二步挤出成型制备低密度聚丙烯泡沫型材或珠粒的方法技术

本发明专利技术公开的二步挤出成型制备低密度聚丙烯泡沫型材或珠粒的方法，是先将聚丙烯３０～８０份，发泡剂１０～４０份，发泡促进剂０～１５份，分散剂０～５份和成核剂０～１０份，在发泡剂分解温度之下，聚丙烯粘流温度以上制备可发性母粒，然后再将高熔体强度聚丙烯２０～９９份，普通聚丙烯０～７０份，可发性母粒１～１０份一起塑化挤出，并加入超临界气体进行混炼，然后通过发泡成核装置，使之产生泡核，最终形成型材或珠粒。由于化学发泡剂在塑化挤出时部分分解发泡，因而不仅使熔体的粘度下降，便于超临界气体溶入分散，而且还因成型珠粒中保留的化学发泡剂可在二次加工中再次分解发泡，从而解决了在二次成型时易产生泡沫塌陷现象，影响二次成型制品的质量与外观的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于低密度聚丙烯泡沫型材和珠粒制备
，具体涉及一种用物理化 学发泡方式二步挤出成型制备低密度聚丙烯泡沫型材和珠粒的方法。
技术介绍
聚丙烯(PP)材料具有机械性能好、无毒、相对密度低、耐热、耐化学药品、容 易加工成型等优良特性，且性能价格比高，已成为五大通用合成树脂中增长速度最快、 新品开发最为活跃的品种。发泡聚丙烯(EPP)作为最近十几年才出现的新型材料，具 备了泡沫材料的质轻、隔热保温、弹性好等优点，同时相对于市场上常见的PVC、 PS、 PE、 PU泡沫，具有更多不可比拟的优越性，如优良的耐热性(最高使用温度达130'C)， 高温下制品的尺寸稳定性好，较高的韧性以及较高的拉伸强度和抗冲击强度，适宜和 柔顺的表面，优异的微波适应性，良好的抗应力开裂性，质轻，易于回收和无毒。目 前日本、欧美等国家正大力推广EPP，使之已广泛用于日用品、建筑、包装、工业、农 业、交通运输业、军事工业、航天工业等各个领域。按EPP密度(P )范围不同分，可分为高密度EPP ( P >0. 7g/cm3)、中密度EPP (P=0.5-0.7g/cm3)和低密度EPP ( P <0. 5g/cm3)。 一般而言，化学发泡法获得的聚 丙烯制品的密度为》0.5g/cm3的中、高密度，而物理发泡法获得的聚丙烯制品密度多 数为低密度，且低密度EPP制品很难由化学发泡法制得。低密度EPP制品可分为直接使用的型材，如低密度EPP管、板、片、膜和各种几 何形状横截面的密封条等，和用于二次成形EPP泡沫制品的原材料——低密度PP泡沫 珠粒，低密度PP泡沫珠粒可通过模压成形包装件、汽车、飞机或电子电器上的隔热、 减震件等。低密度PP泡沫型材和珠粒通常采用物理发泡剂一步挤出成型，其工艺原理为通 过挤出机熔融熔体强度高的PP树脂，在挤出机熔化段某一位置，混入物理发泡剂，利 用热和压力变化导致发泡剂在聚合物熔体中形成大量的气泡核，气泡核在适当温度和 压力下膨胀，并通过口模和冷却定型装置形成EPP泡沫型材或珠粒。物理发泡法采用 的物理发泡剂为空气、氮气、二氧化碳、碳氢化合物、氟里昂或液化丁垸气等。其中4丁烷、戊烷、氮气和二氧化碳虽是工业上常用的无毒型的气体发泡剂，但丁烷、戊烷 发泡剂因与空气混合后易引起爆炸，故其应用受到一定限制。而碳氢化合物、氟里昂 等液体物理发泡剂则因环境污染等问题，工业化生产中已被逐渐淘汰。氮气和二氧化 碳发泡剂虽属安全性环保气体发泡剂，在生产中应用较多，但是仅用氮气或二氧化碳 作发泡剂制备低密度EPP泡沫型材和珠粒存在下列问题①由于气体在聚合物中的溶 解过程为扩散溶解，因而速度慢、耗时长，虽可通过提高温度和压力的技术措施来加 快扩散速度，但气体溶入过程和均匀分散于高熔体强度PP熔体的过程控制较困难，并 且对混合设备结构和工艺参数控制要求很高；②低密度EPP制造对气体发泡剂含量控 制要求很高，当采用超临界气体发泡剂用量超过20%质量分数时，对超临界气体注入系 统的计量、密闭、混合、压力控制要求很高，且泡孔均匀性较难控制；③低密度EPP 珠粒因气体发泡剂在贮存过程中会有少量逸出，故在二次成型时易产生泡沫塌陷现象， 影响二次成型制品的质量与外观。Behravesh等(Amir H Behravesh，Chul B Park, Lewis K Cheungand Ronald D Venter.Extrusion of PolypropylenFoams With Hydrocerol and Isopentane. Journal Vinyl and Additive Technology,1996,2(4):349 357 ) 用异戊烷和 Hydrocerol (德国 Boehringeringelgeim公司生产的一种吸热型发泡剂)对聚丙烯的挤出发泡过程进行了 研究。这种Hydrocerol是碳酸氢钠与柠檬酸的一种混合物，加热分解以后会产生C02、 H20、 Na2C03、 C6H605、 C5He04等物质。分解产生的0)2在挤出加工中起发泡剂的作用，其 他分解物则在发泡过程中提供成核点之用。他们在实验中采用异戊烷作为物理发泡剂， Hydrocerol作为化学发泡剂与聚丙烯的混合物从料斗中喂入机筒，而异戊烷则在聚丙 烯完全熔融时从挤出机螺杆处注入。Behravesh用Hydrocerol化学发泡剂改善异戊垸 物理发泡材料的优点是在挤出过程中Hydrocerol完全分解产生的气体不仅可使高熔 体强度PP熔体粘度下降，便于物理发泡剂异戊垸均匀分散于熔体中，而且也使泡沬材 料的泡孔密度上升和泡孔更加均匀。但是，该技术作为一步发泡法，仍未能解决低密 度EPP珠粒因气体发泡剂在贮存过程中有少量逸出，在二次成型时易产生泡沫塌陷现 象，影响二次成型制品的质量与外观的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种用物理化学发泡方式二步挤出 成型低密度聚丙烯泡沬型材和珠粒的方法，该方法既能促进气体均匀分散在PP熔体 中，以降低低密度EPP生产对混合设备结构和气体浓度等工艺参数控制的要求，又能在珠粒二次成型时，补充气体发泡剂，以提高制品质量和外观质量，使低密度EPP型 材和珠粒二次加工制品的生产工艺更易推广应用。本专利技术提供的，该方法的 工艺步骤与条件如下1) 制备可发性母粒将聚丙烯30 80份，发泡剂10~40份，发泡促进剂0 15份， 分散剂0~5份和成核剂0~10份，在发泡剂分解温度之下，聚丙烯粘流温度以上进行塑 炼造粒；2) 制备低密度聚丙烯泡沫型材或珠粒将高熔体强度聚丙烯20 99份，普通聚丙 烯0-70份，可发性母粒1~10份一起，在温度140~220°C,螺杆转速30~300r/min下， 于二阶螺杆挤出机中连续塑化挤出，并在混合物料完全熔化后，先加入按物料总重量 计为3~20%的超临界气体进行混炼，然后让熔体/气体混合物通过具有10 50MPa压力 降和500-20000MPa/S压力降变化速率的发泡成核装置，使之产生泡核，最后让熔体/ 气体混合物经过具有5 30MPa压力降的成型口模和冷却定型装置，固化泡孔，形成低 密度发泡聚丙烯型材，或经过具有5 30MPa压力降的挤出条料口模和水环式切粒机， 固化泡孔，形成低密度发泡聚丙烯珠粒。本专利技术方法是先将化学发泡剂和聚丙烯载体树脂，或化学发泡剂、适当的添加剂 ——发泡调节剂、分散剂和成核剂中的至少一种和聚丙烯载体树脂等制成的母粒(以 下称可发性母粒)，然后在高熔体强度聚丙烯或高熔体强度聚丙烯和普通聚丙烯中混入 可发性母粒，当加热温度使聚丙烯熔化时，化学发泡剂部分分解，分解气体在聚丙烯 熔体中原位生成气泡时，聚丙烯熔体强度下降，自由体积增加，立即混入超临界气体 (物理气体发泡剂)，并通过调节熔体温度和压力，使均匀混合的含有大量气泡核的熔 体通过具有一定压力降和压力降变化速率的成型模具，以及相应的辅机，最终成型为 泡孔均匀的低密度EPP型材和珠粒。由于本专利技术可通过多种发泡剂并用及与发泡促进 剂、分散剂配用，调节可发性母粒配方和用量，从而改变化学发泡剂的分解过程和特 征，加之熔体在螺杆挤出机中停留时间较为短暂，使其中所含的化学发泡剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
二步挤出成型制备低密度聚丙烯泡沫型材或珠粒的方法，该方法的工艺步骤与条件如下：　１）制备可发性母粒将聚丙烯３０～８０份，发泡剂１０～４０份，发泡促进剂０～１５份，分散剂０～５份和成核剂０～１０份，在发泡剂分解温度之下，聚丙烯粘流温度以 上进行塑炼造粒；　２）制备低密度聚丙烯泡沫型材或珠粒将高熔体强度聚丙烯２０～９９份，普通聚丙烯０～７０份，可发性母粒１～１０份一起，在温度１４０～２２０℃，螺杆转速３０～３００ｒ／ｍｉｎ下，于双螺杆挤出机或二阶螺杆挤出机中连续塑化挤出 ，并在混合物料完全熔化后，先加入按物料总重量计为３～２０％的超临界气体进行混炼，然后让熔体／气体混合物通过具有１０～５０ＭＰａ压力降和５００～２００００ＭＰａ／Ｓ压力降变化速率的发泡成核装置，使之产生泡核，最后让熔体／气体混合物经过具有５～３０ＭＰａ压力降的成型口模和冷却定型装置，固化泡孔，形成低密度发泡聚丙烯型材，或经过具有５～３０ＭＰａ压力降的挤出条料口模和水环式切粒机，固化泡孔，形成低密度发泡聚丙烯珠粒。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴智华，张清松，黄宇，王勇，严正，黄志杰，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]