一种激光发泡助剂组合物及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种激光发泡助剂组合物及其制备方法和应用，其组成包括氮化硼、氧化石墨烯、偶联剂、热塑性聚合物，所述氮化硼、氧化石墨烯、偶联剂、热塑性聚合物的质量比为1：(1～15)：(0.05～0.3)：(1～30)。将本发明专利技术激光发泡助剂组合物加入到多种彩色的聚合物材料后，大大提升了激光发泡助剂在聚合物材料中的分散性，实现了显著的激光发泡效果，同时得到了泡孔结构均匀的彩色聚合物发泡材料。本发明专利技术公开的激光发泡助剂的制备方法简单且高效，可以适用于不同颜色的聚合物材料(包括热塑性聚合物和热固性聚合物)，应用前景广阔，非常适合大规模生产。规模生产。

【技术实现步骤摘要】
一种激光发泡助剂组合物及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于聚合物材料助剂和材料加工领域，具体涉及一种激光发泡助剂组合物及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]激光发泡是利用激光高能能量对材料表面进行照射，使其发生一系列复杂的光化学和/或光热反应而实现材料局部发泡的一种新型发泡技术。与传统的发泡技术相比，该技术具有工艺简单、环境友好、成本低和局部可控等优势，同时它还可以精确地引发材料某一区域内的发泡。
[0003]由于大多数的聚合物材料(如：聚丙烯、乙烯
‑
辛烯共聚物、环烯烃共聚物等)吸收激光能量的能力不足，激光照射难以直接实现聚合物材料的表面发泡。现有的方法是在聚合物材料中加入特定的添加剂(也称为助剂)来制备激光诱导的聚合物发泡材料。
[0004]中国专利CN102939330B公开了一种激光诱导的聚合物发泡材料，其包括聚合物、激光吸收剂和发泡剂。但是，其采用金属薄片、金属氧化物和金属磷酸盐等作为激光吸收剂材料，不仅增加了原料成本和制造成本，长期接触激光吸收剂会造成环境污染，以及影响人员健康。此外，由于发泡剂的存在，在生产过程中还需要严格控制加工温度和/或额外加入其他添加剂，防止或延迟发泡剂过早的反应，存在控制过程复杂，能耗高等缺陷。
[0005]中国专利CN108841031B公开了石墨烯作为激光发泡剂的应用，将单一石墨烯直接添加到热塑性聚合物材料中，在激光照射下就可以实现较好的激光发泡效果，但是其对热固性树脂却无法得到较好的激光发泡效果。另一方面，石墨烯颜色为黑色或者深灰色，具有较强的染色能力，当石墨烯加入到聚合物材料中会显著改变聚合物材料的底色，使其变为黑色、灰黑色或深灰色，因此，单一石墨烯只能应用在黑色或深色聚合物材料中实现对其的激光发泡，无法满足对不同颜色聚合物材料的激光发泡，这严重限制了其应用领域，因而产业化受限。
[0006]中国专利CN106633764A公开了由石墨烯和聚合物组成的激光标记添加剂，改善了石墨烯粉末在激光标记对象中的分散效果，但其在激光照射后只能实现聚合物的激光标记，仍无法诱导聚合物的激光发泡。
[0007]可见，本领域亟需开发出一种新型的可用于激光发泡的助剂，在激光照射时既可以吸收激光，又能产生气体，使其可以用于热塑性、热固性各种聚合物，且可以对各种色彩的聚合物材料表面进行激光发泡，从而满足行业内对各种颜色产品的需求。

技术实现思路

[0008]为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种激光发泡助剂组合物，该助剂组合物可以用于热塑性、热固性各种类型聚合物，可以在激光照射下快速实现对不同颜色聚合物材料的激光发泡。本专利技术的另一目的是提供了该助剂组合物的制备方法及应用。
[0009]本专利技术提供了一种激光发泡助剂组合物，其组成包括氮化硼、氧化石墨烯、偶联
剂、热塑性聚合物；
[0010]所述氮化硼、氧化石墨烯、偶联剂、热塑性聚合物的质量比为1：(1～15)：(0.05～0.3)：(1～30)；优选为1：(1～10)：(0.05～0.2)：(1～15)。
[0011]本专利技术中，所述氮化硼为片层结构的纳米颗粒；
[0012]优选地，所述氮化硼颗粒中平均片层直径为90μm以下，优选为60μm以下，更优选为9～15μm；
[0013]优选地，所述氮化硼颗粒的片层层数为200层以下，优选为125层以下，更优选为13～90层。
[0014]本专利技术中，所述氧化石墨烯为片层结构的纳米颗粒；
[0015]优选地，所述氧化石墨烯颗粒中平均片层直径为90μm以下，优选为60μm以下，更优选为8～16μm；
[0016]优选地，所述氧化石墨烯颗粒的片层层数为80层以下，优选为50层以下，更优选为5～39层。
[0017]氧化石墨烯是一种纳米二维材料，本专利技术在实验中发现较小片层直径的氧化石墨烯能够在聚合物中形成更强的网络结构和较强的界面相互作用，提升其分散性；同时通过片层层数、颗粒厚度的选择还可以使氧化石墨烯具有较高的吸光率，能够提高材料的激光吸收能力。基于此，本专利技术通过选用特定范围片层直径和片层层数的氧化石墨烯，在确保氧化石墨烯在聚合物中的分散效果较佳的同时，还具有了较强的激光吸收能力。
[0018]本专利技术在实验中同时发现，氧化石墨烯、氮化硼按照特定比例组合对提高聚合物材料的激光发泡效果具有协同效应，并且除氮化硼自身化学组成的影响外，其作为一种纳米二维材料，片层直径和片层厚度对激光发泡效果也存在显著影响，选用与氧化石墨烯尺寸相近的氮化硼，能够使氮化硼和氧化石墨烯在聚合物中具有更好的分散效果和激光吸收能力。氧化石墨烯、氮化硼协同使用不但可以作为激光吸收剂来吸收激光，还预料之外的发现可以作为发泡剂来产生气体，在激光诱导下快速引起聚合物表面发泡，提升发泡效果。
[0019]优选地，所述氧化石墨烯的氧含量为25～55wt％，优选35～55wt％。氧化石墨烯的氧含量会影响激光发泡效果，氧化石墨烯的氧含量代表着其表面的含氧官能团数目。在激光照射后，氧化石墨烯能够将所吸收的激光能量转化成瞬时高温，使其表面的含氧官能团发生裂解或分解反应，从而释放出气体，诱导聚合物材料表面发泡。但是要实现发泡效果，氧化石墨烯的氧含量也需要限定在特别范围内，当氧含量低于25wt％时，在激光照射后，氧化石墨烯表面含氧官能团所产生的气体不足以诱导聚合物材料发泡；而当氧含量高于55wt％时，在激光照射后，氧化石墨烯表面含氧官能团所产生的气体过多，导致材料内部会形成较多较大的气孔，同时出现泡孔合并、破裂、塌陷等现象，严重影响发泡效果。
[0020]本专利技术中，所述偶联剂选自脂肪酸、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、锆酸酯偶联剂、磷酸酯偶联剂中的任意一种或多种，优选为硅烷偶联剂更优选为A
‑
151、KH
‑
550、KH
‑
560、KH
‑
570、KH
‑
580、Z
‑
6030中的任意一种或多种。
[0021]本专利技术中，所述热塑性聚合物选自含有芳香环或脂肪环结构的聚合物材料，优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、丙烯腈
‑
丁二烯
‑
苯乙烯共聚物、苯乙烯
‑
丙烯腈共聚物、聚对苯二甲酸丁二醇酯、芳香族聚酰胺、聚苯醚、聚酰亚胺、聚砜、聚醚醚酮中的任意一种或多种。
[0022]分子链中含有芳香环如苯环或脂肪环结构的聚合物材料，具有较好的热稳定性，这种聚合物在激光照射后所产生的瞬时高温下不易被热分解，同时该类聚合物分子链中的环结构如苯环还会与氧化石墨烯形成π
‑
π共轭效应，提高氧化石墨烯的分散效果，从而抑制氧化石墨烯在加工过程中的再团聚。
[0023]本专利技术还提供了一种上述激光发泡助剂组合物的制备方法，步骤包括：
[0024]1)将热塑性聚合物溶解于有机溶剂中，得到热塑性聚合物溶液；
[0025]2)将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光发泡助剂组合物，其特征在于，组成包括氮化硼、氧化石墨烯、偶联剂、热塑性聚合物；所述氮化硼、氧化石墨烯、偶联剂、热塑性聚合物的质量比为1：(1～15)：(0.05～0.3)：(1～30)；优选为1：(1～10)：(0.05～0.2)：(1～15)。2.根据权利要求1所述的激光发泡助剂组合物，其特征在于，所述氮化硼为片层结构的纳米颗粒；优选地，所述氮化硼颗粒中平均片层直径为90μm以下，优选为60μm以下，更优选为9～15μm；优选地，所述氮化硼颗粒的片层层数为200层以下，优选为125层以下，更优选为13～90层。3.根据权利要求1或2所述的激光发泡助剂组合物，其特征在于，所述氧化石墨烯为片层结构的纳米颗粒；优选地，所述氧化石墨烯颗粒中平均片层直径为90μm以下，优选为60μm以下，更优选为8～16μm；优选地，所述氧化石墨烯颗粒的片层层数为80层以下，优选为50层以下，更优选为5～39层；所述氧化石墨烯的氧含量为25～55wt％，优选35～55wt％。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的激光发泡助剂组合物，其特征在于，所述偶联剂选自脂肪酸、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、锆酸酯偶联剂、磷酸酯偶联剂中的任意一种或多种，优选为硅烷偶联剂，更优选为A
‑
151、KH
‑
550、KH
‑
560、KH
‑
570、KH
‑
580、Z
‑
6030中的任意一种或多种。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的激光发泡助剂组合物，其特征在于，所述热塑性聚合物选自含有芳香环或脂肪环结构的聚合物材料，优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、丙烯腈
‑
丁二烯
‑
苯乙烯共聚物、苯乙烯
‑
丙烯腈共聚物、聚对苯二甲酸丁二醇酯、芳香族聚酰胺、聚苯醚、聚酰亚胺、聚砜、聚醚醚酮中的任意一种或多种。6.一种权利要求1
‑
5任一项所述激光发泡助剂组合物的制备方法，其特征在于，步骤包括：1)将热塑性聚合物溶解于有机溶剂中，得到热塑性聚合物溶液；2)将氧化石墨烯和氮化硼混合均匀并加入到醇类溶剂中，对其进行超声处理，得到氧化石墨烯/氮化硼分散液；3)将偶联剂加入到水/醇类的混合溶液中进行预水解，然后将其与步骤2)所得氧化石墨烯/氮化硼分散液均匀混合，得到分散混合液；4)将步骤1)所得聚合物溶液在搅拌下滴加加入到步骤3)所得分散混合液中，滴加完成后，再经沉淀，过滤，干燥，制得所述激光发泡助剂。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述热塑性聚合物溶解于有机溶剂中的浓度为1g/(1～500)mL，优选为1g/(10～200)mL；优选地，所述有机溶剂为苯、甲苯、二甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾礼洋，郭华，王磊，邓明，黄明路，高原，王大林，
申请(专利权)人：万华化学集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：