專利名稱：一種相變保溫聚烯烴泡沫材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種保溫材料及其制備方法，尤其是指一種相變保溫聚烯烴泡沫材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
聚烯烴類塑料應(yīng)用范圍廣泛，具有良好的物理、化學(xué)和力學(xué)性能，其韌性、撓曲性和緩沖性能良好，并且具有電絕緣、隔熱等性質(zhì)，廣泛應(yīng)用于包裝、化工、建筑等領(lǐng)域。聚烯烴類泡沫塑料應(yīng)用廣泛，也是最早成功制得的泡沫塑料之一。早在1941年，美國杜邦公司就利用氮?dú)夥ǔ晒χ苽淞?LDPE泡沫塑料。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，聚烯烴泡沫塑料已經(jīng)發(fā)展成熟，在品種及應(yīng)用方面實(shí)現(xiàn)了多樣化。隨著理論研究的不斷深入以及發(fā)泡技術(shù)的進(jìn)步，泡沫塑料在產(chǎn)量和質(zhì)量方面都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。由于其密度低、保溫性能良好的特性，在建筑、車輛等領(lǐng)域廣泛用作保溫材料。相變材料是指相變儲(chǔ)能材料是一種新型的綠色節(jié)能材料，相變材料由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)或由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)的過程稱為相變過程，在相變過程中不僅形態(tài)發(fā)生改變，還會(huì)吸收或釋放大量的潛熱。相變材料的應(yīng)用提高了能源利用率，降低了能源消耗。通過在泡沫材料中添加相變材料，可起到更加良好的保溫效果。但由于而相變材料在相變時(shí)有液體產(chǎn)生會(huì)影響泡沫材料的發(fā)泡效果，同時(shí)由于泡沫材料為多孔結(jié)構(gòu)，液體相變?nèi)菀仔孤?，使得保溫效果逐漸減弱。微膠囊技術(shù)是一種利用成膜材料將固體、液體或氣體物質(zhì)包裹于囊中，形成一個(gè)直徑為微米級(jí)或毫米計(jì)的微小容器的技術(shù)。微膠囊具有保護(hù)囊中物質(zhì)免于泄露、延長(zhǎng)物質(zhì)儲(chǔ)存時(shí)間、將特種材料隔離等作用，已廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)藥、食品、涂料等多個(gè)領(lǐng)域。目前對(duì)于聚烯烴泡沫材料的研究，主要集中于其應(yīng)用與制備方法方面。如CN101243122B公開了一種高 熔體強(qiáng)度雙軸取向的聚烯烴泡沫制備方法；CN101263187B公開了一種具有高耐熱性的軟聚烯烴泡沫材料配方及制備方法；CN1282693C公開了一種用于吸聲、保溫的大孔徑聚烯烴泡沫材料等。而對(duì)于將相變材料及微膠囊技術(shù)同時(shí)應(yīng)用于聚烯烴泡沫材料中，提高保溫性能的研究還未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有泡沫保溫材料的不足之處，本發(fā)明提供了一種利用相變材料及微膠囊技術(shù)開發(fā)的相變保溫聚烯烴泡沫材料及其制備方法，以滿足市場(chǎng)對(duì)保溫材料的需求。本發(fā)明是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種相變保溫聚烯烴泡沫材料，是以相變微膠囊、聚烯烴樹脂、發(fā)泡劑、交聯(lián)劑、發(fā)泡助齊 、色母料、抗老化劑及加工助劑為原料，經(jīng)混合、熔融擠出、預(yù)熱、發(fā)泡而得，各組份按重量份數(shù)計(jì)為:
聚烯烴樹脂 70 90份 相變微膠囊 I 10份發(fā)泡劑3 20份
交聯(lián)劑0.1 5份
發(fā)泡助劑 O 1.5份
色母料O 15份
加工助劑 O 5份
所述相變微膠囊由以下重量份的組分制備而成:
囊壁材料 30 80份 相變囊芯材料10 65份 乳化劑0.1 15份
所述的囊壁材料為聚脲樹脂、聚酯樹脂、三聚氰胺-甲醛樹脂、脲-三聚氰胺-甲醛共聚物、聚甲基丙烯酸酯、明膠、尿醛樹脂、聚多元酸、明膠-阿拉伯樹膠、氨基樹脂、環(huán)氧樹月旨、密胺樹脂、聚氨酯、環(huán)糊精、苯乙烯-馬來酸酐共聚物中的一種或幾種的混合物。所述的相變囊芯材料為石蠟、脂肪烴、脂肪酸、脂肪酸酯、多元醇、水合無機(jī)鹽中的一種或幾種的混合物。所述的乳化劑為十二烷基苯磺酸鈉、聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯、脫水山梨糖醇脂肪酸酯、丙烯酸類均聚物、丙烯酸類共聚物、馬來酸酐類均聚物、馬來酸酐類共聚物、吐溫中的一種或幾種的混合物。所述的發(fā)泡劑為N-亞硝化合物、偶氮化合物、酰肼類化合物中的一種或幾種的混合物。所述的交聯(lián)劑為過氧化物交聯(lián)劑、硅烷交聯(lián)劑、醌類交聯(lián)劑、多元醇交聯(lián)劑、多元胺交聯(lián)劑中的一種或幾種的混合物。所述的發(fā)泡助劑為硬脂酸、草酸、水楊酸、苯二甲酸、硬脂酸鋅、硬脂酸鋇、硬脂酸鉛、氧化鋅、氧化鋇、氧化鉛中的一種或幾種的混合物。所述的加工助劑為紫外吸收劑、光穩(wěn)定劑、抗氧劑、增塑劑、分散劑、潤(rùn)滑劑中的一種或幾種的混合物。本發(fā)明的一種相變保溫聚烯烴泡沫材料的制備方法為:
通過單層或多層造壁法制備成相變微膠囊后，再通過混合、熔融擠出、預(yù)熱、發(fā)泡制得相變保溫聚烯烴泡沫材料。其具體工序?yàn)?
步驟一:相變微膠囊的制備
(1)將相變囊芯材料、乳化劑按照一定比例在高速乳化機(jī)下乳化成乳液，高速乳化機(jī)轉(zhuǎn)速1000 12000轉(zhuǎn)/min,乳化時(shí)間I 60min ；
(2)采用原位復(fù)合法、單層造壁法或多層造壁法將相變囊芯材料乳液包裹于囊壁材料中制備成相變微膠囊，反應(yīng)溫度50 120°C，PH值為I 6，時(shí)間I 24h ;
步驟二:相變保溫 聚烯烴泡沫材料的制備
(1)將聚烯烴基體樹脂、相變微膠囊、發(fā)泡劑、交聯(lián)劑、發(fā)泡助劑、色母料及其加工助劑按比例加入捏合機(jī)，捏合溫度110°C 190°C，捏合時(shí)間15 120min ；
(2)將混合均勻的物料加入擠出機(jī)料斗，通過螺桿擠出機(jī)熔融擠出。其中擠出機(jī)螺桿長(zhǎng)徑比大于28，螺桿轉(zhuǎn)速30 70r/min，熔融擠出溫度110°C 150°C，所擠出的母片的厚度0.1 5mm ；(3)將母片經(jīng)過預(yù)熱爐進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度90°C 180°C，預(yù)熱時(shí)間0.5 15min ；
(4)將母片經(jīng)過發(fā)泡爐進(jìn)行發(fā)泡，發(fā)泡溫度170°C 210°C，發(fā)泡時(shí)間0.5 5min。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果:
將相變材料應(yīng)用于聚烯烴保溫泡沫材料，在溫度降低時(shí)，相變材料會(huì)發(fā)生相變，釋放熱量，從而調(diào)節(jié)環(huán)境溫度。同時(shí)本發(fā)明采用了微膠囊技術(shù)，將相變材料作為囊芯材料包裹于囊壁內(nèi)部，使得相變發(fā)生時(shí)，呈現(xiàn)液態(tài)的相變囊芯材料不會(huì)從多孔的泡沫材料中流失，提高了保溫效果的持續(xù)性。
具體實(shí)施例方式下面通過具體實(shí)施方式
，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。實(shí)施例1:相變微膠囊的制備
(O將正十四燒40kg、十二燒基苯磺酸鈉2kg混合,在高速乳化機(jī)下乳化成乳液,高速乳化機(jī)轉(zhuǎn)速1000r/min,乳化時(shí)間5min ；
(2)在乳液中加入三聚氰胺-甲醛預(yù)聚體20kg，攪拌均勻，通過乙酸調(diào)節(jié)pH值3.5，在70°C下反應(yīng)0.5h，攪拌速度500 r/min ；
(3)升溫至90°C，繼續(xù)反應(yīng)lh，攪拌速度500r/min。通過步驟(1)、(2)后，可以制備出以正十四烷為囊芯、以三聚氰胺-甲醛樹脂為單層囊壁的相變微膠囊；通過步驟(I) (3)可以制備出以正十四烷為囊芯、以三聚氰胺-甲醛樹脂為多層囊壁 的相變微膠囊。實(shí)施例2:相變微膠囊的制備
(O將石臘10kg、吐溫乳化劑6kg混合,在高速乳化機(jī)下乳化成乳液，高速乳化機(jī)轉(zhuǎn)速3000r/min,乳化時(shí)間 5min ；
(2)在乳液中加入脲醛預(yù)聚體60kg，攪拌均勻，放置2h，在此期間持續(xù)攪拌，攪拌速度2500 r/min。；
(3)加入脲醛樹脂固化劑氯化銨1kg，攪拌均勻，用乙酸調(diào)節(jié)PH值為2 3，在80°C下反應(yīng)lh，攪拌速度2500 r/min ；
(4)升溫至90°C，繼續(xù)反應(yīng)lh，攪拌速度2500r/min。通過步驟(I) (3)可以制備出以石蠟為囊芯，以脲醛樹脂為單層囊壁的相變微膠囊；通過步驟(I) (4)可以制備出以脲醛樹脂為多層囊壁的相變微膠囊。實(shí)施例3:相變微膠囊的制備
(1)取明膠10kg，阿拉伯樹膠25kg，分別制備成15%的水溶液，升溫至55°C；
(2)取正十八烷30kg，脫水山梨糖醇脂肪酸酯5kg混合，在高速乳化機(jī)下乳化成乳液，高速乳化機(jī)轉(zhuǎn)速1000r/min,乳化時(shí)間5min ；
(3 )明膠溶液加入，用檸檬酸調(diào)整pH值為4.0，攪拌均勻，保持體系溫度55 °C不變，反應(yīng)
2h ；
(4)將配置好的阿拉伯樹膠熔液加入，用檸檬酸調(diào)整pH值為3.5，攪拌均勻，保持體系溫度55°C不變，反應(yīng)5h。通過步驟(I) (3)可以制備出以正十八烷為囊芯，以明膠為單層囊壁的相變微膠囊；通過步驟(I) (4)可以制備出以明膠-阿拉伯樹膠為多層囊壁的相變微膠囊。
實(shí)施例4:相變保溫聚烯烴泡沫材料的制備
(1)將聚乙烯70kg、實(shí)施例1中制備的相變微膠囊5kg、偶氮二甲酰胺8kg、過氧化二異丙苯0.5kg、氧化鋅0.2kg,紫外吸收劑0.01kg、光穩(wěn)定劑0.01kg、抗氧劑0.01kg、分散劑0.02kg，按比例投入捏合機(jī)進(jìn)行捏合，捏合溫度140°C，時(shí)間20min ；
(2)將物料加入擠出機(jī)料斗，并經(jīng)過螺桿擠出機(jī)熔融擠出。其中擠出機(jī)長(zhǎng)徑比40，螺桿轉(zhuǎn)速40r/min，擠出機(jī)各段的設(shè)定溫度為115°C，120°C，130°C，130°C，130°C，125°C，所擠出的母片厚度2mm ；
(3)擠出后的母片依次經(jīng)過溫度為90°C、120°C、16(rC的預(yù)熱爐，預(yù)熱時(shí)間分別為2min、lmin、lmin,使母片中的交聯(lián)劑充分交聯(lián)，并使母片內(nèi)部與外部溫度趨向均勻；
(4)經(jīng)過預(yù)熱后的母片經(jīng)過溫度為200°C的發(fā)泡爐，時(shí)間為0.5min。所制備出的相變保溫聚烯烴材料發(fā)泡倍率為20倍，相變溫度為5.3°C。實(shí)施例5:相變保溫聚烯烴泡沫材料的制備
(1)將聚乙烯60kg、乙烯-醋酸乙烯共聚物15kg、實(shí)施例2中制備的相變微膠囊3.5kg、偶氮二甲酰胺10kg、過氧化二異丙苯1kg、氧化鋅0.2kg,紫外吸收劑0.01kg、光穩(wěn)定劑0.01kg、抗氧劑0.01kg、分散劑0.02kg，按比例投入捏合機(jī)進(jìn)行捏合，捏合溫度135°C，時(shí)間15min ；
(2)將物料加入擠出機(jī)料斗，并經(jīng)過螺桿擠出機(jī)熔融擠出。其中擠出機(jī)長(zhǎng)徑比40，螺桿轉(zhuǎn)速40r/min，擠出機(jī)各段的設(shè)定溫度為110°C，120°C，130°C，130°C，125°C，120°C，所擠出的母片厚度2mm ；
(3)擠出后的母片依次經(jīng)過 溫度為90°C、110°C、13(rC的預(yù)熱爐，預(yù)熱時(shí)間分別為2min、5min、5min,使母片中的交聯(lián)劑充分交聯(lián),并使母片內(nèi)部與外部溫度趨向均勻；
(4)經(jīng)過預(yù)熱后的母片經(jīng)過溫度為180°C的發(fā)泡爐，時(shí)間為0.5min。所制備出的相變保溫聚烯烴材料發(fā)泡倍率為20倍，相變溫度為13.1°C。實(shí)施例6:相變保溫聚烯烴泡沫材料的制備
(O將聚乙烯80kg、辛烯-乙烯共聚物5kg、實(shí)施例3中制備的相變微膠囊10kg、偶氮二甲酰胺15kg、過氧化二異丙苯1.5kg，按比例投入捏合機(jī)進(jìn)行捏合，捏合溫度115°C，時(shí)間15min ；
(2)將物料加入擠出機(jī)料斗，并經(jīng)過螺桿擠出機(jī)熔融擠出。其中擠出機(jī)長(zhǎng)徑比40，螺桿轉(zhuǎn)速40r/min，擠出機(jī)各段的設(shè)定溫度為110°C，115°C，125°C，125°C，120°C，120°C，所擠出的母片厚度2mm ；
(3)擠出后的母片依次經(jīng)過溫度為90°C、110°C、12(rC的預(yù)熱爐，預(yù)熱時(shí)間分別為2min、2min、lmin,使母片中的交聯(lián)劑充分交聯(lián),并使母片內(nèi)部與外部溫度趨向均勻；
(4)經(jīng)過預(yù)熱后的母片經(jīng)過溫度為210°C的發(fā)泡爐，時(shí)間為0.2min。所制備出的相變保溫聚烯烴材料發(fā)泡倍率為30倍，相變溫度為30.50C。
權(quán)利要求
1.一種相變保溫聚烯烴泡沫材料，其特征在于:以相變微膠囊、聚烯烴樹脂、發(fā)泡劑、交聯(lián)劑、發(fā)泡助劑、色母料、抗老化劑及加工助劑為原料制成，各組份按重量份數(shù)計(jì)為: 聚烯烴樹脂 70 90份 相變微膠囊 I 10份 發(fā)泡劑3 20份 交聯(lián)劑0.1 5份 發(fā)泡助劑 0.1 1.5份 色母料O 15份 加工助劑 O 5份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相變保溫 聚烯烴泡沫材料，其特征在于所述相變微膠囊由以下重量份的組分制備而成: 囊壁材料 30 80份 相變囊芯材料10 65份 乳化劑0.1 15份 所述囊壁材料為聚脲樹脂、聚酯樹脂、三聚氰胺-甲醛樹脂、脲-三聚氰胺-甲醛共聚物、聚甲基丙烯酸酯、明膠、尿醛樹脂、聚多元酸、明膠-阿拉伯樹膠、氨基樹脂、環(huán)氧樹脂、密胺樹脂、聚氨酯、環(huán)糊精、苯乙烯-馬來酸酐共聚物中的一種或幾種的混合物；所述相變囊芯材料為石蠟、脂肪烴、脂肪酸、脂肪酸酯、多元醇、水合無機(jī)鹽中的一種或幾種的混合物；所述乳化劑為十二烷基苯磺酸鈉、聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯、脫水山梨糖醇脂肪酸酯、丙烯酸類均聚物、丙烯酸類共聚物、馬來酸酐類均聚物、馬來酸酐類共聚物、吐溫中的一種或幾種的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相變保溫聚烯烴泡沫材料，其特征在于:所述發(fā)泡劑為N-亞硝化合物、偶氮化合物、酰肼類化合物中的一種或幾種的混合物；所述交聯(lián)劑為過氧化物交聯(lián)劑、硅烷交聯(lián)劑、醌類交聯(lián)劑、多元醇交聯(lián)劑、多元胺交聯(lián)劑中的一種或幾種的混合物；所述發(fā)泡助劑為硬脂酸、草酸、水楊酸、苯二甲酸、硬脂酸鋅、硬脂酸鋇、硬脂酸鉛、氧化鋅、氧化鋇、氧化鉛中的一種或幾種的混合物；所述加工助劑為紫外吸收劑、光穩(wěn)定劑、抗氧劑、增塑劑、分散劑、潤(rùn)滑劑中的一種或幾種的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種相變保溫聚烯烴泡沫材料的其制備方法，其特征在于:通過單層或多層造壁法制備成相變微膠囊后，再通過混合、熔融擠出、預(yù)熱、發(fā)泡制得相變保溫聚烯烴泡沫材料，其具體步驟如下: 步驟一:相變微膠囊的制備 1)將相變囊芯材料、乳化劑按照一定比例在高速乳化機(jī)下乳化成乳液，高速乳化機(jī)轉(zhuǎn)速1000 12000轉(zhuǎn)/min,乳化時(shí)間I 60min ； 2)采用原位復(fù)合法、單層造壁法或多層造壁法將相變囊芯材料乳液包裹于囊壁材料中制備成相變微膠囊，反應(yīng)溫度50 120°C，pH值為I 6，時(shí)間I 24h ； 步驟二:相變保溫聚烯烴泡沫材料的制備 1)將聚烯烴基體樹脂、相變微膠囊、發(fā)泡劑、交聯(lián)劑、發(fā)泡助劑、色母料及加工助劑按比例加入捏合機(jī)，捏合溫度110°C 190°C，捏合時(shí)間15 120min ； 2)將混合均勻的物料加入擠出機(jī)料斗，通過螺桿擠出機(jī)熔融擠出，其中擠出機(jī)螺桿長(zhǎng)徑比大于28，螺桿轉(zhuǎn)速30 TOr/min，熔融擠出溫度110°C 150°C，所擠出的母片的厚度0.1 5mm ； 3)將母片經(jīng)過預(yù)熱爐進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度90°C 180°C，預(yù)熱時(shí)間0.5 15min ； 4)將母片 經(jīng)過發(fā)泡爐進(jìn)行發(fā)泡，發(fā)泡溫度170°C 210°C，發(fā)泡時(shí)間0.5 5min。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種相變保溫聚烯烴泡沫材料及其制備方法，是以相變微膠囊、聚烯烴樹脂、發(fā)泡劑、交聯(lián)劑、發(fā)泡助劑、色母料、抗老化劑及加工助劑為原料，經(jīng)混合、熔融擠出、預(yù)熱、發(fā)泡而得。本發(fā)明在溫度降低時(shí)，相變材料會(huì)發(fā)生相變，釋放熱量，從而調(diào)節(jié)環(huán)境溫度。同時(shí)本發(fā)明采用了微膠囊技術(shù)，將相變材料作為囊芯材料包裹于囊壁內(nèi)部，減少了相變囊芯材料從多孔泡沫材料中的流失，提高了保溫效果的持續(xù)性。
文檔編號(hào)C09K5/14GK103102552SQ20131007744
公開日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2013年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月12日
發(fā)明者楊小兵, 龍國榮, 卞志勇, 李秀平, 李勝業(yè) 申請(qǐng)人:泰山體育產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司, 山東泰山金潤(rùn)塑膠制品有限公司