一種納米絡合發泡聚丙烯保溫材料(nbpp)的配製方法

2023-10-05 16:45:54

專利名稱：一種納米絡合發泡聚丙烯保溫材料(nbpp)的配製方法
技術領域：
本發明屬於改性長鏈支化聚丙烯材料發泡技術，尤其牽涉到無機納米材料在發泡
體系中起到了成核劑與助發泡劑的雙重作用，在延長了pp材料可發性時間的同時，增加了 pp熔體的黏性和彈性，使擠出發泡pp材料得到泡孔尺寸較為均一、分布均勻、具有閉孔結 構的發泡材料。
背景技術：
發泡聚丙烯(PP)不僅繼承了 PP自身的優越性能，而且和其它聚烯烴發泡材料相 比，具有明顯的物理性能的優勢(1)比PS、 PU、 PE等發泡材料具有更好的剛性和更高的硬 度；(2)具有比發泡PE更高的拉伸強度、彈性模量、彎曲強度等力學性能，比發泡PS有更好 的耐衝擊強度；(3)具有更出色的耐高溫性能，作為容器能在13(TC條件下使用而不軟化； 具有優越的環保性能，比PS、 PU發泡材料不產生揮發性苯烷類有害物，比PE發泡材料具有 明顯的自然降解性能。但普通線性PP在拉伸流動時具有應變軟化，超過熔點後，PP熔體黏 性與彈性迅速下降，導致其熱成型加工溫度範圍非常狹窄，尤其對擠出發泡、中空吹塑等非 常不利。採用高熔體強度PP (HMSPP)、接枝改性長鏈支化PP (PP-g-GMA/ST)、交聯PP、 HMS/ PP混合等方法都可以提高PP材料的的拉伸黏性強度與熔體彈性強度，使擠出發泡PP材料 得到泡孔尺寸較為均一、分布均勻、具有閉孔結構的發泡材料。 發泡是由發泡劑在聚合物熔體相中形成氣體相的過程。氣體相的形成可以通過溶 解氣體取得分離揮發性氣體取得氣話或化學反應產生的氣體的釋放等實現。無論採用何種 發泡方式和成型工藝，一個典型的發泡過程可以分為以下四個步驟(l)聚合物/發泡劑均 相溶液的形成；(2)氣泡成核；(3)氣泡增長；(4)氣泡穩定和固化。由於單個氣體分子的尺 寸為0. lnm，而聚合物中可見的氣泡尺寸為0. lum，因此氣體分子如何首先聚集成分子簇而 與聚合物熔體產生相分離(氣泡成核)，繼而通過熔體中氣體分子向氣泡內的擴散而增長 (氣泡增長)，然後定型與固化是一個非常複雜的熱力學和動力學過程，其中影響的因素較 多。歸納起來，發泡體系的性能、發泡機理、和發泡工藝是影響發泡過程並決定發泡材料結 構和性能的三個主要方面。其中，發泡體系的性能決定改體系是否適宜發泡；發泡機理決定 了發泡過程的熱力學行為；發泡工藝決定了發泡過程的動力學行為。 塑料在發泡過程中，為了能形成大量氣泡核，常常採用加入成核劑的方法，其目的 是為成核創造條件。成核劑在發泡材料製備中扮演者重要的角色，對泡孔密度、泡孔尺寸、 泡孔均勻分布具有很大影響，成核劑與熔體核氣體形成的液_固、液_氣界面可以作為氣泡 成核的催化劑，降低氣泡成核的活化能，當活化能低於聚合物熔體均相成核的活化能時，將 在界面誘發異相成核，從而更加容易產生大量的氣泡核。 氣泡成核過程中控制泡體結構至關重要，如果在PP熔體中能同時出現大量均勻 分布的氣泡核，氣泡的成核速度非常高，則常常能得到泡孔密度高、泡孔尺寸細小且分布均 勻的優質泡沫體氣泡得成核行為比較好。PP擠出發泡得氣泡成核得關鍵在於儘可能多地 提高氣泡地成核速度核成核密度，而成核密度是決定泡孔密度的關鍵因素，只有氣泡的成核速度很快，成核的密度很高，最終的泡孔密度才能很高。在發泡材料中添加了無機納米材 料，誘導了 PP材料成核，從而提高了 PP的成核速度和成核密度。 本發明中發泡劑採用的是AC發泡劑，其分解溫度為210°C 22(TC，分解溫度較 窄，僅有l(TC左右，且分解速度快，放熱速度快，使熔體黏度產生下降和波動容易導致局部 溫度過高而引起泡孔破裂、形成孔徑不均的開孔結構，甚至造成樹脂的分解，這對PP的發 泡過程非常不利。 一般商用AC發泡劑分解溫度在21(TC遠高於PP的熔點165 170°C，因 此在PP發泡材料的製作過程中，必須對AC發泡劑進行改性，降低其分解溫度，緩和其分解 放熱。 本發明中採用納米ZnO、CaC03等物質與AC發生絡合作用，使AC活化，可明顯降低 AC發泡劑的分解溫度，改善其分解性能。另一方面，Zn0、CaC03為納米級無機粉體，又可以 作為發泡成核劑，可最初在熔體中產生大量的氣泡成核點，有利於得到泡孔數量高且緻密 的高發泡倍率PP的發泡材料。根據我們的研究經驗，PP的熔體黏性和彈性與溫度具有一 定的依賴關係，在PP熔點附近，PP具有較高的熔體黏性與彈性，但高於該溫度，PP熔體強度 迅速呈下降趨勢。因此，將發泡溫度控制在PP熔體強度較高的溫度範圍內有利於形成具有 均勻閉孔結構的PP發泡材料。本發明配方中添加了納米級ZnO、 CaC03改性後，AC發泡分 解溫度從22(TC提前到175t:左右，將AC發泡溫度控制在PP熔點左右；改性後AC分解溫度 範圍變寬至50°C ，這樣分解溫度過程平緩放熱，有利於發泡氣孔的穩定成長。

發明內容
在線性PP通過改性接枝形成長鏈支化PP (PP-g-GMA/ST)來增加PP的熔體黏性與 彈性為發泡基料，用PE-LD為發泡母粒基體，AC/ZnO為絡合發泡劑，以熔融混合擠出方法在 擠出機螺杆剪切作用下製作發泡PP材料。 本發明的目的是製作一種泡孔數量高且緻密、閉孔的高發泡倍率PP的發泡材料。
本發明的目的是通過如下方法加以實現 [OO11] (1)發泡母粒製備 以低密度聚乙烯PE-LD為載體，按配比加入主發泡劑、輔助發泡劑以及成核劑，用
高速混合機加以攪拌均勻後，在雙螺杆擠出機中擠出造粒，擠出機各段溫度控制在130
16(TC範圍內。 (2)擠出發泡 以長鏈支化PP為發泡基體材料，發泡母粒為複合發泡劑，按照一定配方比例要 求，將基體材料與複合發泡劑於高速混合機中攪拌均勻後，在擠出機螺杆剪切作用下擠出
發泡切粒。 本發明配方中主要材料重量百分比為 PP:92 95. 5% PE:1 3% AC:0.1 0眉 ZnO(CaC03) :2 5% 1010/168 :0. 4 0. 6% 下面結合具體實例加以說明
實例1 (1)稱取已製備好的長鏈支化PP(PP-g-GMA/ST自製)100kg，放在烘箱中熱烘2小
時，溫度為8(TC。 (2)發泡母粒製備 稱取低密度聚乙烯PE-LD100kg， AC發泡劑15kg、助發泡、成核劑Zn06kg，用高速混 合機加以攪拌均勻後，在雙螺杆擠出機中擠出造粒，擠出機各段溫度控制在130 16(TC範 圍內 (3)擠出發泡成型 稱取發泡母粒2kg，納米ZnOl. 94kg， 1010/168複合抗氧劑0. 45kg，熱烘過的長鏈 支化PP100kg —起加入到高速攪拌機中中速攪拌3 5分鐘取出，倒入到雙螺杆擠出機中 擠出水環造粒，擠出機各段溫度控制在170 23(TC範圍內。 發泡成型的PP材料表面平整，無破口 ，泡孔尺寸較小(100um左右)，泡孔分布均 勻，泡孔緻密(> 8X 105個/cm3)，閉孔率高，密度約為0. 4g/cm3。
實例2 (1)稱取已製備好的長鏈支化PP(PP-g-GMA/ST自製)100kg，放在烘箱中熱烘2小
時，溫度為8(TC。 (2)發泡母粒製備 稱取低密度聚乙烯PE-LD100kg， AC發泡劑10kg、助發泡、成核劑Zn06kg，用高速混 合機加以攪拌均勻後，在雙螺杆擠出機中擠出造粒，擠出機各段溫度控制在130 16(TC範 圍內 (3)擠出發泡成型 稱取發泡母粒2kg，納米Zn02. 5kg， 1010/168複合抗氧劑0. 50kg，熱烘過的長鏈支 化PP100kg —起加入到高速攪拌機中中速攪拌3 5分鐘取出，倒入到雙螺杆擠出機中擠 出水環造粒，擠出機各段溫度控制在170 23(TC範圍內。 發泡成型的PP材料表面平整，無破口，泡孔尺寸小(80um左右)，泡孔分布均勻，泡 孔緻密(> 6X 105個/cm3)，閉孔率高，密度約為0. 6g/cm3。
實例3 (1)稱取已製備好的長鏈支化PP(PP-g-GMA/ST自製)100kg，放在烘箱中熱烘2小
時，溫度為8(TC。 (2)發泡母粒製備 稱取低密度聚乙烯PE-LD100kg，AC發泡劑20kg、助發泡劑、成核劑Zn06kg，用高速 混合機加以攪拌均勻後，在雙螺杆擠出機中擠出造粒，擠出機各段溫度控制在130 160°C 範圍內 (3)擠出發泡成型 稱取發泡母粒2kg，納米CaC03 3. Okg， 1010/168複合抗氧劑0. 60kg，熱烘過的長 鏈支化PP100kg —起加入到高速攪拌機中中速攪拌3 5分鐘取出，倒入到雙螺杆擠出機 中擠出水環造粒，擠出機各段溫度控制在170 23(TC範圍內。 發泡成型的PP材料表面平整，無破口，泡孔尺寸較小(90um左右)，泡孔分布均勻， 泡孔緻密(> 7X 105個/cm3)，閉孔率高，密度約為0. 5g/cm3。
權利要求
一種納米絡合發泡聚丙烯保溫材料(NBPP)的配製方法。
2. 根據權利要求書1所述，其特徵在於所述的PP是指高熔體聚丙烯(HMSPP)、接枝聚 丙烯(PP-g-GMA/ST)、交聯聚丙烯(PP-X)、高熔體聚丙烯/線性聚丙烯的混合體(HMSPP/PP) 中的其中一種。
3. 根據權利要求書1所述，其特徵在於所述的成核劑是指納米級Zn0、CaC03、滑石粉等 無機粉體材料。
4. 根據權利要求書1所述，其特徵在於所述的絡合發泡劑是指AC/Zn0複合製作的組合體。
5. 根據權利要求書1所述，其特徵在於所述的主發泡劑AC是指偶氮二甲醯胺或丁烷類 發泡劑中的一種，市售。
6. 根據權利要求書1所述，其特徵在於所述的助發泡劑是指納米級ZnO。
7. 根據權利要求書1所述，其特徵在於所述的抗氧劑是指1010/168的組合體。
8. 根據權利要求書1所述，其特徵在於所述配方中各組分重量百分比為 PP :92 94. 5%PE :1 3% AC :0. 1 0. 4% ZnO/CaC03 :2 6% 1010/168 :0. 4 0. 6%。
全文摘要
以高熔體聚丙烯(HMSPP)、接枝聚丙烯(PP-g-GMA/ST)、交聯聚丙烯(PP-X)、高熔體聚丙烯/線性聚丙烯的混合體(HMSPP/PP)中的其中一種為基體發泡材料；以AC/ZnO複合材料為主、助發泡劑；以納米級ZnO、CaCO3、滑石粉為發泡成核劑等組成是一種高效的發泡材料配方體。事實證明經納米ZnO/AC組合可發生絡合作用，使AC活化，可明顯降低AC發泡劑的分解溫度，改善其分解性能與添加了納米級成核劑後的PP發泡材料，具有泡孔數量高、緻密、閉孔、高發泡倍率的優點。
文檔編號C08L51/06GK101735507SQ20081020260
公開日2010年6月16日 申請日期2008年11月12日 優先權日2008年11月12日
發明者林世平 申請人:林世平