一種仿藤條聚丙烯發(fā)泡材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明旨在提供一種力學(xué)性能優(yōu)異、密度低、外觀、性能與天然藤條相似的塑料發(fā)泡仿藤條及其制備方法。本發(fā)明采用擠出物理發(fā)泡的方法制備一種仿藤條發(fā)泡制品，通過在聚丙烯中添加聚乙烯可以改善樣條的柔軟性和發(fā)泡性能；通過添加適量的化學(xué)發(fā)泡劑，起到發(fā)泡和成核的雙重作用，改善泡孔質(zhì)量；同時添加適量磨砂劑和消光劑可以控制樣條的表面質(zhì)量，使發(fā)泡藤條具有磨砂和發(fā)烏的效果。本發(fā)明提供的塑料發(fā)泡仿藤條具有性能優(yōu)異、成本低、工藝簡單、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點。
【專利說明】-種仿藤條聚丙婦發(fā)泡材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高分子材料加工領(lǐng)域，特別是聚合物發(fā)泡材料及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 天然藤條具有一定力學(xué)性能，且其色澤古樸自然，是編造家具、籃、箱、框等生活用 品的主要材料。但天然藤條由于受潮后易導(dǎo)致強度降低，且易發(fā)霉、腐爛，因此由其加工的 制品不適合在戶外使用。另外天然藤條的大量使用可能導(dǎo)致生態(tài)破壞問題，且編織前的處 理工藝復(fù)雜，因此大大限制其在實際中的應(yīng)用。
[0003] 高分子材料具有來源廣泛、加工容易，且具有較高力學(xué)性能、質(zhì)輕等優(yōu)點，在日常 用品中得到廣泛使用，特別是聚己帰、聚丙帰等聚帰姪類高分子材料。通過簡單的生產(chǎn)工藝 可高效率地制備出外觀與天然藤條相似，力學(xué)性能優(yōu)異的仿藤條，可代替天然藤條使用。
[0004] CN200910115819. 1公開了一種仿古拉毛藤條的制造方法，通過將同一顏色或不同 顏色的塑料加入擠出機中，得到有一種或多種不同深淺色紋的條狀塑料，將該條狀塑料經(jīng) 冷卻水槽降溫，并用拉毛機對條狀塑料進行處理，使其表面拉壓出不規(guī)則分布的短線條狀 壓痕，然后將拉毛處理的條狀塑料收卷制得仿古藤條。該方法制備藤條經(jīng)拉毛處理，雖然表 面有天然藤條的粗趟感，但高分子材料本身受到損失，在表面形成大量缺陷，造成材料力學(xué) 性能大大降低。
[0005] CN200720114585. 5公開了一種陽發(fā)泡仿真藤條，該藤條為中空長條形結(jié)構(gòu)，藤壁 有蜂窩狀孔洞，藤壁外表面具有凹凸紋。該藤條結(jié)構(gòu)具有的中空結(jié)構(gòu)降低了材料的力學(xué)性 能，同時粗大的蜂窩狀孔洞結(jié)構(gòu)對藤條的耐彎折性能有較大影響，在編織過程中會出現(xiàn)明 顯的應(yīng)力開裂和發(fā)白現(xiàn)象，影響其使用效果。
[0006] 聚丙帰比聚己帰具有更高的力學(xué)性能和耐熱性，因此，W聚丙帰為主體樹脂的發(fā) 泡材料作為仿藤條應(yīng)用范圍更廣。在現(xiàn)有技術(shù)中，聚丙帰發(fā)泡材料主要包括表觀密度小于 0. Ig/cm3的高發(fā)泡材料和表觀密度在0. 1-0. 7g/cm3之間的低發(fā)泡材料。為了保證仿藤條 有足夠的拉伸強度，其表觀密度在0. 3-0. 7g/cm3之間，屬于低發(fā)泡材料。
[0007] 在現(xiàn)有技術(shù)中，聚丙帰低發(fā)泡材料通常采用添加化學(xué)發(fā)泡劑的方法得到泡孔結(jié) 構(gòu)。CN200810196062. 9公開了一種環(huán)保型微發(fā)泡聚丙帰板材及其制備方法，通過采用高分 子量聚丙帰和高密度聚己帰共混，并添加5-10%的超細(xì)成核劑及1-3%駿基相容劑，W巧樣 酸和碳酸氨軸復(fù)配物為發(fā)泡劑，添加量0. 5-2. 0%，制備得到密度0. 2-0. 8g/cm3的板材。
[0008] US20020035164A1公開了一種聚丙帰發(fā)泡片材及可發(fā)泡聚丙帰組合物，通過在聚 丙帰樹脂中添加結(jié)晶成核劑和泡孔成核劑來控制泡孔尺寸，利用化學(xué)發(fā)泡劑得到表面光滑 的發(fā)泡板材。
[0009] US20050256215A1公開了一種聚合物微孔發(fā)泡擠出方法和裝置，C02為發(fā)泡劑，通 過采用具有特殊結(jié)構(gòu)的成核機頭，增加機頭處的壓力降速率，從而提高泡孔的成核速率，增 加泡孔密度，降低泡孔尺寸，得到泡孔尺寸小于50微米的發(fā)泡制品。特殊的機頭結(jié)構(gòu)設(shè)計 增加設(shè)備成本，且高的壓降速率易導(dǎo)致最終制品擠出不穩(wěn)定，出現(xiàn)扭曲變形等現(xiàn)象。
[0010] CN200310636702. 4公開了一種物理發(fā)泡聚丙帰電纜料及制備方法，采用可發(fā)膨 脹微球作為成孔劑，通過使用高烙體強度聚丙帰50-60份、己帰-辛帰共聚物20-30份、己 帰-下帰共聚物20-30份、聚己帰蠟5-8份等制備聚丙帰發(fā)泡電纜料。該專利采用可膨脹 微球作為發(fā)泡劑，微球內(nèi)為可揮發(fā)性焼姪，因此不易控制泡孔尺寸，需要采用高烙體強度聚 丙帰，會增加制造成本。
[0011]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明旨在提供一種力學(xué)性能優(yōu)異、密度低、外觀、性能與天然藤條相似的塑料發(fā) 泡仿藤條及其制備方法。本發(fā)明提供的塑料發(fā)泡仿藤條具有性能優(yōu)異、成本低、工藝簡單、 生產(chǎn)效率高等優(yōu)點。
[0013] 本發(fā)明提供的仿藤條聚丙帰發(fā)泡材料由如下重量份的原料制成；70-90份聚丙帰 樹脂，3-25份聚己帰樹脂，2-5份己帰-辛帰共聚物，0. 2-1份發(fā)泡成核劑，2-10份粒徑為 10-100微米的無機固體顆?；蚪宦?lián)的有機樹脂顆粒，0-1. 0份的抗紫外光老化劑，0 -0. 5 份的抗氧劑，0-1份的著色劑。
[0014] 該仿藤條聚丙帰發(fā)泡材料的表觀密度為0. 3-0. 5g/cm3,泡孔平均直徑小于50微 米。
[0015] 該仿藤條聚丙帰發(fā)泡材料所用的聚己帰樹脂為低密度聚己帰。
[0016] 該仿藤條聚丙帰發(fā)泡材料所用的無機固體顆?；蚪宦?lián)有機樹脂顆粒的粒徑較合 適為50-80微米。
[0017] 該仿藤條聚丙帰發(fā)泡材料的制備方法包含如下步驟；按照所述比例稱重后，在高 速攬拌機中預(yù)先混合均勻后加入擠出機中，通過擠出機中部開設(shè)的發(fā)泡劑注入口注入物理 發(fā)泡劑，物理發(fā)泡劑的注入質(zhì)量流量為聚丙帰組合物總產(chǎn)量的0.1-1%，在螺桿旋轉(zhuǎn)作用下， 聚合物烙體與發(fā)泡劑混合均勻，經(jīng)擠出機口模擠出后，經(jīng)過冷卻水槽冷卻，經(jīng)牽引裝置后收 卷得到聚丙帰發(fā)泡仿藤條。
[0018] 所使用的物理發(fā)泡劑為二氧化碳或者氮氣。
[0019] 所使用的物理發(fā)泡劑的注入質(zhì)量流量為聚丙帰組合物總產(chǎn)量的0. 5-0. 8%。
[0020] 該仿藤條聚丙帰發(fā)泡材料不僅其物理性能和力學(xué)性能，如密度、柔初性、耐彎折 性、拉伸強度等天然藤條相似，同時其外觀和質(zhì)感，如色澤亞光、外表面的粗趟度等與天然 藤條接近；且能滿足各方面性能要求，特別是耐彎折性，彎折后不發(fā)生應(yīng)力發(fā)白現(xiàn)象。

【具體實施方式】
[0021] 聚丙帰樹脂的烙體流動速率在l-30g/10min (23(TC，2. 1化g)，可W是聚丙帰均聚 物、聚丙帰共聚物或兩者的共混物，較合適為聚丙帰共聚物，可W為無規(guī)共聚物或嵌段共聚 物，共聚物中的己帰鏈段可W與聚己帰相互作用，使得聚丙帰與聚己帰具有一定的相容性。
[0022] 聚己帰樹脂可W為線性低密度聚己帰、低密度聚己帰、高密度聚己帰，較合適為線 性低密度聚己帰或低密度聚己帰，聚己帰加入使制品具有一定的柔初性，防止其在編織過 程中彎折部分出現(xiàn)應(yīng)力撕裂發(fā)白現(xiàn)象。聚己帰的添加量占聚丙帰樹脂組合物的3-25份，較 低的聚己帰含量不能明顯改善仿藤條的柔初性，高于25份聚己帰時，仿藤條的耐熱性和力 學(xué)性能會明顯降低。
[0023] 己帰-辛帰共聚物（P0E),其中辛帰含量大于20%,如D證ont Dow Elastomers已 經(jīng)工業(yè)化的牌號為化gage系列產(chǎn)品。己帰-辛帰共聚物具有優(yōu)異的彈性和透明性。主要 是己帰-辛帰共聚物的粘度大，與聚丙帰樹脂為不相容體系，當(dāng)與聚丙帰共混時，P0E為分 散相分布在聚丙帰連續(xù)相基體中，分散的P0E增加制品表面粗趟度，降低表面光亮度。P0E 的含量為聚丙帰樹脂組合物的2-5份。過高的P0E含量會造成制品的耐熱性降低，且制品 成本增加。
[0024] 發(fā)泡成核劑可W為物理成核劑，如滑石粉、碳酸巧、苯甲酸軸等，也可W為化學(xué)成 核劑，如碳酸氨軸、巧樣酸、偶氮二甲醜胺。發(fā)泡成核劑也可W分散在聚合物樹脂基體中制 備成發(fā)泡成核劑母粒，在本發(fā)明中，如采用成核劑母粒，則添加量折合成純的成核劑含量。 發(fā)泡成核劑的添加量在100份聚丙帰樹脂組合物中占0. 2-1份。發(fā)泡成核劑有利于氣泡成 核，起到降低泡孔尺寸、均化泡孔的效果。本發(fā)明技術(shù)方案中較合適采用化學(xué)發(fā)泡成核劑， 特別是分解時吸收熱量的化學(xué)成核劑，如碳酸氨軸、巧樣酸或它們的混合物。
[0025] 固體顆粒為有機合成或交聯(lián)的聚合物顆粒，如丙帰酸類聚合物、交聯(lián)的聚娃氧焼 樹脂、固化的熱固性樹脂微顆粒等；還可W為無機物顆粒，如碳酸巧、滑石粉、娃藻±等。磨 砂劑的平均粒徑在10-100微米之間，較合適50-80微米，更合適在60-70微米。磨砂劑在 基體樹脂中較好地分散。在機頭出口處高剪切流場作用和壓力作用下主要分布在藤條外表 面。由于磨砂劑與聚合物基體對光線的折射率不同，造成制品表面光亮度降低，且一定的顆 粒粒徑使仿藤條表面粗趟，與天然藤條外觀及質(zhì)感相近。
[0026] 著色劑為塑料工業(yè)常用使塑料制品具有一定顏色的色粉或色母粒。
[0027] 防老化劑為塑料制品加工過程中防止氧化降解的抗氧劑和助抗氧劑，還包括使用 過程中防止老化的抗紫外光助劑或母粒。
[0028] 仿藤條聚丙帰發(fā)泡材料的的制備方法包括：將 70-90份聚丙帰樹脂 3-25份聚己帰樹脂 2-5份己帰-辛帰共聚物 0. 2-1份發(fā)泡成核劑 2-10份粒徑為10-100微米的無機固體顆?；蚪宦?lián)的有機樹脂顆粒 0-1. 0份的抗紫外光老化劑 0 -0. 5份的抗氧劑 0-1份的著色劑 在高速攬拌機上混合均勻，然后從擠出機加料口加入預(yù)熱好的擠出機中，在擠出機中 部，塑料樹脂烙融段之后按一定比例注入物理發(fā)泡劑，物理發(fā)泡劑的注入量為樹脂混合物 總產(chǎn)量的0. 3-1. 0%，較合適為0. 5-0. 8% ;在螺桿旋轉(zhuǎn)作用下，使注入的發(fā)泡劑與聚合物烙 體混合均勻，從機頭擠出，經(jīng)過冷卻水槽冷卻后牽引收卷，得到仿藤條發(fā)泡制品。
[0029] 其中擠出機可W為單螺桿擠出機、雙螺桿擠出機；擠出機筒上開設(shè)有發(fā)泡劑注入 口；單螺桿擠出機的螺桿在注氣口與機頭之間有特殊的混煉結(jié)構(gòu)，使注入的發(fā)泡劑與聚合 物烙體混合均勻，該種混煉結(jié)構(gòu)可W為玻蘿頭式、開槽式、銷釘式或它們的組合結(jié)構(gòu)。
[0030] 物理發(fā)泡劑為二氧化碳、氮氣、空氣、水等，較合適為二氧化碳或氮氣。
[0031] 擠出發(fā)泡過程中各段溫度設(shè)定除加料口外，均需高于聚丙帰的烙融溫度。
[0032] 下面給出實施方案W進一步說明本發(fā)明仿藤條聚丙帰發(fā)泡材料及其制備方法。
[0033] 實施例所用原料： 聚丙帰，牌號PPBM02,烙體流動速率3g/10min (測試條件；23(TC，2. 1化g)，揚子石化有 限公司生產(chǎn)。
[0034] 低密度己帰，牌號；18D，烙體流動速率1. 5g/10min(測試條件；19(TC，2. 1化g)，大 慶石化公司生產(chǎn)。
[00巧]己帰-辛帰共聚物，牌號；Engage 8100, D證ont公司生產(chǎn)。
[0036] W上H種樹脂的力學(xué)性能在表1中列出.其中拉伸斷裂強度和斷裂伸長率依據(jù) GB/T1040進行測試，沖擊強度依據(jù)GB/T1043進行測試，邵氏硬度依據(jù)GB/T2411進行測試。
[0037] 表 1 巧庶7牌號 I拉伸斷裂強度(MPa)l斷裂伸長率(％) I簡支梁缺口沖擊強度化J/ni2) I邵氏硬度(A) 志/PPB-02 一 29 72 8.5 -- - 品E/18D - 12 .600 11. 76 -- - TO/Engage8100 |l6.3 ^50 | \lb 一 滑石粉：粒徑0. 8微米，北京利國偉業(yè)粉體材料有限公司； 碳酸氨軸、巧樣酸、偶氮二甲醜胺：化學(xué)純，北京化學(xué)試劑公司； 丙帰酸醋聚合物顆粒：粒徑60-70微米， 娃藻± ;粒徑50微米，北京利國偉業(yè)粉體材料有限公司 實施例一： 將下列原料按比例稱重， 70份聚丙帰 25份低密度聚己帰 2份己帰-辛帰共聚物 0. 5份滑石粉 2份丙帰酸醋聚合物顆粒 0. 5份黃色色粉 在高速攬拌機中混合3min，然后從加料口加入到單螺桿擠出機中。單螺桿擠出機的螺 桿直徑45mm，長徑比40,在擠出機機筒中部開設(shè)有發(fā)泡劑注入口。單螺桿擠出機從加料口 到機頭各段溫度分別為；150°C、175°C、180°C、190°C、190°C、200°C、200°C。
[0038] 擠出機各段溫度升到設(shè)定溫度后，預(yù)熱1小時，然后啟動單螺桿擠出機，緩慢增加 螺桿轉(zhuǎn)速到設(shè)定轉(zhuǎn)速，從加料口添加已經(jīng)混合好的聚丙帰混合物。從機頭處計時稱重擠出 物料重量，重復(fù)3次后取平均值作為該螺桿轉(zhuǎn)速下的產(chǎn)量。在本實施例中，螺桿轉(zhuǎn)速為20 轉(zhuǎn)/分鐘，產(chǎn)量10公斤/小時。W該產(chǎn)量作為基礎(chǔ)，發(fā)泡劑注入量為產(chǎn)量的0.5%，即注氣 流率為0. 05公斤/小時，發(fā)泡劑為二氧化碳。從機頭擠出的發(fā)泡料條經(jīng)水槽冷卻后通過牽 引機，然后收卷得到仿藤條制品?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)牽引機的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)仿藤條直徑。
[0039] 將得到的仿藤條樣品依據(jù)GB/T1040測試?yán)鞌嗔褟姸群蛿嗔焉扉L率；將仿藤條 樣品進行彎曲180度，觀察表皮形貌變化；將仿藤條樣品在液氮中脆斷后，斷面噴金進行掃 描電鏡觀察，并采用image軟件測量和統(tǒng)計泡孔尺寸；采用IS01183-1987測試仿藤條樣品 的表觀密度；采用GB/T 1031-2009測試仿藤條表面的粗趟度。測試結(jié)果如表2所示 實施例二 原料組成如下： 90份聚丙帰 3份低密度聚己帰 4份己帰-辛帰共聚物 0. 2份碳酸氨軸 2份丙帰酸醋聚合物顆粒 0. 5份黃色色粉 0. 1份抗氧劑 0. 2份抗紫外光老化劑 混合和擠出加工方法與實施例1相同，不同之處在于發(fā)泡劑注入量為擠出產(chǎn)量的 0. 8%，即注氣流率為0. 08kg/h。得到仿藤條性能測試結(jié)果如表2所示。
[0040] 實施例H 原料組成如下： 75份聚丙帰 15份低密度聚己帰 5份己帰-辛帰共聚物 0.2份偶氮二甲醜胺 3份丙帰酸醋聚合物顆粒 0. 6份蹤色色粉 0. 1份抗氧劑 0. 2份抗紫外光老化劑 混合和擠出加工方法與實施例1相同，不同之處在于發(fā)泡劑為氮氣，注入量為擠出產(chǎn) 量的0. 1%，即注氣流率為0. (Ukg/h。得到仿藤條性能測試結(jié)果如表2所示。
[00川實施例四 原料組成如下： 80份聚丙帰 10份低密度聚己帰 3份己帰-辛帰共聚物 0.1份偶氮二甲醜胺 6份丙帰酸醋聚合物顆粒 0. 5份蹤色色粉 0. 1份抗氧劑 0. 2份抗紫外光老化劑 混合和擠出加工方法與實施例1相同，不同之處在于發(fā)泡劑為氮氣，注入量為擠出產(chǎn) 量的1%，即注氣流率為0.化g/h。得到仿藤條性能測試結(jié)果如表2所示。
[004引 對比例1 ; 將下列材料，按比例稱重： 80份聚丙帰 18份低密度聚己帰 0.5份偶氮二甲醜胺 1份滑石粉 0. 5份蹤色色粉 混合和擠出加工方法與實施例1相同，不同之處為，本實施例不在擠出機中注入物理 發(fā)泡劑，利用組分中的偶氮二甲醜胺分解產(chǎn)生氣體在制品中形成泡孔。得到仿藤條性能測 試如表2所示 對比例2 ; 將下列材料，按比例稱重： 75份聚丙帰 20份低密度聚己帰 3份己帰-辛帰共聚物 1份滑石粉 0. 5份蹤色色粉 0. 1份抗氧劑 0. 2份抗紫外光老化劑 混合和擠出加工方法與實施例1相同，得到仿藤條性能測試結(jié)果如表2所示。
[0043]表 2

【權(quán)利要求】
1. 一種仿藤條聚丙烯發(fā)泡材料，其特征在于，由如下重量份的原料制成： 70-90份聚丙烯樹脂 3-25份聚乙烯樹脂 2-5份乙烯-辛烯共聚物 0. 2-1份發(fā)泡成核劑 2-10份粒徑為10-100微米的無機固體顆?；蚪宦?lián)的有機樹脂顆粒 0-1. 〇份的抗紫外光老化劑 〇 _〇. 5份的抗氧劑 0-1份的著色劑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿藤條聚丙烯發(fā)泡材料，其特征在于，該仿藤條聚丙烯發(fā)泡 材料的表觀密度為〇. 3-0. 5g/cm3,泡孔平均直徑小于50微米。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的仿藤條聚丙烯發(fā)泡材料，其特征在于，所述的聚乙烯樹脂為 低密度聚乙烯。
4. 權(quán)利要求1、2或3所述的仿藤條聚丙烯發(fā)泡材料，其特征在于，所述的無機固體顆 ?；蚪宦?lián)有機樹脂顆粒的粒徑為50-80微米。
5. -種制備如權(quán)利要求1所述的仿藤條聚丙烯發(fā)泡材料的方法，其特征在于，包含如 下步驟：按照所述比例稱重后，在高速攪拌機中預(yù)先混合均勻后加入擠出機中，通過擠出機 中部開設(shè)的發(fā)泡劑注入口注入物理發(fā)泡劑，物理發(fā)泡劑的注入質(zhì)量流量為聚丙烯組合物總 產(chǎn)量的0. 1-1%，在螺桿旋轉(zhuǎn)作用下，聚合物熔體與發(fā)泡劑混合均勻，經(jīng)擠出機口模擠出后， 經(jīng)過冷卻水槽冷卻，經(jīng)牽引裝置后收卷得到聚丙烯發(fā)泡仿藤條。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的仿藤條聚丙烯發(fā)泡材料的制備方法，其特征在于，所述物理 發(fā)泡劑為二氧化碳。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的仿藤條聚丙烯發(fā)泡材料的制備方法，其特征在于，所述物理 發(fā)泡劑為氮氣。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的仿藤條聚丙烯發(fā)泡材料的制備方法，其特征在于，其中物理 發(fā)泡劑的注入質(zhì)量流量為聚丙烯組合物總產(chǎn)量的0. 5-0. 8%。
【文檔編號】C08L23/06GK104513430SQ201410770718
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月12日
【發(fā)明者】信春玲, 何亞東, 閆寶瑞, 鄭啟濤, 羅祎偉, 吳申康 申請人:北京化工大學(xué)