CN116987316A - 聚苯乙烯发泡珠粒及其制备方法、聚苯乙烯发泡成型体 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种聚苯乙烯发泡珠粒的制备方法，包括以下步骤：将聚苯乙烯、改性剂以及助剂进行混合造粒，得到改性聚苯乙烯微粒，其中，改性剂选自含氟聚合物和/或含硅聚合物；将改性聚苯乙烯微粒进行饱和，得到饱和微粒，其中，饱和过程中通入压力为2MPa～8MPa的二氧化碳；将饱和微粒加热，得到聚苯乙烯发泡珠粒，聚苯乙烯发泡珠粒的堆积密度为50g/L～170g/L，泡孔直径为5μm～50μm，泡孔密度为1010个/cm3～1013个/cm3。本发明还提供聚苯乙烯发泡珠粒以及聚苯乙烯发泡成型体。本发明提供的聚苯乙烯发泡珠粒的制备方法，能够得到具有高泡孔密度的聚苯乙烯发泡珠粒，进而采用该珠粒制备的聚苯乙烯发泡成型体具有优异的抗压抗冲击性能。
Description
技术领域
本发明涉及发泡材料技术领域，特别是涉及一种聚苯乙烯发泡珠粒及其制备方法、聚苯乙烯发泡成型体。
背景技术
聚苯乙烯发泡材料具有质轻、保温、减震的优点，常用于保温包装、减震缓冲等领域，但是聚苯乙烯作为一种非晶态无规聚合物，目前的发泡方法制备得到的聚苯乙烯发泡材料的泡孔密度最高只能达到109个/cm3左右，难以制备得到高泡孔密度的聚苯乙烯发泡材料，进而采用此聚苯乙烯发泡材料制备的聚苯乙烯发泡成型体性能不佳，特别是用于安全防护、建筑材料等领域时难以提供优异的抗压抗冲击性能。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种聚苯乙烯发泡珠粒及其制备方法、聚苯乙烯发泡成型体，所述制备方法能够得到具有高泡孔密度的聚苯乙烯发泡珠粒，进而采用该珠粒制备的聚苯乙烯发泡成型体具有优异的抗压抗冲击性能。
一种聚苯乙烯发泡珠粒的制备方法，包括以下步骤：
将聚苯乙烯、改性剂以及助剂进行混合造粒，得到改性聚苯乙烯微粒，其中，所述改性剂选自含氟聚合物和/或含硅聚合物；
将所述改性聚苯乙烯微粒进行饱和，得到饱和微粒，其中，饱和过程中通入压力为2MPa～8MPa的二氧化碳；
将所述饱和微粒加热，得到聚苯乙烯发泡珠粒，所述聚苯乙烯发泡珠粒的堆积密度为50g/L～170g/L，泡孔直径为5μm～50μm，泡孔密度为1010个/cm3～1013个/cm3。
在其中一个实施例中，饱和过程的时间为2h～12h。
在其中一个实施例中，将所述饱和微粒加热的步骤中，加热温度为90℃～130℃，加热时间为30s～300s。
在其中一个实施例中，所述聚苯乙烯、所述改性剂与所述助剂的质量比为100:2～20:0.1～1。
在其中一个实施例中，所述含氟聚合物选自聚四氟乙烯、聚三氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚氟乙烯或聚偏氟乙烯中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述含硅聚合物选自聚硅氧烷、聚碳硅烷或聚氮硅烷中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述聚苯乙烯的重均分子量为150000～300000。
在其中一个实施例中，所述助剂选自成核剂、抗氧剂、抗紫外剂、色粉或阻燃剂中的至少一种；其中，所述成核剂选自滑石粉、高岭土、硼酸锌、纳米粘土中的至少一种。
一种采用上述的聚苯乙烯发泡珠粒的制备方法得到的聚苯乙烯发泡珠粒。
一种采用上述的聚苯乙烯发泡珠粒制备得到的聚苯乙烯发泡成型体。
本发明提供的聚苯乙烯发泡珠粒的制备方法，先将聚苯乙烯与含氟聚合物和/或含硅聚合物的改性剂混合造粒得到改性聚苯乙烯微粒，然后在2MPa～8MPa的压力条件下进行饱和处理，通过彼此的配合作用，从而能够发泡得到泡孔密度为1010个/cm3～1013个/cm3的高泡孔密度的聚苯乙烯发泡珠粒，并且，其堆积密度为50g/L～170g/L，泡孔直径为5μm～50μm。
进而，采用所述高泡孔密度的聚苯乙烯发泡珠粒制成的聚苯乙烯发泡成型体，具有优异的抗压抗冲击性能，可用于安全防护、保温包装、建筑材料等领域。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1的聚苯乙烯发泡珠粒的电镜图；
图2为本发明对比例1的聚苯乙烯发泡珠粒的电镜图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更详细的描述。但是，应当理解，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式或实施例。相反地，提供这些实施方式或实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式或实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”的可选范围包括两个或两个以上相关所列项目中任一个，也包括相关所列项目的任意的和所有的组合，所述任意的和所有的组合包括任意的两个相关所列项目、任意的更多个相关所列项目、或者全部相关所列项目的组合。
本发明提供的聚苯乙烯发泡珠粒的制备方法，包括以下步骤：
S1，将聚苯乙烯、改性剂以及助剂进行混合造粒，得到改性聚苯乙烯微粒，其中，所述改性剂选自含氟聚合物和/或含硅聚合物；
S2，将所述改性聚苯乙烯微粒进行饱和，得到饱和微粒，其中，饱和过程中通入压力为2MPa～8MPa的二氧化碳；
S3，将所述饱和微粒加热，得到聚苯乙烯发泡珠粒，所述聚苯乙烯发泡珠粒的堆积密度为50g/L～170g/L，泡孔直径为5μm～50μm，泡孔密度为1010个/cm3～1013个/cm3。
步骤S1中，将聚苯乙烯、改性剂以及助剂进行混合造粒，具体的，聚苯乙烯、改性剂以及助剂进行混合造粒的方式不作限制，优选的，将聚苯乙烯、改性剂以及助剂在挤出机中进行混合熔融并挤出造粒，在混合熔融过程中，熔融温度为170℃～200℃。可选的，可以将挤出机分区设置温度，从而进一步增加均匀共混的效果，使得形成更为均一的改性聚苯乙烯微粒。
可选的，含氟聚合物和/或含硅聚合物的重均分子量为1000～30000，从而能够进一步改善改性剂与聚苯乙烯的共混效果，以及改善含氟聚合物和/或含硅聚合物在改性聚苯乙烯微粒中的分布状态，进而进一步在饱和过程中提高二氧化碳在改性聚苯乙烯微粒中的饱和效果。
可选的，聚苯乙烯可以选自通用级聚苯乙烯，所述聚苯乙烯的重均分子量为150000～300000。
可选的，所述含氟聚合物选自聚四氟乙烯、聚三氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚氟乙烯或聚偏氟乙烯中的至少一种，优选为聚四氟乙烯和/或聚偏氟乙烯。
可选的，所述含硅聚合物选自聚硅氧烷、聚碳硅烷或聚氮硅烷中的至少一种，优选为聚碳硅烷。
可选的，可以选择将含氟聚合物和含硅聚合物复配使用，使得含氟聚合物、含硅聚合物、聚苯乙烯以及助剂进行共混得到改性聚苯乙烯微粒，所述改性聚苯乙烯微粒能够进一步改善对于二氧化碳的饱和效果，所述含氟聚合物与所述含硅聚合物的质量比为0.1:1～10:1。
可选的，所述助剂选自成核剂、抗氧剂、抗紫外剂、色粉或阻燃剂中的至少一种，优选的，所述助剂至少选自成核剂；其中，所述成核剂选自滑石粉、高岭土、硼酸锌、纳米粘土中的至少一种，优选为高岭土和/或硼酸锌。
可选的，所述聚苯乙烯、所述改性剂与所述助剂的质量比为100:2～20:0.1～1。其中，通过控制聚苯乙烯与含氟聚合物和/含硅聚合物的质量比为100:2～100：20，在将聚苯乙烯、含氟聚合物和/含硅聚合物、助剂共混造粒时，含氟聚合物和/或含硅聚合物在聚苯乙烯基体中能够进一步均匀分布，从而能够提高二氧化碳在改性聚苯乙烯微粒中的饱和效果，优选的，质量比为100:5～100:10，能够进一步增加改性聚苯乙烯微粒对于二氧化碳饱和的稳定性；并且，通过控制聚苯乙烯与助剂的质量比为100:0.1～100:1，优选的，当助剂选自成核剂时，及/或，质量比为100:0.5～100:1，能够进一步辅助提高二氧化碳在聚苯乙烯中发泡的性能。
步骤S2中，将所述改性聚苯乙烯微粒进行饱和的过程中，控制通入的二氧化碳的压力为2MPa～8MPa，优选为2MPa～5MPa，可以调控二氧化碳在改性聚苯乙烯微粒中的饱和效果；具体在实施过程中，可以将改性聚苯乙烯微粒置于高压釜中，通入二氧化碳并饱和一段时间，优选的，饱和时间为2h～12h，进一步优选为5h～8h。
可选的，可以将饱和过程设定为一个阶段，在饱和过程中通入的二氧化碳压力与饱和时间均保持不变，也可以将饱和过程设定为至少两个阶段，在至少两个阶段中，每个阶段通入的二氧化碳压力不同，饱和时间可以相同也可以不同，比如，将饱和过程设置为第一阶段，在第一阶段中，通过二氧化碳的压力为2MPa～8MPa且保持压力不变，饱和时间为2h～12h且保持时间不变；比如，将饱和过程设置为第一阶段和第二阶段，且第一阶段中通过的二氧化碳压力小于第二阶段中通入的二氧化碳压力，在第一阶段中，通入的二氧化碳的压力为2MPa～4MPa，饱和时间为1h～5h，在第二阶段中，通入的二氧化碳的压力为5MPa～8MPa，饱和时间为1h～7h；比如，将饱和过程设置为第一阶段和第二阶段，且第一阶段中通入的二氧化碳压力大于第二阶段中通入的二氧化碳压力，在第一阶段中，通入的二氧化碳的压力为5MPa～8MPa，饱和时间为1h～7h，在第二阶段中，通入的二氧化碳的压力为2MPa～4MPa，饱和时间为1h～3h；再比如，将饱和过程设置为第一阶段、第二阶段和第三阶段，且第二阶段中通入的二氧化碳压力均大于第一阶段、第三阶段中通入的二氧化碳压力，在第一阶段中，通入的二氧化碳的压力为2MPa～4MPa，饱和时间为1h～5h，在第二阶段中，通入的二氧化碳的压力为5MPa～8MPa，饱和时间为1h～7h，在第三阶段中，通入的二氧化碳的压力为2MPa～4MPa，饱和时间为1h～5h；再比如，将饱和过程设置为第一阶段、第二阶段和第三阶段，且第二阶段中通入的二氧化碳压力均小于第一阶段、第三阶段中通入的二氧化碳压力，在第一阶段中，通入的二氧化碳的压力为5MPa～8MPa，饱和时间为1h～7h，在第二阶段中，通入的二氧化碳的压力为2MPa～4MPa，饱和时间为1h～5h，在第三阶段中，通入的二氧化碳的压力为5MPa～8MPa，饱和时间为1h～7h。
可选的，该饱和过程可以在15℃～30℃条件下进行，从而可以更好的调控二氧化碳在改性聚苯乙烯微粒中的饱和效果。
经过上述饱和处理后的聚苯乙烯微粒具备优异的发泡性能，因此，在S3步骤中，将饱和后的聚苯乙烯微粒从高压釜中取出，然后快速升高温度，设置该温度高于聚苯乙烯微粒玻璃化转变温度10℃～20℃，促使经过二氧化碳饱和后的聚苯乙烯进入热力学不稳定状态，从而诱使大量的气核在聚苯乙烯微粒中同时形成而得到微孔结构，最终形成具有高泡孔密度的发泡聚苯乙烯。具体的，加热温度为90℃～130℃，加热时间为30s～300s，优选的，加热温度为100℃～120℃，加热时间为30s～60s。
本发明还提供一种聚苯乙烯发泡珠粒，采用上述聚苯乙烯发泡珠粒的制备方法制备得到。
具体的，所述聚苯乙烯发泡珠粒堆积密度为50g/L～170g/L，泡孔直径为5μm～50μm，泡孔密度为1010个/cm3～1013个/cm3，优选的，堆积密度为50g/L～120g/L，泡孔直径为5μm～20μm。
本发明还提供一种聚苯乙烯发泡珠粒成型体，采用上述的聚苯乙烯发泡珠粒制备得到。
具体的，所述聚苯乙烯发泡成型体可以由所述聚苯乙烯发泡珠粒经过空气载压后由水蒸汽模塑成型制成，载压压力为0.4MPa～0.7MPa，载压时间为8h～24h，水蒸汽成型压力为1bar～1.5bar，成型时间为30s～300s。
制成的聚苯乙烯发泡成型体的50％压缩强度为0.5MPa～4MPa，能够实现高的抗压抗冲击性能，可用于安全防护、保温包装、建筑材料等领域。
以下，将通过以下具体实施例对所述聚苯乙烯发泡珠粒及其制备方法、聚苯乙烯发泡成型体做进一步的说明。
实施例1
将质量比为100:10:1的聚苯乙烯(牌号GPPS383)、聚四氟乙烯以及高岭土经挤出机在200℃的条件下混合熔融并挤出造粒，得到改性聚苯乙烯微粒。
将改性聚苯乙烯微粒放置在高压釜中，通入3MPa的二氧化碳，饱和6h后取出，然后快速升高温度至110℃，在110℃条件下加热60s得到聚苯乙烯发泡珠粒。
本实施例的聚苯乙烯发泡珠粒的电镜图如图1所示，由图1可知，聚苯乙烯发泡珠粒的泡孔均匀，泡孔密度高。具体的，本实施例获得的聚苯乙烯发泡珠粒的堆积密度为90g/L，泡孔直径为5μm，泡孔密度为4.1*1012个/cm3。
将本实施例获得的聚苯乙烯发泡珠粒经0.5MPa空气载压12h后，经1.3bar水蒸汽模塑成型，制得聚苯乙烯发泡成型体，其50％压缩强度为1.35MPa。
实施例2
将质量比为100:5:0.5的聚苯乙烯(牌号GPPS383)、聚碳硅烷以及硼酸锌经挤出机在190℃的条件下混合熔融并挤出造粒，得到改性聚苯乙烯微粒。
将改性聚苯乙烯微粒放置在高压釜中，通入5MPa二氧化碳，饱和6h后取出，然后快速升高温度至110℃，在110℃条件下加热60s得到聚苯乙烯发泡珠粒。
本实施例获得的聚苯乙烯发泡珠粒的堆积密度为60g/L，泡孔直径为20μm，泡孔密度为6.1*1010个/cm3。
将本实施例获得的聚苯乙烯发泡珠粒经0.5MPa空气载压12h后，经1.2bar水蒸汽模塑成型，制得聚苯乙烯发泡成型体，其50％压缩强度为0.60MPa。
实施例3
将质量比为100:5:0.5的聚苯乙烯(牌号GPPS123)、聚偏氟乙烯以及硼酸锌经挤出机在195℃的条件下混合熔融并挤出造粒，得到改性聚苯乙烯微粒。
将改性聚苯乙烯微粒放置在高压釜中，通入2MPa二氧化碳，饱和6h后取出，然后快速升高温度至110℃，在110℃条件下加热30s得到聚苯乙烯发泡珠粒。
本实施例获得的聚苯乙烯发泡珠粒的堆积密度为120g/L，泡孔直径为10μm，泡孔密度为3.6*1011个/cm3。
将本实施例获得的聚苯乙烯发泡珠粒经0.5MPa空气载压12h后，经1.2bar水蒸汽模塑成型，制得聚苯乙烯发泡成型体，其50％压缩强度为2.12MPa。
实施例4
将质量比为100:5:0.5的聚苯乙烯(牌号GPPS123)、聚碳硅烷以及高岭土经挤出机在185℃的条件下混合熔融并挤出造粒，得到改性聚苯乙烯微粒。
将改性聚苯乙烯微粒放置在高压釜中，通入8MPa二氧化碳，饱和6h后取出，然后快速升高温度至100℃，在100℃条件下加热30s得到聚苯乙烯发泡珠粒。
本实施例获得的聚苯乙烯发泡珠粒的堆积密度为60g/L，泡孔直径为15μm，泡孔密度为6.3*1010个/cm3。
将本实施例获得的聚苯乙烯发泡珠粒经0.5MPa空气载压12h后，经1.0bar水蒸汽模塑成型，制得聚苯乙烯发泡成型体，其50％压缩强度为0.63MPa。
实施例5
将质量比为100:10:1的聚苯乙烯(牌号GPPS383)、聚四氟乙烯以及高岭土经挤出机在200℃的条件下混合熔融并挤出造粒，得到改性聚苯乙烯微粒。
将改性聚苯乙烯微粒放置在高压釜中，通入3MPa的二氧化碳，饱和2h后将饱和压力升至5MPa，继续饱和3h后取出，然后快速升高温度至110℃，在110℃条件下加热60s得到聚苯乙烯发泡珠粒。
本实施例获得的聚苯乙烯发泡珠粒的堆积密度为85g/L，泡孔直径为5μm，泡孔密度为3.7*1011个/cm3。
将本实施例获得的聚苯乙烯发泡珠粒经0.5MPa空气载压12h后，经1.3bar水蒸汽模塑成型，制得聚苯乙烯发泡成型体，其50％压缩强度为1.23MPa。
实施例6
将质量比为100:5:0.5的聚苯乙烯(牌号GPPS383)、聚碳硅烷以及硼酸锌经挤出机在190℃的条件下混合熔融并挤出造粒，得到改性聚苯乙烯微粒。
将改性聚苯乙烯微粒放置在高压釜中，通入6MPa二氧化碳，饱和3h后缓慢将高压釜内压力降至3MPa，继续饱和1h后取出，然后快速升高温度至110℃，在110℃条件下加热60s得到聚苯乙烯发泡珠粒。
本实施例获得的聚苯乙烯发泡珠粒的堆积密度为70g/L，泡孔直径为15μm，泡孔密度为8.9*1011个/cm3。
将本实施例获得的聚苯乙烯发泡珠粒经0.5MPa空气载压12h后，经1.2bar水蒸汽模塑成型，制得聚苯乙烯发泡成型体，其50％压缩强度为0.95MPa。
对比例1
将质量比为100:1的聚苯乙烯(牌号GPPS383)与高岭土经挤出机在200℃的条件下混合熔融并挤出造粒，得到改性聚苯乙烯微粒。
将改性聚苯乙烯微粒放置在高压釜中，通入3MPa二氧化碳，饱和6h后取出，然后快速升高温度至110℃，在110℃条件下加热60s得到聚苯乙烯发泡珠粒。
本对比例获得的聚苯乙烯发泡珠粒的电镜图如图2所示，由图2可知，聚苯乙烯发泡珠粒的泡孔不均匀。
将本对比例获得的聚苯乙烯发泡珠粒经水蒸汽模塑成型，制得聚苯乙烯发泡成型体成型过程中收缩严重，无法得到完整的成型体。
对比例2
对比例2与实施例1的区别仅在于，将改性聚苯乙烯微粒放置在高压釜中，通入10MPa的二氧化碳，饱和6h后取出，然后快速升高温度至110℃，在110℃条件下加热60s得到聚苯乙烯发泡珠粒。
本对比例获得的聚苯乙烯发泡珠粒的堆积密度为60g/L，泡孔直径为70μm，泡孔密度为2.7*109个/cm3。
将本对比例获得的聚苯乙烯发泡珠粒经0.5MPa空气载压12h后，经1.3bar水蒸汽模塑成型，制得聚苯乙烯发泡成型体，其50％压缩强度为0.5MPa。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种聚苯乙烯发泡珠粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将聚苯乙烯、改性剂以及助剂进行混合造粒，得到改性聚苯乙烯微粒，其中，所述改性剂选自含氟聚合物和/或含硅聚合物；
将所述改性聚苯乙烯微粒进行饱和，得到饱和微粒，其中，饱和过程中通入压力为2MPa～8MPa的二氧化碳；
将所述饱和微粒加热，得到聚苯乙烯发泡珠粒，所述聚苯乙烯发泡珠粒的堆积密度为50g/L～170g/L，泡孔直径为5μm～50μm，泡孔密度为1010个/cm3～1013个/cm3。
2.根据权利要求1所述的聚苯乙烯发泡珠粒的制备方法，其特征在于，饱和过程的时间为2h～12h。
3.根据权利要求1所述的聚苯乙烯发泡珠粒的制备方法，其特征在于，将所述饱和微粒加热的步骤中，加热温度为90℃～130℃，加热时间为30s～300s。
4.根据权利要求1所述的聚苯乙烯发泡珠粒的制备方法，其特征在于，所述聚苯乙烯、所述改性剂与所述助剂的质量比为100:2～20:0.1～1。
5.根据权利要求1所述的聚苯乙烯发泡珠粒的制备方法，其特征在于，所述含氟聚合物选自聚四氟乙烯、聚三氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚氟乙烯或聚偏氟乙烯中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的聚苯乙烯发泡珠粒的制备方法，其特征在于，所述含硅聚合物选自聚硅氧烷、聚碳硅烷或聚氮硅烷中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的聚苯乙烯发泡珠粒的制备方法，其特征在于，所述聚苯乙烯的重均分子量为150000～300000。
8.根据权利要求1所述的聚苯乙烯发泡珠粒的制备方法，其特征在于，所述助剂选自成核剂、抗氧剂、抗紫外剂、色粉或阻燃剂中的至少一种；其中，所述成核剂选自滑石粉、高岭土、硼酸锌、纳米粘土中的至少一种。
9.一种采用权利要求1～8任一项所述的聚苯乙烯发泡珠粒的制备方法得到的聚苯乙烯发泡珠粒。
10.一种采用权利要求9所述的聚苯乙烯发泡珠粒制备得到的聚苯乙烯发泡成型体。
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