环保之下,发泡的聚烯烃

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1512020-11-09 收藏

  发泡用聚烯烃材料发展现状

摘要:发泡材料因具有轻质、缓冲减震性能优异、可塑形性强、耐腐蚀、保温隔热、绝缘、价格低廉等特点而受到广泛的关注。主要应用领域有汽车、缓冲包装、保温隔热、建筑领域、体育用品、玩具等行业。常见的发泡材料有聚苯乙烯(PS)、聚氨酯(PU)和聚烯烃。文章概述了常见三大发泡材料的产品特点、生产工艺以及主要应用领域和发展现状。同时指出了发泡材料的发展方向。


关键词:发泡材料 生产工艺 发展现状


发泡材料是通过物理或者化学的方式使材料内部产生泡孔结构而得到的一类材料。这种材料具有轻质、防震、绝缘、保温性好、防腐、成本低等优点。几乎所有的热固性热塑性塑料都能制成发泡塑料,常见的发泡材料有聚苯乙烯聚氨酯聚烯烃。常见发泡材料性能对比见表1。

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1 发泡材料


1.1 聚苯乙烯发泡材料

聚苯乙烯发泡材料多采用物理发泡剂进行发泡,常用的发泡剂为丁烷氟利烷二氧化碳等。发泡聚苯乙烯密度可达到0.02~0.15g/cm3 。PS发泡材料成型方法主要有模压法挤出法两种,依据成型方法的不同可分为聚苯乙烯珠粒发泡材料(EPS)聚苯乙烯挤出发泡材料(XPS)。2种材料对比见表2。

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1.1.1 EPS生产工艺

EPS的生产工艺为两步法模压发泡。两步法是将发泡过程分为两个阶段,分别是预发泡模压发泡。首先在预发泡专用的成型设备中进行预发泡,产品多为粒状;然后把预发泡产品放入压模进一步发泡,最终得到高倍率的发泡制品。


1.1.2 XPS生产工艺

XPS的生产是以PS和其他添加剂均匀混合挤出造粒后的颗粒为主要原料,在挤出机熔融塑化过程中加入发泡剂,通过挤出成型、压延冷却和裁切等工序得到PS发泡板材。生产工艺流程如图1所示。

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1.2 聚氨酯发泡材料及发泡工艺

聚氨酯发泡材料是由多元醇与多异氰酸酯经过化学反应发泡制备而成。聚氨酯发泡材料是世界上应用较为广泛的绝热保温材料,具有轻质、保温性好、强度高和抗老化性好的优点,主要用于建筑、冰箱和物流冷链等领域的保温绝热材料。


聚氨酯发泡材料的制备需要加入发泡剂,发泡剂的种类对发泡材料的性能有很大的影响。表3为聚氨酯发泡剂的发展现状。鉴于日益严峻的环保形势,新型环保发泡剂是当今的研究方向。

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聚氨酯发泡目前主要使用一步法发泡工艺,主要是将聚醚(或聚酯)多元醇二异氰酸酯催化剂及其他添加剂等原料一起加入,高速搅拌混合后进行发泡。具有工艺简单、设备投资少、易于操作管理等优点。由于物料粘度较小,对制造低密度和模塑成型制品尤为有利。


1.3 聚乙烯发泡材料及发泡工艺

聚乙烯发泡材料是工业化最早且广泛应用的发泡材料之一。聚乙烯发泡材料具有抗冲击隔热强韧耐水耐化学腐蚀耐低温易于加工生产成本低的特点。因此广泛应用于食品、玻璃、精密仪器和电子产品等的缓冲材料。聚乙烯发泡产品分类见表4。

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聚乙烯发泡工艺主要分为挤出发泡釜式发泡模压发泡注射发泡四种,不同发泡方法特点如表5所示。

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1.4 聚丙烯发泡材料

发泡聚丙烯是以聚丙烯为基础树脂制备的发泡材料。与常用发泡材料相比,发泡聚丙烯具有诸多优点:原料来源丰富,性价比高;耐热性比发泡聚乙烯材料好耐溶剂腐蚀性好刚性好抗冲击性能优于聚苯乙烯,具有优异的缓冲吸能性能;记忆性好,可承受多次连续撞击;保护性好,表面硬度适当,不擦伤与其接触的物体;可回收,不含有毒物质。


1.4.1 发泡聚丙烯原料

由于普通聚丙烯的熔体强度较低,无法承受气泡增长时对泡孔壁的拉伸应力,因此发泡用聚丙烯需要采用高熔体强度聚丙烯(HMSPP)


提高聚丙烯熔体强度的方法包括物理改性和化学改性两种。物理共混改性是将普通聚丙烯与非结晶或低结晶的树脂、弹性体、无机填料共混。化学改性包括接枝改性交联改性。接枝改性是在聚丙烯本体聚合时加入共聚单体形成接枝侧链,此法简单、经济、产品稳定性好;交联改性是通过采用不同交联方法制备可控交联的聚丙烯。


目前生产高熔体强度聚丙烯原料的厂家有巴塞尔、北欧化工、陶氏化学、韩国三星、埃克森美孚等。具备聚丙烯发泡技术的厂家有日本杰斯比JSP、日本Kaneka、巴斯夫BASF、韩国韩华以及无锡会通、苏州博繁等。


国内很多科研院所对发泡技术进行了较多研究,部分厂家实现了发泡原料的工业化生产,如镇海炼化、上海石化、燕山石化树脂应用研究所、武汉富蒂亚,如表6所示,但产品质量与国外相比仍有较大差距。

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1.4.2 聚丙烯发泡产品制备工艺

聚丙烯发泡产品主要有3种制备工艺:高熔体强度聚丙烯发泡、交联聚丙烯发泡和共混体系发泡生产工艺。

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1.4.3. 聚丙烯发泡工艺

聚丙烯发泡工艺主要有4种,分别为釜式发泡、挤出发泡、注塑发泡和模压发泡。各工艺简介如表7所示。

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1.4.4 发泡聚丙烯应用领域

发泡聚丙烯可广泛应用于食品包装、保温隔热、汽车、建筑、缓冲包装、体育用品和玩具等领域,具体产品如图3所示。

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2 结束语


(1)聚苯乙烯发泡制品虽然生产成本低,但其生产中会用到氟氯烃化合物或丁烷作为发泡剂,会造成环境污染;且产品难以降解容易形成“白色污染”,联合国环保组织已决定在世界范围内停止生产和使用发泡聚苯乙烯,虽然国内目前还未禁止发泡聚苯乙烯的生产,但发泡聚苯乙烯已逐渐退出汽车、食品包装等领域,市场份额逐渐缩小


(2)聚氨酯在发泡过程中残留的异氰酸酯会危害人体健康;且聚氨酯发泡产品不能回收循环使用。鉴于日益严格的环保要求,取代含氯氟烃类发泡剂的新

型环保发泡剂是目前的研发方向,但目前尚无可工业化的研究成果。该产品市场前景并不乐观


(3)聚乙烯相对聚丙烯来说易于发泡,且生产成本较低,但聚乙烯发泡产品的耐温性和刚性不如聚丙烯发泡产品。聚丙烯发泡材料具有优良的耐热性和高

温下较好的尺寸稳定性良好的力学性能优异的微波适应性环保可降解,且制品表面软硬适中,具有保护性好的特点,成为替代聚苯乙烯的一种新型绿色发泡材料。


可用于汽车缓冲、食品包装、隔热材料和建筑保温等领域,具有良好的市场前景。



文章来源:聚烯烃人    如侵删

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周小姐
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2020-11-09
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