[发明专利]一种复合发泡剂及用其制备的聚丙烯发泡材料

说明书

技术领域

本发明涉及高分子领域，进一步地说，是涉及一种复合发泡剂及用其制备的聚丙烯发泡材料。

背景技术

聚合物发泡塑料主要包括聚氨酯、聚苯乙烯和聚乙烯等软质与硬质泡沫塑料三大类。聚氨酯泡沫材料是一种常用的泡沫材料，但不如包括聚丙烯(PP)在内的热塑性聚合物泡沫材料容易热成型。发泡聚苯乙烯制品回弹性差，挤出发泡产品刚度高，易粉化，且废弃物重量轻，体积大，耐老化、抗腐蚀，化学性质稳定，不易被微生物降解，进入土壤后，使土质变坏，用燃烧的方法处理，燃烧会产生二氧化碳和其它有害气体，也会引起不利的温室效应，还会污染空气。发泡聚乙烯克服了普通发泡塑料易碎、变形的缺点，具有隔水防潮、防震、隔音、保温、可塑性能佳、韧性强等诸多优点，亦具有很好的抗化学性能。但是相比聚丙烯类发泡材料，聚乙烯较低的弯曲模量导致制品表面刚性及回弹性较差，且聚乙烯发泡材料往往使用交联法制备，所以废弃物化学性质稳定，不易被微生物降解，且不可循环回收使用。相比之下，非交联聚丙烯发泡材料以其优良的力学性能和环保性能：优良的耐热性，使用温度可达130℃；高温下的制品尺寸稳定性，维卡软化点可达160℃；优良的力学性能，弯曲模量高，并具有良好的耐冲击性能；环境友好性出色，燃烧时无毒气放出，易于回收，可重复利用；并具有优良的耐化学腐蚀性。

现有发泡工艺中，聚丙烯类发泡材料的生产方法主要包括两种：间歇(釜式)发泡法和挤出发泡法。其中，间歇发泡法工艺较为成熟(见CN01819174.6)，但涉及复杂的制备工艺，昂贵的微粒子制造成本和含有助分散剂、表面活性剂的化工废水处理，生产速率较低，制造成本较高。此外，聚丙烯珠粒泡沫材料通常由比聚丙烯均聚物更柔韧的聚丙烯共聚物制成，因此相对由均聚物聚丙烯制成的泡沫材料具有较低的耐热性(见CN200410063190.8)。由可发泡聚丙烯珠粒制成的泡沫材料片材是得到具有较高耐热性的可热成型泡沫材料的一种方法，但该泡沫材料可能不具有某些场合所需的耐冲击性或弯曲和拉伸强度性能。所以，挤出微发泡板材具有上述材料所不具有的高刚度、热成型性能优的特点，在文具，汽车顶棚等领域具有良好的应用前景。这里介绍的挤出发泡法是指将含发泡剂的树脂熔融物，从机头模口挤出时由高压变为常压，溶于树脂熔融物内的气体膨胀而完成发泡，挤出和发泡过程在挤出机中一次完成，具有工艺流程简单、生产效率高、产品形态可调范围宽、经济性佳等特点。这种连续化的挤出发泡工艺是提高发泡材料制备效率的有效方法。

PP发泡片材主要采用挤出方法进行成型加工。挤出成型具有很高的生产效率，并且容易实现自动化。早期的PP发泡片材多为采用交联工艺的两步挤出发泡成型方法所制备。即将PP树脂与发泡剂、交联剂、成核剂等进行充分混合，然后在挤出机上挤出为片材，随后将未发泡的PP片材进行交联，再在发泡炉中进行发泡成型，交联可以采用辐射交联和化学交联两种方法，树脂在发泡之前的交联可以使其熔体粘度随着温度升高而降低的速度变慢，从而在较宽的温度范围内具有适当的熔体粘度。这种方法将混料和发泡分开进行，挤出机仅仅进行发泡组分的混合，且该方法得到的聚丙烯发泡材料由于交联不可重复利用，对环境容易造成污染。中国专利CN201010134664.9(2010年3月26日申请)公开了一种新型的高倍率交联发泡聚丙烯片材及其制备方法。该高倍率交联发泡聚丙烯片材包括聚丙烯树脂、交联剂、抗老化剂和发泡剂母粒，利用辐照法克服了温度高于熔点后聚丙烯熔体强度迅速下降的趋势，制备出了性能优良的产品，使材料的拉伸强度、断裂伸长率等性能均有明显的提高。但该方法是一种交联法制备聚丙烯发泡材料，得到发泡聚丙烯不具有可回收性，作为包装及汽车材料使用不可回收，将造成环境污染。类似专利还有中国专利CN101081914A及CN1131277C。

近年来，PP的直接挤出发泡片材成型方法受到广泛重视。直接挤出发泡法是在挤出机内直接完成发泡各个组分的混合、熔融和发泡过程，又可以称之为一步挤出发泡成型法。根据所采用发泡剂的不同，直接挤出发泡成型法又可以分为物理发泡和化学发泡两种方法，不管采用哪种方法，共同的控制要素是建立足够高的机头压力来抑制发泡体系在挤出口模附近提前发泡，一旦发泡体系进入口模，就会释压发泡成型。根据已公开专利，具体的挤出工艺、能耗和设备要求上不尽相同。

美国专利US6251319(1999年4月30日申请)公开了一种制备聚丙烯发泡片材的方法，使用高熔体强度聚丙烯树脂及挥发性易燃的发泡剂丁烷，发泡倍率为4-56倍，但是由于使用可燃物作为发泡剂，设备及相应厂房须经特殊的防爆处理，因此聚丙烯发泡材料的成本较高。