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      一種聚乙烯-聚苯乙烯泡沫及其制備方法

      文檔序號:3634420閱讀:252來源:國知局
      專利名稱:一種聚乙烯-聚苯乙烯泡沫及其制備方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及一種聚乙烯-聚苯乙烯泡沫及其制備方法。
      背景技術(shù)
      通用的聚苯乙烯泡沫在減震、包裝、隔熱、隔音和保溫等方面的應(yīng)用日益廣泛,生 產(chǎn)規(guī)模不斷擴大,但由于該類材料的韌性、強度和吸能等方面的不足,使其應(yīng)用范圍受到了 限制。通用的聚乙烯泡沫,韌性和耐低溫性能好,但其強度差,剛性小,也影響了其使用范圍 的擴大。聚乙烯是一種結(jié)晶的具有較高強度和韌性的材料,而聚苯乙烯雖然具有較高的模 量和拉伸強度,但是韌性卻很差,材料本身非常脆并且容易發(fā)生斷裂。由于這兩種材料之 間的化學(xué)結(jié)構(gòu)、結(jié)晶行為等的差別導(dǎo)致這兩種聚合物間的相容性極差。聚乙烯和聚苯乙烯 的共混發(fā)泡已有報道(Journal of Cellular Plastics, 2006,42 (2) 153-163 Journal ofCellular Plastics, 2000, 36 (5) :397_421 ;中國發(fā)明專利,申請?zhí)?6107089),由于聚 乙烯和聚苯乙烯的相容性差,人們試圖從聚乙烯和聚苯乙烯共混來得到兼具二者共同特性 的泡沫材料,盡管加入了增容劑,但共混物中還易出現(xiàn)聚乙烯和聚苯乙烯的相分離,影響加 工及泡沫制品性能。若能將聚乙烯和聚苯乙烯用共價化學(xué)鍵連接在一起,就不會出現(xiàn)加工 過程中的相分離,可以得到兼具聚乙烯和聚苯乙烯二者共同特性的泡沫材料。

      發(fā)明內(nèi)容
      為了解決已有技術(shù)在的問題,發(fā)明人采用預(yù)輻照技術(shù),在空氣氣氛下,對聚乙烯進 行預(yù)輻照,以在聚乙烯分子鏈上產(chǎn)生的大分子過氧化物作為引發(fā)劑,采用懸浮接枝技術(shù)將 聚乙烯和聚苯乙烯以共價化學(xué)鍵鍵合到一起,進行發(fā)泡,得到聚乙烯-聚苯乙烯泡沫。由于 聚乙烯和聚苯乙烯以共價化學(xué)鍵連接,因此不會發(fā)生加工過程中的相分離。聚乙烯-聚苯 乙烯泡沫材料不僅具有一般泡沫塑料的優(yōu)點,如質(zhì)輕、耐壓、隔音、隔熱、防震等特點,而且 還具有優(yōu)異的力學(xué)性能、良好的回彈性、良好的耐應(yīng)力開裂性能和高沖擊吸能等優(yōu)點,既具 有聚乙烯泡沫的柔性,又具有聚苯乙烯泡沫的剛性,在汽車、建筑、包裝、保溫、隔熱等行業(yè) 具有廣泛應(yīng)用。本發(fā)明的目的之一是提供一種聚乙烯_聚苯乙烯泡沫。本發(fā)明提供的一種聚乙烯-聚苯乙烯泡沫,在聚乙烯分子鏈上接枝聚苯乙烯,使 聚乙烯和聚苯乙烯以共價化學(xué)鍵連接,接枝聚苯乙烯的接枝率質(zhì)量百分數(shù)為25-60%,聚乙 烯-聚苯乙烯泡沫的體積密度為27-208kg/m3。本發(fā)明的另一目的是提供一種聚乙烯-聚苯乙烯泡沫的制備方法,其步驟和條件 為(1)聚乙烯的預(yù)輻照采用6°Co作為輻照源,在空氣氣氛下,用、射線對聚乙烯進行預(yù)輻照,預(yù)輻照劑量 范圍為5kGy-80kGy;或采用電子加速器作為輻照源,在空氣氣氛下,用0射線對聚乙烯進行預(yù)輻照,預(yù)輻照劑量范圍為5kGy_80kGy ;得到預(yù)輻照聚乙烯;(2)聚乙烯-聚苯乙烯泡沫的制備按照預(yù)輻照聚乙烯分散劑功能單體乳化劑成核劑均聚抑制劑的質(zhì)量 份數(shù)比為 5-12 70-105 3.3-7.5 0. 08-1 0.05-0.2 0. 08-0. 5 ;把步驟(1)得到 的預(yù)輻照聚乙烯、分散劑、功能單體、乳化劑、成核劑和均聚抑制劑加入到反應(yīng)器中,通入氮 氣,加熱,攪拌,在50°C下維持1-3小時后,將反應(yīng)器內(nèi)液體溫度升到80-135°C,進行懸浮接 枝反應(yīng),反應(yīng)8-10小時后,降溫至30-50°C,加入發(fā)泡劑,發(fā)泡劑的加入量為功能單體加入 質(zhì)量的3-25%,密閉,升溫,在110-135°C下維持2-6小時,結(jié)束反應(yīng),降溫至40°C,反應(yīng)產(chǎn)物 經(jīng)過濾、水洗、烘干、加熱,得到聚乙烯-聚苯乙烯泡沫;所述的聚乙烯為低密度聚乙烯、高密度聚乙烯或線性低密度聚乙烯;線性低密度 聚乙烯優(yōu)選乙烯-1-丁烯共聚物、乙烯-1-己烯共聚物和乙烯-1-辛烯共聚物中的一種;所述的功能單體為苯乙烯;所述的分散劑為去離子水;所述的乳化劑為十二烷基苯磺酸鈉或十二烷基硫酸鈉;所述的成核劑為磷酸鈣粉、二氧化硅粉和二氧化鈦粉中的一種;所述的均聚抑制劑為氯化亞鐵或氯化亞銅;所述的發(fā)泡劑為戊烷、環(huán)戊烷和異戊烷中的一種。本發(fā)明提供的一種聚乙烯-聚苯乙烯泡沫的制備方法,在空氣氣氛下,通過對聚 乙烯的預(yù)輻照,在聚乙烯的分子鏈上產(chǎn)生大分子過氧化物;利用預(yù)輻照聚乙烯分子鏈上的 大分子過氧化物為引發(fā)劑,采用懸浮接枝聚合技術(shù)將預(yù)輻照的聚乙烯與苯乙烯進行接枝聚 合,將苯乙烯接枝到聚乙烯分子鏈上,以接枝到聚乙烯分子鏈上的苯乙烯為核進行聚合生 成聚苯乙烯,使聚苯乙烯以共價化學(xué)鍵方式與聚乙烯分子鏈鍵合在一起。由于聚乙烯和聚 苯乙烯以共價鍵相連接,因此不會發(fā)生加工和發(fā)泡過程中的相分離情況,聚乙烯-聚苯乙 烯泡沫材料既具有聚乙烯泡沫的特點又具有聚苯乙烯泡沫特點,兼具二者特性,在汽車、建 筑、包裝、保溫、隔熱等行業(yè)具有廣泛應(yīng)用。有益效果(1)采用預(yù)輻照產(chǎn)生的大分子過氧化物濃度分布均勻,避免了小分子 化學(xué)引發(fā)劑引起的單體的均聚以及聚合物交聯(lián)和/或降解等副反應(yīng);(2)懸浮接枝聚合反 應(yīng)時間長,接枝率質(zhì)量百分數(shù)達25-60%,采用均聚抑制劑降低了單體在懸浮接枝過程中的 均聚;(3)聚乙烯_聚苯乙烯泡沫的體積密度達27-208kg/m3,強度、韌性、沖擊性等力學(xué)性 能好。
      具體實施例方式實施例1 將低密度聚乙烯,在空氣氣氛下,在電子加速器裝置上用0射線進行 預(yù)輻照,預(yù)輻照劑量為5kGy。將經(jīng)預(yù)輻照的低密度聚乙烯質(zhì)量份5份、去離子水質(zhì)量份70份、苯乙烯質(zhì)量份 3. 3份、十二烷基苯磺酸鈉質(zhì)量份0. 08份、磷酸鈣粉質(zhì)量份0. 05份、氯化亞鐵質(zhì)量份0. 08 份加入裝有攪拌器、溫度計、回流冷凝管、氮氣導(dǎo)入管及加熱裝置的反應(yīng)器中,通入氮氣,加 熱,攪拌,50°C下維持1小時,將反應(yīng)器內(nèi)液體溫度升到80°C,進行懸浮接枝反應(yīng),反應(yīng)8小 時后,降溫至30°C,將戊烷發(fā)泡劑質(zhì)量份0. 099份加入反應(yīng)器內(nèi),密閉,升溫至110°C,維持2小時,降溫至40°C,反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過濾、水洗、烘干、加熱,得到接枝率質(zhì)量百分數(shù)為55%, 體積密度為208kg/m3的聚乙烯-聚苯乙烯泡沫。聚乙烯-聚苯乙烯泡沫的壓縮強度為 0. 84MPa,導(dǎo)熱系數(shù)為 0. 043W/mK。接枝率測試方法如下將反應(yīng)后得到的聚乙烯-聚苯乙烯泡沫,用平板硫化機上在195°C下壓成薄片, 將薄片包到鎳網(wǎng)內(nèi),放入索式抽提器中,用四氫呋喃溶液抽提48小時,將抽提后的樣品在 60°C真空烘箱中干燥48小時,稱其質(zhì)量,接枝率按下面公式計算
      接枝率質(zhì)量百分數(shù)=W2~Wl x 100%
      Wj式中A為反應(yīng)前加入的預(yù)輻照聚乙烯質(zhì)量,單位克;W2為反應(yīng)后的聚乙烯-聚苯 乙烯泡沫經(jīng)抽提、干燥后的質(zhì)量,單位克。壓縮強度的測試采用INSTR0N1121型材料試驗機,測試方法按GB/T8813-2008標(biāo) 準(zhǔn);導(dǎo)熱系數(shù)采用DRX導(dǎo)熱系數(shù)儀,測試方法按GB/T10294-2008標(biāo)準(zhǔn);體積密度測試采用 天平和游標(biāo)卡尺,測試方法按GB/T6343-1995標(biāo)準(zhǔn)。實施例2 將乙烯-1-丁烯共聚物,丁烯質(zhì)量百分數(shù)含量5%,在空氣氣氛下,在 6°Co裝置上用、射線進行預(yù)輻照,預(yù)輻照劑量為30kGy。將經(jīng)預(yù)輻照的乙烯-1- 丁烯共聚物質(zhì)量份12份、去離子水質(zhì)量份105份、苯乙烯 質(zhì)量份7. 5份、十二烷基苯磺酸鈉質(zhì)量份1份、二氧化硅粉質(zhì)量份0. 2份、氯化亞銅質(zhì)量 份0. 5份加入裝有攪拌器、溫度計、回流冷凝管、氮氣導(dǎo)入管及加熱裝置的反應(yīng)器中,通入 氮氣,加熱攪拌,50°C下維持3小時,將反應(yīng)器內(nèi)液體溫度升到125°C,進行懸浮接枝反應(yīng), 反應(yīng)10小時后,降溫至30°C,將戊烷發(fā)泡劑質(zhì)量份1. 875份加入反應(yīng)器內(nèi),密閉,升溫至 125°C,維持6小時,降溫至40°C,將反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過濾、水洗、烘干、加熱,得到接枝率質(zhì)量百 分數(shù)為58%,體積密度為27kg/m3的聚乙烯-聚苯乙烯泡沫。聚乙烯-聚苯乙烯泡沫的壓 縮強度為0. 18MPa,導(dǎo)熱系數(shù)為0. 033W/mK。接枝率、體積密度、壓縮強度和導(dǎo)熱系數(shù)的測試 同實施例1中的方法。實施例3將乙烯-1-辛烯共聚物,辛烯質(zhì)量百分數(shù)含量9 %,在空氣氣氛下,在電 子加速器裝置上用0射線進行預(yù)輻照,預(yù)輻照劑量為45kGy。將經(jīng)預(yù)輻照的乙烯-1-辛烯共聚物質(zhì)量份12份、去離子水質(zhì)量份70份、苯乙烯 質(zhì)量份3. 3份、十二烷基硫酸鈉質(zhì)量份0. 6份、二氧化鈦粉質(zhì)量份0. 05份、氯化亞鐵質(zhì)量 份0. 1份加入裝有攪拌器、溫度計、回流冷凝管、氮氣導(dǎo)入管及加熱裝置的反應(yīng)器中,通入 氮氣,加熱,攪拌,50°C下維持1小時,將反應(yīng)器內(nèi)液體溫度升到90°C,進行懸浮接枝反應(yīng), 反應(yīng)8小時后,降溫至50°C,將環(huán)戊烷發(fā)泡劑質(zhì)量份0. 165份加入反應(yīng)器內(nèi),密閉,升溫至 125°C,維持3小時,降溫至40°C,將反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過濾、水洗、烘干、加熱,得到接枝率質(zhì)量百 分數(shù)為25%,體積密度為126kg/m3的聚乙烯-聚苯乙烯泡沫。聚乙烯-聚苯乙烯泡沫的壓 縮強度為0. 78MPa,導(dǎo)熱系數(shù)為0. 041W/mK。接枝率、體積密度、壓縮強度和導(dǎo)熱系數(shù)的測試 同實施例1中的方法。實施例4將乙烯-1-己烯共聚物,己烯質(zhì)量百分數(shù)含量8%,在空氣氣氛下,在電 子加速器裝置上用0射線進行預(yù)輻照,預(yù)輻照劑量為50kGy。
      將經(jīng)預(yù)輻照的乙烯-1-己烯共聚物質(zhì)量份10份、去離子水質(zhì)量份90份、苯乙烯 質(zhì)量份5份、十二烷基苯磺酸鈉質(zhì)量份0. 75份、磷酸鈣粉質(zhì)量份0. 1份、氯化亞鐵質(zhì)量份 0.3份加入裝有攪拌器、溫度計、回流冷凝管、氮氣導(dǎo)入管及加熱裝置的反應(yīng)器中,通入氮 氣,加熱,攪拌,50°C下維持1小時,將反應(yīng)器內(nèi)液體溫度升到10(TC,進行懸浮接枝反應(yīng),反 應(yīng)9小時后,降溫至30°C,將戊烷發(fā)泡劑質(zhì)量份0. 5份加入反應(yīng)器內(nèi),密閉,升溫至123°C, 維持4小時,降溫至40°C,將反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過濾、水洗、烘干、加熱,得到接枝率質(zhì)量百分數(shù)為 47%,體積密度為42kg/m3的聚乙烯-聚苯乙烯泡沫。聚乙烯-聚苯乙烯泡沫的壓縮強度為 0. 31MPa,導(dǎo)熱系數(shù)為0. 036W/mK。接枝率、體積密度、壓縮強度和導(dǎo)熱系數(shù)的測試同實施例 1中的方法。實施例5 將高密度聚乙烯,在空氣氣氛下,在電子加速器裝置上用β射線進行 預(yù)輻照,預(yù)輻照劑量為80kGy。
      將經(jīng)預(yù)輻照的高密度聚乙烯質(zhì)量份7份、去離子水質(zhì)量份90份、苯乙烯質(zhì)量份4 份、十二烷基苯磺酸鈉質(zhì)量份0. 4份、磷酸鈣粉質(zhì)量份0. 2份、氯化亞鐵質(zhì)量份0. 4份加入 裝有攪拌器、溫度計、回流冷凝管、氮氣導(dǎo)入管及加熱裝置的反應(yīng)器中,通入氮氣,加熱,攪 拌,50°C下維持2小時,將反應(yīng)器內(nèi)液體溫度升到135°C,進行懸浮接枝反應(yīng),反應(yīng)9小時后, 降溫至40°C,將戊烷發(fā)泡劑質(zhì)量份0. 6份加入反應(yīng)器內(nèi),密閉,升溫至135°C,維持5小時, 降溫至40°C,將反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過濾、水洗、烘干、加熱,得到接枝率質(zhì)量百分數(shù)為52%,體積密 度為36kg/m3的聚乙烯-聚苯乙烯泡沫。聚乙烯-聚苯乙烯泡沫的壓縮強度為0. 20MPa,導(dǎo) 熱系數(shù)為0. 035W/mK。接枝率、體積密度、壓縮強度和導(dǎo)熱系數(shù)的測試同實施例1中的方法。實施例6 將乙烯-1-丁烯共聚物,丁烯質(zhì)量百分數(shù)含量5%,在空氣氣氛下,在 6tlCo裝置上用γ射線進行預(yù)輻照,預(yù)輻照劑量為60kGy。將經(jīng)預(yù)輻照的乙烯-1- 丁烯共聚物質(zhì)量份9份、去離子水質(zhì)量份80份、苯乙烯 質(zhì)量份6份、十二烷基苯磺酸鈉質(zhì)量份0. 8份、磷酸鈣粉質(zhì)量份0. 15份、氯化亞鐵質(zhì)量份 0. 2份加入裝有攪拌器、溫度計、氮氣導(dǎo)入管及加熱裝置的反應(yīng)器中,通入氮氣,加熱,攪拌, 50°C下維持3小時,將反應(yīng)器內(nèi)液體溫度升到110°C,進行懸浮接枝反應(yīng),反應(yīng)10小時后,降 溫至40°C,將異戊烷發(fā)泡劑質(zhì)量份1. 2份加入反應(yīng)器內(nèi),密閉,升溫至110°C,維持6小時, 降溫至40°C,將反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過濾、水洗、烘干、加熱,得到接枝率質(zhì)量百分數(shù)為60%,體積密 度為30kg/m3的聚乙烯-聚苯乙烯泡沫。聚乙烯-聚苯乙烯泡沫的壓縮強度為0. 19MPa,導(dǎo) 熱系數(shù)為0. 034W/mK。接枝率、體積密度、壓縮強度和導(dǎo)熱系數(shù)的測試同實施例1中的方法。
      權(quán)利要求
      一種聚乙烯-聚苯乙烯泡沫,其特征在于,所述的聚乙烯-聚苯乙烯泡沫,是在聚乙烯分子鏈上接枝聚苯乙烯,使聚乙烯和聚苯乙烯以共價化學(xué)鍵連接,接枝聚苯乙烯的接枝率質(zhì)量百分數(shù)為25-60%,聚乙烯-聚苯乙烯泡沫的體積密度為27-208kg/m3;所述的聚乙烯為低密度聚乙烯、高密度聚乙烯或線性低密度聚乙烯。
      2.如權(quán)利要求1所述的一種聚乙烯-聚苯乙烯泡沫,其特征在于,所述的線性低密度聚 乙烯為乙烯-1- 丁烯共聚物、乙烯-1-己烯共聚物和乙烯-1-辛烯共聚物中的一種。
      3.如權(quán)利要求1所述的一種聚乙烯-聚苯乙烯泡沫的制備方法,其特征在于,其步驟和 條件如下(1)聚乙烯的預(yù)輻照采用6°Co作為輻照源,在空氣氣氛下,用、射線對聚乙烯進行預(yù)輻照,預(yù)輻照劑量范圍 為5kGy_80kGy ;或采用電子加速器作為輻照源,在空氣氣氛下,用0射線對聚乙烯進行預(yù) 輻照,預(yù)輻照劑量范圍為5kGy_80kGy ;得到預(yù)輻照聚乙烯;(2)聚乙烯_聚苯乙烯泡沫的制備按照預(yù)輻照聚乙烯分散劑功能單體乳化劑成核劑均聚抑制劑的質(zhì)量份數(shù) 比為 5-12 70-105 3.3-7.5 0. 08-1 0.05-0.2 0. 08-0. 5 ;把步驟(1)得到的預(yù) 輻照聚乙烯、分散劑、功能單體、乳化劑、成核劑和均聚抑制劑加入到反應(yīng)器中,通入氮氣, 加熱,攪拌,在50°C下維持1-3小時后,將反應(yīng)器內(nèi)液體溫度升到80-135°C,進行懸浮接枝 反應(yīng),反應(yīng)8-10小時后,降溫至30-50°C,加入發(fā)泡劑,發(fā)泡劑的加入量為功能單體加入質(zhì) 量的3-25%,密閉,升溫,在110-135°C下維持2-6小時,結(jié)束反應(yīng),降溫至40°C,反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng) 過濾、水洗、烘干、加熱,得到聚乙烯-聚苯乙烯泡沫;所述的聚乙烯為低密度聚乙烯、高密度聚乙烯或線性低密度聚乙烯;所述的功能單體為苯乙烯;所述的分散劑為去離子水;所述的乳化劑為十二烷基苯磺酸鈉或十二烷基硫酸鈉;所述的成核劑為磷酸鈣粉、二氧化硅粉和二氧化鈦粉中的一種;所述的均聚抑制劑為氯化亞鐵或氯化亞銅;所述的發(fā)泡劑為戊烷、環(huán)戊烷和異戊烷中的一種。
      全文摘要
      一種聚乙烯-聚苯乙烯泡沫,是在聚乙烯分子鏈上接枝聚苯乙烯,使聚乙烯和聚苯乙烯以共價化學(xué)鍵連接,接枝聚苯乙烯的接枝率質(zhì)量百分數(shù)為25-60%,聚乙烯-聚苯乙烯泡沫的體積密度為27-208kg/m3。用β射線或γ射線對聚乙烯進行預(yù)輻照處理;將預(yù)輻照處理的聚乙烯、分散劑、功能單體、乳化劑、成核劑、均聚抑制劑加入到反應(yīng)器中,進行懸浮接枝聚合反應(yīng)后,加入發(fā)泡劑,反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)降溫、過濾、水洗、烘干、加熱,得到聚乙烯-聚苯乙烯泡沫。其具有優(yōu)異的力學(xué)性能、良好的回彈性、良好的耐應(yīng)力開裂性能和高沖擊吸能等優(yōu)點,既具有聚乙烯泡沫的柔性又具有聚苯乙烯泡沫的剛性,用在汽車、建筑、包裝、保溫、隔熱等領(lǐng)域。
      文檔編號C08L51/06GK101824198SQ20101015907
      公開日2010年9月8日 申請日期2010年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月29日
      發(fā)明者姚占海, 姜國偉, 徐俊, 李文斐, 李莉霞 申請人:中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所
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