本發(fā)明涉及汽車材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無機(jī)納米粒子改性聚丙烯發(fā)泡工藝。
背景技術(shù)：
聚合物發(fā)泡材料是指以聚合物為基礎(chǔ)而其內(nèi)部具有無數(shù)泡孔的材料，也可以視為以氣體為填料的復(fù)合材料。其具有密度低、隔熱隔音性能好、比強(qiáng)度高等特點(diǎn)。在家庭日用品、交通工具、絕緣材料、包裝材料、阻燃材料、電器、運(yùn)動(dòng)設(shè)施、電子產(chǎn)品等行業(yè)被廣泛應(yīng)用。高性能的發(fā)泡材料則在軍事、航空航天等尖端領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
聚合物發(fā)泡材料品種繁多，其中應(yīng)用最廣泛的是聚苯乙烯(PS)和聚乙烯(PE)發(fā)泡材料。但是，PS和PE發(fā)泡材料存在許多缺陷，比如PS發(fā)泡材料在自然環(huán)境下很難降解，廢棄后對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的“白色污染”，燃燒時(shí)會(huì)放出有毒氣體；PS和PE發(fā)泡材料耐熱性能差，在105℃時(shí)會(huì)發(fā)生明顯的熱變形，不適宜在較高的溫度下使用。因此，它們的應(yīng)用受到了很大限制。
自20世紀(jì)70年代以來，作為僅次于PE和聚氯乙烯(PVC)的第三大通用塑料聚丙烯(PP)逐漸進(jìn)入了發(fā)泡研究者的視野，PP發(fā)泡材料不僅具有許多優(yōu)異的性能，而且可回收再利用，在自然環(huán)境下可降解。
利用其優(yōu)良的耐熱性、衛(wèi)生性、熱絕緣性和良好的環(huán)境效應(yīng)，PP發(fā)泡材料可在包裝、汽車、絕緣、建筑等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，并且具有取代其它發(fā)泡材料的趨勢。因此，近年來許多國家大力發(fā)展PP發(fā)泡材料，但是，由于PP是一種半結(jié)晶性聚合物，可以發(fā)泡的溫度區(qū)間(統(tǒng)稱發(fā)泡溫度區(qū)間)窄，僅為4℃，發(fā)泡難度大。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提出一種無機(jī)納米粒子改性聚丙烯發(fā)泡工藝，改變聚丙烯發(fā)泡能力差，泡孔尺寸不均一的缺陷。
為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
一種無機(jī)納米粒子改性聚丙烯發(fā)泡工藝，包括：
(1)將混合均勻的聚丙烯PP和無機(jī)納米粒子熔融共混擠出，得到直徑為2-4mm、長度2-5mm的聚丙烯/納米粒子顆粒；
(2)將聚丙烯/納米粒子顆粒防止于高壓反應(yīng)釜，充入CO2，升溫至浸潤溫度170-180℃，繼續(xù)充入CO2至飽和壓力20-28MPa，并保壓20-50min；
(3)降高溫度至發(fā)泡溫度105-165℃，升溫過程中保持壓力恒定，保溫40-90min；
(4)在10秒內(nèi)泄壓至常壓，將發(fā)泡物取出放置入冰水混合物中急冷。
由于PP是一種半結(jié)晶性化合物，其晶區(qū)和非晶區(qū)的熔融溫度之間存在很大差異，導(dǎo)致其難以得到泡孔尺寸均一的發(fā)泡材料。加入本發(fā)明的少量納米粒子后，由于納米粒子具備小尺寸和大比表面積的特性，可以在較低的用量下對(duì)PP起到增強(qiáng)作用，而且分散均勻的納米粒子又可以作為泡孔的成核劑，提供大量的成核點(diǎn)，誘導(dǎo)異相成核，獲得大量均勻分布的泡孔。
優(yōu)選的，所述無機(jī)納米粒子為粒徑20nm的SiO2或云母。
所述表熔融共混擠出是已知工藝，其典型但非限制性的實(shí)例如下：
(1)將PP顆粒和無機(jī)納米顆?；旌暇鶆?；
(2)將混合好的PP/無機(jī)納米顆?；旌衔锛尤腚p螺桿擠出機(jī)基礎(chǔ)得到聚丙烯/無機(jī)納米混合物顆粒，雙螺桿擠出機(jī)工藝條件為：I區(qū)和II區(qū)溫度為185℃，III區(qū)和IV區(qū)溫度為180℃，V區(qū)溫度為175℃，機(jī)頭溫度160℃，喂料速度100rpm，主機(jī)轉(zhuǎn)速90rpm。
所述聚丙烯/無機(jī)納米混合物顆粒中，聚丙烯:無機(jī)納米顆粒質(zhì)量比為97:3～90:10，優(yōu)選97:3～95:5。
本發(fā)明在PP顆粒中摻雜入納米二氧化硅，與PP共混得到發(fā)泡制品。其泡孔比較均勻，泡孔平均尺寸為46.72μm，其發(fā)泡率最大為9.06，其性能得到極大提高。
由于絹云母礦物具有天然細(xì)微和易剝分的特點(diǎn)，能起平面增強(qiáng)的作用，填充絹云母后的塑料制品機(jī)械強(qiáng)度得到了提高，而且不會(huì)發(fā)生翹曲變形，使得產(chǎn)品具有優(yōu)良的尺寸穩(wěn)定性。將其混入PP中，具有較明品的增韌效果，優(yōu)良的尺寸穩(wěn)定性，力學(xué)性能、抗老化性均顯著提高。云母的加入，使PP的熔體強(qiáng)度得到提升，使得普通聚丙烯的發(fā)泡性能得到了有效的改善。與加入納米二氧化硅相比，其發(fā)泡制品的泡孔尺寸更小，泡沫致密度更高，發(fā)泡倍率高，達(dá)到12左右。
本發(fā)明通過在PP中加入納米二氧化硅或納米云母顆粒，使得聚丙烯發(fā)泡能力增強(qiáng)，泡孔尺寸均一。
具體實(shí)施方式
下面通過具體實(shí)施方式來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
實(shí)施例1
一種無機(jī)納米粒子改性聚丙烯發(fā)泡工藝，包括：
(1)將混合均勻的聚丙烯PP和納米二氧化硅熔融共混擠出，得到直徑為4mm、長度2mm的聚丙烯/碳酸鈣顆粒；
(2)將聚丙烯/納米二氧化硅顆粒防止于高壓反應(yīng)釜，充入CO2，升溫至浸潤溫度180℃，繼續(xù)充入CO2至飽和壓力25MPa，并保壓30min；
(3)升溫至發(fā)泡溫度105℃，升溫過程中保持壓力恒定，保溫90min；
(4)在10秒內(nèi)泄壓至常壓，將發(fā)泡物取出放置入冰水混合物中急冷。
實(shí)施例2
一種無機(jī)納米粒子改性聚丙烯發(fā)泡工藝，包括：
(1)將混合均勻的聚丙烯PP和納米云母顆粒熔融共混擠出，得到直徑為2mm、長度5mm的聚丙烯/納米云母顆粒；
(2)將聚丙烯/納米云母防止于高壓反應(yīng)釜，充入CO2，升溫至浸潤溫度170℃，繼續(xù)充入CO2至飽和壓力25MPa，并保壓20min；
(3)升溫至發(fā)泡溫度152℃，升溫過程中保持壓力恒定，保溫40min；
(4)在10秒內(nèi)泄壓至常壓，將發(fā)泡物取出放置入冰水混合物中急冷。
實(shí)施例3
一種無機(jī)納米粒子改性聚丙烯發(fā)泡工藝，包括：
(1)將混合均勻的聚丙烯PP和納米二氧化硅熔融共混擠出，得到直徑為2-4mm、長度2-5mm的聚丙烯/納米二氧化硅顆粒；
(2)將聚丙烯/納米二氧化硅顆粒防止于高壓反應(yīng)釜，充入CO2，升溫至浸潤溫度175℃，繼續(xù)充入CO2至飽和壓力22MPa，并保壓50min；
(3)升溫至發(fā)泡溫度165℃，升溫過程中保持壓力恒定，保溫60min；
(4)在10秒內(nèi)泄壓至常壓，將發(fā)泡物取出放置入冰水混合物中急冷。
實(shí)施例1-3證明，本發(fā)明的方法通過在PP中加入納米二氧化硅或納米云母顆粒，使得聚丙烯發(fā)泡能力增強(qiáng)，泡孔尺寸均一。