采用复合发泡剂的聚丙烯泡沫片材及其生产方法

摘要

本发明涉及一种采用复合发泡剂的聚丙烯泡沫片材及其生产方法。本发明首先提供了一种聚丙烯泡沫片材，其具有以下原料组成：聚丙烯树脂、100重量份；成核剂、0.1-3重量份；抗氧剂、0.1-3重量份；泡孔稳定剂、0.1-3重量份；复合发泡剂；其中，所述复合发泡剂包括1-10重量份的第一组分发泡剂和0.5-5重量份的第二组分发泡剂。本发明还提供了上述聚丙烯泡沫片材的生产方法。本发明所提供的聚丙烯泡沫片材是一种中低发泡倍率的聚丙烯泡沫片材，并且，产品的发泡倍率、泡孔尺寸分布及力学性能综合评价优良，适宜进行刚性承载及热塑成型。本发明所提供的聚丙烯泡沫片材的制备方法的生产过程高度连续且稳定、生产过程安全无环境污染，适合工业化规模生产。

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用复合发泡剂的聚丙烯泡沫片材及其生产方法，属于高分子发泡材料制备技术领域。

背景技术

聚合物泡沫片材由于具有质轻、隔热、隔音、吸能、缓冲等优点，在各种产业以及日常生活中得到了广泛的应用。根据聚合物发泡材料的发泡倍率，即聚合物基体树脂密度与发泡材料密度之比，聚合物发泡材料可以分为超高倍率(40倍以上)、高倍率(40-4倍)和低倍率(4倍以下)。其中，低倍率的聚合物发泡片材除了具有泡沫片材的通常特性以外，还具有良好的刚性和耐热性，非常适宜应用在需要足够刚性的杯、碗等容器包装、汽车内衬基材等场合。

但是某些用途要求泡沫片材具有较高的耐热性，而常见的聚乙烯、聚苯乙烯和聚氨酯泡沫的耐热性不够高。此外聚苯乙烯和聚氨酯泡沫制品在使用年限之后不易进行回收处理，而聚乙烯泡沫通常不具有足够的刚性。

聚丙烯(PP)树脂具有良好的刚性，较高的热变形温度、耐化学品性并且易于回收，非常适合用作泡沫片材的基体树脂。使用可发泡聚丙烯珠粒经过模压成型后可得到具有一定耐热性和刚性的聚丙烯发泡片材，但是在某些场合下这种聚丙烯泡沫片材可能不具有足够高的拉伸强度、抗冲击强度和抗弯曲强度等力学性能。

中国专利CN1271125C公开了一种聚丙烯发泡方法，其是把聚丙烯树脂微粒分散于一种含有有机过氧化物的分散介质的高压釜中，然后加热该分散体以使有机过氧化物分解从而对聚丙烯树脂微粒进行表面改性，并使用一种发泡剂使该非交联、表面改性的聚丙烯树脂微粒在高压釜泄压之后得到聚丙烯发泡珠粒的工艺。但是，这种工艺生产周期较长、工艺复杂且成本较高。

上世纪90年代，随着Basell和Borealis公司相继推出了高熔体强度聚丙烯，采用连续化方法生产聚丙烯泡沫材料的工艺有了重大的突破。美国专利US6251319公开了一种使用丁烷作为发泡剂来制备聚丙烯发泡片材的方法，但是，丁烷属于易燃易爆气体，在使用和生产中都需要特殊处理，因此该聚丙烯发泡板材的成本较高。

中国专利CN1118507C公开了一种制造可热成型的聚丙烯泡沫材料片材的方法。这种方法使用高熔体强度聚丙烯，但是制品开孔率最高可达70％且泡孔尺寸较大，不利于在某些场合下进行刚性承载。

中国专利CN1435315A公开了一种含有发泡层的发泡聚丙烯树脂片，该方法生产的片材还含有占总厚度20％的实心层的树脂皮层。但是，这种方法生产工艺复杂，需要特殊设计的流道和口模来实现实心层与发泡层的迅速、牢固地粘接，对装备和操作水平的要求较高。

中国专利CN101538387A公开了一种聚丙烯发泡材料及其生产方法，该方法使用超临界流体作为发泡剂，由于超临界流体状态不稳定，难以用于输送和计量，因此挤出发泡过程不够稳定，难以保证规模化生产。

因此，寻找一种新型的聚丙烯发泡材料，以适应连续稳定的规模化生产，是本领域亟待解决的问题之一。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种采用复合发泡剂技术的中低发泡倍率、具有良好刚性且适合连续化规模生产的聚丙烯泡沫片材及其生产方法。

为达到上述目的，本发明首先提供了一种聚丙烯泡沫片材，其具有以下原料组成：

聚丙烯树脂、100重量份；成核剂、0.1-3重量份；抗氧剂、0.1-3重量份；泡孔稳定剂、0.1-3重量份；复合发泡剂；

其中，复合发泡剂包括1-10重量份的第一组分发泡剂和0.5-5重量份的第二组分发泡剂。

在上述的聚丙烯泡沫片材中，所采用的复合发泡剂的总量可以控制为2-18重量份(优选2-10重量份)，优选地，所采用的第一组分发泡剂可以为液体二氧化碳等；所采用的第二组分发泡剂可以为偶氮化合物、磺酰肼化合物和柠檬酸等中的一种或几种的混合物，或者可以为含有上述发泡剂(即偶氮化合物、磺酰肼化合物和柠檬酸等)中的一种或几种的聚合物母粒的混合物。更优选地，上述第二组分发泡剂可以为偶氮二甲酰胺、4，4-二磺酰肼二苯醚和柠檬酸等中的一种或几种的混合物，或者为含有上述发泡剂中的一种或几种的聚合物母粒的混合物。

在上述复合发泡剂中，第一组分发泡剂为主发泡剂，用于聚丙烯的发泡，第二组分发泡剂可以起到提高泡孔密度的作用。除了上述的两部分组分之外，本发明所采用的复合发泡剂还可以包括0.5-3重量份的第三组分发泡剂，该第三组分发泡剂能够起到改善泡孔尺寸大小的作用，并且，该第三组分发泡剂可以为水、乙醇、丁烷、戊烷、甲酸甲酯和二甲醚等中的一种或几种的混合物。

在本发明所提供的聚丙烯泡沫片材中，优选地，聚丙烯树脂的熔体流动速率为2-5g/10min，并且，聚丙烯树脂可以为高熔体强度聚丙烯或者高熔体强度聚丙烯与通用聚丙烯的混合物，且当采用高熔体强度聚丙烯与通用聚丙烯的混合物时，二者的重量比例为90∶10至50∶50。其中，所采用的通用聚丙烯优选可以是等规聚丙烯、无规共聚聚丙烯和嵌段聚丙烯等。

在本发明所提供的聚丙烯泡沫片材中，成核剂主要用于提高泡孔密度，其作用机理与第二组分发泡剂不同，优选地，所采用的成核剂可以为滑石粉、碳酸钙、纳米蒙脱土、二氧化钛和二氧化硅等中的一种或几种的混合物。

在本发明所提供的聚丙烯泡沫片材中，抗氧剂主要用于防止聚丙烯在加工时受热发生β降解，优选地，所采用的抗氧剂可以为四(3，5-二叔丁基-4-羟基)苯丙酸季戊四醇酯、三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯和β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯等羟基芳香族化合物中的一种或几种的混合物。

在本发明所提供的聚丙烯泡沫片材中，泡孔稳定剂主要用于提高泡孔壁的强度，防止泡孔壁的破裂，起到稳定泡孔的作用，优选地，所采用的泡孔稳定剂为甘油脂肪酸酯类泡孔稳定剂、丙二醇脂肪酸酯类泡孔稳定剂和异辛醇脂肪酸酯类泡孔稳定剂等中的一种或几种混合物。更优选地，所采用的泡孔稳定剂为甘油脂肪酸酯类泡孔稳定剂，例如单硬脂酸甘油酯，一般可以是通过含有C16-C18的脂肪酸与甘油、二醇等物质酯化得到的一类化合物。

本发明所提供的聚丙烯泡沫片材可以是采用上述的原料通过连续挤出发泡制备得到的。

本发明还提供了上述聚丙烯泡沫片材的生产方法，其包括以下步骤：

将聚丙烯树脂、第二组分化学发泡剂、成核剂、抗氧剂和泡孔稳定剂均匀混合，得到混合物料；

将混合物料在双螺杆挤出机上进行挤出造粒，经过75-80℃烘干5-6h之后形成发泡原料；

将上述发泡原料加入连续挤出发泡用挤出机，将第一组分发泡剂或者第一组分发泡剂与第三组分发泡剂的混合物注入挤出机，经过充分混合、冷却之后，挤出发泡成型，得到聚丙烯泡沫片材。

在制备聚丙烯泡沫片材的过程中，所采用的连续挤出发泡用挤出机可以为双阶单螺杆-单螺杆串联挤出机、双阶双螺杆-单螺杆串联挤出机或者单阶单螺杆挤出机，加工温度可以控制为160-230℃。

在添加第一组分发泡剂或者第一组分发泡剂与第三组分发泡剂的混合物时，可以通过在挤出发泡中所常用的设备进行，优选可以采用高精度发泡剂计量系统，该为液体专用，主要由液体储罐、一级增压泵、二级计量泵和质量流量控制的计量系统组成。在添加时，第一组分发泡剂或者第一组分发泡剂与第三组分发泡剂的混合物的注入量(注入速度)可以控制为0.6-6kg/h。这种发泡剂计量系统可以在生产过程中长时间保证发泡剂的精确及稳定的输送和计量，其中，所采用的增压泵可以为柱塞压缩泵或隔膜压缩泵等。

在挤出机中所采用的口模可以为电加热控温或者油浴加热控温的环形或者片形口模，并且在口模的后部可以配有用于控制熔体均一性的发泡稳定装置。

同现有技术相比，本发明所提供的技术方案具有以下优点：

本发明所提供的聚丙烯泡沫片材是一种中低发泡倍率的聚丙烯泡沫片材，并且，产品的发泡倍率、泡孔尺寸分布及力学性能综合评价优良，适宜进行刚性承载及热塑成型。本发明所提供的聚丙烯泡沫片材的制备方法的生产过程高度连续且稳定、生产过程安全无环境污染，适合工业化规模生产。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1为实施例1所得到的聚丙烯泡沫片材的扫描电镜照片；

图2为实施例2所得到的聚丙烯泡沫片材的扫描电镜照片。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现参照说明书附图对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

本发明所提供的采用复合发泡剂的聚丙烯泡沫片材可以按照以下具体生产方法制备得到：

1、将聚丙烯树脂、成核剂、抗氧剂和泡孔稳定剂均匀混合，得到混合物料，各实施例的原料组成如表1所示；

2、在双螺杆挤出机上对上述混合物料进行挤出造粒，挤出机1区至6区的加工温度分别为180℃、190℃、210℃、220℃、210℃、190℃，机头温度为180℃，经过80℃烘干6h之后形成发泡专用的原料；

3、向上述原料中加入第二组分发泡剂，并混合均匀后，加入连续挤出发泡专用挤出机，由高精度发泡剂计量系统将第一组分发泡剂或者第一组分发泡剂与第三组分发泡剂的混合物注入挤出机，经挤出机充分混合、控温，其中挤出机的温度分别为输送区180、185、190℃；压缩区195、200、195、190、185、180、175、170℃；均化区160、160、160、160℃；机头温度158℃。经由挤出发泡片材专用口模挤出发泡成型，成型后的片材宽度为400-1000mm。

依GB1033-86的方法进行标准测试得到聚丙烯泡沫片材的表观密度，进而可以依据公式“发泡倍率＝聚合物树脂密度/发泡后泡沫表观密度”计算得到发泡倍率数值；将聚丙烯泡沫材料经过液氮淬断，断面喷金后利用扫描电镜(SEM)观察断面，可以计算出泡孔尺寸以及泡孔密度，具体测试结果如表1所示。

表1

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。