一種聚丙烯發泡隔熱材料及其制備方法
【專利說明】一種聚丙烯發泡隔熱材料及其制備方法 一、技術領域
[0001] 本發明涉及一種聚丙烯發泡隔熱材料及其制備方法，屬于隔熱材料技術領域。 二、
【背景技術】
[0002] 聚丙稀發泡材料（Expandedpolypropylene，EPP)以其優異的力學性能、環保性、 耐高溫性（130°C)以及優良的耐化學腐蝕性等，引起了各國研究人員的廣泛關注。聚丙 烯系列樹脂發泡材料廣泛應用于建筑節能材料、汽車零部件、航天工業、包裝和日用品等領 域。然而聚丙烯（PP)因結晶度高、結晶溫度較高、冷卻時間長、熔體強度差、微發泡成型固 化較難、適合發泡加工溫度范圍狹窄（大約4°C)等因素成為PP發泡材料工業生產的瓶頸。 提高PP的熔體強度是改善PP熱成型和發泡加工性能的關鍵因素，因此一直以來，高熔體強 度PP的制備和工業化生產是國內外學術界和產業界廣泛關注的焦點。 三、
【發明內容】
[0003] 本發明旨在提供一種聚丙烯發泡隔熱材料及其制備方法，所要解決的技術問題是 提高PP樹脂的熔體強度，改善其力學性能。
[0004] 本發明聚丙烯發泡隔熱材料，是由以下質量份數的原料經混煉、發泡后得到：
[0005]
[0006] 所述基體樹脂為無規聚丙稀（60~80份）和氯化聚乙稀（20~30份）。
[0007] 所述成核劑為疏水性納米二氧化硅氣凝膠，市購。
[0008] 所述發泡劑為偶氮二甲酰胺。
[0009] 所述助劑為氧化鋅、硬脂酸鋅、過氧化二異丙苯和馬來酸酐。
[0010] 助劑中各原料按質量份數構成為：氧化鋅1~2份，硬脂酸鋅3~5份，過氧化二 異丙苯0. 5~1份，馬來酸酐3~5份。
[0011] 本發明聚丙烯發泡隔熱材料的制備方法，包括如下步驟：
[0012] 1、將無規聚丙稀（PP)、氯化聚乙稀（CM)、疏水性納米二氧化娃氣凝膠（Nan〇-Si02) 混合均勻后加入到密煉機中進行混煉7~15分鐘；
[0013] 2、將過氧化二異丙苯（DCP)、馬來酸酐（ΜΑΗ)加入到密煉機中混煉5~10分鐘；
[0014] 3、然后將硬脂酸鋅（ZnSt)、氧化鋅（ΖηΟ)、偶氮二甲酰胺（AC)混合均勻后加入到 密煉機中混煉1~5分鐘，得到預發泡樹脂；
[0015] 4、將密煉機中的預發泡樹脂取出，置于模具中，在模壓5MPa、模溫170Γ條件下加 熱8分鐘即制得聚丙烯發泡隔熱材料。
[0016] 密煉機混煉時的參數設置為：溫度170°C，螺桿轉速40轉/分鐘。
[0017] 氯化聚乙烯（CM)是一種無毒無味的具有優良的耐候性以及韌性良好（在-30°C仍 具有很好的柔韌性）的合成橡膠。由于CM與PP結構相近，而且CM分子鏈上無規分布的極 性氯原子在共混體系中也起到對CM的增容作用，因而CM與PP具有良好的共混互容性。因 此，用CM對PP進行共混改性不僅可以提高PP的熔體強度，改善PP樹脂的發泡性能，還可 以提高發泡PP的力學性能、隔熱性以及制品的耐老化性等。
[0018] 發泡PP材料的工業化生產主要采用超臨界方法，即用超臨界C02輔助擠出發泡PP 或者超臨界C02在反應釜中預發泡PP珠粒再模壓成型，在此方面日本和德國走在了世界的 前列。由于超臨界方法受到設備限制，工藝相對簡單的化學改性發泡方法目前尚處于實驗 室研究階段，主要是采用支化擴鏈的方式來增強PP的熔體強度。
[0019] 本發明制備工藝在投料中添加了ZnSt能夠很好地降低AC的分解溫度，減小AC的 分解速率常數，使其分解趨于平緩，另外硬脂酸鋅的熔點在120°C左右，熔融的硬脂酸鋅有 利于熱量的傳遞以及AC的分散，避免了因AC的快速分解導致發泡基體出現局部過熱而使 泡孔塌陷現象。ZnO能夠促進DCP與聚丙烯的微交聯反應，提高反應效率和反應速率，促進 泡孔的成型。ΜΑΗ能夠接枝到聚丙烯分子鏈上，形成MAH-g-PP起到增容劑的作用，使CM和 疏水性納米二氧化硅氣凝膠更好的分散在PP樹脂中。CM與PP結構相近，而且CM分子鏈 上無規分布的極性氯原子在共混體系中也起到對CM增容的作用，因而與PP具有良好的相 容性。此外，CM具有優良的耐候性、韌性以及耐老化性等，因此添加CM不僅可以提高PP的 熔體強度，改善PP樹脂的發泡性，提升PP泡沫材料的力學性能，還能提高PP復合泡沫材料 的耐候性、耐老化性等。疏水性納米二氧化硅氣凝膠的添加一方面為發泡材料提供泡孔成 核劑，其多孔結構同時作為發泡劑的載體，另一方面還可以提升PP樹脂的熔體強度，有效 降低熱導率系數。本發明的PP發泡材料密度較低、泡孔分布均勻、孔徑較小，具有優異隔熱 性、沖擊和拉伸強度。
[0020] 本發明工藝采用簡單的模壓發泡工藝，避免了使用超臨界條件以及特殊分子結構 PP樹脂，從而降低了生產成本，簡化了成型工藝。為實現大規模工業化生成提供可能。 四、【具體實施方式】
[0021] 實施例1 :
[0022] 1、本實施例中各原料按質量份數構成如下：
[0023]
[0024] 1)將聚丙烯（PP)、氯化聚乙烯（CM)、疏水性納米二氧化硅氣凝膠（Nan〇-Si02)混 合均勻后加入到密煉機中進行混煉7分鐘，混煉溫度170°C，混煉時螺桿轉速為40轉/分 鐘；
[0025]2)將過氧化二異丙苯（DCP)、馬來酸酐（ΜΑΗ)加入到密煉機中混煉5分鐘，混煉溫 度170°C，混煉時螺桿轉速為40轉/分鐘；
[0026] 3)然后將硬脂酸鋅（ZnSt)、氧化鋅（ZnO)、偶氮二甲酰胺（AC)混合均勻后加入到 密煉機中混煉2分鐘，混煉溫度170°C，混煉時螺桿轉速為40轉/分鐘，得到預發泡樹脂；
[0027] 4)將密煉機中的預發泡樹脂取出，置于模具中，在模壓5MPa、模溫170°C條件下加 熱8分鐘即制得聚丙烯發泡隔熱材料。
[0028] 實施例2 :
[0029] 1、本實施例中各原料按質量份數構成如下：
[0030]
[0031] 1)將聚丙烯（PP)、氯化聚乙烯（CM)、疏水性納米二氧化硅氣凝膠（Nan〇-Si02)混 合均勻后加入到密煉機中進行混煉7分鐘，混煉溫度170°C，混煉時螺桿轉速為40轉/分 鐘；
[0032] 2)將過氧化二異丙苯（DCP)、馬來酸酐（ΜΑΗ)加入到密煉機中混煉5分鐘，混煉溫 度170°C，混煉時螺桿轉速為40轉/分鐘；
[0033] 3)然后將硬脂酸鋅（ZnSt)、氧化鋅（ZnO)、偶氮二甲酰胺（AC)混合均勻后加入到 密煉機中混煉2分鐘，混煉溫度170°C，混煉時螺桿轉速為40轉/分鐘，得到預發泡樹脂；
[0034] 4)將密煉機中的預發泡樹脂取出，置于模具中，在模壓5MPa、模溫170°C條件下加 熱8分鐘即制得聚丙烯發泡隔熱材料。
[0035] 實施例3 :
[0036] 1、本實施例中各原料按質量份數構成如下：
[0037]
[0038] 1)將聚丙烯（PP)、氯化聚乙烯（CM)、疏水性納米二氧化硅氣凝膠（Nan〇-Si02)混 合均勻后加入到密煉機中進行混煉7分鐘，混煉溫度170°C，混煉時螺桿轉速為40轉/分 鐘；
[0039]2)將過氧化二異丙苯（DCP)、馬來酸酐（ΜΑΗ)加入到密煉機中混煉5分鐘，混煉溫 度170°C，混煉時螺桿轉速為40轉/分鐘；
[0040] 3)然后將硬脂酸鋅（ZnSt)、氧化鋅（ZnO)、偶氮二甲酰胺（AC)混合均勻后加入到 密煉機中混煉2分鐘，混煉溫度170°C，混煉時螺桿轉速為40轉/分鐘，得到預發泡樹脂；
[0041] 4)將密煉機中的預發泡樹脂取出，置于模具中，在模壓5MPa、模溫170°C條件下加 熱8分鐘即制得聚丙烯發泡隔熱材料。
[0042] 本發明制備的聚丙烯發泡材料的性能測試結果如下：
[0043] 隔熱性：導熱系數為0.03~0.06WAm.K)。發泡效果：材料的密度達到0.3~ 0· 5g/cm3,材料的泡孔密度達到2.OxlO6~2. 5x10 6/cm3,孔徑大小80~120μm。力學性能： 沖擊強度和拉伸強度分別達到16~20kJ/m2和17~22MPa。
【主權項】
1. 一種聚丙烯發泡隔熱材料，其特征在于：由以下質量份數的原料經混煉、發泡后得 到： 基體樹脂 80~110份 成核劑 3~5份 發泡劑 5~10份 助劑 7.5~13份； 所述基體樹脂為無規聚丙烯和氯化聚乙烯； 所述成核劑為疏水性納米二氧化硅氣凝膠； 所述發泡劑為偶氮二甲酰胺； 所述助劑為氧化鋅、硬脂酸鋅、過氧化二異丙苯和馬來酸酐。2. 根據權利要求1所述的聚丙烯發泡隔熱材料，其特征在于： 基體樹脂中無規聚丙烯的添加量為60~80質量份，氯化聚乙烯的添加量為20~30 質量份。3. 根據權利要求1所述的聚丙烯發泡隔熱材料，其特征在于： 助劑中各原料按質量份數構成為：氧化鋅1~2份，硬脂酸鋅3~5份，過氧化二異丙 苯0. 5~1份，馬來酸酐3~5份。4. 一種權利要求1所述的聚丙烯發泡隔熱材料的制備方法，其特征在于包括如下步 驟： 1) 將無規聚丙烯、氯化聚乙烯和疏水性納米二氧化硅氣凝膠混合均勻后加入到密煉機 中進行混煉7~15分鐘； 2) 向密煉機中加入過氧化二異丙苯和馬來酸酐繼續混煉5~10分鐘； 3) 然后將硬脂酸鋅、氧化鋅和偶氮二甲酰胺混合均勻后加入到密煉機中混煉1~5分 鐘，得到預發泡樹脂； 4) 將密煉機中的預發泡樹脂取出，置于模具中，模壓發泡后制得聚丙烯發泡隔熱材料。5. 根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于： 模壓發泡的條件為：模壓5MPa，模溫170°C，發泡時間8min。6. 根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于： 步驟1)至步驟3)中密煉機混煉時的參數設置為：溫度170°C，螺桿轉速40轉/分鐘。
【專利摘要】本發明公開了一種聚丙烯發泡隔熱材料及其制備方法，其中聚丙烯發泡隔熱材料是由以下質量份數的原料經混煉、發泡后得到：基體樹脂80～110份，成核劑3～5份，發泡劑5～10份，助劑7.5～13份；所述基體樹脂為無規聚丙烯和氯化聚乙烯。本發明通過添加適量的氯化聚乙烯改善PP發泡性能，同時起到增韌的作用。本發明聚丙烯發泡材料具有較低的密度和均勻的泡孔結構、優異的力學性能以及良好的隔熱性能。
【IPC分類】C08K5/1539, C08J9/10, C08K13/02, C08L51/06, C08L23/28, C08K5/098, C08L23/12, C08K3/36, C08K3/22, C08K5/14
【公開號】CN105273314
【申請號】CN201510777286
【發明人】蘇麗芬, 張偉, 夏茹, 楊斌, 錢家盛, 苗繼斌, 陳鵬, 鄭爭志, 曹明
【申請人】安徽大學
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年11月12日