙烯材料，其特征在于，所述聚丁烯合金在2.16kg负荷、190℃测试温度下的熔融指数为0.1～30g/10min；
所述聚丁烯合金的重均分子量为200000～1000000。
6.根据权利要求1所述的发泡聚丙烯材料，其特征在于，所述抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂1330、抗氧剂3114、抗氧剂1076、抗氧剂626、抗氧剂168和抗氧剂618中的至少一种；
所述润滑剂包括硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸、聚乙烯蜡和氯化聚乙烯中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的发泡聚丙烯材料，其特征在于，所述抗氧剂包括抗氧剂1010和抗氧剂168；
所述抗氧剂1010和抗氧剂168的质量比为1：0.5～2；
所述润滑剂包括聚乙烯蜡和硬脂酸钙；
所述聚乙烯蜡和硬脂酸钙的质量比为1：0.5～2；
所述聚乙烯蜡的数均分子量为2000～10000，所述聚乙烯蜡的聚合度为50～500，所述聚乙烯蜡的密度为0.8～1.2g/cm3。
8.权利要求1所述的发泡聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
A)将聚丙烯、聚丁烯合金、抗氧剂和润滑剂进行高速混合，得到预混料；所述高速混合的转速为300～1800r/min；
B)将所述预混料进行挤出造粒，得到发泡聚丙烯材料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述高速混合的时间为2～10min。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述挤出造粒在双螺杆挤出机中进行；
所述双螺杆挤出机的一区温度为180～205℃，二区～三区温度为185～215℃，四区～五区温度为190～220℃，六区～七区温度为195～225℃，八区～九区温度为200～220℃，十区～十二区温度为195～230℃，机头温度为180～230℃；
所述双螺杆挤出机的螺杆直径为20～50mm；
所述双螺杆挤出机的螺杆长径比为30～60；
所述双螺杆挤出机的喂料频率为30～50Hz。
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