一种双峰高密度聚乙烯纳米孔发泡材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及双峰高密度聚乙烯纳米孔发泡材料及其制备方法，属于高分子材料领域。该双峰高密度聚乙烯纳米孔发泡材料，其特征在于，双峰高密度聚乙烯纳米孔发泡材料由双峰高密度聚乙烯组合物发泡得到，该组合物包含双峰高密度聚乙烯，所述双峰高密度聚乙烯纳米孔发泡材料的平均泡孔孔径为50‑1000nm，平均泡孔密度≥10

A Bimodal High Density Polyethylene Nanoporous Foaming Material and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种双峰高密度聚乙烯纳米孔发泡材料及其制备方法
本专利技术属于高分子材料领域，具体涉及一种双峰高密度聚乙烯纳米孔发泡材料及其制备方法。技术背景超临界二氧化碳发泡技术，是以超临界二氧化碳为发泡剂的一种新型物理发泡技术，它是通过快速泄压或者快速升温的方法使超临界二氧化碳饱和的聚合物体系进入热力学不稳定状态，在聚合物基体中诱导大量气泡核产生，形成泡孔结构，同时迅速降温得到的高孔隙率的聚合物泡沫材料。这种聚合物泡沫材料具有较小的泡孔尺寸(0.1-10μm)和较高的泡孔密度(108-1012cells/cm3)。与致密材料相比，聚合物发泡材料降低了制品的单位重量，同时具有较高的冲击强度、高疲劳寿命、低介电常数和低导热系数等优异性能，已广泛应用于食品包装、抗震材料、吸音材料、控制释放系统、运动设备和交通运输等领域。聚合物纳米孔发泡材料具有巨大的实用价值，其在力学性能、热阻隔性能、吸音降噪和介电性能等方面表现优异。例如，当发泡材料的密度恒定时，若泡孔尺寸小于100纳米，则可以有效降低泡孔内气体分子的热运动，降低发泡材料的导热系数，得到热阻隔性能优异的材料；同时，发泡材料中纳米孔结构低于材料内部的裂纹尺寸，使裂纹尖端纯化，达到抑制裂纹扩展的作用，增加材料的力学性能。聚乙烯是通用塑料之一，其发泡材料具有无毒价廉、质轻、优异的耐湿性、良好的化学稳定性和易成型加工优点，大量应用于建筑保温、冰箱保温、运动场馆设施、电子仪器和精密仪器等的防震包装。如果能够制备纳米孔的聚乙烯发泡材料，则可以在实现减重的目的的同时，保留其足够的力学性能，提高其热阻隔性能，具有极高的应用价值。专利文献(CN108943634A)中描述了通过采用特定的双峰聚乙烯和特定的注塑成型加工工艺，增加伸直链构象的稳定性，促进shish-kebab晶体(串晶)的形成，以达到制备高强度的支化双峰聚乙烯注塑制品的专利技术效果。在不同温度下，超临界二氧化碳在聚合物发泡过程中的扩散和溶解与聚合物的聚集态结构密切相关，对发泡材料制品的最终性能有很大的影响。如果控制发泡温度，将聚乙烯制品中已存在的晶体在发泡过程中部分地被超临界二氧化碳溶解，就能根据其结构的区别控制发泡在特定的尺度内进行，从而达到制备聚乙烯纳米孔发泡材料的效果。
技术介绍
部分所公开的信息仅用于帮助理解本专利技术的背景，不应当理解为承认或以任何方式暗示该信息形成了本领域技术人员以公知的现有技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术的不足，提供一种双峰高密度聚乙烯纳米孔发泡材料及其制备方法，制备得到的发泡材料的冲击强度在60KJ/m2以上，拉伸强度在90MPa以上，且生产成本低、操作简单、泡孔均匀。专利技术人等经过深入研究，最终发现：通过采用分子量分布曲线呈现两个峰值、且其高分子量部分和低分子量部分在分子级别上实现了均匀混合的双峰高密度聚乙烯树脂，采用注塑成型工艺制备得到含有大量shish-kebab晶体的制品，利用超临界二氧化碳物理发泡方法，调控发泡阶段的温度、压力、时间和卸压速率，得到平均泡孔直径为50-1000nm的双峰高密度聚乙烯纳米孔发泡材料，从而最终完成了本专利技术。即，一种双峰高密度聚乙烯纳米孔发泡材料，其特征在于，双峰高密度聚乙烯纳米孔发泡材料由双峰高密度聚乙烯组合物发泡得到，该组合物包含双峰高密度聚乙烯，所述双峰高密度聚乙烯纳米孔发泡材料的平均泡孔孔径为50-1000nm，平均泡孔密度≥1010cells/cm3。双峰高密度聚乙烯组合物包含双峰高密度聚乙烯，作为优选，所述双峰高密度聚乙烯为带支链双峰高密度聚乙烯，所述双峰高密度聚乙烯重均分子量为200000-1000000，分子量分布为24-60，高分子量部分的重均分子量为800000-1500000，质量含量为5-60％，低分子量部分的重均分子量为20000-200000，质量含量为40-95％。所述带支链双峰高密度聚乙烯的支链所在位置，通常在高分子量部分，其支链类型可以为乙基、丁基或己基中的一种，优选为乙基或丁基中的一种，更优选丁基。支链长度增加会延长伸直链构象的回复时间，有利于shish晶体的生成，增加shish-kebab晶体的含量，发泡过程中shish-kebab晶体的空间限制作用有利于形成纳米孔的泡孔结构，提升孔密度，最终提升制品力学性能，但支链长度过长会影响shish晶体的结构完善程度，影响纳米孔的形成，影响制品力学性能，因此优选上述支链类型。所述的双峰高密度聚乙烯高分子量部分的支链含量并无特别限定，通常，双峰高密度聚乙烯中高分子量部分支链含量为每一万个碳原子含有3-60个支链，更优选含有10-30个支链。支链含量增加会延长伸直链构象的回复时间，有利于shish晶体的生成，增加shish-kebab晶体的含量，发泡过程中shish-kebab晶体的空间限制作用有利于形成纳米孔的泡孔结构，提升孔密度，最终提升制品力学性能，但支链含量过高会影响shish晶体的结构完善程度甚至使shish晶体不能形成进而影响后续发泡材料的形貌和力学性能，例如不能得到纳米孔只能得到微米孔，因此优选上述支链含量范围。作为优选，高分子量部分的重均分子量为1000000-1200000，质量含量为20-40％，低分子量部分的重均分子量为40000-60000，质量含量为60-80％。双峰高密度聚乙烯的高分子量部分主要形成shish晶体，低分子量部分主要形成kebab晶体和其它片晶。在上述质量含量比例、分子量情况下，双峰高密度聚乙烯能实现高分子量部分和低分子量部分在分子级别上的均匀混合，并且更有利于shish-kebab晶体的形成和发泡过程中纳米孔的形成，提高发泡制品力学性能的同时更大程度地兼顾发泡的高效性，因此优选。作为优选，所述双峰高密度聚乙烯组合物中还含有纳米材料，纳米材料的类型并无特别限定，通常可以为碳纳米管、甲壳素纳米晶、纤维素纳米晶中的一种或多种。此类纳米材料的加入，诱导双峰高密度中聚乙烯shish晶体的形成，为后续纳米孔的形成提供良好条件。纳米材料的添加量并无特别限定，通常为双峰高密度聚乙烯的0.1-3wt％。作为优选，双峰高密度聚乙烯组合物还可以含有助剂，助剂类型并无特别限定，可以为抗老化剂、热稳定剂、抗菌剂、阻燃剂、着色剂、抗静电剂和辐射稳定剂中的一种或多种。助剂的添加量并无特别限定，通常为双峰高密度聚乙烯的0.01-2wt％，在此范围内，助剂能起到应有的作用，而且不会影响制品的结构和力学性能。所述双峰高密度聚乙烯纳米孔发泡材料的制备方法，其具体步骤如下：(1)首先，将双峰高密度聚乙烯组合物的各种原料采用计量加料的方式加入到挤出机中，在挤出机中进行共混并混合均匀后，在注塑机中注塑得到双峰高密度聚乙烯组合物；(2)将步骤(1)得到的双峰高密度聚乙烯组合物加入到高压釜中，升温至饱和温度，饱和温度为100-130℃，充入二氧化碳至饱和压力，饱和压力为15-32MPa，在饱和温度和饱和压力下，静置60-480min，然后将高压釜卸压，卸压速率为50-400MPa/s，最后将高压釜冷却，冷却温度为5-60℃，冷却时间为5-20min。上述步骤(1)中，双峰高密度聚乙烯组合物的形状并无特别限定，可以为棒、片材和板材中的一种。通过在饱和温度和饱和压力下的静置，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双峰高密度聚乙烯纳米孔发泡材料，其特征在于，双峰高密度聚乙烯纳米孔发泡材料由双峰高密度聚乙烯组合物发泡得到，该组合物包含双峰高密度聚乙烯，所述双峰高密度聚乙烯纳米孔发泡材料的平均泡孔孔径为50‑1000nm，平均泡孔密度≥10

【技术特征摘要】
1.一种双峰高密度聚乙烯纳米孔发泡材料，其特征在于，双峰高密度聚乙烯纳米孔发泡材料由双峰高密度聚乙烯组合物发泡得到，该组合物包含双峰高密度聚乙烯，所述双峰高密度聚乙烯纳米孔发泡材料的平均泡孔孔径为50-1000nm，平均泡孔密度≥1010cells/cm3。2.权利要求1所述的双峰高密度聚乙烯纳米孔发泡材料，其中，双峰高密度聚乙烯为带支链双峰高密度聚乙烯，所述双峰高密度聚乙烯重均分子量为200000-1000000，分子量分布为24-60，高分子量部分的重均分子量为800000-1500000，质量含量为5-60％，低分子量部分的重均分子量为20000-200000，质量含量为40-95％。3.权利要求2所述的双峰高密度聚乙烯纳米孔发泡材料，其中，支链在高分子量部分，支链类型可以为乙基、丁基或己基中的一种。4.权利要求3所述的双峰高密度聚乙烯纳米孔发泡材料，其中，双峰高密度聚乙烯中高分子量部分支链含量为每一万个碳原子含有3-60个支链。5.权利要求1所述的双峰高密度聚乙烯纳米孔发泡材料，其中，双峰高密度聚乙烯组合物还含有纳米材料，纳米材料为碳纳米管、甲壳素纳米晶、纤维素纳米晶中的一种或多种，纳米材料的添加量为双峰高密度聚乙烯的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宗宝，别大奎，张利，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33