[发明专利]一种超临界流体挤出制备橡胶增韧PS发泡材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及高性能聚苯乙烯(PS)微孔发泡材料的制备技术领域，特别涉及一种超临界流体挤出制备橡胶增韧PS发泡材料的方法。

背景技术

微孔发泡塑料是将气体膨胀形成的泡孔均匀分散在聚合物基体中形成的复合材料，它具有密度小、冲击强度高、比强度高、隔音隔热效果好、吸湿性强等优点。然而，采用传统的化学发泡方法获得的微孔发泡塑料制品难以避免发泡剂的残留，容易对环境造成污染，危害人体健康，且成本较高。

使用超临界流体作为物理发泡剂(如超临界CO₂和N₂)制备微孔发泡塑料，具有无毒、无害、无污染、低成本等特点，且超临界流体来源广泛、成本较低，发泡过程中工艺可控性强，可获得微观结构和宏观性能优良的微孔发泡塑料。在微孔发泡基体材料中添加纳米级填充材料作为成核剂可有效提高基体的发泡性能，获得泡孔更加细密的微孔发泡塑料。采用超临界流体挤出成型技术将聚合物熔体与超临界流体在挤出螺杆的转动下充分混合并通过挤出口模连续挤出，能够实现微孔发泡塑料的连续生产，提高生产效率和产品质量稳定性。

聚苯乙烯(PS)发泡材料是一种性能卓越的泡沫材料，具有重量轻、隔热、防震、易成型等特性，主要应用于建筑物隔音绝热层、包装材料和容器等，逐渐成为最受广泛应用的泡沫材料。然而，单独的PS发泡材料具有质脆、易断裂、韧性差等缺点，这限制了PS发泡材料在一些方面的应用。使用橡胶增韧PS的方法能够有效提高复合材料的韧性，提高其断裂伸长率，拓展PS的应用范围。

从材料体系的角度考虑，在PS基体中添加橡胶相能够提供应力吸收点，在拉伸或弯曲过程中使PS基体不易发生断裂。公开号为CN101724130A、CN104004279A的申请公开了使用聚丁二烯、丁苯橡胶等橡胶体系对PS基体材料进行增韧的方法，但这些专利并没有包括橡胶增韧PS体系在超临界流体微孔发泡塑料中的应用。

从微孔发泡塑料制备方法角度考虑，采用超临界流体挤出成型技术能够连续高效地生产泡孔结构均一稳定的微孔发泡材料，是一种极易规模化和产业化的工艺方法。公开号为CN101565510A的申请公开了一种制备基于PS材料的微孔发泡塑料制备方法，但该方法采用间歇发泡法，其工艺过程复杂、不可连续生产，且效率较低。公开号为CN101619139A、CN102643490A的申请公开了基于PS材料的微孔发泡塑料挤出成型制备方法，而公开号为CN103665619A的申请采用了有毒副作用、易燃易爆的化学发泡剂，且这些专利申请都不涉及橡胶增韧PS体系的超临界流体发泡材料制备方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种超临界流体挤出制备橡胶增韧PS发泡材料的方法，通过该方法制得的材料泡孔均一、泡孔尺寸小、工艺可操作性强、抗冲击性能优异并适合工业化生产。

本发明的技术方案为：一种超临界流体挤出制备橡胶增韧PS发泡材料的方法，原料包括聚苯乙烯、热塑性弹性体和成核剂；各原料的重量以份数计，聚苯乙烯为95～80份，热塑性弹性体为5～20份，成核剂为1～10份；

制备的方法包括以下步骤：

(1)将聚苯乙烯、热塑性弹性体和成核剂按配比混合，送入第一挤出机进行熔融共混并挤出造粒，制得三相体系的聚苯乙烯基共混物；

(2)将聚苯乙烯基共混物送入第二挤出机中进行加温熔融，同时将超临界流体注入第二挤出机塑化段内，超临界流体进入熔融的聚苯乙烯基共混物熔体中，在第二挤出机螺杆的剪切作用下形成均相溶液，然后进行超临界流体连续挤出发泡。

所述步骤(1)中，第一挤出机为双螺杆挤出机或三螺杆挤出机。

所述步骤(1)中，第一挤出机的共混温度为160～190℃；第一挤出机的螺杆转速为55～70转/分。

所述步骤(2)中，第二挤出机进行超临界流体连续挤出发泡时，通过口模快速卸压来引发成核发泡，再经冷却定型，从而制得泡孔均匀且大小可控的高性能聚苯乙烯微孔材料。

所述口模为圆形结构或狭缝形结构。

所述第二挤出机进行超临界流体连续挤出发泡时，超临界流体的流率为1～3ml/min，第二挤出机的温度为160～180℃，第二挤出机的螺杆转速为10～20转/分。

所述步骤(2)中，第二挤出机为单螺杆挤出机。

所述原料中，聚苯乙烯为通用聚苯乙烯(GPPS)，热塑性弹性体为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)或苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)，成核剂为碳酸钙、二氧化硅或滑石粉中的一种或多种。