一种用于微发泡增韧塑料的母料及制备方法
技术领域
本发明涉及塑料母料技术领域，具体涉及一种用于微发泡增韧塑料的母料及制备方法。
背景技术
随着塑料制品加工的快速扩张,对塑料制品进行性能提升和降低成本成为关键。目前在塑料注塑制品领域使用大量的碳酸钙填充母料，可以大幅降低成本，随之注塑塑料制品的机械性能损失严重，特别是制品发脆、韧性变差，影响使用。高分子领域技术人员一直致力于塑料的增韧增强研究。如玻璃纤维增强，玻璃纤维可以显著提升塑料的强度、韧性、模量、刚性等。但成本高，加工困难。目前只应用于由特殊增强要求的工程塑料、航空、汽车、体育用品、工业部件等制品。而且，玻璃纤维成本高，与塑料亲和性极差，已不具备高填充降低成本的优势。
塑料增韧增强是目前高分子材料应用首要解决的问题。例如塑料应用中的高比强度、高比模量、高韧性、耐磨损等均与塑料韧性和强度有关。在材料科学与工程的观点来看，塑料强度和韧性是结构材料中两个特别重要但又相互矛盾的力学性能。材料同时增强、增韧的问题一直是高分子材料科学有待解决的重要难题之一。一般来说，刚性粒子填充到塑料基体中可以有效地提高材料的强度、刚度和尺寸稳定性等，但同时又极易导致塑料脆性的增加；另外，利用玻璃纤维达到了增韧增强的塑料的目的，但加工性一直困扰塑料加工行业；再如，用弹性体增韧热塑性塑料作为增韧剂，在增韧的同时，材料的刚度、强度等指标常常发生较大幅度的降低，用添加刚性粒子和弹性体可以在一定范围内平衡材料刚性与韧性的矛盾，却不能同时获得高强度高韧性的塑料材料。因此，需要材料人员不断探索新型的塑料增韧增强技术。
纳米无机粒子是粒度小于100nm的一类填料。具有极高的表面积，在高分子聚合物中可以显著提高材料的抗冲击强度（韧性），对拉伸强度、断裂伸长也具有提升作用。纳米颗粒由于其尺寸小、比表面积非常大而表现出与常规微米级材料截然不同的性质。在与聚合物复合时,纳米颗粒的表面效应、小尺寸效应、量子效应以及协同效应,将使复合材料的综合性能有极大的提高1。其增韧机理为：（1）纳米粒子均匀地分散在基体之中，当基体受到冲击时，粒子与基体之间产生微裂纹，同时粒子之间的基体也产生塑性变形，吸收冲击能，从而达到增韧的效果，防止塑料制品开裂；（2） 随着粒子粒度变细，粒子的比表面积增大，粒子与基体之间接触界面增大，材料在受到冲击时，会产生更多的微裂纹和塑性变形，从而吸收更多的冲击能，增韧效果提高。因此粒子越细，抗冲击性越高；（3）当填料加入量达到某一临界值时，粒子之间过于接近，材料受冲击时产生微裂纹和塑料变形太大，几乎发展成宏观应力开裂，从而使冲击性能下降。因此，纳米增强并非添加量越多越好，一般控制在5-10%最佳。
芮城新泰纳米材料有限公司申请的中国发明专利：一种纳米碳酸钙增强增韧塑料母料及其制备方法（公开号为CN102875869A）。公开了该母料是由纳米碳酸钙、微米碳酸钙、茂金属聚乙烯、载体树脂和助剂组成，纳米和微米碳酸钙的共混加入提高了母料增强增韧的作用，茂金属聚乙烯强度高、韧性好，可同时提高母料的增强增韧效果。该母料在制备时分两步完成，这样就使纳米碳酸钙经过了两次同向双螺杆挤出机，进一步加强了其在母料中的分散性，充分体现了其增强增韧的作用。
然而，纳米粒子一方面分散困难，另一方面，成本较高，在对塑料制品增韧的同时液会大幅提升成本。
发明内容
目前塑料制品在加入填料降低成本的同时，塑料制品变脆韧性下降明显，已有技术采用玻璃纤维、纳米粒子尽管可以增韧塑料制品，但成本高。为此，本发明提出一种用于微发泡增韧塑料的母料及制备方法。
为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：
一种用于微发泡增韧塑料的母料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将发泡剂溶于乙醇得到A液，待用；将氯化钠溶于蒸馏水得到B液，加入单甘脂，加热搅拌分散，降温至室温后，加入A液继续搅拌分散，得到分散液；
（2）将步骤（1）的得到的分散液喷雾干燥，研磨，得到复合发泡剂；
（3）将步骤（2）得到的复合发泡剂、聚乙烯蜡、硬脂酸、EVA加入到高速混合机中，高速分散，得到分散物料；
（4）将步骤（3）得到的分散物料加入单螺杆挤出机，将螺杆温度控制在80-100℃，挤出，风冷模面切粒，包装，得到一种用于微发泡增韧塑料的母料。
步骤（1）中所述发泡剂为AC发泡剂。 AC发泡剂是塑料制品加工常用的发泡剂，其分解温度195℃-200℃之间，发气量为220-250 ml/g；能溶于碱、醇，难溶于水中。目前AC发泡剂的使用方式通常为直接加入塑料中利用高温时产生的气体发泡塑料，但这样会导致形成的发泡孔径较大、孔径不一，影响发泡制品的性能。
单甘脂，又名二羟基丙基十八烷酸酯，是由C16－C18长链脂肪酸与丙三醇进行酯化反应而制得化学物质，常作为食物的乳化剂和添加剂，在塑料中用作流滴剂和防雾剂等，与发泡剂一起使用，能使泡体结构均一细腻，减小汽泡收缩，特别是冬季气温低时抗收缩能力强，使产品亮洁光滑，节省原料，作为助发泡剂抗收缩剂。进一步的，步骤（1）中所述加热搅拌分散的温度为55-65℃，搅拌分散的速率为200-300r/min。
步骤（1）中各原料重量份为：发泡剂10-20重量份、乙醇80-100重量份、氯化钠30-35重量份、蒸馏水100-120重量份、单甘脂2-4重量份。
本发明创造性的将AC发泡剂溶于乙醇得到A液；将氯化钠溶于水得到B液；在单甘脂的分散乳化下，将AC发泡剂与氯化钠以液态分散，进一步用喷雾干燥、研磨得到呈纳米粒径状态的复合发泡剂。进一步的，步骤（2）中，所述喷雾干燥温度为80-100℃；所述研磨后复合发泡机粒径为20-100nm。纳米级别的复合发泡剂在母料中以纳米颗粒状态分散，得到的母料在用于塑料注塑制品加工时，一方面以纳米颗粒为成核点，另一方面以成核点为中心产生气体形成均匀的微发泡，形成高度一致和均匀细小的微泡。
进一步的，步骤（3）中，各原料重量份为：复合发泡剂5-10重量份、聚乙烯蜡1-3重量份、硬脂酸0.5-1重量份、EVA 60-70重量份；更进一步的，步骤（3）中，各原料重量份为：优选为复合发泡剂8重量份、聚乙烯蜡2重量份、硬脂酸0.8重量份、EVA 65重量份。
进一步的，步骤（3）中，所述高速分散的温度为60-80℃，高速分散的分散速率为1000-2000r/min。
本发明还提供一种用于微发泡增韧塑料的母料，由上述的制备方法制备而成。
本发明通过将AC发泡剂、氯化钠以液态复合，形成复合均匀的纳米颗粒，该纳米颗粒分散在EVA体系，在较低温度下挤出造粒制备用于微发泡增韧塑料的母料，得到的母料用于塑料中的注塑加工时，通过纳米微粒和自身的微发泡，形成了更高气泡密度和更小尺寸的微泡，使塑料制品的韧性得到的提升。
附图说明
图1是本发明的工艺流程简图。其中：1-制备分散液；2-喷雾干燥；3-研磨复合发泡剂；4-高速分散；5-挤出造粒；6-包装。
图2：实施例1母料与PPK8303以质量比1:10混合，经200℃注塑制备样品的切面图，具有均匀细小的微泡。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。
实施例1 一种用于微发泡增韧塑料的母料的制备方法：
（1）将发泡剂溶于乙醇得到A液，待用；将氯化钠溶于蒸馏水得到B液，加入单甘脂，加热搅拌分散，温度为60℃，速率为250r/min,降温至室温后，加入A液继续搅拌分散，得到分散液；所述发泡剂为AC发泡剂; 各原料重量份为：发泡剂15重量份、乙醇90重量份、将氯化钠32重量份、蒸馏水110重量份、单甘脂3重量份；
（2）将步骤（1）的得到的分散液喷雾干燥，温度为90℃,研磨，得到粒径为60nm的复合发泡剂；
（3）将步骤（2）得到的复合发泡剂、聚乙烯蜡、硬脂酸、EVA加入到高速混合机中，高速分散，得到分散物料；各原料重量份为：复合发泡剂8重量份、聚乙烯蜡2重量份、硬脂酸0.8重量份、EVA 65重量份；所述高速分散的温度为70℃，高速分散的分散速率为1500r/min；
（4）将步骤（3）得到的分散物料加入单螺杆挤出机，将螺杆温度控制在90℃，挤出，风冷模面切粒，包装，得到一种用于微发泡增韧塑料的母料。
实施例2 一种用于微发泡增韧塑料的母料的制备方法：
（1）将发泡剂溶于乙醇得到A液，待用；将氯化钠溶于蒸馏水得到B液，加入单甘脂，加热搅拌分散，温度为55℃，速率为300r/min,降温至室温后，加入A液继续搅拌分散，得到分散液；所述发泡剂为AC发泡剂; 各原料重量份为：发泡剂15重量份、乙醇80重量份、将氯化钠35重量份、蒸馏水110重量份、单甘脂3重量份；
（2）将步骤（1）的得到的分散液喷雾干燥，温度为80℃,研磨，得到粒径为80nm的复合发泡剂；
（3）将步骤（2）得到的复合发泡剂、聚乙烯蜡、硬脂酸、EVA加入到高速混合机中，高速分散，得到分散物料；各原料重量份为：复合发泡剂7重量份、聚乙烯蜡2重量份、硬脂酸0.8重量份、EVA 65重量份；所述高速分散的温度为60℃，高速分散的分散速率为1500r/min；
（4）将步骤（3）得到的分散物料加入单螺杆挤出机，将螺杆温度控制在85℃，挤出，风冷模面切粒，包装，得到一种用于微发泡增韧塑料的母料。
实施例3 一种用于微发泡增韧塑料的母料的制备方法：
（1）将发泡剂溶于乙醇得到A液，待用；将氯化钠溶于蒸馏水得到B液，加入单甘脂，加热搅拌分散，温度为56℃，速率为200r/min,降温至室温后，加入A液继续搅拌分散，得到分散液；所述发泡剂为AC发泡剂; 各原料重量份为：发泡剂18重量份、乙醇100重量份、将氯化钠35重量份、蒸馏水100重量份、单甘脂2重量份；
（2）将步骤（1）的得到的分散液喷雾干燥，温度为80℃,研磨，得到粒径为30nm的复合发泡剂；
（3）将步骤（2）得到的复合发泡剂、聚乙烯蜡、硬脂酸、EVA加入到高速混合机中，高速分散，得到分散物料；各原料重量份为：复合发泡剂8重量份、聚乙烯蜡1重量份、硬脂酸0.5重量份、EVA 60重量份；所述高速分散的温度为64℃，高速分散的分散速率为1800r/min；
（4）将步骤（3）得到的分散物料加入单螺杆挤出机，将螺杆温度控制在95℃，挤出，风冷模面切粒，包装，得到一种用于微发泡增韧塑料的母料。
实施例4 一种用于微发泡增韧塑料的母料的制备方法：
（1）将发泡剂溶于乙醇得到A液，待用；将氯化钠溶于蒸馏水得到B液，加入单甘脂，加热搅拌分散，温度为62℃，速率为260r/min,降温至室温后，加入A液继续搅拌分散，得到分散液；所述发泡剂为AC泡剂；各原料重量份为：发泡剂16重量份、乙醇85重量份、将氯化钠32重量份、蒸馏水160重量份、单甘脂3重量份；
（2）将步骤（1）的得到的分散液喷雾干燥，温度为88℃,研磨，得到粒径为40nm的复合发泡剂；
（3）将步骤（2）得到的复合发泡剂、聚乙烯蜡、硬脂酸、EVA加入到高速混合机中，高速分散，得到分散物料；各原料重量份为：复合发泡剂7重量份、聚乙烯蜡3重量份、硬脂酸1重量份、EVA 66重量份；所述高速分散的温度为75℃，高速分散的分散速率为1100r/min；
（4）将步骤（3）得到的分散物料加入单螺杆挤出机，将螺杆温度控制在95℃，挤出，风冷模面切粒，包装，得到一种用于微发泡增韧塑料的母料。
实施例5 一种用于微发泡增韧塑料的母料的制备方法：
（1）将发泡剂溶于乙醇得到A液，待用；将氯化钠溶于蒸馏水得到B液，加入单甘脂，加热搅拌分散，温度为63℃，速率为280r/min,降温至室温后，加入A液继续搅拌分散，得到分散液；所述发泡剂为AC发泡剂; 各原料重量份为：发泡剂11重量份、乙醇100重量份、将氯化钠33重量份、蒸馏水170重量份、单甘脂4重量份；
（2）将步骤（1）的得到的分散液喷雾干燥，温度为90℃,研磨，得到粒径为50nm的复合发泡剂；
（3）将步骤（2）得到的复合发泡剂、聚乙烯蜡、硬脂酸、EVA加入到高速混合机中，高速分散，得到分散物料；各原料重量份为：复合发泡剂8重量份、聚乙烯蜡2重量份、硬脂酸0.7重量份、EVA 65重量份；所述高速分散的温度为77℃，高速分散的分散速率为1400r/min；
（4）将步骤（3）得到的分散物料加入单螺杆挤出机，将螺杆温度控制在90℃，挤出，风冷模面切粒，包装，得到一种用于微发泡增韧塑料的母料。
对比例1
直接将AC发泡剂与氯化钠研磨复合，没有在液体层面复合分散，未能充分的使AC发泡剂形成细小分散物，其余原料和工艺与实施例1一致。
性能测试：
母料使用性能测试：
将实施例1-5、对比例1得到的母料与PPK8303以质量比1:10混合，经200℃注塑制备样品，测试悬臂梁缺口缺口冲击强度。如表1所示。
表1
从表1中数据可知，本发明实施例1-5制备的增韧塑料母料用于注塑塑料是塑料制品微发泡，缺口冲击强度提高；相比于对比例1直接将AC发泡剂与氯化钠直接研磨复合，本发明通过AC发泡剂、氯化钠以液态复合在干燥研磨，使发泡剂分散为极细小的颗粒，用于母料后在用于注塑时，产生更多均匀细小的微泡，通过微发泡使得制品韧性增加。图1是实施例1与PPK8303以质量比1:10混合，经200℃注塑制备样品的切面图，具有均匀细小的微泡。该微泡能够有效增加塑料的韧性。
