[发明专利]一种结晶性高聚物物理发泡材料的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种结晶性高聚物物理发泡材料的制备方法，属于高分子发泡材料生产技术领域。

背景技术：

高分子发泡材料是指在高聚物中引入气体而形成的一种高聚物/气体复合材料，通常包括发泡粒子、发泡片材、发泡板材等。这类材料普遍具有质轻、隔热、抗震、缓冲、吸音、吸能的优异性能，因此，被广泛应用到各个领域中，已成为高分子材料应用发展的一个重要分支。

工业上制备高分子发泡材料的方法主要分为化学发泡法和物理发泡法。化学发泡法一般是将分解可产生气体的化合物分散到高聚物中，在一定的温度下让其分解产生气体，或者是高聚物组分间相互作用产生气体，再通过快速卸压使气体在材料中膨胀而发泡。物理发泡法一般是将惰性的高压气体在一定温度下注入到高聚物中，然后再快速减压或卸压使材料膨胀发泡。这两种发泡法虽然只是在向高聚物中引入发泡气体的方式不同，发泡产品也无本质上的差别，但是对高聚物的结构特性及加工工艺的要求相差很远。例如在化学发泡法中，针对于结晶性高聚物很难找到合适的发泡剂，且很难将其均匀分散到高聚物中。化学发泡法比较适合无定性的高聚物和特定的发泡工艺流程；而物理发泡法与之相比则使用范围更广、简洁、环保、经济，更具有普适性，因此，越来越受到学术界和工业界的关注，已成为近年来研发高聚物发泡材料的主要发展方向。

很早以前，人们就发现气体可以自由地渗透到高分子材料中，尤其在高压作用下，高分子材料甚至可以溶解高达5～20wt％的气体。通过升温或者快速卸压，使高分子/气体复合体系达到热力学不稳定状态，气体在高分子材料中出现过饱和，从而在高分子材料中成核增长，快速冷却，稳定气泡孔结构，获得到高分子发泡材料。上世纪80年代美国MIT学院科学家就是基于上述原理发明了以物理气体为发泡剂制备高分子微孔发泡材料的方法。但是，这种物理气体发泡法对于结晶性高聚物发泡却相当困难。因为高压气体只能溶解渗透到高分子材料的无定形区域中，即使发泡也无法得到均匀的结晶高聚物发泡材料。要想得到均匀的发泡材料就必须把高压气体注入到高聚物熔体中，对于绝大多数结晶性高聚物来说，一旦熔融，高聚物熔体强度便会急剧下降，导致高聚物熔体不足以包覆住高压气体，使得卸压后气泡增长过快，气体逸出，泡孔塌陷，而无法得到均匀的发泡材料。

为了改善结晶高聚物材料的可发泡性，采用的方法有：(1)化学或辐射交联，使线性的高聚物熔体中形成交联网络结构，熔体的强度和弹性均得到改善，因此气泡成核增长变得可控。日本专利日特开昭61-143449公布了一种通过有机过氧化物来制备交联发泡聚丙烯的方法，中国专利CN1131277C，日本专利日特开昭63-3038，62-250039都公布了一种辐照交联工艺制备发泡聚丙烯的方法。工业上已有聚乙烯、聚丙烯化学或辐射交联发泡材料的生产线，但此方法投资比较大，交联度不易控制，产品使用后的回收利用性及环保适宜性比较差。(2)物理交联，通过高聚物共混形成所谓的物理交联网状结构，使熔体的强度和弹性得到改善。HDPE/LDPE共混已在高密度聚乙烯发泡材料中得到了广泛的应用。此方法虽简单易行，但需要对原材料、共混物的组成、加工的工艺条件等进行严格控制，否则发泡材料的质量难以保证。(3)制备特定的高熔体强度聚合物专用料，比如高熔体强度聚丙烯(HMSPP)或支化聚丙烯，即在可发泡性差的线性聚丙烯中引入支化链，以改善熔体强度和弹性。聚丙烯是工业上公认的可发泡性极差的一类结晶高聚物。比利时Montell公司已经推出Profax-F814，北欧化工的新产品DaployWB130，美国智索公司的Expan PP，陶氏公司的Inspire HMSPPd都是国外公司已成功研发出高熔体强度聚丙烯可发泡性专用原料。虽然对每一种结晶高聚物都可以用这种方式来解决其可发泡性差的难题，但是研发成本太高且周期太长。此外，HMSPP应用过程中也存在产品质量不稳定的问题，严重影响PP发泡材料生产运行成本。因此，探索解决结晶性高聚物发泡难的问题，寻找更为经济实惠、简单易行的方法，推动结晶高聚物发泡材料发展和应用，迫在眉睫。

发明内容：

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种结晶高聚物物理发泡材料的制备方法，其特点是改善和提高物理气体发泡法制备结晶高聚物发泡材料的可发泡性。