CN114133644B - 一种表面光滑的聚烯烃发泡材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及C08L高分子发泡材料技术领域，更具体地，本发明提供了一种表面光滑的聚烯烃发泡材料及其制备方法。本发明以聚乙烯、乙烯‑丙烯酸酯共聚物、苯乙烯‑乙烯‑丙烯‑苯乙烯嵌段共聚物为聚烯烃体系，向其中引入了滑石粉、纳米氧化铈、芥酸酰胺等助剂，制备得到的聚烯烃发泡材料相比，在具有优异开孔率和闭孔、表面光滑度的同时，制备工艺可控性高、制备原料简单易得，步骤简单安全环保，有利于工业化大规模生产。

Description

一种表面光滑的聚烯烃发泡材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及C08L高分子发泡材料技术领域，更具体地，本发明提供了一种表面光滑的聚烯烃发泡材料及其制备方法。
背景技术
高分子材料因具有耐腐蚀性强、电绝缘性佳、易加工等特点，被广泛的应用于工业研究加工的各个领域。其中，聚烯烃作为一类重要的高分子材料，因具有良好的机械强度、耐水性、耐化学腐蚀性，在电线电缆、薄膜、包装、机械等领域得到了充分的应用。近年来，随着工业化进程的飞速发展，在能源紧缺、功能要求增高的背景下，聚烯烃的微孔发泡材料逐渐进入了工业研发工作者们的视野当中。而现有技术中关于聚烯烃的微孔发泡技术出现发泡材料表面平滑性不佳、开孔率低、回弹速度快、工艺可控性低、步骤复杂等缺点。
专利公开号为CN107325368A的中国发明专利公开了一种开孔电子辐照交联聚烯烃发泡材料及其制备方法，在本公开发明中采用电子辐照工艺，采用偶氮二甲酰胺作为发泡剂，向其中加入了抗氧剂、发泡活化剂等助剂，着重解决了现有技术中交联聚烯烃发泡材料主要为闭孔的缺陷，其工艺制备得到的聚烯烃发泡材料具有100％的开孔率，但其工艺需将闭孔的发泡材料经过压延机反复压延，整个过程耗费大量的能源，且步骤繁多，不符合“简单、环保”的工业研发理念。
专利公开号为CN106046483A的中国发明专利公开了一种吸音隔热聚烯烃发泡片材及其制备方法，在本公开专利中向低密度聚乙烯中引入了高熔点树脂、泡孔调节剂等助剂，开发了一种同时具有优异吸音和隔热功能的聚烯烃发泡材料，但其发泡材料的表面光滑度、回弹性、拉伸性能并未得到突出体现，进一步限制了发泡材料在工业中的应用范围。
因此，开发一种在具备优异开孔率、表面平滑性、拉伸性能的同时，还具有步骤简单、工艺可控度高的聚烯烃发泡材料在工业加工过程中的吸附领域具有潜在的应用价值。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明第一方面提供了一种表面光滑的聚烯烃发泡材料，按重量份计，制备原料包括以下组分：聚烯烃100-140份，结晶度控制剂6-10份，发泡促进剂0.5-5份，脂肪酸酰胺类化合物0.1-1份，发泡剂20-30份。
作为本发明一种优选的技术方案，所述聚烯烃包括聚乙烯、乙烯-丙烯酸酯类共聚物、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚丙烯、聚丁烯、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物中的至少一种。
作为本发明一种更优选的技术方案，所述聚烯烃为聚乙烯、乙烯-丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物，聚乙烯、乙烯-丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物的重量比为(0.5-1.5)：(0.1-0.8)：(0.2-0.6)。
作为本发明一种最优选的技术方案，所述聚乙烯、乙烯-丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物的重量比为1：0.5：0.3。
作为本发明一种优选的技术方案，所述聚乙烯的熔体流动速率为5-15g/min。
作为本发明一种优选的技术方案，所述乙烯-丙烯酸酯共聚物包括乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯酸丙酯共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物中的至少一种。
作为本发明一种更优选的技术方案，所述乙烯-丙烯酸甲酯共聚物中甲基丙烯酸含量为5-15wt％。
作为本发明一种优选的技术方案，所述苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物的在30℃，15wt％甲苯溶液粘度为1000-1400mPa.s。
作为本发明一种优选的技术方案，所述结晶度控制剂包括滑石粉、纳米氧化铈、炭黑、蒙脱土、高岭土中的至少一种。
作为本发明一种更优选的技术方案，所述结晶度控制剂为滑石粉、纳米氧化铈，滑石粉、纳米氧化铈的重量比为(0.8-1.4)：(0.1-0.5)。
作为本发明一种最优选的技术方案，所述滑石粉、纳米氧化铈的重量比为1：0.3。
作为本发明一种优选的技术方案，所述滑石粉的粒度为1000-1500目。
作为本发明一种更优选的技术方案，所述滑石粉的粒度为1250目。
作为本发明一种优选的技术方案，所述纳米氧化铈的比表面积为20-100m2/g。
作为本发明一种更优选的技术方案，所述纳米氧化铈的比表面积为30-60m2/g。
本申请人意外发现，当向体系中加入滑石粉、纳米氧化铈，尤其当滑石粉的粒度为1250目，纳米氧化铈的比表面积为30-60m2/g时，可以促进本体系中非均相成核方式的形成，提升泡孔的分布均匀度和稳定性，增强发泡过程中的可控度，增强体系的发泡效果，提升生产泡孔的成功率，当滑石粉和纳米氧化铈的重量比为1：0.3时，可以使得体系中泡孔的密度和泡孔分布的均匀度达到平衡，有效降低体系中滑石粉和纳米氧化铈易团聚的现象，在提升聚烯烃发泡材料拉伸强度的同时，进一步提升了聚烯烃发泡材料的表面平滑度。
作为本发明一种优选的技术方案，所述发泡促进剂的比表面积为20-80m2/g。
作为本发明一种优选的技术方案，所述发泡促进剂包括氧化锌、氧化锆、氧化铬、氧化锆中的至少一种。
作为本发明一种更优选的技术方案，所述发泡促进剂为氧化锌。
作为本发明一种优选的技术方案，所述脂肪酸酰胺类化合物包括硬脂酸酰胺、N,N-亚乙基双硬脂酰胺、油酸酰胺、芥酸酰胺、硬脂酸正丁酯、甘油三羟硬脂酸酯中的至少一种。
作为本发明一种更优选的技术方案，所述脂肪酸酰胺类化合物为芥酸酰胺。
本申请人意外发现，当向体系中加入芥酸酰胺时，在改善本体系的粘度和流动性的同时，还降低了体系中聚烯烃分子链间的内聚力，增加分子链的运动速率，促使本体系中其它组分在聚烯烃体系中的分散均匀度，增加了泡孔在滑石粉和纳米氧化铈表面异相成核的成功率，提升了发泡材料的发泡效果和表面光滑度。
作为本发明一种优选的技术方案，所述发泡剂为液体二氧化钛。
作为本发明一种优选的技术方案，所述制备原料还包括硅油，其加入量是聚烯烃的15-25％。
作为本发明一种优选的技术方案，所述硅油中含有乙烯基、环氧基、氨基、羟基、羧基中的至少一种。
作为本发明一种更优选的技术方案，所述硅油为含有乙烯基的硅油。
作为本发明一种优选的技术方案，所述含有乙烯基的硅油为端乙烯基硅油，运动粘度为1250-1500mm2/s。
作为本发明一种优选的技术方案，所述制备原料还包括金属盐类化合物，其加入量是聚烯烃的3-7％。
作为本发明一种优选的技术方案，所述金属盐类化合物包括硫酸钡、碳酸钙、硅酸钙中的至少一种。
作为本发明一种更优选的技术方案，所述金属盐类化合物为硫酸钡。
本发明第二方面提供一种表面光滑的聚烯烃发泡材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚烯烃、硅油、发泡促进剂、脂肪酸酰胺类化合物、金属盐类化合物加入搅拌机中搅拌20-40min，得到混合均匀的混合物；
(2)将步骤(1)所述混合物通过加料口加入挤出机，并在挤出机的压缩段注入发泡剂，经过发泡、挤出、拉伸冷却、造粒，即得所述聚烯烃发泡材料。
其中，步骤(1)所述搅拌机的转速为300-400r/min；
步骤(2)所述挤出机的温度为120-140℃。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明制备得到的聚烯烃发泡材料，当向体系中加入质量比为1：0.3的滑石粉、纳米氧化铈，尤其当滑石粉的粒度为1250目，纳米氧化铈的比表面积为30-60m2/g时，可以在提升泡孔的分布均匀度和稳定性，增强体系的发泡效果的同时，还使得体系中泡孔的密度和泡孔分布的均匀度得到兼顾，在提升聚烯烃发泡材料拉伸强度的同时，增强了聚烯烃发泡材料的表面光滑度；
2、本发明制备得到的聚烯烃发泡材料，当向体系中引入比表面积为35-65m2/g的氧化锌时，其在聚乙烯、乙烯-丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物体系中具有优异的分散性，在改善体系粘度的同时，还改善了体系的表面张力，使得本体系中的液体二氧化碳与聚烯烃体系具有更好的相容性，提高了发泡材料的开孔率和拉伸强度；
3、本发明制备得到的聚烯烃发泡材料，当向体系中加入芥酸酰胺时，可以显著改善体系的粘度和流动性，进一步增加了聚烯烃分子链的运动程度，改善了本体系中其它组分在聚烯烃体系中的分散均匀度，增加了泡孔在滑石粉和纳米氧化铈表面异相成核的成功率，提升了发泡材料的发泡效果和表面光滑度；
4、本发明制备得到的聚烯烃发泡材料，当向体系中加入粘度为1400mm2/s的端乙烯基硅油，在改善体系粘度和流动性的同时，还改善了体系中形成泡孔的稳定性，提升了发泡过程中的可控度，避免了泡孔坍塌、破裂、合并的现象；
5、本发明制备得到的聚烯烃发泡材料，采用了简单易得的液体二氧化碳作为物理发泡剂，在提升工艺环保性的同时，不参与体系中的化学反应，保证了体系结构的稳定性，还提升了聚烯烃体系的发泡效果，增强泡孔的成核成功率，本方案制备得到的发泡材料具有高的开孔率和闭孔率，且表面光滑度高，进一步扩展了聚烯烃发泡材料在工业吸附领域的应用方位，同时整个工艺原料简单易得，步骤简单安全环保，有利于工业化大规模生产。
具体实施方式
实施例
实施例1
实施例1提供了一种表面光滑的聚烯烃发泡材料，按重量份计，制备原料包括以下组分：聚烯烃100份，结晶度控制剂6份，发泡促进剂0.5份，脂肪酸酰胺类化合物0.1份，发泡剂20份。
所述聚烯烃为聚乙烯、乙烯-丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物，聚乙烯、乙烯-丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物的重量比为1：0.5：0.3；所述聚乙烯购自东莞市承顺塑胶有限公司，型号为1810D，流动速率为10g/min；乙烯-丙烯酸酯共聚物购自东莞市宝佳塑胶有限公司，型号为1209A，乙烯-丙烯酸甲酯共聚物中甲基丙烯酸含量为9wt％；苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物上海阜润塑化科技有限公司，型号为SEPTON 1001，在30℃，15wt％甲苯溶液粘度为1200mPa.s；
所述结晶度控制剂为滑石粉、纳米氧化铈，滑石粉、纳米氧化铈的重量比为1：0.3；所述滑石粉购自石家庄市亿田产品有限公司，型号为TAL，粒度为1250目；纳米氧化铈购自宣城晶瑞新材料有限公司，型号为VK-CeO01，比表面积为30-60m2/g；
所述发泡促进剂为氧化锌，氧化锌购自兰州黄河锌镁纳米材料研究所，比表面积为35-65m2/g；
所述脂肪酸酰胺类化合物为芥酸酰胺，芥酸酰胺的CAS号为112-84-5；
所述发泡剂为液体二氧化碳，液体二氧化碳购自沧州恒泰气体有限公司；
所述制备原料中还包括硅油，所述硅油为端乙烯基硅油，加入量是聚烯烃的20％，购自深圳市吉鹏硅氟材料有限公司，运动粘度为1350mm2/s；
所述制备原料中还包括金属盐类化合物，所述金属盐类化合物为硫酸钡，加入量是聚烯烃的5％，硫酸钡的CAS号为13462-86-7；
所述表面光滑的聚烯烃发泡材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚烯烃、硅油、发泡促进剂、脂肪酸酰胺类化合物、金属盐类化合物加入搅拌机中搅拌30min，得到混合均匀的混合物；
(2)将步骤(1)所述混合物通过加料口加入挤出机，并在挤出机的压缩段注入发泡剂，经过发泡、挤出、拉伸冷却、造粒，即得所述聚烯烃发泡材料。
其中，步骤(1)所述搅拌机的转速为350r/min；
步骤(2)殴挤出机的温度为130℃。
实施例2
实施例2提供了一种表面光滑的聚烯烃发泡材料，按重量份计，制备原料包括以下组分：聚烯烃140份，结晶度控制剂10份，发泡促进剂5份，脂肪酸酰胺类化合物1份，发泡剂30份。
所述聚烯烃为聚乙烯、乙烯-丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物，聚乙烯、乙烯-丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物的重量比为1：0.5：0.3；所述聚乙烯购自东莞市承顺塑胶有限公司，型号为1810D，流动速率为10g/min；乙烯-丙烯酸酯共聚物购自东莞市宝佳塑胶有限公司，型号为1209A，乙烯-丙烯酸甲酯共聚物中甲基丙烯酸含量为9wt％；苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物上海阜润塑化科技有限公司，型号为SEPTON 1001，在30℃，15wt％甲苯溶液粘度为1200mPa.s；
所述结晶度控制剂为滑石粉、纳米氧化铈，滑石粉、纳米氧化铈的重量比为1：0.3；所述滑石粉购自石家庄市亿田产品有限公司，型号为TAL，粒度为1250目；纳米氧化铈购自宣城晶瑞新材料有限公司，型号为VK-CeO01，比表面积为30-60m2/g；
所述发泡促进剂为氧化锌，氧化锌购自兰州黄河锌镁纳米材料研究所，比表面积为35-65m2/g；
所述脂肪酸酰胺类化合物为芥酸酰胺，芥酸酰胺的CAS号为112-84-5；
所述发泡剂为液体二氧化碳，液体二氧化碳购自沧州恒泰气体有限公司；
所述制备原料中还包括硅油，所述硅油为端乙烯基硅油，加入量是聚烯烃的20％，购自深圳市吉鹏硅氟材料有限公司，运动粘度为1350mm2/s；
所述制备原料中还包括金属盐类化合物，所述金属盐类化合物为硫酸钡，加入量是聚烯烃的5％，硫酸钡的CAS号为13462-86-7；
所述表面光滑的聚烯烃发泡材料的制备方法同实施例1。
实施例3
实施例3提供了一种表面光滑的聚烯烃发泡材料，按重量份计，制备原料包括以下组分：聚烯烃110份，结晶度控制剂8份，发泡促进剂1份，脂肪酸酰胺类化合物0.5份，发泡剂22份。
所述聚烯烃为聚乙烯、乙烯-丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物，聚乙烯、乙烯-丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物的重量比为1：0.5：0.3；所述聚乙烯购自东莞市承顺塑胶有限公司，型号为1810D，流动速率为10g/min；乙烯-丙烯酸酯共聚物购自东莞市宝佳塑胶有限公司，型号为1209A，乙烯-丙烯酸甲酯共聚物中甲基丙烯酸含量为9wt％；苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物上海阜润塑化科技有限公司，型号为SEPTON 1001，在30℃，15wt％甲苯溶液粘度为1200mPa.s；
所述结晶度控制剂为滑石粉、纳米氧化铈，滑石粉、纳米氧化铈的重量比为1：0.3；所述滑石粉购自石家庄市亿田产品有限公司，型号为TAL，粒度为1250目；纳米氧化铈购自宣城晶瑞新材料有限公司，型号为VK-CeO01，比表面积为30-60m2/g；
所述发泡促进剂为氧化锌，氧化锌购自兰州黄河锌镁纳米材料研究所，比表面积为35-65m2/g；
所述脂肪酸酰胺类化合物为芥酸酰胺，芥酸酰胺的CAS号为112-84-5；
所述发泡剂为液体二氧化碳，液体二氧化碳购自沧州恒泰气体有限公司；
所述制备原料中还包括硅油，所述硅油为端乙烯基硅油，加入量是聚烯烃的18％，购自深圳市吉鹏硅氟材料有限公司，运动粘度为1350mm2/s；
所述制备原料中还包括金属盐类化合物，所述金属盐类化合物为硫酸钡，加入量是聚烯烃的4.5％，硫酸钡的CAS号为13462-86-7；
所述表面光滑的聚烯烃发泡材料的制备方法同实施例1。
对比例1
对比例1具体的实施方式同实施例3，不同之处在于，所述结晶度控制剂为山梨醇。
对比例2
对比例2具体的实施方式同实施例3，不同之处在于，没有加入脂肪酸酰胺类化合物。
性能评价
(1)拉伸性能测试
将实施例1-3、对比例1-2制备得到的聚烯烃发泡材料按照GB/T528-2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》，测得数据见表1；
(2)闭孔率性能测试
将实施例1-3、对比例1-2制备得到的聚烯烃发泡材料按照GB/T10799-2008《硬质泡沫塑料开孔和闭孔体积百分率测定》，测得数据见表1；
表1

Claims (1)

1.一种表面光滑的聚烯烃发泡材料，其特征在于，按重量份计，制备原料至少包含以下组分：聚烯烃110份，结晶度控制剂8份，发泡促进剂1份，脂肪酸酰胺类化合物0.5份，发泡剂22份；
所述聚烯烃为聚乙烯、乙烯-丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物，所述聚乙烯、乙烯-丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物的重量比为(0.5-1.5)：(0.1-0.8)：(0.2-0.6)；
所述聚乙烯的熔体流动速率为10g/min；所述乙烯-丙烯酸酯共聚物为乙烯-丙烯酸甲酯共聚物；乙烯-丙烯酸甲酯共聚物中甲基丙烯酸含量为9wt%；苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物在30℃，15wt%甲苯溶液粘度为1200mPa.s；
所述结晶度控制剂为滑石粉、纳米氧化铈，滑石粉、纳米氧化铈的重量比为1：0.3；所述滑石粉的粒度为1250目，纳米氧化铈的比表面积为30-60 m2/g；
所述制备原料还包括硅油，其加入量是聚烯烃的15-25％；所述硅油为端乙烯基硅油，所述端乙烯基硅油的运动粘度为1350 mm2/s；
所述制备原料还包括金属盐类化合物，其加入量是聚烯烃的3-7％，所述金属盐类化合物为硫酸钡；
所述发泡促进剂为氧化锌，所述发泡促进剂的比表面积为35-65m2/g；
所述脂肪酸酰胺类化合物为芥酸酰胺；
所述发泡剂为液体二氧化碳；
所述发泡材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将聚烯烃、硅油、发泡促进剂、脂肪酸酰胺类化合物、金属盐类化合物和结晶度控制剂加入搅拌机中搅拌20-40min，得到混合均匀的混合物；
（2）将步骤（1）所述混合物通过加料口加入挤出机，并在挤出机的压缩段注入发泡剂，经过发泡、挤出、拉伸冷却、造粒，即得所述聚烯烃发泡材料；
步骤(2)所述挤出机的温度为120-140℃。
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