專利名稱：一種納米絡(luò)合發(fā)泡聚丙烯保溫材料(nbpp)的配制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于改性長(zhǎng)鏈支化聚丙烯材料發(fā)泡技術(shù)，尤其牽涉到無機(jī)納米材料在發(fā)泡
體系中起到了成核劑與助發(fā)泡劑的雙重作用，在延長(zhǎng)了pp材料可發(fā)性時(shí)間的同時(shí)，增加了 pp熔體的黏性和彈性，使擠出發(fā)泡pp材料得到泡孔尺寸較為均一、分布均勻、具有閉孔結(jié) 構(gòu)的發(fā)泡材料。
背景技術(shù)：
發(fā)泡聚丙烯(PP)不僅繼承了 PP自身的優(yōu)越性能，而且和其它聚烯烴發(fā)泡材料相 比，具有明顯的物理性能的優(yōu)勢(shì)(1)比PS、 PU、 PE等發(fā)泡材料具有更好的剛性和更高的硬 度；(2)具有比發(fā)泡PE更高的拉伸強(qiáng)度、彈性模量、彎曲強(qiáng)度等力學(xué)性能，比發(fā)泡PS有更好 的耐沖擊強(qiáng)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(yōu)越的環(huán)保性能，比PS、 PU發(fā)泡材料不產(chǎn)生揮發(fā)性苯烷類有害物，比PE發(fā)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(dòng)時(shí)具有應(yīng)變軟化，超過熔點(diǎn)后，PP熔體黏 性與彈性迅速下降，導(dǎo)致其熱成型加工溫度范圍非常狹窄，尤其對(duì)擠出發(fā)泡、中空吹塑等非 常不利。采用高熔體強(qiáng)度PP (HMSPP)、接枝改性長(zhǎng)鏈支化PP (PP-g-GMA/ST)、交聯(lián)PP、 HMS/ PP混合等方法都可以提高PP材料的的拉伸黏性強(qiáng)度與熔體彈性強(qiáng)度，使擠出發(fā)泡PP材料 得到泡孔尺寸較為均一、分布均勻、具有閉孔結(jié)構(gòu)的發(fā)泡材料。 發(fā)泡是由發(fā)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(fā)性氣體取得氣話或化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氣體的釋放等實(shí)現(xiàn)。無論采用何種 發(fā)泡方式和成型工藝，一個(gè)典型的發(fā)泡過程可以分為以下四個(gè)步驟(l)聚合物/發(fā)泡劑均 相溶液的形成；(2)氣泡成核；(3)氣泡增長(zhǎng)；(4)氣泡穩(wěn)定和固化。由于單個(gè)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(chǎn)生相分離(氣泡成核)，繼而通過熔體中氣體分子向氣泡內(nèi)的擴(kuò)散而增長(zhǎng) (氣泡增長(zhǎng))，然后定型與固化是一個(gè)非常復(fù)雜的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)過程，其中影響的因素較 多。歸納起來，發(fā)泡體系的性能、發(fā)泡機(jī)理、和發(fā)泡工藝是影響發(fā)泡過程并決定發(fā)泡材料結(jié) 構(gòu)和性能的三個(gè)主要方面。其中，發(fā)泡體系的性能決定改體系是否適宜發(fā)泡；發(fā)泡機(jī)理決定 了發(fā)泡過程的熱力學(xué)行為；發(fā)泡工藝決定了發(fā)泡過程的動(dòng)力學(xué)行為。 塑料在發(fā)泡過程中，為了能形成大量氣泡核，常常采用加入成核劑的方法，其目的 是為成核創(chuàng)造條件。成核劑在發(fā)泡材料制備中扮演者重要的角色，對(duì)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(dāng)活化能低于聚合物熔體均相成核的活化能時(shí)，將 在界面誘發(fā)異相成核，從而更加容易產(chǎn)生大量的氣泡核。 氣泡成核過程中控制泡體結(jié)構(gòu)至關(guān)重要，如果在PP熔體中能同時(shí)出現(xiàn)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(xì)小且分布均 勻的優(yōu)質(zhì)泡沫體氣泡得成核行為比較好。PP擠出發(fā)泡得氣泡成核得關(guān)鍵在于盡可能多地 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(guān)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(fā)泡材料中添加了無機(jī)納米材 料，誘導(dǎo)了 PP材料成核，從而提高了 PP的成核速度和成核密度。 本發(fā)明中發(fā)泡劑采用的是AC發(fā)泡劑，其分解溫度為210°C 22(TC，分解溫度較 窄，僅有l(wèi)(TC左右，且分解速度快，放熱速度快，使熔體黏度產(chǎn)生下降和波動(dòng)容易導(dǎo)致局部 溫度過高而引起泡孔破裂、形成孔徑不均的開孔結(jié)構(gòu)，甚至造成樹脂的分解，這對(duì)PP的發(fā) 泡過程非常不利。 一般商用AC發(fā)泡劑分解溫度在21(TC遠(yuǎn)高于PP的熔點(diǎn)165 170°C，因 此在PP發(fā)泡材料的制作過程中，必須對(duì)AC發(fā)泡劑進(jìn)行改性，降低其分解溫度，緩和其分解 放熱。 本發(fā)明中采用納米ZnO、CaC03等物質(zhì)與AC發(fā)生絡(luò)合作用，使AC活化，可明顯降低 AC發(fā)泡劑的分解溫度，改善其分解性能。另一方面，Zn0、CaC03為納米級(jí)無機(jī)粉體，又可以 作為發(fā)泡成核劑，可最初在熔體中產(chǎn)生大量的氣泡成核點(diǎn)，有利于得到泡孔數(shù)量高且致密 的高發(fā)泡倍率PP的發(fā)泡材料。根據(jù)我們的研究經(jīng)驗(yàn)，PP的熔體黏性和彈性與溫度具有一 定的依賴關(guān)系，在PP熔點(diǎn)附近，PP具有較高的熔體黏性與彈性，但高于該溫度，PP熔體強(qiáng)度 迅速呈下降趨勢(shì)。因此，將發(fā)泡溫度控制在PP熔體強(qiáng)度較高的溫度范圍內(nèi)有利于形成具有 均勻閉孔結(jié)構(gòu)的PP發(fā)泡材料。本發(fā)明配方中添加了納米級(jí)ZnO、 CaC03改性后，AC發(fā)泡分 解溫度從22(TC提前到175t:左右，將AC發(fā)泡溫度控制在PP熔點(diǎn)左右；改性后AC分解溫度 范圍變寬至50°C ，這樣分解溫度過程平緩放熱，有利于發(fā)泡氣孔的穩(wěn)定成長(zhǎng)。

發(fā)明內(nèi)容
在線性PP通過改性接枝形成長(zhǎng)鏈支化PP (PP-g-GMA/ST)來增加PP的熔體黏性與 彈性為發(fā)泡基料，用PE-LD為發(fā)泡母?；w，AC/ZnO為絡(luò)合發(fā)泡劑，以熔融混合擠出方法在 擠出機(jī)螺桿剪切作用下制作發(fā)泡PP材料。 本發(fā)明的目的是制作一種泡孔數(shù)量高且致密、閉孔的高發(fā)泡倍率PP的發(fā)泡材料。
本發(fā)明的目的是通過如下方法加以實(shí)現(xiàn) [OO11] (1)發(fā)泡母粒制備 以低密度聚乙烯PE-LD為載體，按配比加入主發(fā)泡劑、輔助發(fā)泡劑以及成核劑，用
高速混合機(jī)加以攪拌均勻后，在雙螺桿擠出機(jī)中擠出造粒，擠出機(jī)各段溫度控制在130
16(TC范圍內(nèi)。 (2)擠出發(fā)泡 以長(zhǎng)鏈支化PP為發(fā)泡基體材料，發(fā)泡母粒為復(fù)合發(fā)泡劑，按照一定配方比例要 求，將基體材料與復(fù)合發(fā)泡劑于高速混合機(jī)中攪拌均勻后，在擠出機(jī)螺桿剪切作用下擠出
發(fā)泡切粒。 本發(fā)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(jié)合具體實(shí)例加以說明
實(shí)例1 (1)稱取已制備好的長(zhǎng)鏈支化PP(PP-g-GMA/ST自制)100kg，放在烘箱中熱烘2小
時(shí)，溫度為8(TC。 (2)發(fā)泡母粒制備 稱取低密度聚乙烯PE-LD100kg， AC發(fā)泡劑15kg、助發(fā)泡、成核劑Zn06kg，用高速混 合機(jī)加以攪拌均勻后，在雙螺桿擠出機(jī)中擠出造粒，擠出機(jī)各段溫度控制在130 16(TC范 圍內(nèi) (3)擠出發(fā)泡成型 稱取發(fā)泡母粒2kg，納米ZnOl. 94kg， 1010/168復(fù)合抗氧劑0. 45kg，熱烘過的長(zhǎng)鏈 支化PP100kg —起加入到高速攪拌機(jī)中中速攪拌3 5分鐘取出，倒入到雙螺桿擠出機(jī)中 擠出水環(huán)造粒，擠出機(jī)各段溫度控制在170 23(TC范圍內(nèi)。 發(fā)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，泡孔致密(> 8X 105個(gè)/cm3)，閉孔率高，密度約為0. 4g/cm3。
實(shí)例2 (1)稱取已制備好的長(zhǎng)鏈支化PP(PP-g-GMA/ST自制)100kg，放在烘箱中熱烘2小
時(shí)，溫度為8(TC。 (2)發(fā)泡母粒制備 稱取低密度聚乙烯PE-LD100kg， AC發(fā)泡劑10kg、助發(fā)泡、成核劑Zn06kg，用高速混 合機(jī)加以攪拌均勻后，在雙螺桿擠出機(jī)中擠出造粒，擠出機(jī)各段溫度控制在130 16(TC范 圍內(nèi) (3)擠出發(fā)泡成型 稱取發(fā)泡母粒2kg，納米Zn02. 5kg， 1010/168復(fù)合抗氧劑0. 50kg，熱烘過的長(zhǎng)鏈支 化PP100kg —起加入到高速攪拌機(jī)中中速攪拌3 5分鐘取出，倒入到雙螺桿擠出機(jī)中擠 出水環(huán)造粒，擠出機(jī)各段溫度控制在170 23(TC范圍內(nèi)。 發(fā)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 孔致密(> 6X 105個(gè)/cm3)，閉孔率高，密度約為0. 6g/cm3。
實(shí)例3 (1)稱取已制備好的長(zhǎng)鏈支化PP(PP-g-GMA/ST自制)100kg，放在烘箱中熱烘2小
時(shí)，溫度為8(TC。 (2)發(fā)泡母粒制備 稱取低密度聚乙烯PE-LD100kg，AC發(fā)泡劑20kg、助發(fā)泡劑、成核劑Zn06kg，用高速 混合機(jī)加以攪拌均勻后，在雙螺桿擠出機(jī)中擠出造粒，擠出機(jī)各段溫度控制在130 160°C 范圍內(nèi) (3)擠出發(fā)泡成型 稱取發(fā)泡母粒2kg，納米CaC03 3. Okg， 1010/168復(fù)合抗氧劑0. 60kg，熱烘過的長(zhǎng) 鏈支化PP100kg —起加入到高速攪拌機(jī)中中速攪拌3 5分鐘取出，倒入到雙螺桿擠出機(jī) 中擠出水環(huán)造粒，擠出機(jī)各段溫度控制在170 23(TC范圍內(nèi)。 發(fā)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， 泡孔致密(> 7X 105個(gè)/cm3)，閉孔率高，密度約為0. 5g/cm3。
權(quán)利要求
一種納米絡(luò)合發(fā)泡聚丙烯保溫材料(NBPP)的配制方法。
2. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述，其特征在于所述的PP是指高熔體聚丙烯(HMSPP)、接枝聚 丙烯(PP-g-GMA/ST)、交聯(lián)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(jù)權(quán)利要求書1所述，其特征在于所述的成核劑是指納米級(jí)Zn0、CaC03、滑石粉等 無機(jī)粉體材料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述，其特征在于所述的絡(luò)合發(fā)泡劑是指AC/Zn0復(fù)合制作的組合體。
5. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述，其特征在于所述的主發(fā)泡劑AC是指偶氮二甲酰胺或丁烷類 發(fā)泡劑中的一種，市售。
6. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述，其特征在于所述的助發(fā)泡劑是指納米級(jí)ZnO。
7. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述，其特征在于所述的抗氧劑是指1010/168的組合體。
8. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述，其特征在于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(lián)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(fā)泡材料；以AC/ZnO復(fù)合材料為主、助發(fā)泡劑；以納米級(jí)ZnO、CaCO3、滑石粉為發(fā)泡成核劑等組成是一種高效的發(fā)泡材料配方體。事實(shí)證明經(jīng)納米ZnO/AC組合可發(fā)生絡(luò)合作用，使AC活化，可明顯降低AC發(fā)泡劑的分解溫度，改善其分解性能與添加了納米級(jí)成核劑后的PP發(fā)泡材料，具有泡孔數(shù)量高、致密、閉孔、高發(fā)泡倍率的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C08L51/06GK101735507SQ20081020260
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2008年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月12日
發(fā)明者林世平 申請(qǐng)人:林世平