CN114806023A - 一种浮水器材发泡材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及发泡材料技术领域，具体涉及一种浮水器材发泡材料及其制备方法，本发明以PP和PE为发泡基材，添加了生物质炭粉与石墨烯粉制成的预混颗粒，然后制成子胚，再将子胚进行超临界发泡的方法制得了浮水器材发泡材料。本发明没有添加任何塑胶专用的抗菌剂，仅采用石墨烯粉，石墨烯粉具有独特的抗菌抑菌的能力，石墨烯粉以生物质炭作为载体，由于生物质炭孔隙率高，部分石墨烯粉进入到生物质炭内部的空隙中，缓慢释放，起到持久抗菌抑菌的效果，可长时间防止浮水器材长时间浸泡水中而产生的微生物。本发明可广泛应用于救生衣、漂浮板、水床、浮床、踢水板、游泳板、游泳衣、冲浪板、水上游泳玩具。
Description
技术领域
本发明涉及发泡材料技术领域，具体涉及一种浮水器材发泡材料及其制备方法。
背景技术
泡沫材料是一种新型复合材料，泡沫塑料具有质轻、隔热、隔音、缓冲、比强度高等优点。因此在包装、工业、农业、交通运输、军事工业、航天工业及日用品等领域得到广泛应用，水上运动作为一种冒险刺激的新型运动，越来越受到广大消费者的喜爱，从日常的水上乐园到刺激的海上运动这些都需要用到质轻耐用的浮水器材发泡材料。
然而浮水器材由于长时间处于湿润的环境中，也为微生物的繁殖生长创造了有利条件，特别的是霉菌生长所形成的代谢物含有有机酸和霉素，会使得浮水器材表面出现发粘、变色、变脆等现象，大大降低了浮水器材的使用寿命。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供防止浮水器材表面出现发粘、变色、变脆等现象，提高浮水器材的使用寿命的浮水器材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：
一种浮水器材发泡材料，它是以PP和PE为发泡基材，添加了质量比为（4-6）：（2-3）生物质炭粉与石墨烯粉制成的预混颗粒。
一种浮水器材发泡材料的制备方法，它包括以下步骤：
步骤一：将质量比为（4-6）：（2-3）生物质炭粉与石墨烯粉超声震荡，得到添加剂；
步骤二：将质量比为（0.1-1）：（10-30）的添加剂与PP混合进行造粒，得到预混颗粒；
步骤三：将质量比为（10-30）：（40-60）：（10-30）的预混颗粒与PP、HDPE混合，加热至熔融状态后制备所需形状的子胚；
步骤四：将所述子胚置于高压釜内并密封，往高压釜内通入体积比为3：1的氮气/氩气混合气并加压加热至所述子胚所需的熔融饱和状态并保压一定时间后，再透过快速卸压得到浮水器材发泡材料。
优选的，步骤一中生物质炭粉的预处理为将质量比为1：2-1：3的生物质炭粉浸泡在质量百分比浓度为30-40%的磷酸溶液中10-20小时，然后在450-550摄氏度加热4-6小时，将生物质炭粉清洗干燥。
优选的，所述石墨烯粉经过改性的，具体的，石墨烯粉改性的方法是将乙烯基三甲氧基硅烷和纳米二氧化钛按质量比1：30-50溶于N-甲基吡咯烷酮中，再加入0.6-0.8mol/L的氢氧化钾中于40-70℃下反应5-8h生成凝胶，离心洗涤，干燥，得到改性颗粒；再将质量比为70-80mg石墨烯粉、150-200mg改性颗粒分散在100-150ml的去离子水中，185-190℃温度下反应9-10h，自然冷却至室温，离心洗涤，干燥；最后,将干燥后的产物置于真空管式炉内，在保护气氛下，升温至600-700℃，保温3-4h，冷却得到改性石墨烯粉，经过改性后的石墨烯粉不仅具有石墨烯独有的抗菌性而且还具有二氧化钛的抗菌性，二者结合后抗菌性更持久抗菌效果更好。
优选的，所述生物质炭为微米级，二氧化钛为纳米级，石墨烯为纳米级，便于部分纳米级的石墨烯粉进入到生物质炭的内部。
为了提高生物质炭粉与石墨烯粉在PP和PE发泡基材的分散程度，提高原料间的相容程度，首先本发明先将生物质炭粉与石墨烯粉与部分PP制备成了预混颗粒，其次，在制备预混颗粒时，为了制备性能优良相容性好的的以PP为主体的预混颗粒，本发明又在步骤二中进行造粒时加入占添加剂与PP总重量1%-3%的马来酸酐接枝聚丙烯和乙烯基双硬脂酰胺的混合物，马来酸酐接枝聚丙烯和乙烯基双硬脂酰胺的质量比为1：(0.1-0.2)，马来酸酐接枝聚丙烯和乙烯基双硬脂酰胺组成的混合物具有多种极性，使得石墨烯等组分在PP基材中具有更好的分散效果。
优选的，步骤二中造粒时将添加剂与PP通过螺杆挤出机于200-215℃下挤出造粒。
优选的，步骤三中预混颗粒与PP、HDPE混合时，由于引入了新原料HDPE ,本发明为了进一步提高相容性，又加入占预混颗粒与PP、HDPE这三者总重量2%-4%的碳酸钙、氧化聚乙烯和乙烯基双硬脂酰胺的混合物，碳酸钙、氧化聚乙烯和乙烯基双硬脂酰胺的混合物的质量之比为1：1：(0.3-0.5)。
优选的，步骤四中加压时的压强为15-30MPa,温度为150-200摄氏度，保压的时间为2-3小时，卸压的时间为10-60秒。
本发明的有益效果：本发明以PP和PE为发泡基材，添加了生物质炭粉与石墨烯粉制成的预混颗粒，然后制成子胚，再将子胚进行超临界发泡的方法制得了浮水器材发泡材料。本发明没有添加任何塑胶专用的抗菌剂，仅采用石墨烯粉，石墨烯粉具有独特的抗菌抑菌的能力，石墨烯粉以生物质炭作为载体，由于生物质炭孔隙率高，部分石墨烯粉进入到生物质炭内部的空隙中，缓慢释放，起到持久抗菌抑菌的效果，防止浮水器材表面出现发粘、变色、变脆等现象，可长时间防止浮水器材长时间浸泡水中而产生的微生物。本发明可广泛应用于救生衣、漂浮板、水床、浮床、踢水板、游泳板、游泳衣、冲浪板、水上游泳玩具。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
一种浮水器材发泡材料，它是以PP和PE为发泡基材，添加了质量比为4：2生物质炭粉与石墨烯粉制成的预混颗粒。
一种浮水器材发泡材料的制备方法，它包括以下步骤：
步骤一：将质量比为4：2生物质炭粉与石墨烯粉超声震荡，得到添加剂；
步骤二：将质量比为0.1：10-30的添加剂与PP混合进行造粒，得到预混颗粒；
步骤三：将质量比为10：40：10的预混颗粒与PP、HDPE混合，加热至熔融状态后制备所需形状的子胚；
步骤四：将所述子胚置于高压釜内并密封，往高压釜内通入体积比为3：1的氮气/氩气混合气并加压加热至所述子胚所需的熔融饱和状态并保压一定时间后，再透过快速卸压得到浮水器材发泡材料。
步骤一中生物质炭粉的预处理为将质量比为1：2的生物质炭粉浸泡在质量百分比浓度为30的磷酸溶液中20小时，然后在450摄氏度加热6小时，将生物质炭粉清洗干燥。
步骤二中进行造粒时加入占添加剂与PP总重量1%的马来酸酐接枝聚丙烯和乙烯基双硬脂酰胺的混合物，马来酸酐接枝聚丙烯和乙烯基双硬脂酰胺的质量比为1：0.1。
步骤二中造粒时将添加剂与PP通过螺杆挤出机于200℃下挤出造粒。
优选的，步骤三中预混颗粒与PP、HDPE混合时，加入占预混颗粒与PP、HDPE这三者总重量2%的碳酸钙、氧化聚乙烯和乙烯基双硬脂酰胺的混合物，碳酸钙、氧化聚乙烯和乙烯基双硬脂酰胺的混合物的质量之比为1：1：0.3。
步骤四中加压时的压强为15MPa,温度为200摄氏度，保压的时间为2小时，卸压的时间为10秒。
实施例2
一种浮水器材发泡材料，它是以PP和PE为发泡基材，添加了质量比为5：2生物质炭粉与石墨烯粉制成的预混颗粒。
一种浮水器材发泡材料的制备方法，它包括以下步骤：
步骤一：将质量比为5：2生物质炭粉与石墨烯粉超声震荡，得到添加剂；
步骤二：将质量比为0.5：20的添加剂与PP混合进行造粒，得到预混颗粒；
步骤三：将质量比为20：50：20的预混颗粒与PP、HDPE混合，加热至熔融状态后制备所需形状的子胚；
步骤四：将所述子胚置于高压釜内并密封，往高压釜内通入体积比为3：1的氮气/氩气混合气并加压加热至所述子胚所需的熔融饱和状态并保压一定时间后，再透过快速卸压得到浮水器材发泡材料。
步骤一中生物质炭粉的预处理为将质量比为1：2的生物质炭粉浸泡在质量百分比浓度为35%的磷酸溶液中15小时，然后在500摄氏度加热5小时，将生物质炭粉清洗干燥。
步骤二中进行造粒时加入占添加剂与PP总重量2%的马来酸酐接枝聚丙烯和乙烯基双硬脂酰胺的混合物，马来酸酐接枝聚丙烯和乙烯基双硬脂酰胺的质量比为1：0.5。
步骤二中造粒时将添加剂与PP通过螺杆挤出机于200-215℃下挤出造粒。
优选的，步骤三中预混颗粒与PP、HDPE混合时，加入占预混颗粒与PP、HDPE这三者总重量2%-4%的碳酸钙、氧化聚乙烯和乙烯基双硬脂酰胺的混合物，碳酸钙、氧化聚乙烯和乙烯基双硬脂酰胺的混合物的质量之比为1：1： 0.4。
步骤四中加压时的压强为25MPa,温度为180摄氏度，保压的时间为2小时，卸压的时间为30秒。
实施例3
一种浮水器材发泡材料，它是以PP和PE为发泡基材，添加了质量比为6：3生物质炭粉与石墨烯粉制成的预混颗粒。
一种浮水器材发泡材料的制备方法，它包括以下步骤：
步骤一：将质量比为6：3的生物质炭粉与石墨烯粉超声震荡，得到添加剂；
步骤二：将质量比为1：30的添加剂与PP混合进行造粒，得到预混颗粒；
步骤三：将质量比为1：2：1的预混颗粒与PP、HDPE混合，加热至熔融状态后制备所需形状的子胚；
步骤四：将所述子胚置于高压釜内并密封，往高压釜内通入体积比为3：1的氮气/氩气混合气并加压加热至所述子胚所需的熔融饱和状态并保压一定时间后，再透过快速卸压得到浮水器材发泡材料。
步骤一中生物质炭粉的预处理为将质量比为1：3的生物质炭粉浸泡在质量百分比浓度为40%的磷酸溶液中10小时，然后在550摄氏度加热4小时，将生物质炭粉清洗干燥。
步骤二中进行造粒时加入占添加剂与PP总重量1%-3%的马来酸酐接枝聚丙烯和乙烯基双硬脂酰胺的混合物，马来酸酐接枝聚丙烯和乙烯基双硬脂酰胺的质量比为1：0.2。
步骤二中造粒时将添加剂与PP通过螺杆挤出机于215℃下挤出造粒。
优选的，步骤三中预混颗粒与PP、HDPE混合时，加入占预混颗粒与PP、HDPE这三者总重量4%的碳酸钙、氧化聚乙烯和乙烯基双硬脂酰胺的混合物，碳酸钙、氧化聚乙烯和乙烯基双硬脂酰胺的混合物的质量之比为1：1：0.5。
步骤四中加压时的压强为30MPa,温度为150摄氏度，保压的时间为3小时，卸压的时间为60秒。
实施例4
一种浮水器材发泡材料，它是以PP和PE为发泡基材，添加了质量比为6：2生物质炭粉与石墨烯粉制成的预混颗粒。
一种浮水器材发泡材料的制备方法，它包括以下步骤：
步骤一：将质量比为6：2生物质炭粉与石墨烯粉超声震荡，得到添加剂；
步骤二：将质量比为1：20的添加剂与PP混合进行造粒，得到预混颗粒；
步骤三：将质量比为2：5：3的预混颗粒与PP、HDPE混合，加热至熔融状态后制备所需形状的子胚；
步骤四：将所述子胚置于高压釜内并密封，往高压釜内通入体积比为3：1的氮气/氩气混合气并加压加热至所述子胚所需的熔融饱和状态并保压一定时间后，再透过快速卸压得到浮水器材发泡材料。
步骤一中生物质炭粉的预处理为将质量比为1：2的生物质炭粉浸泡在质量百分比浓度为35%的磷酸溶液中15小时，然后在500摄氏度加热5小时，将生物质炭粉清洗干燥，
本实施例中所述石墨烯粉经过改性的，具体的，石墨烯粉改性的方法是将乙烯基三甲氧基硅烷和纳米二氧化钛按质量比1：40溶于N-甲基吡咯烷酮中，再加入0.7mol/L的氢氧化钾中于55℃下反应7h生成凝胶，离心洗涤，干燥，得到改性颗粒；再将质量比为75mg石墨烯粉、180mg改性颗粒分散在120ml的去离子水中，190℃温度下反应9h，自然冷却至室温，离心洗涤，干燥；最后,将干燥后的产物置于真空管式炉内，在保护气氛下，升温至700℃，保温4h，冷却得到改性石墨烯粉，所述生物质炭为微米级，二氧化钛为纳米级，石墨烯为纳米级。
步骤二中进行造粒时加入占添加剂与PP总重量2%的马来酸酐接枝聚丙烯和乙烯基双硬脂酰胺的混合物，马来酸酐接枝聚丙烯和乙烯基双硬脂酰胺的质量比为1：0.1。
步骤二中造粒时将添加剂与PP通过螺杆挤出机于200℃下挤出造粒。
优选的，步骤三中预混颗粒与PP、HDPE混合时，加入占预混颗粒与PP、HDPE这三者总重4%的碳酸钙、氧化聚乙烯和乙烯基双硬脂酰胺的混合物，碳酸钙、氧化聚乙烯和乙烯基双硬脂酰胺的混合物的质量之比为1：1：0.4。
步骤四中加压时的压强为25MPa,温度为190摄氏度，保压的时间为2小时，卸压的时间为40秒。
对比例5
本发明与实施例2的不同之处在于：本发明没有对步骤一中生物质炭粉的进行预处理而是直接使用。
对比例6
本发明与实施例2的不同之处在于：本发明没有对步骤二中进行造粒时没有加入马来酸酐接枝聚丙烯和乙烯基双硬脂酰胺的混合物。
对比例7
本发明与实施例2的不同之处在于：本发明没有对步骤三中预混颗粒与PP、HDPE混合时，加入碳酸钙、氧化聚乙烯和乙烯基双硬脂酰胺的混合物。
本发明采用GB/T 24128-2018塑料防霉剂的防霉效果评估方法进行测试，主要测试黑曲霉、球毛壳霉、宛氏拟青霉、绳状青霉、长枝木霉。形状和尺寸：将符合要求的切片器灭菌，根据需要从每个测试样品中切出直径1cm～4cm的圆片或边长1cm～4cm的方片试样。试样的厚度不超过10mm。 菌株的培养：需要在24℃±1℃培养14～21d. 接种试样的培养：需要在24℃±1℃，相对湿度不低于85%的条件下培养21d天. 霉菌生长的评估：目视评估每个试样表面及四周的霉菌生长情况，标准如下表1：
将本发明实施例1-7的发泡材料按照上述标准进行测试，并对实施例4进行了延长至42天的测试，具体见表2和表3。
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 (7)
1.一种浮水器材发泡材料，其特征在于：它是以PP和PE为发泡基材，添加了质量比为（4-6）：（2-3）的生物质炭粉与石墨烯粉制成的预混颗粒。
2.如权利要求1所述的一种浮水器材发泡材料的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：
步骤一：将质量比为（4-6）：（2-3）的生物质炭粉与石墨烯粉超声震荡，得到添加剂；
步骤二：将质量比为（0.1-1）：（10-30）的添加剂与PP混合进行造粒，得到预混颗粒；
步骤三：将质量比为（10-30）：（40-60）：（10-30）的预混颗粒与PP、HDPE混合，加热至熔融状态后制备所需形状的子胚；
步骤四：将所述子胚置于高压釜内并密封，往高压釜内通入体积比为3：1的氮气/氩气混合气并加压加热至所述子胚所需的熔融饱和状态并保压一定时间后，再透过快速卸压得到浮水器材发泡材料。
3.根据权利要求2所述的一种浮水器材发泡材料的制备方法，其特征在于：步骤一中生物质炭粉进行预处理：具体为将质量比为1：2-1：3的生物质炭粉浸泡在质量百分比浓度为30-40%的磷酸溶液中10-20小时，然后在450-550摄氏度加热4-6小时，将生物质炭粉清洗干燥。
4.根据权利要求2所述的一种浮水器材发泡材料的制备方法，其特征在于：步骤二中进行造粒时加入占添加剂与PP总重量1%-3%的马来酸酐接枝聚丙烯和乙烯基双硬脂酰胺的混合物，马来酸酐接枝聚丙烯和乙烯基双硬脂酰胺的质量比为1：(0.1-0.2)。
5.根据权利要求2所述的一种浮水器材发泡材料的制备方法，其特征在于：步骤二中造粒时将添加剂与PP通过螺杆挤出机于200-215℃下挤出造粒。
6.根据权利要求2所述的一种浮水器材发泡材料的制备方法，其特征在于：步骤三中预混颗粒与PP、HDPE混合时，加入占预混颗粒与PP、HDPE这三者总重量2%-4%的碳酸钙、氧化聚乙烯和乙烯基双硬脂酰胺的混合物，碳酸钙、氧化聚乙烯和乙烯基双硬脂酰胺的混合物的质量之比为1：1：(0.3-0.5)。
7.根据权利要求1所述的一种浮水器材发泡材料的制备方法，其特征在于：步骤四中加压时的压强为15-30MPa,温度为150-200摄氏度，保压的时间为2-3小时，卸压的时间为10-60秒。
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