一种高强度的聚乙烯泡沫材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及聚乙烯泡沫材料领域，更具体地说，涉及一种高强度的聚乙烯泡沫材料及其制备方法。


背景技术：

2.聚乙烯泡沫材料是一种使用广泛的缓冲材料。聚乙烯泡沫具有密度小，化学性能稳定，不易受腐蚀，坚韧、有挠性、耐摩擦，加工性能好，易于成型且价格较便宜等特点。
3.聚乙烯泡沫广泛用于精密仪器仪表、家用电器、玻璃和陶瓷制品、工艺品、贵重物品等的缓冲包装，还可制成冷冻食品和热食品的绝热容器等。传统的聚乙烯泡沫是采用低密度聚乙烯为基材，添加一定量的助剂制备而成。存在的问题是：传统聚乙烯泡沫材料的力学性能较低，作为产品的缓冲包装板进行使用时，由于在运输和搬运过程中经常出现碰撞或不慎跌落的现象，包装板非常容易出现断裂和破损的情况，包装板的易碎率和破损率高，导致保护的产品受损。
4.我们研究团队一直致力于聚乙烯泡沫材料的研究，分别披露于cn114773716a和cn106928537a中，对于目前存在的易碎率和破损率高的问题做了进一步的研究。


技术实现要素：

5.本发明目的在于，提供了一种高强度的聚乙烯泡沫材料及其制备方法。
6.为实现本发明目的，采用以下技术方案：一种高强度的聚乙烯泡沫材料，由以下重量份组分制备而成：聚乙烯60%-70%，纳米氢氧化钛复合体10%-20%，腰果树胶交联剂6%-13%，除氨剂2%-4%，偶氮二甲酰胺6%-8%，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠0.1%-0.8%，三烯丙基异氰脲酸酯0.1%-0.5%，硬脂酸0.1%-1.0%。
7.优选的，一种高强度的聚乙烯泡沫材料，由以下组分制备而成：聚乙烯62%-67%，纳米氢氧化钛复合体11%-18%，腰果树胶交联剂7%-12%，除氨剂2%-4%，偶氮二甲酰胺6%-8%，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠0.1%-0.8%，三烯丙基异氰脲酸酯0.1%-0.5%，硬脂酸0.1%-1.0%。
8.更优选的，一种高强度的聚乙烯泡沫材料，由以下组分制备而成：聚乙烯64%，纳米氢氧化钛复合体15%，腰果树胶交联剂10%，除氨剂2.5%，偶氮二甲酰胺7.3%，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠0.4%，三烯丙基异氰脲酸酯0.3%，硬脂酸0.5%。
9.其中所述的纳米氢氧化钛复合体的制备方法为：向硫酸钛溶液中添加纳米碳纤维和纳米二氧化硅粉末分散均匀，得到混合液，控制温度35-45℃，向混合液中加入氨水溶液，调节ph值至8-10，制得以纳米碳纤维和纳米二氧化硅为内核的氢氧化钛颗粒，进行喷雾干燥，制得氢氧化钛复合体。
10.上述制备方法中，所述的的硫酸钛、碳纤维、纳米二氧化硅的重量比为10:（0.8-1.2）:（0.8-1.2）；优选10:1:1。
11.所述的温度，优选40-45℃，更优选42-45℃。
12.所述的腰果树胶交联剂的制备方法为：将腰果树胶粉碎过20目筛；氨水溶液、乙醇和上述过筛粉碎物按重量比1：7：2搅拌5小时，得反应液，加入过氧化(2-乙基己基)碳酸叔戊酯；抽滤除去树脂，将滤液减压蒸馏浓缩至粘稠状；加入乙醇搅拌至分散浑浊，抽滤，滤液经喷雾干燥，得到经处理的腰果树胶交联剂。
13.所述的腰果树胶与过氧化(2-乙基己基)碳酸叔戊酯的重量比为5:（1.1-1.5）；优选5:1.3。
14.所述的氨水溶液为浓度为2-5%的氨水溶液。
15.所述的除氨剂为hj-b35。
16.本发明另一方面，提供上述高强度的聚乙烯泡沫材料的制备方法，包括如下步骤：s1：将聚乙烯熔融，加入纳米氢氧化钛复合体，造粒，制得改性聚乙烯颗粒；s2：将步骤s1制得的改性聚乙烯颗粒与腰果树胶交联剂、除氨剂、偶氮二甲酰胺、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、三烯丙基异氰脲酸酯、硬脂酸混合均质，在氮气的流通吹扫下，采用真空加热和正压加热的方式循环交替加热进行发泡，得到干燥的复合料；s3：模具中固化成型，得到高强度的聚乙烯泡沫材料。
17.所述的真空加热和正压加热的方式循环交替加热为：在真空压强为200mmhg至400mmhg，温度为70-85℃的条件下加热10-12min，然后通入洁净空气使得正压力为1.2atm（大气压）-1.5atm（大气压），温度维持150-165℃，反应时间为20-30min。
18.本发明的优异效果为：（1）采用真空加热和正压加热的循环条件，能够与发泡剂、除氨剂有效的配合，形成质粒密实的发泡颗粒，从而降低产品的易碎性和破损率；（2）通过纳米氢氧化钛复合体对聚乙烯进行改性及腰果树脂对过氧化(2-乙基己基)碳酸叔戊酯进行改性，降低产品的易碎性和破损率，显著提高产品的强度。
具体实施方式
19.本发明公开了一种高强度的聚乙烯泡沫材料及其制备方法，本领域技术人员可以借鉴本发明的内容，结合高分子化工的相关原理，适当改进工艺参数来实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明范围内。本发明的应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
20.为了更好地理解本发明而不是限制本发明的范围，在本技术中所用的表示用量、百分比的所有数字、以及其他数值，在所有情况下都应理解为以词语“大约”所修饰。各个数字参数至少应被看作是根据所报告的有效数字和通过常规的四舍五入方法而获得的。
21.以下通过实施例来进一步阐述本发明，但实施例不对本发明做任何限定。
22.hj-b35:购自东莞豪峻橡塑有限公司。
23.制备例1：纳米氢氧化钛复合体的制备向溶解有25kg硫酸钛溶液中添加纳米碳纤维粉末2.5kg和纳米二氧化钛粉末2.5kg分散均匀，硫酸钛溶液的质量浓度为15％，得到混合液，控制温度42-45℃，向混合液
中加入氨水，调节ph值至10，制得以纳米碳纤维和纳米二氧化硅为内核的氢氧化钛颗粒，进行喷雾干燥，制得氢氧化钛复合体。
24.制备例2：纳米氢氧化钛复合体的制备向溶解有25kg硫酸钛溶液中添加纳米碳纤维粉末2.5kg和纳米二氧化钛粉末2.5kg分散均匀，硫酸钛溶液的质量浓度为15％，得到混合液，控制温度35-40℃，向混合液中加入氨水，调节ph值至10，制得以纳米碳纤维和纳米二氧化硅为内核的氢氧化钛颗粒，进行喷雾干燥，制得氢氧化钛复合体。
25.制备例3：纳米氢氧化钛复合体的制备向溶解有25kg硫酸钛溶液中添加纳米碳纤维粉末2.5kg和纳米二氧化钛粉末2.5kg分散均匀，硫酸钛溶液的质量浓度为15％，得到混合液，控制温度40-42℃，向混合液中加入氨水，调节ph值至10，制得以纳米碳纤维和纳米二氧化硅为内核的氢氧化钛颗粒，进行喷雾干燥，制得氢氧化钛复合体。
26.制备例4：纳米氢氧化钛复合体的制备向溶解有25kg硫酸钛溶液中添加纳米碳纤维粉末2kg和纳米二氧化钛粉末3kg分散均匀，硫酸钛溶液的质量浓度为18％，得到混合液，控制温度42-45℃，向混合液中加入氨水，调节ph值至10，制得以纳米碳纤维和纳米二氧化硅为内核的氢氧化钛颗粒，进行喷雾干燥，制得氢氧化钛复合体。
27.制备例5：纳米氢氧化钛复合体的制备向溶解有25kg硫酸钛溶液中添加纳米碳纤维粉末3kg和纳米二氧化钛粉末2kg分散均匀，硫酸钛溶液的质量浓度为20％，得到混合液，控制温度42-45℃，向混合液中加入氨水，调节ph值至10，制得以纳米碳纤维和纳米二氧化硅为内核的氢氧化钛颗粒，进行喷雾干燥，制得氢氧化钛复合体。
28.制备例6：纳米氢氧化钛复合体的制备向溶解有25kg硫酸钛溶液中添加纳米碳纤维粉末3kg和纳米二氧化钛粉末2kg分散均匀，硫酸钛溶液的质量浓度为20％，得到混合液，控制温度30-35℃，向混合液中加入氨水，调节ph值至10，制得以纳米碳纤维和纳米二氧化硅为内核的氢氧化钛颗粒，进行喷雾干燥，制得氢氧化钛复合体。
29.制备例7：纳米氢氧化钛复合体的制备向溶解有25kg硫酸钛溶液中添加纳米碳纤维粉末1kg和纳米二氧化钛粉末4kg分散均匀，硫酸钛溶液的质量浓度为20％，得到混合液，控制温度42-45℃，向混合液中加入氨水，调节ph值至10，制得以纳米碳纤维和纳米二氧化硅为内核的氢氧化钛颗粒，进行喷雾干燥，制得氢氧化钛复合体。
30.制备例8：纳米氢氧化钛复合体的制备向溶解有25kg硫酸钛溶液中添加纳米碳纤维粉末4kg和纳米二氧化钛粉末1kg分散均匀，硫酸钛溶液的质量浓度为20％，得到混合液，控制温度42-45℃，向混合液中加入氨水，调节ph值至10，制得以纳米碳纤维和纳米二氧化硅为内核的氢氧化钛颗粒，进行喷雾干燥，制得氢氧化钛复合体。
31.制备例9：腰果树胶交联剂的制备将5kg腰果树胶粉碎过20目筛；4%氨水溶液、乙醇和上述过筛粉碎物按重量比1：7：
2搅拌5小时，得反应液，加入过氧化(2-乙基己基)碳酸叔戊酯1.3kg；抽滤除去树脂，将滤液减压蒸馏浓缩至粘稠状；加入乙醇搅拌至分散浑浊，抽滤，滤液经喷雾干燥，得到经处理的腰果树胶交联剂。
32.制备例10：腰果树胶交联剂的制备将5kg腰果树胶粉碎过20目筛；4%氨水溶液、乙醇和上述过筛粉碎物按重量比1：7：2搅拌5小时，得反应液，加入过氧化(2-乙基己基)碳酸叔戊酯1.0kg；抽滤除去树脂，将滤液减压蒸馏浓缩至粘稠状；加入乙醇搅拌至分散浑浊，抽滤，滤液经喷雾干燥，得到经处理的腰果树胶交联剂。
33.制备例11：腰果树胶交联剂的制备将5kg腰果树胶粉碎过20目筛；4%氨水溶液、乙醇和上述过筛粉碎物按重量比1：7：2搅拌5小时，得反应液，加入过氧化(2-乙基己基)碳酸叔戊酯2.0kg；抽滤除去树脂，将滤液减压蒸馏浓缩至粘稠状；加入乙醇搅拌至分散浑浊，抽滤，滤液经喷雾干燥，得到经处理的腰果树胶交联剂。
34.实施例1-10：高强度的聚乙烯泡沫材料（一） 实施例1-10组成如下表1所示，其中纳米氢氧化钛复合体、腰果树胶交联剂采用不同的方法制备，具体如表2所示。
35.表1表2
（二）制备方法：s1：将聚乙烯熔融，加入纳米氢氧化钛复合体，造粒，制得改性聚乙烯颗粒；s2：将步骤s1制得的改性聚乙烯颗粒与腰果树胶交联剂、除氨剂、偶氮二甲酰胺、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、三烯丙基异氰脲酸酯、硬脂酸混合均质，在氮气的流通吹扫下，采用真空加热和正压加热的方式循环交替加热进行发泡，得到干燥的复合料。
36.所述的真空加热和正压加热的方式循环交替加热为：在真空压强为300mmhg，温度为80℃的条件下加热10min，然后通入洁净空气使得正压力为1.3atm（大气压），温度维持160℃，反应时间为25min。
37.：模具中固化成型，得到高强度的聚乙烯泡沫材料。
38.实施例11-14：高强度的聚乙烯泡沫材料（一）实施例11-14组成如表3所示，其中纳米氢氧化钛复合体采用制备例1方法制备得到、腰果树胶交联剂采用制备例9方法制备得到。
39.表3（二） 制备方法：同实施例1-10。
40.实施例15-17：聚乙烯泡沫材料（一） 组成及配比同实施例1（二）制备方法：除真空加热和正压加热的方式循环交替加热不同外，其余同实施
例1-10。
41.实施例15：在真空压强为600mmhg，温度为70℃的条件下加热10min，然后通入洁净空气使得正压力为1.3atm（大气压），温度维持160℃，反应时间为25min。
42.实施例16：在真空压强为300mmhg，温度为80℃的条件下加热10min，然后通入洁净空气使得正压力为1.1atm（大气压），温度维持145℃，反应时间为25min。
43.实施例17：在真空压强为300mmhg，温度为80℃的条件下加热10min，然后通入洁净空气使得正压力为1.3atm（大气压），温度维持160℃，反应时间为10min。
44.实施例18：易碎率和破损率评价将实施例1-18制得的聚乙烯泡沫材料，按照gb/t12812-2006《硬质泡沫塑料易碎性的测定》测定泡沫材料的易碎性，用质量损失百分比表示，结果见表4。
45.将实施例1-18制得的聚乙烯泡沫材料，采用标准跌落试验机，对泡沫材料进行跌落实验，在相同负重条件下从相同高度跌落，记录泡沫材料的破损率，结果记录在表4。
46.表4由上可以看出：实施例1-10组数据分析：实施例1-10各组分配比相同，区别仅在于纳米氢氧化钛复合体及腰果树胶交联剂的制备方法不同，易碎率和破损率有显著的差别。
47.（1） 实施例1-5提供的聚乙烯泡沫材料，使用了特定制备工艺得到的纳米氢氧化钛复合体及腰果树胶交联剂，质量损失率不超过1.5%且破损率不超过2%，说明本技术制备得到的聚乙烯泡沫材料在运输过程中经受碰撞或跌落后的易碎率和破损率显著降低，泡沫材料的综合性能显著提升。
48.（2） 实施例6-8采用了其他配比或温度制备的纳米氢氧化钛复合体，质量损失率不低于4%或破损率不低于7.8%，与实施例1-5比，在运输过程中经受碰撞或跌落后的易碎率和破损率显著提升，泡沫材料的综合性能显著变差。
49.（3）实施例9-10采用了其他配比或温度制备的腰果树胶交联剂，质量损失率不低于5.8%且破损率不低于7.2%，与实施例1-5比，在运输过程中经受碰撞或跌落后的易碎率和破损率显著提升，泡沫材料的综合性能显著变差。
50.实施例1、实施例11-14数据分析：实施例1、实施例11-14纳米氢氧化钛复合体及腰果树胶交联剂的制备方法相同，区别在于各组分配比不同。
51.（4）实施例1、实施例11-12数据结果表明：采用本技术特定配比制备得到的聚乙烯泡沫材料，质量损失率不超过1.5%且破损率不超过2%，说明本技术制备得到的聚乙烯泡沫材料在运输过程中经受碰撞或跌落后的易碎率和破损率显著降低，泡沫材料的综合性能显著提升。
52.（5）实施例13-14采用其配比，质量损失率不低于4.8%且破损率不低于6.2%，与实施例1、实施例11-12相比，在运输过程中经受碰撞或跌落后的易碎率和破损率显著提升，泡沫材料的综合性能显著变差。
53.实施例1、15-17数据分析：实施例1、实施例15-17各组分及配比均相同，区别在于真空加热和正压加热的方式循环交替加热方式不同。
54.（6）实施例15-17采用其他加热方式，质量损失率不低于4.7%或破损率不低于5.4%，与实施例1相比，在运输过程中经受碰撞或跌落后的易碎率和破损率显著提升，泡沫材料的综合性能显著变差。
55.实施例19：强度测试将实施例1-5、实施例11-12的聚乙烯泡沫材料进行拉伸强度、断裂伸长率及撕裂强度的测试，结果如表5所示。
56.表5 拉伸强度mpa断裂伸长率%撕裂强度n/mm普通聚乙烯版0.251722.7实施例10.55200.53.2实施例20.51194.43实施例30.52197.42.9实施例40.47185.92.8实施例50.48188.62.7实施例110.47181.92.8实施例120.48187.62.9本技术提供的聚乙烯密度材料拉伸强度、断裂伸长率及撕裂强度性能均高于普通聚乙烯板。