一种双峰高密度聚乙烯的微孔发泡材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于高分子材料领域，具体涉及一种双峰高密度聚乙烯的微孔发泡材料及其制备方法。双峰高密度聚乙烯微孔发泡材料由双峰高密度聚乙烯组合物发泡得到，该组合物包含双峰高密度聚乙烯，所述双峰高密度聚乙烯微孔发泡材料的平均泡孔直径为1‑100μm，平均泡孔密度≥10

A Microporous Foaming Material of Bimodal High Density Polyethylene and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种双峰高密度聚乙烯的微孔发泡材料及其制备方法
本专利技术属于高分子材料领域，具体涉及一种双峰高密度聚乙烯的微孔发泡材料及其制备方法。
技术介绍
聚合物发泡是一种降低材料和能源消耗、改善高聚物材料性能和最大化利用有限石化资源的方法。与致密材料相比，聚合物发泡材料降低了制品的单位重量，同时具有较高的冲击强度、韧性、高疲劳寿命、低介电常数和低导热系数等优异性能，已广泛应用于食品包装、抗震材料、吸音材料、控制释放系统和交通运输等领域。以发泡气体产生时是否发生化学变化作为分类标准，传统的聚合物发泡方法通常分为化学发泡法和物理发泡法。随着对环境保护等要求的日益提高，以二氧化碳、氮气、丁烷和戊烷等物理发泡剂为主的物理发泡法得到快速发展。特别是二氧化碳等惰性气体来源丰富、成本低、无需消耗石油资源，而且操作安全性高，因此利用超临界二氧化碳进行物理发泡制备发泡材料得到了飞速发展。聚乙烯是通用塑料之一，具有无毒价廉、质轻、优异的耐湿性、良好的化学稳定性和易成型加工等特点，广泛应用于各个领域。聚乙烯发泡材料具有热导率低、吸湿和渗透性小、抗腐蚀以及电绝缘性能好等优异性能，已广泛应用于建筑保温、冰箱保温材料、运动场馆设施以及电子仪器和精密仪器等的防震包装。通常用于聚乙烯发泡材料的都是低密度聚乙烯，但低密度聚乙烯发泡材料的机械性能等在某些特定领域不能满足要求。与低密度聚乙烯相比，高密度聚乙烯耐热性和拉伸、弯曲等机械强度以及抗有机溶剂、强酸、强碱、强氧化性能等性能更优良，广泛应用于注塑、挤出等传统聚合物加工方式。聚乙烯作为典型的半结晶性聚合物，内部的分子链呈线性结构排列，将其加热到熔点附近时，长链分子间的作用力变得非常小，熔体强度急剧降低，发泡过程中二氧化碳气体无法在熔融的高密度聚乙烯基体中稳定地存在，高密度聚乙烯的泡孔壁在泡孔生长过程中容易破裂甚至坍塌，致使在高温下的发泡过程非常难控制，使用性能受到影响。因此通常的高密度聚乙烯被用于发泡材料的专利技术很少。
技术介绍
部分所公开的信息仅用于帮助理解本专利技术的背景，不应当理解为承认或以任何方式暗示该信息形成了本领域技术人员以公知的现有技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术的不足，而提供一种成本低、操作简单、泡孔均匀的双峰高密度聚乙烯微孔发泡材料及其制备方法。专利技术人等通过深入研究，最终发现：通过采用具有特定的分子量和分子量分布曲线呈现两个峰值、且其高分子量部分和低分子量部分在分子级别上实现了均匀混合的双峰高密度聚乙烯树脂，利用超临界二氧化碳物理发泡方法，可以得到泡孔均匀的双峰高密度聚乙烯微孔发泡材料，从而最终完成了本专利技术。即，一种双峰高密度聚乙烯微孔发泡材料，其特征在于，双峰高密度聚乙烯微孔发泡材料由双峰高密度聚乙烯组合物发泡得到，该组合物包含双峰高密度聚乙烯，所述双峰高密度聚乙烯微孔发泡材料的平均泡孔直径为1-100μm，平均泡孔密度≥109cell/cm3，发泡倍率≥15倍，所述双峰高密度聚乙烯为带支链双峰高密度聚乙烯，所述双峰高密度聚乙烯重均分子量为300000-1200000，分子量分布为25-50，高分子量部分的重均分子量为800000-1600000，质量含量为30-60％，低分子量部分的重均分子量为50000-300000，质量含量为40-70％。作为优选，所述带支链双峰高密度聚乙烯的支链在高分子量部分，其支链类型可以为长支链或短支链，更优选长度大于20个碳的长支链，进一步优选支链长度大于50个碳的长支链，支链长度上限通常为100个碳。长支链可增加双峰高密度聚乙烯的熔体强度，有利于微孔的形成，因此优选。所述的双峰高密度聚乙烯高分子量部分的支链含量并无特别限定，通常，双峰聚乙烯高分子量部分支链含量为每一万个碳原子含有3-60个支链，更优选含有10-40个支链。支链含量增加会增加双峰聚乙烯的熔体强度，有利于微米级泡孔的形成，但支链含量过高会影响发泡过程的结晶行为，引起最终发泡材料力学性能的下降，因此优选上述含量范围。作为优选，高分子量部分的重均分子量为1000000-1300000，质量含量为40-50％，低分子量部分的重均分子量为100000-200000，质量含量为50-60％。双峰高密度聚乙烯的高分子量部分能提高材料的力学性能和发泡阶段的熔体强度，低分子量部分熔体流动性好，使双峰高密度聚乙烯的泡孔生长更容易进行，在上述质量含量比例、分子量情况下，双峰高密度聚乙烯能实现高分子量部分和低分子量部分在分子级别上的均匀混合，提高发泡制品力学性能的同时更大程度地兼顾发泡的高效性，因此优选。作为优选，所述双峰高密度聚乙烯组合物中还含有棒状纳米材料，棒状纳米材料的类型并无特别限定，通常可以为碳纳米管、甲壳素纳米晶、纤维素纳米晶中的一种或几种。棒状纳米材料有助于聚乙烯的结晶性能、提高微孔发泡材料的力学性能，因此优选。棒状纳米材料的添加量并无特别限定，通常为双峰高密度聚乙烯的0.1-2wt％。作为优选，双峰高密度聚乙烯组合物还可以含有助剂，助剂类型并无特别限定，可以列举为成核剂、抗老化剂、热稳定剂、抗菌剂、阻燃剂、着色剂、抗静电剂和辐射稳定剂。改性的双峰高密度聚乙烯中含有的助剂为上述助剂类型中的一种或多种，添加量并无特别限定，通常为双峰高密度聚乙烯的0.01-2wt％，在此范围内，助剂能起到应有的作用，而且不会影响制品的结构和力学性能。所述双峰高密度聚乙烯微米孔发泡材料的制备方法，其具体步骤如下：(1）将双峰高密度聚乙烯组合物的各种原料采用计量加料的方式加入到挤出机中，共混并混合均匀后，在挤出机、注塑机或模压机中制备得到双峰高密度聚乙烯组合物；(2)将步骤(1)得到的双峰高密度聚乙烯组合物加入到高压釜中，升温至饱和温度，饱和温度为150-190℃，充入二氧化碳至饱和压力，饱和压力为10-25MPa，饱和时间为30-120min，然后降温至发泡温度，发泡温度为130-150℃，发泡压力为5-20MPa，恒温恒压10-100min，卸压速率为50-500MPa/s，最后将高压釜冷却，冷却温度为5-70℃，冷却时间为15-120min。上述步骤(1)中，双峰高密度聚乙烯组合物的形状并无特别限定，可以为棒、片材和板材中的一种。作为优选，本专利技术中双峰高密度聚乙烯组合物共混所用的挤出机为双螺杆挤出机，可以列举为平行异向双螺杆挤出机、平行同向双螺杆挤出机、锥形双螺杆挤出机等，优选平行同向双螺杆挤出机，平行同向双螺杆挤出机混合效果好，没有分离力导致的压延效应，因此优选。作为优选，饱和温度为160-180℃，在此温度范围内，能保证双峰高密度聚乙烯充分熔融，超临界二氧化碳在体系中的溶解度保持在较高的水平，双峰高密度聚乙烯不会降解，因此优选。作为优选，饱和时间为60-120min，在此时间范围内，能保证超临界二氧化碳在体系中充分饱和并最大程度兼顾发泡效率。作为优选，饱和压力为15-25MPa，在此压力范围内，能保证超临界二氧化碳在体系中的溶解度较高，同时降低成核能垒，促进发泡的进行，发泡倍率较高，因此优选。作为优选，卸压速率为100-500MPa/s，在此泄压速率范围内，能加快成核过程，泡孔尺寸均匀，因此优选。作为优选，冷却温度为30-60℃，冷却时间为35-60min。在此冷却温度时间范围内，能保本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双峰高密度聚乙烯微孔发泡材料，其特征在于，双峰高密度聚乙烯微孔发泡材料由双峰高密度聚乙烯组合物发泡得到，该组合物包含双峰高密度聚乙烯，所述双峰高密度聚乙烯微孔发泡材料的平均泡孔直径为1‑100μm，平均泡孔密度≥10

【技术特征摘要】
1.一种双峰高密度聚乙烯微孔发泡材料，其特征在于，双峰高密度聚乙烯微孔发泡材料由双峰高密度聚乙烯组合物发泡得到，该组合物包含双峰高密度聚乙烯，所述双峰高密度聚乙烯微孔发泡材料的平均泡孔直径为1-100μm，平均泡孔密度≥109cell/cm3，发泡倍率≥15倍，所述双峰高密度聚乙烯为带支链双峰高密度聚乙烯，所述双峰高密度聚乙烯重均分子量为300000-1200000，分子量分布为25-50，高分子量部分的重均分子量为800000-1600000，质量含量为30-60％，低分子量部分的重均分子量为50000-300000，质量含量为40-70％。2.权利要求1所述的双峰高密度聚乙烯微孔发泡材料，所述带支链双峰高密度聚乙烯的支链在高分子量部分，其支链类型可以为长支链，长度大于20个碳的长支链，支链长度上限为100个碳。3.权利要求2所述的双峰高密度聚乙烯微孔发泡材料，支链含量为每一万个...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宗宝，别大奎，张利，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33