[發明專利]一種制備聚合物開孔發泡材料的方法

在審

• 申請號: 201510565901.X
• 申請日: 2015-09-08
• 公開（公告）號: CN105218851A
• 公開（公告）日: 2016-01-06
• 發明（設計）人: 陳忠仁;包錦標;劉智峰;應建行;畢文超;阮一平
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: C08J9/12
• 分類號: C08J9/12
• 代理公司: 寧波誠源專利事務所有限公司 33102
• 代理人: 袁忠衛;張群

技術領域

本發明涉及一種制備聚合物開孔發泡材料的方法。

背景技術

開孔發泡材料是指在泡孔之間不是封閉的，而是相互連通，基體材料以相互連通的泡孔壁存在。這種特殊的泡孔結構可以使固體小顆粒或者液體在泡孔間流動，賦予了其新的功能和應用，可以作為分離、吸附材料、催化劑載體、藥物緩釋材料等，具有巨大的應用前景。

開孔發泡材料的制備對設備和工藝的要求較嚴格，技術難度較大，制備方法通常分為化學發泡和物理發泡，目前大多數研究集中在化學發泡方面，但是化學發泡劑的殘留對材料的各項性能有很大影響。專利申請號CN200810120399.1公開的擠出化學發泡聚合物珠粒的制備方法，是在螺桿擠出機的機筒中部設置注射口，將聚合物發泡料及其助劑加入螺桿擠出機中，將烷烴發泡劑從注射口注入機筒中進行發泡，生產過程中流體發泡劑全部注入到雙螺桿擠出機中進行混煉擠出切粒，混煉的過程中由于受到濕度、分散剪切的均勻度和混合的相容性的影響，所以對擠出機工藝要求高，不易控制，而使成品珠粒中的發泡劑的含量不均勻，造成產品不穩定。此外，烷烴類發泡劑易燃易爆，極易造成安全隱患。另外，美國專利US7318713公開了一種利用超臨界注塑成型技術制備聚合物微孔發泡材料的方法，該方法將超臨界流體導入注塑機的料筒，在料筒內形成聚合物/超臨界流體的均相溶液，均相溶液在被注射入模具的瞬間發泡。該方法由于氣泡成核速率較低，得到的孔密度較小，只能實現發泡制品較小的減重，一般注塑成型微孔發泡制品減重不能超過30％，因此開孔效果并不顯著。專利公開號CN101531770A公開了一種開孔發泡聚烯烴的制備方法。將聚烯烴和由相同烯烴類聚烯烴粒料、成核劑、助發泡抗收縮劑、抗氧劑制成的成核劑母料混合后，投入長徑比20-50之間的單螺桿或雙螺桿擠出機中加熱塑化熔融并注入高壓氣體，高壓氣體和聚烯烴充分熔融混合擠出，出擠出機口模時釋壓膨脹發泡，制成各種形狀的開孔發泡制品。但是，開孔發泡材料對發泡設備和工藝有很大的要求，選擇擠出發泡時很難控制注入氣體量、螺桿結構、加熱溫度等對發泡影響較大的因素。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的現狀，提供一種制備開孔率高且泡孔尺寸可調控的聚合物開孔發泡材料的方法。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種制備聚合物開孔發泡材料的方法，其特征在于包括以下步驟：

(1)將聚合物基體材料與開孔助劑混合并加入擠出機或注塑機中，通過擠出機或注塑機將聚合物基體材料與開孔助劑的混合材料制備成具有一定形狀的聚合物復合材料；

(2)將步驟(1)所得聚合物復合材料置于高壓模具中，模壓機合模并密封模具；先用超臨界流體吹掃高壓模具，將模具內的空氣置換出去，然后向高壓模具中繼續沖入超臨界流體，在0～350℃、1～50MPa下溶脹處理0.3～24h；

(3)快速泄壓至常壓，冷卻至0～50℃，即得到所述的聚合物開孔發泡材料。

作為優選，所述的聚合物基體材料選自聚苯乙烯、聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚酰亞胺、聚酰胺、聚苯硫醚、聚醚砜、聚氯乙烯、天然橡膠、硅橡膠、丁腈橡膠、聚丙烯、聚乙烯、聚乳酸、聚對苯二甲酸乙二醇酯中的一種或一種以上的共混物。

優選地，所述的開孔助劑選自聚合物或納米粒子。

進一步優選，所述的聚合物為線型低密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、超高分子量聚丙烯中的一種或多種；所述的納米粒子為石墨烯、蒙脫土、碳納米管、滑石粉、納米碳酸鈣中的一種或多種。

作為改進，所述開孔助劑的重量為聚合物復合材料總重量的0.1％～10％。

優選地，步驟(2)中向所述高壓模具中沖入超臨界流體的流速為0.1MPa/s～10MPa/s。

優選地，步驟(3)中的泄壓速率為0.1MPa/s～100MPa/s。

優選地，所述的超臨界流體為二氧化碳、氮氣中的一種或二者的混合氣體。

與現有技術相比，本發明的優點在于：

本發明利用超臨界流體發泡技術，采用模壓發泡方式，在不影響聚合物其它性能的前提下，添加了具有成核劑和開孔劑雙重效果的納米粒子，顯著地提高了聚合物的成核密度和開孔率；

聚合物開孔發泡材料的泡孔形成一般分為三個階段，即泡孔的成核、泡孔生長，泡孔壁變薄和泡孔壁破裂，本發明中開孔助劑的加入一方面能夠起到異相成核劑的作用，促進泡孔成核，增加泡孔密度；另一方面，開孔助劑又是一種良好的開孔劑，促進泡孔壁破裂，增大了開孔率；