无卤阻燃抗菌聚乙烯功能母粒与高性能泡沫材料及它们的制备方法与流程

本发明涉及航天高分子材料技术领域，具体涉及无卤阻燃抗菌聚乙烯功能母粒与高性能泡沫材料及它们的制备方法。

技术背景

缓冲包装又称防震包装，产品从生产出来到开始使用要经过一系列的运输、保管、堆码和装卸过程，而上述过程中产品十分容易发生机械性损坏。为了防止产品遭受损坏，需要缓冲包装来减缓内装物受到的冲击和振动，减小外力的影响。

航天货运飞船有上行货物的需求，在上行过程中货物需要包装的缓冲保护；同时，航天飞船内部一般为密封、带压、温湿度适宜的环境，其特别适合细菌的滋生，因而简单的包装材料难以满足飞船上行货的各方面要求。目前，应用最为广泛的缓冲包装材料为聚氨酯泡沫，其具有良好的换成性能，但其存在原料毒性大、无卤阻燃困难、无法回收利用等问题，在货运飞船的缓冲包装应用中不够理想。

因此，我们以改善飞船包装材料为出发点，通过研究特定的无卤阻燃抗菌功能母粒，使该功能母粒与聚乙烯材料结合能够生成性能更优异的泡沫材料，该材料具有低有害气体逸出、阻燃、燃烧产物低毒、抗菌防霉等的特点，其能够满足载人航天包装材料的实际需求。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种无卤阻燃抗菌聚乙烯功能母粒与高性能泡沫材料及它们的制备方法，该功能母粒不仅能够有效提高泡沫材料的力学强度，同时生产出的泡沫材料能够实现无卤阻燃，并且燃烧产物低毒，抗菌防霉，其能够满足航天器装载上行的需求，绿色环保。

本发明具体的技术方案如下：

实际上，本发明涉及一种无卤阻燃抗菌聚乙烯功能母粒，所述聚乙烯功能母粒以质量份数计包括下述组分：低密度聚乙烯树脂20～30份、聚磷酸铵类无卤阻燃剂8～12份、抗菌剂1～3份，抗静电剂0.4～0.7份；其中，所述低密度聚乙烯树脂的密度为0.913～0.924g/cm³，所述聚磷酸铵类无卤阻燃剂的磷质量百分含量为29％～31％，氮质量百分含量15～17％，所述抗菌剂为银、锌及其化合物，且活性成分含量≥95％。

作为另一具体实施例，所述聚乙烯功能母粒以质量份数计包括下述组分：低密度聚乙烯树脂22～28份、聚磷酸铵类无卤阻燃剂9～10份、抗菌剂1.2～2.5份，抗静电剂0.5～0.6份。

本发明还涉及一种如权利要求1或2所述无卤阻燃抗菌聚乙烯功能母粒的制备方法，其包括步骤：

(1)按照配比配制各组分原料；

(2)将低密度聚乙烯树脂、聚磷酸铵类无卤阻燃剂、抗菌剂和抗静电剂进行混合，混合均匀，其后于温度为210±10℃的条件下进行挤出造粒，得功能母粒。作为优选，该步骤(2)中混合后的物料的挤出速度为30～40r/min，其能够进一步提高母粒质量，提高性能稳定性。

本发明另涉及一种高性能泡沫材料，其特征在于：所述高性能泡沫材料包括以下组分：根据权利要求1～2所述的无卤阻燃抗菌聚乙烯功能母粒及低密度聚乙烯。

本发明还另涉及一种高性能泡沫材料的制备方法，其包括步骤：

(1)配置聚乙烯基料；

(2)将上述聚乙烯基料进行挤出发泡及模压处理，经冷却后，即得到片状的高性能材料；

其中，所述聚乙烯基料以质量份数计包括下述组分：如权利要求1或2的无卤阻燃抗菌聚乙烯功能母粒20～30份和低密度聚乙烯树脂70～80份。

作为另外一具体实施例，所述步骤(2)中，所述挤出发泡中使用丁烷作为发泡剂，挤出温度为180±3℃，其中挤出发泡使用螺杆挤出机，其螺杆转速为20±2r/min。

作为另外一具体实施案例，所述挤出发泡中还加入有发泡助剂，所述发泡助剂为单硬脂酸甘油酯，其占聚乙烯基料总重量的2～4.5％；其中，通过加入单硬脂酸甘油酯，特别是食品级单硬脂酸甘油酯，其能够明显提高成型泡沫质量，抑制泡孔收缩，促进泡沫稳定成型，其抗菌性、防霉性均有提高，同时降低产品气味。

作为另外一具体实施例，所述步骤(2)中，所述挤出发泡中注入高压气体，气体压力为13±1mpa。

作为另外一具体实施例，所述模压的压力为5～10mpa。

作为另外一具体实施例，所述冷却是选择10～15m/s的自然风进行冷却。

与现有技术相比，本发明方案具有有益效果：

(1)本发明的功能母粒能够应用到泡沫材料中，所生成的泡沫材料抗菌率≥95％，防霉等级可达0级，气味等级可达1.0级，其具有良好的抗菌、防霉作用，并且气味低，满足载人航天器密封舱内材料要求，有效保障航天员的在轨健康；

(2)本发明的泡沫材料能够12s垂直燃烧自熄，而在毒性检测中：co为56ppm；hf小于1.5ppm；hcl为4ppm；nox为3ppm；so2为0ppm；hcn为0.5ppm，其具有较好的阻燃性能，同时燃烧产物低毒，进一步确保了航天密封舱内环境的安全性、可靠性；

(3)本发明的泡沫材料在垂直发泡方向上，拉伸强度可达0.42mpa，断裂伸长率可达61％，而在发泡方向上，拉伸强度可达0.54mpa，断裂伸长率可达78％，压缩强度13.6kpa，其力学性能较佳，能够满足航天器对于包装材料的硬度、强度需求；

(4)本发明的泡沫材料具有良好的热塑性，通过加热可对泡沫进行重塑变形，操作方便，成型过程中几乎无有害物质产生，安全健康，为泡沫材料的二次回收利用提供了更广泛的选择；

(5)本发明的泡沫材料绿色环保，用途广泛，除了应用于航天器装载上行、军事装备的包装防护材料，还能够结合切割、冲压、雕刻加工为其他泡沫型材，低毒无害，功能多样。

附图说明

图1是本发明实施例4～7的成型高性能泡沫材料的性能测试图1；

图2是本发明高性能泡沫材料的制备生产工艺图。

具体实施方式

下面通过具体实施例和对比例对本发明做进一步的详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

需要注意的是，本技术方案中的“包括”意指其除所述成分外，还可以包括其他成分，所述的“包括”，还可以替换为封闭式的“为”或“由……组成”。

其中，上述低密度聚乙烯树脂具体可选自神化集团、中国石化或泰国ptt的2426h型低密度聚乙烯中的一种或多种。

上述聚磷酸铵类无卤阻燃剂具体可选自美国科莱恩ap442、ap462或ap766阻燃剂中的一种或多种。

上述抗菌剂具体可选自上海环谷rha-tz、上海珧玥am-1或北京崇高安迪美amz系列的纳米银系无机抗菌剂的一种或多种。

上述抗静电剂具体可选自英国croda公司atmer129高效抗抗静电剂、杜邦grindsted系列抗抗静电剂、山东聚力jl系列防抗静电剂中的一种或多种。

需要进行说明的是，本技术方案制备的片状泡沫材料还可以通过热合加工成不同形状的成型包装泡沫。

实施例1：一种无卤阻燃抗菌聚乙烯功能母粒1

步骤(1)：选取低密度聚乙烯树脂20份、聚磷酸铵类无卤阻燃剂12份、抗菌剂1份，抗静电剂0.7份；

步骤(2)：将低密度聚乙烯树脂、聚磷酸铵类无卤阻燃剂、抗菌剂和抗静电剂投入混合机中进行混合处理，其中混合速度为20r/min，混合时间为15min，其后将混合后的物料经挤出机或造粒机进行挤型处理，其中挤出速度为30r/min，温度为210℃，即得无卤阻燃抗菌聚乙烯功能母粒1。

实施例2：一种无卤阻燃抗菌聚乙烯功能母粒2

步骤(1)：选取低密度聚乙烯树脂30份、聚磷酸铵类无卤阻燃剂8份、抗菌剂3份，抗静电剂0.4份；

步骤(2)：将低密度聚乙烯树脂、聚磷酸铵类无卤阻燃剂、抗菌剂和抗静电剂投入混合机中进行混合处理，其中混合速度为15r/min，混合时间为10min，其后将混合后的物料经挤出机或造粒机进行挤型处理，其中挤出速度为35r/min，温度为200℃，即得无卤阻燃抗菌聚乙烯功能母粒2。

实施例3：一种无卤阻燃抗菌聚乙烯功能母粒3

步骤(1)：选取低密度聚乙烯树脂24份、聚磷酸铵类无卤阻燃剂10份、抗菌剂2份，抗静电剂0.5份；

步骤(2)：将低密度聚乙烯树脂、聚磷酸铵类无卤阻燃剂、抗菌剂和抗静电剂投入混合机中进行混合处理，其中混合速度为18r/min，混合时间为12min，其后将混合后的物料经挤出机或造粒机进行挤型处理，其中挤出速度为40r/min，温度为220℃，即得无卤阻燃抗菌聚乙烯功能母粒3。

实施例4：一种高性能泡沫材料1

步骤(1)：选取上述实施例1的无卤阻燃抗菌聚乙烯功能母粒20份和低密度聚乙烯树脂80份；

步骤(2)：将上述功能母粒与低密度聚乙烯树脂投入混合机中进行混合处理，其中混合速度为20r/min，混合时间为10min，其后经进行挤出发泡及模压处理，其中挤出发泡使用丁烷作为发泡剂，单硬脂酸甘油酯作为发泡助剂，所述单硬脂酸甘油酯占混合料总重量的2.1％；挤出温度为180℃，挤出发泡使用螺杆挤出机，其螺杆转速为20r/min，挤出发泡中注入高压气体，气体压力为12mpa，模压为5mpa；其后立即采用约10m/s的自然风进行冷却，即得到片状泡沫材料；

步骤(3)：将成型泡沫在室温下静置7d，使泡沫内部丁烷与空气完成置换，其后通过热合机进行热合为泡沫块状进行使用，其中热合温度为100℃，得到成型高性能泡沫材料，其后将该成型高性能泡沫材料进行性能测试，测试结果如图1。

实施例5：一种高性能泡沫材料2

步骤(1)：选取上述实施例2的无卤阻燃抗菌聚乙烯功能母粒30份和低密度聚乙烯树脂70份；

步骤(2)：将上述功能母粒与低密度聚乙烯树脂投入混合机中进行混合处理，其中混合速度为20r/min，混合时间为10min，其后经进行挤出发泡及模压处理，其中挤出发泡使用丁烷作为发泡剂，单硬脂酸甘油酯作为发泡助剂，所述单硬脂酸甘油酯占混合料总重量的3.0％；挤出温度为177℃，挤出发泡使用螺杆挤出机，其螺杆转速为18r/min，，挤出发泡中注入高压气体，气体压力为13mpa，模压为10mpa；其后立即采用约15m/s的自然风进行冷却，即得到片状泡沫材料；

步骤(3)：将成型泡沫在室温下静置15d，使泡沫内部丁烷与空气完成置换，其后通过热合机进行热合为泡沫块状进行使用，其中热合温度为95℃，得到成型高性能泡沫材料，其后将该成型高性能泡沫材料进行性能测试，测试结果如图1。

实施例6：一种高性能泡沫材料3

步骤(1)：选取上述实施例3的无卤阻燃抗菌聚乙烯功能母粒25份和低密度聚乙烯树脂75份；

步骤(2)：将上述功能母粒与低密度聚乙烯树脂投入混合机中进行混合处理，其中混合速度为18r/min，混合时间为13min，其后经进行挤出发泡及模压处理，其中挤出发泡使用丁烷作为发泡剂，食品级单硬脂酸甘油酯作为发泡助剂，所述单硬脂酸甘油酯占混合料总重量的3.6％；挤出温度为183℃，挤出发泡使用螺杆挤出机，其螺杆转速为22r/min，将聚乙烯基料于温度183℃的条件下挤出成型，其中挤出成型的挤出螺杆转速为22r/min，挤出发泡中注入高压气体，气体压力为14mpa，模压为8mpa；其后立即采用约10m/s的自然风进行冷却，即得到片状泡沫材料；

步骤(3)：将成型泡沫在室温下静置10d，使泡沫内部丁烷与空气完成置换，其后通过热合机进行热合为泡沫块状进行使用，其中热合温度为95℃，得到成型高性能泡沫材料，其后将该成型高性能泡沫材料进行性能测试，测试结果如图1。

实施例7：一种高性能泡沫材料4

步骤(1)：选取上述实施例3的无卤阻燃抗菌聚乙烯功能母粒28份和低密度聚乙烯树脂75份；

步骤(2)：将上述功能母粒与低密度聚乙烯树脂投入混合机中进行混合处理，其中混合速度为19r/min，混合时间为15min，其后经进行挤出发泡及模压处理，其中挤出发泡使用丁烷作为发泡剂，食品级单硬脂酸甘油酯作为发泡助剂，所述单硬脂酸甘油酯占混合料总重量的4.3％；挤出温度为185℃，挤出发泡使用螺杆挤出机，其螺杆转速为22r/min，将聚乙烯基料于温度183℃的条件下挤出成型，其中挤出成型的挤出螺杆转速为21r/min，挤出发泡中注入高压气体，气体压力为13mpa，模压为6mpa；其后立即采用约12m/s的自然风进行冷却，即得到片状泡沫材料；

步骤(3)：将成型泡沫在室温下静置10d，使泡沫内部丁烷与空气完成置换，其后通过热合机进行热合为泡沫块状进行使用，其中热合温度为95℃，得到成型高性能泡沫材料，其后将该成型高性能泡沫材料进行性能测试，测试结果如图1。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。