采用CO2发泡的挤塑聚苯乙烯泡沫板的制备方法和制备装置与流程

背景技术：

xps泡沫行业从上世纪九十年代末期起步，是一个新兴行业，使用hcfc-22/142b作为发泡剂。在中国，xps泡沫基本是作为建筑保温材料使用，主要应用于房屋保温、铺设高速铁路、冷库保温、高原铁路路基、机场跑道隔热层以及野外移动通讯机房、通风管道，与其它材料复合后作为保温装饰（装修）材料等。

xps泡沫行业作为中国hcfcs消费行业之一，被列入我国提交的工商制冷空调行业、房间空调器行业、聚氨酯泡沫行业、挤出聚苯乙烯泡沫行业等四个消费行业的第二阶段hcfcs淘汰管理计划中，其特点是拥有为数众多的中小企业，分布广泛。出于其技术水平、资金状况和管理能力的限制，以及对替代品安全性使用的要求，使得在xps泡沫行业实施hcfcs淘汰面临很多困难。

xps行业可供选择的替代技术已经在联合国环境署（unep）发布的泡沫行业报告中经过多次评估，最新的进展也编入了unep的年度更新资料中。xps泡沫行业hcfcs发泡技术的主要替代技术是co2/酒精/第三组分发泡剂组合发泡技术，即以co2为主要发泡剂，辅以酒精和odp值为0、gwp值较低的第三组分发泡剂为辅助发泡剂进行xps发泡板材的制备。co2的沸点非常低，为-78.5℃，常温下的蒸汽压高达6448kpa，且co2的相对分子量低，扩散速度非常快，在挤出发泡过程中，为了遏制其在挤出机机筒和机头内的预发泡，系统的工作压力要高于采用hcfcs作为发泡剂的工作压力。此外，co2与ps的相容性差，与hcfcs相比在ps熔体中的溶解度较低，也需要通过提升系统工作压力或者调整原料配方来提高其在ps中的溶解度。

综合上述，采用co2为主发泡剂进行xps发泡板材的制备，存在如下问题：

（1）现有的螺杆挤出机共混效果不理想，无法使co2更好的分散在ps熔体里，难以满足co2作为发泡剂的工艺要求；

（2）制备厚度大于60mm的板材有一定困难；

（3）产品密度高使用co2生产出来的xps板材的密度要高于使用hcfcs发泡的产品，导致产品的成本升高。

技术实现要素：

为了克服以co2为主发泡剂进行xps发泡板材制备的上述缺陷，提高发泡过程中co2与ps熔体的共混效果、提高co2的溶解度，本发明提供了一种采用co2发泡的挤塑聚苯乙烯泡沫板的制备方法和制备装置。

本发明采用的技术方案如下：

一种采用co2发泡的挤塑聚苯乙烯泡沫板的制备方法：将聚苯乙烯原料、成核剂及发泡助剂混合后加入到挤出发泡机组，注入co2发泡剂后中进行发泡；所述co2发泡剂沿螺杆的径向由内向外扩散。

本发明的有益效果是：本发明改变传统的由外向内加压来实现co2发泡剂注入的方式，改为由内向外注入，co2发泡剂在向外逃逸的过程中自动完成了与ps熔体的共混，提高了co2在ps熔体中的混合度，使co2能很好的满足作为发泡剂的工艺要求，为制备厚板、低密度板提供了技术前提。

优选的：所述聚苯乙烯原料为聚苯乙烯共混苯乙烯-丙烯腈共聚物。

优选的：所述成核剂是指碳酸盐类成核剂。

优选的：所述发泡助剂包括纯度大于99%的乙醇，复合以hcfc-134a、hfc-152a、正丁烷、异丁烷或hfo-1234ze中的一种或多种。

优选的：所述发泡助剂中，乙醇的质量百分含量为聚苯乙烯原料的1~3％，hcfc-134a、hfc-152a、正丁烷、异丁烷及hfo-1234ze总的质量百分含量为原料的1~2％。

优选的：所述co2发泡剂为纯度大于99%的液态co2，其质量百分含量为聚苯乙烯原料的3~5％。

优选的：所述co2发泡剂在所述挤出发泡机组的熔融段注入，注入压力20~25mpa。

一种采用co2发泡的挤塑聚苯乙烯泡沫板的制备装置，其特征在于：包括挤出发泡机组与液态co2注入装置，所述挤出发泡机组包括依次设置的主机、热交换器、机头及压平牵引装置，所述液态co2注入装置的注入管设置在所述机头的螺筒内，且管口靠近螺杆螺槽的底部。

所述机头的螺杆上设有一段缺少螺棱的缺口，所述注入管设置在所述缺口中。

所述液态co2注入装置包括依次连通的原料罐、加压泵、缓冲罐、注入泵及注入管。

附图说明

图1是本发明实施例的示意图。

图2是本发明实施例中螺杆的示意图。

图3是本发明实施例中a处的放大图。

挤出发泡机组1、液态co2注入装置2、主机101、热交换器102、机头103、压平牵引装置104、缺口105、原料罐201、加压泵202、缓冲罐203、注入泵204、注入管205。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

实施例中，如图1~3所示，一种采用co2发泡的挤塑聚苯乙烯泡沫板的制备方法：将聚苯乙烯原料、成核剂及发泡助剂混合后加入到挤出发泡机组，注入co2发泡剂后中进行发泡；所述co2发泡剂沿螺杆的径向由内向外扩散。本实施例改变传统的由外向内加压来实现co2发泡剂注入的方式，改为由内向外注入，co2发泡剂在向外逃逸的过程中自动完成了与ps熔体的共混，提高了co2在ps熔体中的混合度，使co2能很好的满足作为发泡剂的工艺要求，为制备厚板、低密度板提供了技术前提。

实施例中：所述聚苯乙烯原料为聚苯乙烯共混苯乙烯-丙烯腈共聚物。具体的聚苯乙烯原料为通用级，熔体流动速率1~25g/10min，最佳为熔体流动速率1~10g/10min，原料中苯乙烯-丙烯腈共聚物占聚苯乙烯共混苯乙烯-丙烯腈共聚物总量的质量百分含量为1~20％，以进一步提高发泡倍率。

实施例中：所述成核剂是指碳酸盐类成核剂，优选碳酸氢钠与柠檬酸组成的混合物、碳酸氢钙与柠檬酸组成的混合物、碳酸氢镁与柠檬酸组成的混合物、碳酸钠与柠檬酸组成的混合物、碳酸钙与柠檬酸组成的混合物或碳酸镁与柠檬酸组成的混合物的质量百分含量为原料的0.5~1％；滑石粉、硅酸钙、石墨或炭黑的质量百分含量为原料的0.5~2％。

实施例中：所述发泡助剂包括纯度大于99%的乙醇，复合以hcfc-134a、hfc-152a、正丁烷、异丁烷或hfo-1234ze中的一种或多种。所述发泡助剂中，乙醇的质量百分含量为聚苯乙烯原料的1~3％，hcfc-134a、hfc-152a、正丁烷、异丁烷及hfo-1234ze总的质量百分含量为原料的1~2％。乙醇的分子量为46.0，与co2的分子量非常接近（44.0），其气相热导率（25℃）为14.4mw/m.k，扩散系数显著低于co2。乙醇的沸点为78℃，为低挥发性发泡剂。乙醇对ps熔体具有显著的增塑作用，可以大幅降低ps熔体的粘度，尤其是随乙醇用量的增大，ps熔体的粘度持续降低，而co2随着用量增大对于ps熔体的增塑效应减弱，变得不太显著。正是由于乙醇的这种显著增塑作用，可以大幅降低ps熔体的温度。

实施例中：所述co2发泡剂为纯度大于99%的液态co2，其质量百分含量为聚苯乙烯原料的3~5％，所述co2发泡剂在所述挤出发泡机组的熔融段注入，注入压力20~25mpa。

实施例中，如图1~3所示，一种采用co2发泡的挤塑聚苯乙烯泡沫板的制备装置，其特征在于：包括挤出发泡机组1与液态co2注入装置2，所述挤出发泡机组1包括依次设置的主机101、热交换器102、机头103及压平牵引装置104，所述液态co2注入装置2的注入管205设置在所述机头103的螺筒内，且管口靠近螺杆螺槽的底部。本实施例结构是一种实现上述制备方法的装置，通过合理的设置注入管205即可实现co2发泡剂沿螺杆的径向由内向外扩散，从而达到提高co2在ps熔体中的混合度的效果。

实施例中，如图3所示，所述机头103的螺杆上设有一段缺少螺棱的缺口105，所述注入管205设置在所述缺口105中。此结构为注入管205的一种具体的布置方式。除此之外，注入管205还可设置在螺杆内部，采用在螺杆的螺槽底开注入孔的形式实现co2发泡剂沿螺杆的径向由内向外扩散。

实施例中，如图1所示，所述液态co2注入装置2包括依次连通的原料罐201、加压泵202、缓冲罐203、注入泵204及注入管205。采用co2作为发泡剂时，供应商提供的液态co2多为-２０℃、２mpa左右，需要对管路、泵、阀门等进行绝热处理，因此，本实施例采用在管路系统中缓冲罐203的办法，维持缓冲罐203的压力在６mpa左右，输送温度接近环境温度。由于输出压力高达20~25mpa，采用co2作为发泡剂时，优选隔膜泵作注入泵204，以防止泄漏发生，而从成本考虑，选用柱塞泵作为加压泵202即可。另外加压泵202与注入泵204两侧都应该设有阀门或设置旁通。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了说明本发明所作的举例，而并非对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷例。而这些属于本发明的实质精神所引申出的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范围。