一種物理髮泡聚丙烯片材的製作方法

2023-09-11 06:49:15

專利名稱：一種物理髮泡聚丙烯片材的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種聚丙烯片材，具體講，涉及一種物理髮泡的聚丙烯片材及其製法。
背景技術：
泡沫塑料具有質輕、隔熱、緩衝、絕緣、防腐、價格低廉等優點，因此在日用品、包 裝、工業、農業、交通運輸業、軍事工業、航天工業得到廣泛應用，其中主要品種有聚氨酯 (PU)軟質和硬質泡沫塑料、聚苯乙烯(PQ泡沫塑料和聚烯烴泡沫塑料三大類。但聚氨酯泡 沫在發泡過程中存在對人體有害的異氰酸酯殘留物，並且發泡材料無法回收利用。而聚苯 乙烯(PQ發泡過程中通常會使用氟氯烴化合物或丁烷，對環境有不利影響，產品降解困難 且容易形成「白色汙染」，聯合國環保組織已決定停止使用PS發泡產品。交聯聚乙烯泡沫塑 料剛性較低，且最高使用溫度為80°C。EPP (Expanded Polypropylene)即發泡聚丙烯材料，它是一種性能卓越的高結晶 型聚合物/氣體複合材料，以其獨特而優越的性能成為目前增長最快的環保新型抗壓緩衝 隔熱材料。EPP製品具有十分優異的抗震吸能性能、形變後回復率高、很好的耐熱性、耐化學 品、耐油性和隔熱性；同時，其質量輕，可大幅度減輕物品質量；另外，EPP還是一種環保材 料，易於發生β降解，且PP泡沫便於回收利用，其環境友好性優於其他泡沫材料，因而被稱 為「綠色」泡沫。正是由於其表現出來的優異性能，使得EPP成為繼聚苯乙烯(EPS)、聚氨酯 (EPU)、聚乙烯(EPE)泡沫材料之後更具應用價值和市場潛力的新型泡沫材料。相對於以上幾種泡沫塑料，聚丙烯發泡材料有很多優點第一、EPP剛性優於PE，抗衝擊性能優於PS，而且相比PS泡沫的難回收性，聚丙烯 發泡材料是一種環境友好的材料。第二、EPP有較高的熱變形溫度，可以在一些高溫領域中應用。發泡聚丙烯通常能 耐130°C的高溫，比聚乙烯泡沫的最高使用溫度80°C高得多，且具有良好的耐低溫及耐溶 劑特性。第三、能量吸收，由於EPP發泡製品具有很好的吸收能量特性，具有優異的抗壓吸 能性能。廣泛應用於汽車保險槓能量處理系統及其他防衝撞吸能部件。第四、具有良好的表面保護性和隔音性能，EPP發泡製品是半硬質成形，具有適度 的硬度、柔軟性，不會擦傷、碰傷與其接觸的物體，具有較好的表面保護性。聚合物發泡材料可根據最終發泡製品的發泡倍率(發泡倍率=聚合物樹脂的密 度/發泡材料的表觀密度)劃分為低發泡倍率(小於4倍)，高發泡倍率G 40倍)及 超高發泡倍率(40倍以上)等，其中高發泡倍率的聚合物發泡材料具有最廣泛的使用範圍。常規方法生產的EPP是一種線型半結晶性聚合物，分子鏈很少支化，分子量分布 相對較窄，這導致它的軟化點和熔點很接近。在溫度達到熔點之前，它基本不流動，當溫度 超過熔點後，熔體強度急劇下降，這種熔體很難包住氣體；此外，聚丙烯從熔融態轉變為結 晶態會放出大量的熱量，由熔體轉變為固體所需時間較長；加之聚丙烯透氣率高，發泡氣體 易逃逸。故適於聚丙烯發泡的溫度區間窄，發泡過程很難控制，極易造成發泡過程中泡壁破裂、氣體逃逸、泡孔坍塌及氣泡合併。因而要想得到高質量的聚丙烯發泡材料，提高其熔體 強度是關鍵。熔體強度(melt strength, MS)是指聚合物熔體在斷裂之前所能承受的最大 應力。如果能較大地提高PP在熔融時的熔體強度，就可以解決PP的可發性，國內外一直致 力於這方面的改性研究。目前國內外的研究中，一般採用下列3種方法來提高用於EPP的熔 體強度直接採用高熔體強度聚丙烯；對聚丙烯接枝、交聯改性；對聚丙烯共混、填充改性。 高熔體強度聚丙烯(HighMelt Strength PP,HMSPP)就是針對PP發泡過程中不足而開發的 新型聚丙烯材料。其分子中含有長支鏈結構，具有較高的熔體強度，在熔融拉伸時存在應變 硬化現象，加工溫度範圍較寬，可用於熱成型、擠出發泡、塗覆、吹塑等。發泡方法分為物理髮泡發和化學法發泡法。物理髮泡是將一種揮發性的液體在一 定壓力下將其注入聚合物熔體中，當熔體經過機頭時，壓力下降，液體氣化，形成泡沫。一般 需要設置專用的發泡劑計量、加壓和注入系統，發泡劑通常是在PP完全熔融的擠出機相應 位置處直接加入。由於戊烷和其它烴類發泡劑非常易燃，而且也容易與PP相容，因此必須 在熔體中加入一種氣體成核劑或礦物質作為泡孔形成的中心。PP化學發泡工藝類可採用普 通的擠出法製造。常用化學發泡劑是偶氮二甲醯胺(AC)和P，P-烴基雙苯磺醯胼等分解型 發泡劑，與聚合物混合後再加入擠出機。存在的問題是分解過於激烈，此外AC的分解溫度 較高，限制了可應用的樹脂，而且易產生汙垢，製品表面易出現氣泡和花斑。所以需選擇更 適宜的分解型發泡劑或加入助劑。為解決發泡劑AC分解溫度過高的問題，可加入
等分解促進劑。PP為半結晶型聚合物，在結晶區氣體熔解度低，氣泡成核及成核後增長的 驅動力很小，雖然可以成泡，但氣泡很分散pp —般在不定型區過飽和，因而也很難形成氣 泡。只有到PP熔點以上，聚合物鏈才有充分的移動性，但一旦達到熔點，晶體結構熔化，熔 體強度迅速下降。添加少量的成核劑可為聚合物提供具有適宜表面能的中心，降低聚合物 的整體表面張力。專利申請200810133787. 3公開了一種聚丙烯發泡材料，該利用超臨界流體二氧 化碳等為發泡劑，並採用了二氧化矽等作為成核劑，該發明的產品的泡孔直徑為50 250 微米，該發明的聚丙烯發泡材料泡孔大小不夠均一，泡孔直徑較大。專利申請200610089710. 1公開了一種可發行聚丙烯珠粒及其製備方法、及其發 泡珠粒的發泡模塑製品，該方法同樣採用二氧化矽等作為成核劑，採用戊烷為發泡劑，但是 該方法製備的發泡聚丙烯的孔徑範圍是100 450微米，80%的孔徑為150 250微米，該 發明的聚丙烯發泡材料的孔徑仍然較大。為了進一步提高聚丙烯發泡材料的性質，特提出本發明。本發明要解決的首要技術問題在於提出一種物理髮泡聚丙烯片材。為解決本發明之技術問題，本發明採用的技術方案為本發明的物理髮泡聚丙烯片材包括以下原料聚丙烯基質含有聚丙烯均聚物10 20重量份、高熔體強度聚丙烯20 40重量 份和聚丙烯共聚物40 70重量份；聚丙烯成核劑，每100重量份的聚丙烯基質中添加0. 1 0. 8重量份；氣體成核劑，每100重量份的聚丙烯基質中添加0. 5 1. 5重量份；氣泡穩定劑，每100重量份的聚丙烯基質中添加0. 1 0. 5重量份；和發泡劑每100重量份的聚丙烯基質中添加1 6重量份；
其中，聚丙烯均聚物的熔融指數為2 4g/10min，高熔體強度聚丙烯的熔融指數 為3 5g/10min，聚丙烯共聚物的熔融指數為2 4g/10min ；聚丙烯成核劑選自山梨糖醇 酯類成核劑、膦酸酯類成核劑，苯甲酸鹽類成核劑；氣體成核劑選自滑石粉、二氧化矽、碳酸 鈣、炭黑、石墨、無機氧化物中的至少一種；氣泡穩定劑選自硬脂酸甘油單酯、十二烷基磺酸 鈉中的至少一種；發泡劑選自超臨界二氧化碳、超臨界氮氣或戊烷中的至少一種。其中戊烷選自正戊烷、異戊烷或環戊烷；無機氧化物選自氧化鎂、氧化鋅等。本發明的第一優選方案為本發明的物理髮泡聚丙烯片材包括以下原料聚丙烯基質含有聚丙烯均聚物12 20重量份，高熔體強度聚丙烯22 40重量 份和聚丙烯共聚物45 70重量份；聚丙烯成核劑，每100重量份的聚丙烯基質中添加0. 3 0. 8重量份；氣體成核劑，每100重量份的聚丙烯基質中添加0. 8 1. 5重量份；氣泡穩定劑，每100重量份的聚丙烯基質中添加0. 2 0. 5重量份；和發泡劑，每100重量份的聚丙烯基質中添加2 6重量份。本發明的第二優選方案為本發明的物理髮泡聚丙烯片材包括以下原料聚丙烯基質含有聚丙烯均聚物15 20重量份、高熔體強度聚丙烯25 35重量 份和聚丙烯共聚物50 65重量份；聚丙烯成核劑每100重量份的聚丙烯基質中添加0. 3 0. 8重量份；氣體成核劑每100重量份的聚丙烯基質中添加0. 8 1. 3重量份；氣泡穩定劑每100重量份的聚丙烯基質中添加0. 3 0. 5重量份；和發泡劑每100重量份的聚丙烯基質中添加2 5重量份。本發明的第三個優選技術方案為本發明的物理髮泡聚丙烯片材包括以下原料聚丙烯基質含有聚丙烯均聚物15 18重量份、高熔體強度聚丙烯25 32重量 份和聚丙烯共聚物50 60重量份；聚丙烯成核劑每100重量份的聚丙烯基質中添加0. 4 0. 8重量份；氣體成核劑每100重量份的聚丙烯基質中添加0. 8 1. 0重量份；氣泡穩定劑每100重量份的聚丙烯基質中添加0. 3 0. 5重量份；和發泡劑每100重量份的聚丙烯基質中添加2. 5 4. 5重量份。本發明的第四優選技術方案為，山梨糖醇酯類成核劑選自二苯亞甲基山梨醇、二 (對甲基二苯亞甲基)山梨醇或三(3，4_ 二甲基二苯亞甲基)山梨醇中的至少一種。本發明的第五優選技術方案為，氣體成核劑的粒徑為1 100納米，優選1 30 納米，更優選5 15納米。本發明的第六優選技術方案為，氣體成核劑選自滑石粉、二氧化矽或碳酸鈣中的 至少一種。本發明的第七優選技術方案為，氣泡穩定劑選自硬脂酸甘油單酯、十二烷基苯磺 酸鈉中的至少一種。本發明的第八優選技術方案為，發泡劑為超臨界二氧化碳和戊烷混合物；二者的 摩爾比優選為1 0. 1 0. 5，更優選為1 0.2 0.4。本發明的第九優選技術方案為，所述的物理髮泡聚丙烯片材還含有著色劑、潤滑 劑和抗氧化劑。
下面對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。本發明的聚丙烯基質含有聚丙烯均聚物10 20重量份、高熔體強度聚丙烯20 40重量份和聚丙烯共聚物40 70重量份；優選為有聚丙烯均聚物15 18重量份、高熔體 強度聚丙烯25 32重量份和聚丙烯共聚物50 60重量份；更優選為聚丙烯均聚物15 20重量份、高熔體強度聚丙烯25 35重量份和聚丙烯共聚物50 65重量份。聚丙烯發 泡材料中如果聚丙烯基質的熔體強度過低，會造成泡孔坍塌、破裂、合併的現象，即泡壁不 能維持一定的強度，從而形成有效的氣泡；而熔體強化過高則會使膨脹時驅動力太弱，造成 泡壁過厚，製品密度升高而達不到好的發泡效果。因此，本發明中採用了三種不同熔融指數 的聚丙烯材料的混合物作為基質，以達到更好的發泡效果並保障發泡工藝順利。本發明中採用了聚丙烯成核劑，其中聚丙烯成核劑選自山梨糖醇酯類成核劑、膦 酸酯類成核劑，苯甲酸鹽類成核劑。加入聚丙烯成核劑可大大提高發泡的質量，使泡孔均勻 一致，泡孔孔徑小，發泡數量可達到IO7 IO8個/cm3，孔徑達到50 100微米，有80%的 孔徑達到50 80微米。這是由於聚丙烯發泡主要是在其非晶部分進行，所以由於聚丙烯 成核劑的加入，降低了 PP的結晶溫度，使PP熔體體系在較低的溫度即出現了大量微小的PP 晶格，相對提高了熔體強度，降低了泡體內氣體和空氣的交換速度，可有效防止泡體內氣體 的逃逸，同時微細PP晶格可促進氣泡成核，PP晶格的形成對氣泡起阻隔的作用，可將形成 的氣泡較大的氣泡分隔為細小的氣泡，因此可使發泡片材的泡孔更加細化，均勻，提高了產 品的剛性和耐熱性(耐熱溫度大於135°C )，使生產的聚丙烯發泡材料用於微波爐餐具。其中，聚丙烯成核劑優選山梨糖醇酯類成核劑，山梨糖醇類成核劑優選二苯亞甲 基山梨醇酯、二(對甲基二苯亞甲基)山梨醇酯或三(3，4_ 二甲基二苯亞甲基)山梨醇酯 中的至少一種。本發明氣體成核劑優選滑石粉、二氧化矽或碳酸鈣中的至少一種；氣體成核劑的 粒徑為1 100納米，優選1 30納米，更優選5 15納米。採用超細的氣體成核劑是由 於超細的氣體成核劑更易於在熔體中擴散和分散，從而使形成的泡孔緻密且大小均一。氣泡穩定劑選自硬脂酸甘油單酯、十二烷基苯磺酸鈉中的至少一種；優選為硬脂 酸甘油單酯、十二烷基苯、碳酸鈉中的至少一種。其中，本發明中抗氧劑可選用抗氧劑1010，抗氧劑300，抗氧劑168或抗氧劑1076 中的至少一種，潤滑劑可選用EDS，潤滑劑MB50-002中的至少一種，用量為常規用量。本發明的發泡聚丙烯採用常用機械和方法製備。其方法為將本發明的聚丙烯基 質、聚丙烯成核劑、氣體成核劑和氣泡穩定劑按比例混合擠出造粒成可以用於發泡的材料， 將上述材料置於發泡專用擠出機，同時按比例加入發泡劑，由發泡專用擠出機充分混合後， 從口模擠出發泡並成型。本發明採用物理髮泡法，製備原料均選用環境友好材料；本發明的配方使得發泡 聚丙烯的密度為0. 04 0. 20g/cm3,發泡數量達到IO7 IO8個/cm3，泡孔直徑達到50 100微米，有80%的泡孔直徑達到50 80微米。本發明製備的發泡聚丙烯可廣泛應用於 食品包裝和汽車隔熱。
具體實施例方式本發明的具體實施方式
只是對本發明的技術方案做進一步的解釋和說明，並不對本發明的內容進行限定。本發明所用的化工原料均為市售原料。實施例1 4將各組分按照表1所示的原料的重量比製備發泡聚丙烯，將製得的聚丙烯發泡材 料經液氮淬斷，斷面經真空噴金後，利用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察材料的斷面，並計算出 泡孔尺寸及數量。對比例1 2其中，對比例1除沒有添加聚丙烯成核劑外，其他條件與實施例1相同；其中，對比 例2除沒有添加聚丙烯成核劑外，其他條件與實施例2相同。表 權利要求
1.一種物理髮泡聚丙烯片材，其特徵在於，所述的物理髮泡聚丙烯片材包括以下原料聚丙烯基質含有聚丙烯均聚物10 20重量份、高熔體強度聚丙烯20 40重量份和 聚丙烯共聚物40 70重量份；聚丙烯成核劑每100重量份的聚丙烯基質中添加0. 1 0. 8重量份； 氣體成核劑每100重量份的聚丙烯基質中添加0. 5 1. 5重量份； 氣泡穩定劑每100重量份的聚丙烯基質中添加0. 1 0. 5重量份；和 發泡劑每100重量份的聚丙烯基質中添加1 6重量份；其中，聚丙烯均聚物的熔融指數為2 4g/10min，高熔體強度聚丙烯的熔融指數為3 5g/10min，聚丙烯共聚物的熔融指數為2 4g/10min ；聚丙烯成核劑選自山梨糖醇酯類成 核劑、膦酸酯類成核劑，苯甲酸鹽類成核劑；氣體成核劑選自滑石粉、二氧化矽、碳酸鈣、炭 黑、石墨、無機氧化物中的至少一種；氣泡穩定劑選自硬脂酸甘油單酯、十二烷基苯磺酸鈉 中的至少一種；發泡劑選自超臨界二氧化碳、超臨界氮氣或戊烷中的至少一種。
2.根據權利要求1所述的物理髮泡聚丙烯片材，其特徵在於，所述的物理髮泡聚丙烯 片材包括以下原料聚丙烯基質含有聚丙烯均聚物12 20重量份，高熔體強度聚丙烯22 40重量份和 聚丙烯共聚物45 70重量份；聚丙烯成核劑每100重量份的聚丙烯基質中添加0. 3 0. 8重量份； 氣體成核劑每100重量份的聚丙烯基質中添加0. 8 1. 5重量份； 氣泡穩定劑每100重量份的聚丙烯基質中添加0. 2 0. 5重量份；和 發泡劑每100重量份的聚丙烯基質中添加2 6重量份。
3.根據權利要求1所述的物理髮泡聚丙烯片材，其特徵在於，所述的物理髮泡聚丙烯 片材包括以下原料聚丙烯基質含有聚丙烯均聚物15 20重量份、高熔體強度聚丙烯25 35重量份和 聚丙烯共聚物50 65重量份；聚丙烯成核劑每100重量份的聚丙烯基質中添加0. 3 0. 8重量份； 氣體成核劑每100重量份的聚丙烯基質中添加0. 8 1. 3重量份； 氣泡穩定劑每100重量份的聚丙烯基質中添加0. 3 0. 5重量份；和 發泡劑每100重量份的聚丙烯基質中添加2 5重量份
4.根據權利要求1所述的物理髮泡聚丙烯片材，其特徵在於，所述的物理髮泡聚丙烯 片材包括以下原料聚丙烯基質含有聚丙烯均聚物15 18重量份、高熔體強度聚丙烯25 32重量份和 聚丙烯共聚物50 60重量份；聚丙烯成核劑每100重量份的聚丙烯基質中添加0. 4 0. 8重量份； 氣體成核劑每100重量份的聚丙烯基質中添加0. 8 1. 0重量份； 氣泡穩定劑每100重量份的聚丙烯基質中添加0. 3 0. 5重量份；和 發泡劑每100重量份的聚丙烯基質中添加2. 5 4. 5重量份。
5.根據權利要求1 4任一權利要求所述的物理髮泡聚丙烯片材，其特徵在於，所述 的山梨糖醇酯類成核劑選自二苯亞甲基山梨醇酯、二(對甲基二苯亞甲基)山梨醇酯或三(3，4_ 二甲基二苯亞甲基)山梨醇酯中的至少一種。
6.根據權利要求1 4任一權利要求所述的物理髮泡聚丙烯片材，其特徵在於，所述的 氣體成核劑的粒徑為ι 100納米，優選1 50納米，更優選5 15納米。
7.根據權利要求6所述的物理髮泡聚丙烯片材，其特徵在於，所述的氣體成核劑選自 滑石粉、二氧化矽或碳酸鈣中的至少一種。
8.根據權利要求1 4任一權利要求所述的物理髮泡聚丙烯片材，其特徵在於，所述的 氣泡穩定劑選自硬脂酸甘油單酯、十二烷基苯磺酸鈉中的至少一種。
9.根據權利要求1 4任一權利要求所述的物理髮泡聚丙烯片材，其特徵在於，所述的 發泡劑為超臨界二氧化碳和戊烷混合物。
10.根據權利要求1 9所述的物理髮泡聚丙烯片材，其特徵在於，所述的物理髮泡聚 丙烯片材還含有著色劑、潤滑劑和抗氧化劑。
全文摘要
本發明涉及一種聚丙烯片材，具體涉及一種物理髮泡的聚丙烯片材及製備方法。本發明聚丙烯片材包括含有聚丙烯均聚物10～20重量份、高熔體聚丙烯20～40重量份和聚丙烯共聚物40～70重量份的聚丙烯基質，每100重量份的聚丙烯基質中添加聚丙烯成核劑0.1～0.8重量份、氣體成核劑0.5～1.5重量份、氣泡穩定劑0.1～0.5重量份和發泡劑1～6重量份；選自山梨糖醇酯類成核劑http://www.qjy168.com/forum/d_291581.html、膦酸酯類成核劑或苯甲酸鹽類成核劑中的至少；氣泡穩定劑選自硬脂酸甘油單酯、十二烷基苯磺酸鈉中的至少一種。本發明的物理髮泡聚丙烯，孔徑達到10～100微米。到107。
文檔編號C08J9/12GK102115561SQ20091031259
公開日2011年7月6日 申請日期2009年12月30日 優先權日2009年12月30日
發明者李曉麗 申請人:李曉麗