一种可直接发泡成型的快递包装用聚酯发泡制品及其制备方法与流程

本发明涉及发泡材料，尤其是涉及一种可直接发泡成型的快递包装用聚酯发泡制品及其制备方法。

背景技术：

1、随着近几年国内外电子商务与电子信息行业的飞速发展，我国快递业务规模也在持续扩大，寄递业务规模稳居世界第一。聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)作为一种可循环利用的热塑性材料，具有优异的抗疲劳性、机械性能、耐磨性、阻隔性、稳定性以及可回收性，在合成纤维、工程塑料、薄膜、医疗卫生、电子设备、建筑、风能发电等领域被广泛应用。目前的聚酯产品中，纤维的市场应用最广，占比约75％，瓶片市场占比约20％，薄膜市场仅为5％，而快递包装的市场份额几乎空白。因此开发pet聚酯的轻量化包装应用迫在眉睫，不仅可以拓宽聚酯材料的差异化应用，还是提高其附加值的重要途径之一。

2、常规pet为结晶型聚酯，拥有较高的熔点和结晶度，分子链为线性结构且分子量分布较窄，在高温下流动性较好且熔体强度较低，发泡过程中，在高温高压状态下分子链容易断裂并导致泡孔合并塌陷，因此未经改性处理的常规pet无法直接发泡。对pet进行改性增强的方法有共混添加法及共聚合成法，将扩链剂、成核剂、发泡剂、柔顺剂、润滑剂、抗氧剂、增塑剂、阻燃剂等添加到pet聚酯中，使用不同方法制备改性聚酯性质差别较大，应用范围也不同。

3、例如，专利cn113150256a公开了一种用于珠粒发泡的支化共聚酯及其制备方法，通过添加乙二醇、共聚二醇单体及支化剂，调节了共聚酯的无规性、加工性能及发泡性能，该方法得到的泡沫密度低，操作方法简单节能，可用于生产具有优良发泡性能的发泡制品。但使用该支化共聚酯制备发泡制品时，发泡和成型工艺需分步进行，先用发泡剂对聚酯材料进行发泡制得发泡珠粒，再将发泡珠粒加工成型制成发泡制品，无法对聚酯材料进行一次性发泡成型直接制成发泡制品。

技术实现思路

1、本发明是为了克服现有技术中的聚酯材料制备发泡制品时发泡和成型工艺需分步进行，无法对聚酯材料进行一次性发泡成型直接制成发泡制品的问题，提供一种可直接发泡成型的快递包装用聚酯发泡制品及其制备方法，在制备聚酯材料时加入共聚二醇单体和长链二元醇，与乙二醇以复配二元醇的形式共同参与反应，增强产品可发泡性、柔韧性、回弹性、强度以及粘接性，使其可以直接发泡成型制备快递包装箱体等发泡制品。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种可直接发泡成型的快递包装用聚酯发泡制品，按质量份计包含如下组分：

4、

5、本发明通过在原料中引入共聚二醇单体，与乙二醇以复配二元醇的形式共同参与反应，破坏pet分子结构规整性，削弱其结晶能力，扩大聚酯的加工窗口并达到可发泡的目的；同时本发明还添加了少量的柔性长链二元醇，可以进一步破坏分子链结构，还能提高对发泡剂的相容性，增强产品可发泡性、柔韧性、回弹性、强度以及粘接性，使其可以直接发泡成型制备快递包装箱体等发泡制品。

6、作为优选，所述的长链二元醇为聚乙二醇或聚四氢呋喃；所述聚乙二醇的重均分子量为4000～8000，聚四氢呋喃的重均分子量为2000～4000。将长链二元醇的分子链长度控制在此范围内，可使聚酯获得更佳的性能。

7、作为优选，所述的共聚二醇单体选自新戊二醇，2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇，1,4-环已烷二甲醇中的一种或多种。

8、本发明采用新戊二醇，2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇或1,4-环已烷二甲醇作为共聚二醇单体，其单体结构与聚对苯二甲酸乙二醇酯分子构成的线性长链差异较大，具有较多的侧基，添加少量即可破坏pet分子链线性对称结构，能显著提升分子链旋转弯折性能，大幅降低pet结晶能力。此外，经过新戊二醇、2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇和1,4-环已烷二甲醇改性后的聚酯耐温性好，极大降低了加工窗口，利于发泡过程熔体强度稳定以及泡沫成型。同时，在聚合过程中使用的共聚二醇单体反应活性好、利用率高，制备的聚酯切片分子量高、特性粘度大、熔体强度高、有利于发泡过程中泡孔生长。

9、作为优选，所述的催化剂选自三氧化二锑、乙二醇锑、醋酸锑、钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯、逸钛康、醋酸镁、醋酸锌中的一种或多种。

10、作为优选，所述的抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂、芳香胺类抗氧剂、亚磷酸酯类辅助抗氧剂中的一种或多种。

11、作为优选，所述的稳定剂为磷酸和/或亚磷酸三苯酯。在聚酯的制备过程中加入稳定剂和抗氧剂，可以使反应条件更加温和，并减少氧化率和降解率。

12、作为优选，所述的成核剂选自氧化锌、氧化镁、纳米碳酸钙中的一种或多种。添加一定量的成核剂之后有助于泡孔的形成并维持泡孔形态，但成核剂不能过量添加，否则会聚集凝结为凝结粒子。

13、本发明还提供了一种上述快递包装用聚酯发泡制品的制备方法，包括如下步骤：

14、(1)将苯二甲酸、乙二醇、共聚二醇单体和催化剂加入预热后的反应器内，搅拌混合均匀，在惰性气保护下升温并加压进行酯化反应；

15、(2)将长链二元醇加热熔融后加入酯化反应结束的反应器中，并同时加入稳定剂、抗氧剂和成核剂，充分搅拌，升温同时抽真空，进行预缩聚反应，预缩聚反应结束并抽出多余的乙二醇及其他杂质单体后进行终缩聚反应，反应结束后出料、切粒并烘干，制得无规改性聚酯切片；

16、(3)将制得的无规改性聚酯切片放置于设有泄压孔的模具内，合模后将模具整体放置于发泡釜内，充入发泡剂，预热至发泡温度和压力，恒温恒压保持一段时间后快速泄压至常压，冷却后取出模具，开模后取出成品得到所述快递包装用聚酯发泡制品。

17、本发明在酯化阶段加入共聚二醇单体，与乙二醇以复配二元醇的形式共同参与反应，破坏pet分子结构规整性，削弱其结晶能力；然后在缩聚阶段加入长链二元醇，可以进一步破坏分子链结构；因为加入的少量长链二元醇所含端羟基数量较少，反应较慢，且在接入分子链后需在高温条件下反应，此时长链高温易分解，因此还需要同时添加稳定剂、抗氧剂提高长链二元醇的接枝率；最后利用模具可固定形状的特性，在有限的空间内切片发泡胀大相互接触，高温下珠粒表面软化相互粘接，从而达到直接发泡成为特定形状产品的目的。

18、作为优选，步骤(1)中预热后的反应器内温度为70～150℃；酯化反应时的温度为200～260℃，压力为0.35～0.42mpa，酯化反应时间为2～4h；步骤(2)中预缩聚反应时的温度为240～290℃，预缩聚时在30～90min将反应器内真空抽至绝对压力1000pa以下；终缩聚反应时的温度为250～290℃，反应器内的压力为0～300pa，终缩聚时间为60～150min。

19、作为优选，步骤(3)中所述的发泡剂为二氧化碳和/或氮气，发泡温度为60～150℃，压力为5～30mpa，恒温恒压保持时间为10～100min，泄压时间为1～10s。发泡过程中，关键步骤为对发泡区间的探索及对保压时间和泄压操作的控制，既不能因保压时间过长导致物料在高温下软化粘结，也不能因时间过短导致发泡剂渗透不彻底，无法完全发泡。泄压过快会导致发泡剂流失过快，泡孔缺少生长的机会，发泡倍率低，泄压过慢则造成泡孔数量少且直径大、泡沫强度低。关键时候可采用分步泄压法，在保证形成足够成核位点的同时泡孔也能充分生长，形成双峰泡孔，让泡沫兼具高强度与低密度。

20、因此，本发明具有如下有益效果：

21、(1)本发明所制备的可用于轻量化包装的发泡聚酯是一种非结晶无规共聚酯，发泡温度区间在60～150℃之间，发泡压力在5～30mpa，发泡窗口较宽，制备流程简单、加工速率快、熔体强度高，数均分子量可达20000以上，分子量分布系数为1.6～2.3左右，特性粘度可自由控制在0.3～1.0dl/g之间；

22、(2)相比于传统的挤出发泡，本发明采用原位聚合的方式，将所有原料制备成聚酯切片，切片可直接在模具中进行釜压发泡，一次性发泡成型制成快递包装用发泡制品，过程简单易操作，简化了生产流程，减少能耗；而且采用釜压发泡可以减少泡沫结构缺陷，如裂纹、皱缩等，得到更低发泡密度的产品，方便制成异型产品，利于产业差异化生产；

23、(3)本发明中的产品可二次回收利用，发泡过程所用发泡剂无毒无害，更符合绿色低碳的环保理念。