聚乙烯泡沫塑料及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种聚乙烯泡沫塑料，由聚乙烯、成核剂、助剂、超临界二氧化碳制备而成；所述成核剂占聚乙烯总质量的2‰~8‰，助剂占聚乙烯总质量的1‰~6‰，超临界二氧化碳占聚乙烯总质量的5%~30%。本发明还涉及聚乙烯泡沫塑料的制备方法。本发明采用熔体泵、静态混合器、动态混合器将螺杆挤出机挤出的塑料熔体输送至发泡口模发泡挤出，保证了塑料熔体的有效输送，使超临界二氧化碳及助剂在塑料熔体中得到均匀分散，提高了产品发泡的均匀性。本发明用超临界二氧化碳替代丁烷发泡生产挤塑聚乙烯泡沫塑料，简单易行、解决了挤塑聚乙烯泡沫塑料生产过程中存在的安全隐患，实现了绿色环保、安全发泡；降低了生产成本；质量也得到了极大提高。
【专利说明】聚乙烯泡沬塑料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及挤出高分子泡沫塑料【技术领域】，具体涉及采用超临界二氧化碳发泡挤塑聚乙烯泡沫塑料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着我国经济建设的高速发展，大量高精尖的电子设备、光学仪器、仪表电器等设备装置，要求质量高、保护性能好的包装。同时，与上述产品的运输相配套的铁路、航海、航空、公路包装运输等领域也非常需要性能优良的保护材料。挤塑聚乙烯泡沫塑料由于具有良好的绝热性和保温性，优良的缓冲性能，重量轻且具有柔软性、可回收等优点，目前被广泛应用于各种包装领域。
[0003]目前国内的挤塑聚乙烯泡沫塑料生产工艺都用丁烷做发泡剂，由于丁烷是易燃有机气体，与空气混合能形成爆炸性混合物，遇热源和明火有燃烧爆炸的危险；丁烷与氧化剂接触猛烈反应，丁烷比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇火源会着火回燃，对聚乙烯发泡塑料的生产环节提出了较高的安全要求。另外，使用丁烷发泡的聚乙烯泡沫塑料必须在库房存放一个月左右，才能使得残存在泡沫塑料中的丁烷进一步逃逸出来，这同样也使得储存环节也极易形成可爆炸氛围，对储存环节也提出了较高的安全要求。国内聚乙烯挤出泡沫塑料生产厂家，每年都有不少因为丁烷燃烧爆炸而造成极大损失的案例。因此，寻找新型发泡剂及工艺，成为该行业的世界难题，而目前采用具有环保型的超临界二氧化碳替代丁烷作发泡剂是首要选择，但目前该技术难度很大尚未取得突破性进展。
[0004]超临界二氧化碳发泡技术最早由意大利康隆集团开发。超临界二氧化碳状态
是指当二氧化碳在温度30.5°C、压力7.37MPa以上所处的状态为超临界状态，在该状态下，二氧化碳性质介于液`态和气态之间。超临界二氧化碳具有近似液体的密度和气体的黏度，对聚合物熔体有很好的增塑作用，能降低聚合物熔体的黏度，提高熔体的流动性，降低挤出温度，作为发泡剂主要用于塑料的微孔发泡。超临界二氧化碳作为发泡剂具有无毒、不可燃、ODP为零和发泡效率高等优点。另外，二氧化碳是工业生产的副产品，不需要额外生产，不会造成环境污染。超临界二氧化碳发泡制得的泡沫具有较高的泡孔密度，可获得优质的泡沫塑料。
[0005]虽然二氧化碳具有不燃性，不污染大气，成本低的理想发泡剂的特征，但由于二氧化碳的挥发性极大，蒸汽压又极高，这种发泡剂极难使用，经过挤塑聚乙烯泡沫生产厂家尝试使用，在现有生产设备中超临界二氧化碳发泡剂经常使泡沫塑料在泡沫体中形成中断的泡孔、表面缺陷(如裂纹)和褶皱，使得泡沫体片中的厚度变化，这都造成泡沫体表面的尺寸不理想，从而影响泡沫体的强度和外观。
【发明内容】
[0006]本发明提供了一种聚乙烯泡沫塑料及其制备方法，采用超临界二氧化碳替代丁烷发泡剂，解决了挤塑聚乙烯泡沫塑料生产过程中存在的安全隐患，减少了环境污染；并且降低了生产成本。
[0007]本发明的具体技术方案如下:
一种聚乙烯泡沫塑料，由聚乙烯、成核剂、助剂、超临界二氧化碳制备而成；
所述成核剂占聚乙烯总质量的2%-8%。，助剂占聚乙烯总质量的1%。飞％。，超临界二氧化碳占聚乙烯总质量的5%~30% ；
所述成核剂选自碳酸钙、硫酸钙、滑石粉中的一种；
所述助剂选自聚二甲基硅氧烷、矿物油、单硬脂酸甘油酯中的一种。
[0008]对于成核剂，在相同成核能力时，直径越小，成核剂用量越少；在相同成核剂用量时，直径越小，成核泡孔的数量越多，对泡孔的均匀性越好，即产品的泡孔均匀性也会越好；所以从成本方面以及产品的泡孔均匀性考虑，优选的，所述成核剂的粒径小于lOMffl。
[0009]本发明还提供了聚乙烯泡沫塑料的制备方法，包括如下步骤:
(1)将成核剂和聚乙烯喂入螺杆挤出机内，经螺杆挤出机挤出形成塑料熔体，螺杆挤出机内的压力为5MPa~lOMPa，温度为80°C~200°C ；
(2)塑料熔体由熔体泵加压输出至第一静态混合器内，熔体泵的输出压力为15MPa~30 MPa，塑料熔体与助剂和超临界二氧化碳在第一静态混合器内充分混合；
(3)从第一静态混合器出来的塑料熔体依次经动态混合器、第二静态混合器混合后进入发泡口模，经发泡挤出形成发泡体，发泡口模处的温度为80°C~110°C，压力为8 MPa~12MPa ；；
(4)发泡体经冷却、展开、定型、牵引、收卷即得聚乙烯泡沫塑料成品。
[0010]所述螺杆挤出机为单螺杆挤出机，其螺杆长径比为25/35/1 ;本发明将螺杆长径比设为25/35/1，单螺杆挤出机只是起到塑化作用，其它混合作用和提压作用交予静态混合器、动态混合器和熔体泵来完成。
[0011]为了使成核剂和聚乙烯混合的更加均匀，保证泡孔的均匀性；步骤(1)中成核剂和聚乙烯分别由螺杆喂料器喂入螺杆挤出机内。
[0012]由于生产较厚的片材或型材时发泡口模处不需要大的内部压力，所以熔体泵可以远离发泡口模部位，上述方法尤其适用于制备厚度大于IOmm的片材或型材，而且效果也比较好。
[0013]本发明还提供了聚乙烯泡沫塑料的制备方法，包括如下步骤:
(1)将成核剂和聚乙烯喂入螺杆挤出机内，经螺杆挤出机挤出形成塑料熔体，螺杆挤出机内的压力为5MPa~lOMPa，温度为80°C~200°C ；
(2)将塑料熔体送入第一静态混合器内，与助剂和超临界二氧化碳在第一静态混合器内充分混合后由熔体泵加压输出至动态混合器内，熔体泵的输出压力为15 MPa~30 MPa ；
(3)经动态混合器混合后的塑料熔体进入第二静态混合器内混合，然后进入发泡口模，经发泡挤出形成发泡体，发泡口模处的温度为80°C~110°C，压力为8 MPa~12 MPa ；
(4)发泡体经冷却、展开、定型、牵引、收卷即得聚乙烯泡沫塑料成品。
[0014]所述螺杆挤出机为单螺杆挤出机，其螺杆长径比为25/35/1 ;本发明将螺杆长径比设为25/35/1，单螺杆挤出机只是起到塑化作用，其它混合作用和提压作用交予静态混合器、动态混合器和熔体泵来完成。
[0015]为了使成核剂和聚乙烯混合的更加均匀，保证泡孔的均匀性；步骤(1)中成核剂和聚乙烯分别由螺杆喂料器喂入螺杆挤出机内。
[0016]由于生产薄的片材或型材时发泡口模处需要更大的内部压力，所以熔体泵要更靠近发泡口模部位，上述方法调整第一静态混合器和熔体泵顺序，尤其适用于制备厚度不大于IOmm的片材或型材，而且效果也比较好。
[0017]本发明在制备聚乙烯泡沫塑料中，采用超临界二氧化碳代替丁烷，并且采用熔体泵、静态混合器、动态混合器将螺杆挤出机挤出的塑料熔体输送至发泡口模发泡挤出，保证了塑料熔体的有效输送，使超临界二氧化碳及助剂在塑料熔体中得到均匀分散，提高了产品发泡的均匀性。本发明用超临界二氧化碳替代丁烷发泡生产挤塑聚乙烯泡沫塑料，工艺简单、解决了挤塑聚乙烯泡沫塑料生产过程中以及后续的储存中存在的安全隐患，实现了绿色环保、安全发泡，减少了环境污染；并且降低了生产成本；质量也得到了极大提高。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本发明方案一的工艺流程图；
图2为本发明方案一的工艺流程图。
【具体实施方式】
[0019]本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
[0020]本发明中使用的螺杆喂料器、单螺杆挤出机、换网器、熔体泵、第一静态混合器、动态混合器、第二静态混合器、发泡口模、增压泵均是现有的；其中第一静态混合器和第二静态混合器相同。
[0021] 下面结合实施例及附图对本发明进一步描述。
[0022]实施例1
如附图1所示，一种聚乙烯泡沫塑料的制备方法，包括如下步骤:
(1)将占聚乙烯总质量2%。的碳酸钙和聚乙烯分别通过螺杆喂料器喂入单螺杆挤出机内，经螺杆挤出机挤出形成塑料熔体，单螺杆挤出机的长径比为30/1单螺杆挤出机内的压力为lOMPa，温度为120°C ；
(2)挤出机机头通过换网器与熔体泵相连，塑料熔体由熔体泵加压输出至第一静态混合器内，熔体泵的输出压力为15 MPa ;将占聚乙烯总质量3%。的聚二甲基硅氧烷和占聚乙烯总质量20%超临界二氧化碳分别经增压泵输送至第一静态混合器内，塑料熔体与聚二甲基硅氧烷和超临界二氧化碳在第一静态混合器内充分混合；
(3)从第一静态混合器出来的塑料熔体依次经动态混合器、第二静态混合器混合后进入发泡口模，经发泡挤出形成发泡体，发泡口模处的温度为110°C，压力为10 MPa ；
(4)发泡体经冷却、展开、定型、牵引、收卷即得聚乙烯泡沫塑料成品。
[0023]实施例2
如附图1所示，一种聚乙烯泡沫塑料的制备方法，包括如下步骤:
(I)将占聚乙烯总质量2%。的硫酸钙和聚乙烯分别通过螺杆喂料器喂入单螺杆挤出机内，经螺杆挤出机挤出形成塑料熔体，单螺杆挤出机的长径比为25/1单螺杆挤出机内的压力为8MPa，温度为80°C ；(2)挤出机机头通过换网器与熔体泵相连，塑料熔体由熔体泵加压输出至第一静态混合器内，熔体泵的输出压力为30 MPa ;将占聚乙烯总质量6%。的矿物油和占聚乙烯总质量7%的超临界二氧化碳分别经增压泵输送至第一静态混合器内，塑料熔体与聚二甲基硅氧烷和超临界二氧化碳在第一静态混合器内充分混合；
(3)从第一静态混合器出来的塑料熔体依次经动态混合器、第二静态混合器混合后进入发泡口模，经发泡挤出形成发泡体，发泡口模处的温度为90°C，压力为8 MPa ；
(4)发泡体经冷却、展开、定型、牵引、收卷即得聚乙烯泡沫塑料成品。
[0024]实施例3
如附图2所示，一种聚乙烯泡沫塑料的制备方法，包括如下步骤:
(1)将占聚乙烯总质量2%。的滑石粉和聚乙烯分别通过螺杆喂料器喂入单螺杆挤出机内，经螺杆挤出机挤出形成塑料熔体，单螺杆挤出机的长径比为35/1单螺杆挤出机内的压力为5MPa，温度为200°C ；
(2)挤出机机头通过换网器与第一静态混合器相连，塑料熔体输出至第一静态混合器内，将占聚乙烯总质量2%。的单硬脂酸甘油酯和占聚乙烯总质量30%的超临界二氧化碳分别经增压泵输送至第一静态混合器内，塑料熔体与聚二甲基硅氧烷和超临界二氧化碳在第一静态混合器内充分混合；然后由熔体泵加压输出至动态混合器内混合，熔体泵的输出压力为15 MPa ；
3)经动态混合器混合后的塑料熔体进入第二静态混合器混合，然后进入发泡口模，经发泡挤出形成发泡体，发泡口模处的温度为80°C，压力为12 MPa ；
(4)发泡体经冷却、展开、定型、牵引、收卷即得聚乙烯泡沫塑料成品。 [0025]实施例4
如附图2所示，一种聚乙烯泡沫塑料的制备方法，包括如下步骤:
(1)将占聚乙烯总质量2%。的碳酸钙和聚乙烯分别通过螺杆喂料器喂入单螺杆挤出机内，经螺杆挤出机挤出形成塑料熔体，单螺杆挤出机的长径比为30/1单螺杆挤出机内的压力为8MPa，温度为ΙδΟ? ；
(2)挤出机机头通过换网器与第一静态混合器相连，塑料熔体输出至第一静态混合器内，将占聚乙烯总质量5%。的聚二甲基硅氧烷和占聚乙烯总质量8%超临界二氧化碳分别经增压泵输送至第一静态混合器内，塑料熔体与聚二甲基硅氧烷和超临界二氧化碳在第一静态混合器内充分混合；然后由熔体泵加压输出至动态混合器内混合，熔体泵的输出压力为20 MPa ；
3)经动态混合器混合后的塑料熔体进入第二静态混合器混合，然后进入发泡口模，经发泡挤出形成发泡体，发泡口模处的温度为100°C，9 MPa ；
(4)发泡体经冷却、展开、定型、牵引、收卷即得聚乙烯泡沫塑料成品。
[0026]本发明制备得到的聚乙烯泡沫塑料成品主要用于产品的包装，如电子设备、光学仪器、仪表电器等设备装置的包装；所以聚乙烯泡沫塑料成品的性能主要是看外观，看是否有中断的泡孔、表面是否有缺陷(如裂纹)和褶皱，对于其他性能没有特别要求。
[0027]以下对实施例1至实施例4得到的聚乙烯泡沫塑料的外观采用目测的方法进行检测，具体结果见表1。
[0028]表1各实施例的性能数据
【权利要求】
1.一种聚乙烯泡沫塑料，其特征在于由聚乙烯、成核剂、助剂、超临界二氧化碳制备而成； 所述成核剂占聚乙烯总质量的2%~8%。，助剂占聚乙烯总质量的1%。飞％。，超临界二氧化碳占聚乙烯总质量的5%~30% ； 所述成核剂选自碳酸钙、硫酸钙、滑石粉中的一种； 所述助剂选自聚二甲基硅氧烷、矿物油、单硬脂酸甘油酯中的一种。
2.根据权利要求1所述的聚乙烯泡沫塑料，其特征在于所述成核剂的粒径小于ΙΟμπι。
3.权利要求1至2所述的聚乙烯泡沫塑料的制备方法，其特征在于包括如下步骤: (1)将成核剂和聚乙烯喂入螺杆挤出机内，经螺杆挤出机挤出形成塑料熔体，螺杆挤出机内的压力为5MPa~lOMPa，温度为80°C~200°C ； (2)塑料熔体由熔体泵加压输出至第一静态混合器内，熔体泵的输出压力为15MPa~30 MPa，塑料熔体与助剂和超临界二氧化碳在第一静态混合器内充分混合； (3)从第一静态混合器出来的塑料熔体依次经动态混合器、第二静态混合器混合后进入发泡口模，经发泡挤出形成发泡体，发泡口模处的温度为80°C~110°C，压力为8 MPa~12MPa ； (4)发泡体经冷却、展开、定型、牵引、收卷即得聚乙烯泡沫塑料成品。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于所述螺杆挤出机为单螺杆挤出机，其螺杆长径比为25/广35/1。
5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中成核剂和聚乙烯分别由螺杆喂料器喂入螺杆挤出机内。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于该方法用于制备厚度大于IOmm的片材或型材。
7.权利要求1至2所述的聚乙烯泡沫塑料的制备方法，其特征在于包括如下步骤: (1)将成核剂和聚乙烯喂入螺杆挤出机内，经螺杆挤出机挤出形成塑料熔体，螺杆挤出机内的压力为5MPa~lOMPa，温度为80°C~200°C ； (2)将塑料熔体送入第一静态混合器内，与助剂和超临界二氧化碳在第一静态混合器内充分混合后由熔体泵加压输出至动态混合器内，熔体泵的输出压力为15 MPa~30 MPa； (3 )经动态混合器混合后的塑料熔体进入第二静态混合器内混合，然后进入发泡口模，经发泡挤出形成发泡体，发泡口模处的温度为80°C~110°C，压力为8 MPa~12 MPa ； (4)发泡体经冷却、展开、定型、牵引、收卷即得聚乙烯泡沫塑料成品。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于所述螺杆挤出机为单螺杆挤出机，其螺杆长径比为25/广35/1。
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中成核剂和聚乙烯分别由螺杆喂料器喂入螺杆挤出机内。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于该方法用于制备厚度不大于IOmm的片材或型材。
【文档编号】C08K3/26GK103524821SQ201310242630
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年6月19日 优先权日:2013年6月19日
【发明者】曹红亮, 王丽红, 牛静雯, 简令奇 申请人:南京迪默森节能科技有限公司