一种聚丙烯开孔泡沫材料及利用注塑成型工艺制备的方法技术

本发明专利技术公开一种聚丙烯开孔泡沫材料及利用注塑成型工艺制备的方法，所述聚丙烯开孔泡沫材料是利用注塑成型工艺制备的，其由以下组分按重量份组成：聚丙烯90‑98.8份、成核剂1‑10份、发泡剂0.2‑3份。本发明专利技术采用疏水改性纤维素纳米纤维作为聚丙烯的晶体成核剂，然后利用发泡剂、开合模技术进行发泡，最终实现了利用注塑成型工艺制得开孔发泡材料；并且得到具有三维复杂结构的制品，可以应用于对制品性能和形状有特殊要求的场所，提高了产品的应用范围。

【技术实现步骤摘要】
一种聚丙烯开孔泡沫材料及利用注塑成型工艺制备的方法
本专利技术属于高分子材料加工领域，具体涉及一种聚丙烯开孔泡沫材料及利用注塑成型工艺制备的方法。
技术介绍
微孔发泡材料是一种泡孔直径在0.1-10μm之间、泡孔密度为109-1014个/cm3，且泡孔尺寸分布均匀的新型泡沫塑料。根据泡孔结构不同，微孔发泡材料可分为闭孔发泡材料和开孔发泡材料。闭孔发泡材料定义为，所含有的泡孔绝大多数是孤立的分散在塑料中，只有聚合物基体是连续相的发泡材料。开孔发泡材料是指发泡材料中泡体不是封闭的，泡体间相互连通，基体材料以相互连通的泡孔璧存在。目前研究中主要以围绕闭孔发泡材料为主，这主要是因为与未发泡材料相比，闭孔发泡材料的力学性能如冲击强度、韧性、比强度和疲劳寿命等有很大程度的增加，适合于对力学性能要求高的场所，比如汽车、建筑和航空业。但是，开孔泡沫塑料有其独特的优势，在开孔发泡材料中，由于存在互相连通的孔结构，可以形成复杂的通道，让小分子气体或者流体通过材料。因而，开孔发泡材料可以作为缓释材料，及分离、吸附材料和各种物质载体材料等，在生物医学领域可以用作组织工程材料。此外，还可以作为隔音、吸震、包装、室内装饰等材料。目前常用的开孔发泡材料制备技术主要包括热诱导相分离法、拉伸法、热分解法和单体聚合反应法。热诱导相分离法是最早用于制备开孔发泡材料的方法，但是该方法工艺过程复杂，且含有有害溶剂，其回收复杂且成本高。拉伸法主要是通过对半结晶性聚合物拉伸使非晶区变形破裂产生空隙，但此工艺对材料有很高的要求，仅局限于特定的半结晶聚合物。热分解法主要利用嵌段聚合物或者聚合物共混物在受热后，体系中的热不稳定组分发生分解，排除降解产物后，形成开孔发泡材料。这种方法制备的聚合物只限于很少的嵌段聚合物，且热不稳定物质若未完全分解而残留在基体中，会影响材料的性能。单体聚合反应法是利用微乳液稳定有序的两相结构，将反应性单体分散在微乳液中聚合，从而得到开孔发泡材料。此方法也仅限于特定的聚合物，此外各组分间的位阻效应和静电作用会破坏体系的乳液结构，引起相分离，从而破坏微孔结构。为了解决上述问题，使用物理发泡剂比如超临界二氧化碳和超临界氮气来生产开孔发泡材料受到越来越多的重视，该工艺制备过程简单，而且没有溶剂引入，对环境安全无害，同时对聚合物材料适应范围广。比如Roeheavor等采用间歇式加工方法，利用氮气作为发泡剂，制备得到了聚苯乙烯开孔泡沫材料(B.A.Rodeheaver，J.S.Colton.Open-celledMicrocellularThermoplasticFoam[J].PolymerEngineringandScience,2001,1(41),1532-l539)。由于间歇式方法生产效率低，耗时长，限制了其商业应用。因而，连续生产方式比如挤出开孔发泡受到更多的重视。比如，Baldwin等最早用连续挤出发泡工艺制备了开孔泡沫塑料(公开号：US5334356)。但是目前利用物理发泡剂制备开孔发泡材料的方法主要集中于间歇式发泡和挤出发泡，而很少可以用注塑成型工艺得到开孔发泡材料。这主要是由于传统微孔发泡注塑成型发泡倍率低，所得制品基本上为闭孔结构。由于注塑成型制品可以得到具有三维复杂结构的制品，可以应用于对制品性能和形状有特殊要求的场所，因而亟待开发利用注塑成型工艺制备的开孔泡沫材料。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术目的在于提供一种聚丙烯开孔泡沫材料及利用注塑成型工艺制备的方法，以解决传统微孔注塑成型发泡制件发泡倍率低、泡孔基本上为闭孔等问题。本专利技术的技术方案：一种聚丙烯开孔泡沫材料，其特征在于：所述聚丙烯开孔泡沫材料是利用注塑成型工艺制备的，其由以下组分按重量份组成：聚丙烯90-98.8份成核剂1-10份发泡剂0.2-3份。进一步方案，所述成核剂为生物基纳米材料；所述聚丙烯的数均分子量为20-50万；所述发泡剂为超临界流体二氧化碳或超临界氮气。优选的，所述生物基纳米材料为疏水改性纤维素纳米纤维，所述疏水改性纤维素纳米纤维是用链烯基琥珀酸酐对纤维素纳米纤维浆进行表面改性所得。本专利技术的另一个专利技术目的是提供一种利用注塑成型工艺制备聚丙烯开孔泡沫材料的方法，其步骤如下：(1)制备纤维素纳米纤维浆：将含有纤维素的纸浆稀释成浆液，将浆液加入球磨机中处理，利用机械力剥离得到纤维素纳米纤维浆；(2)化学改性：将纤维素纳米纤维浆和N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)混合，再在常温下蒸发掉水分，然后加入链烯基琥珀酸酐(ASA)、4-二甲氨基吡啶(DMAP)和碳酸钾进行搅拌处理，反应物经冲洗得到疏水改性纤维素纳米纤维溶液；(3)制备纳米复合材料：将疏水改性纤维素纳米纤维溶液和聚丙烯加入双螺杆挤出机中共混，水蒸气通过挤出机上的两个排气口排出，得到聚丙烯/改性纤维素纳米纤维复合材料；(4)制备聚合物/气体熔液：将聚丙烯/改性纤维素纳米纤维复合材料输入注塑机料筒中进行加热熔融，然后利用超临界流体设备注入高压发泡剂气体，通过注塑机螺杆混合输送功能将高压发泡剂气体均匀混入到熔融聚合物中，得到单一均相的聚合物/气体混合熔液；(5)熔体填充型腔：开启注塑机喷嘴和模具热流道，采用高压满注射方式，将混合熔液注入模具型腔里至完全填满型腔，并保压；(6)开合模发泡：开合模3-6s后，动模具一侧金属模具模芯快速后退增大模具型腔体积，降低熔体压力，开始发泡过程，获得开孔泡沫材料。进一步方案，步骤(1)中所述纸浆为针叶漂白牛皮纸浆，纸浆稀释是用蒸馏水稀释成质量浓度为0.5-2.0％的浆液；所述球磨机的温度为20-40℃，浆液的进料速度为500-700ml/min；所述纤维素纳米纤维浆中纤维素纳米纤维的质量含量为10-30％。进一步方案，步骤(2)中，以纤维素纳米纤维浆重量组分为100份计，N-甲基-2-吡咯烷酮为70-90份，链烯基琥珀酸酐为200-360份，4-二甲氨基吡啶为5-10份，碳酸钾为50-70份。进一步方案，步骤(2)中，搅拌处理的时间为1-3h、温度为60-80℃，冲洗是指依次经丙酮、乙醇和蒸馏水进行冲洗；疏水改性纤维素纳米纤维溶液中质量含量为5-30％进一步方案，步骤(3)中，聚丙烯/改性纤维素纳米纤维复合材料中纤维素的质量含量为1-10％；挤出机螺杆温度为180-230℃。进一步方案，步骤(4)中，高压发泡剂气体为压力为24-30MPa的超临界二氧化碳或超临界氮气，注塑机螺杆的温度为170-240℃。进一步方案，步骤(5)中，混合熔液注入模具型腔时的注射压力为140-180MPa、注射速度为70-200mm/s；保压的压力为30-60MPa，模具的温度为30-50℃；步骤(6)中，发泡的温度为100-120℃，开合模距离为9-11mm。上述原料用量为：疏水改性纤维素纳米纤维1-10份、聚丙烯90-98.8份、发泡剂气体0.2-3份。本专利技术采用疏水改性纤维素纳米纤维作为聚丙烯的晶体成核剂，然后利用发泡剂、开合模技术进行发泡，最终实现了利用注塑成型工艺制得开孔发泡材料；并且得到具有三维复杂结构的制品，可以应用于对制品性能和形状有特殊要求的场所，提高了产品的应用范围。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术采用链烯基琥珀酸酐对纤维素纳米纤维浆进行表面改性，得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚丙烯开孔泡沫材料，其特征在于：所述聚丙烯开孔泡沫材料是利用注塑成型工艺制备的，其由以下组分按重量份组成：聚丙烯90‑98.8份成核剂1‑10份发泡剂0.2‑3份。

【技术特征摘要】
1.一种聚丙烯开孔泡沫材料，其特征在于：所述聚丙烯开孔泡沫材料是利用注塑成型工艺制备的，其由以下组分按重量份组成：聚丙烯90-98.8份成核剂1-10份发泡剂0.2-3份。2.根据权利要求1所述的一种聚丙烯开孔泡沫材料，其特征在于：所述成核剂为生物基纳米材料；所述聚丙烯的数均分子量为20-50万；所述发泡剂为超临界流体二氧化碳或超临界氮气。3.根据权利要求2所述的一种聚丙烯开孔泡沫材料，其特征在于：所述生物基纳米材料为疏水改性纤维素纳米纤维，所述疏水改性纤维素纳米纤维是用链烯基琥珀酸酐对纤维素纳米纤维浆进行表面改性所得。4.一种利用注塑成型工艺制备聚丙烯开孔泡沫材料的方法，其特征在于：步骤如下：（1）制备纤维素纳米纤维浆：将含有纤维素的纸浆稀释成浆液，将浆液加入球磨机中处理，利用机械力剥离得到纤维素纳米纤维浆；（2）化学改性：将纤维素纳米纤维浆和N-甲基-2-吡咯烷酮混合，再在常温下蒸发掉水分，然后加入链烯基琥珀酸酐、4-二甲氨基吡啶和碳酸钾进行搅拌处理，反应物经冲洗得到疏水改性纤维素纳米纤维溶液；（3）制备纳米复合材料：将疏水改性纤维素纳米纤维溶液和聚丙烯加入双螺杆挤出机中共混，水蒸气通过挤出机上的两个排气口排出，得到聚丙烯/改性纤维素纳米纤维复合材料；（4）制备聚合物/气体熔液：将聚丙烯/改性纤维素纳米纤维复合材料输入注塑机料筒中进行加热熔融，然后利用超临界流体设备注入高压发泡剂气体，通过注塑机螺杆混合输送功能将高压发泡剂气体均匀混入到熔融聚合物中，得到单一均相的聚合物/气体混合熔液；（5）熔体填充型腔：开启注塑机喷嘴和模具热流道，采用高压满注射方式，将混合熔液注入模具型腔里至完全填满型腔，...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪龙，
申请(专利权)人：合肥华聚微科新材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34