聚丙烯发泡材料制备技术

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1、聚丙烯发泡材料制备技术 泡 沫塑料是气体分散于固体聚合物中形成的聚集体，泡沫塑料具有质轻、 隔热、缓冲、绝缘、 防腐、价格低廉等优点，因此在日用品、包装、工业、农业、交通运输业、军事工业、航天 工业得到广泛应用，如美国市场近年来对泡沫塑料的需求量以每年4.2 的速度持续增长。 我国 20世纪 90 年代以来泡沫塑料的发展十分迅速， 其中主要品种有聚氨酯 (PU)软质和硬质 泡沫塑料、聚苯乙烯 (PS)泡沫塑料和聚乙烯 (PE)泡沫塑料三大类。但以上三类材料都有一定 的局限性。 1. 1) 聚 苯乙烯（ PS ）发泡过程中通常会使用到氟氯烃化合物或丁烷，对环境有不利影 响，产品降解困难且容易形成

2、“白色污染”，因此联合国环保组织决定到2005 年 停 止使用 PS发泡产品。根据中国消耗臭氧层物质逐步淘汰的国家法案，我国确定在 2005 年 12 月 31 日前全面消除泡沫生产中使用的氟氯碳化合物。 2. 2) 聚氨酯泡沫片材在发泡过程中存在对人体有害的异氰酸酯残留物，并且发泡材料无 法回收利用。 3. 3) 交联聚乙烯泡沫塑料刚性较低，最高使用温度为80，同样，聚苯乙烯泡沫被加 热到它的玻璃化温度105时软化变形。 因此发泡聚丙烯材料应运而生。聚丙烯树脂具有质轻、原料来源丰富、性能价格比优越 以及优良的耐热性、 耐化学腐蚀性、 易于回收等特点， 是世界上产量增长量最快的通用热塑 性树脂

3、，对聚丙烯泡沫的研究开发也成了近年来的热点，目前一些发达国家正在大力发展并 作为替代发泡聚苯乙烯的绿色包装材料，其中聚丙烯发泡颗粒（EPP ）和发泡片材是最典型 和用量最大的品种之一。 对比以上三种泡沫塑料，聚丙烯发泡材料有很多优点： 1. 1) 聚丙烯（PP ） 刚性优于聚乙烯 （PE ）， PP弯曲模量大约为 1.52Gpa， PE仅为 207Mpa ， 耐化学性与 PE相似。其压缩强度略低于硬质PUR 和发泡 PS ，但比软质 PUR 和 PE高。 2. 2) 聚丙烯的玻璃化温度低于室温， 抗冲击性能优于 PS ， 而且相比 PS泡沫的难回收性， 聚丙烯泡沫是一种环境友好的材料。 3.

4、3) 聚丙烯有较高的热变形温度，可以在一些高温领域中应用。发泡聚丙烯通常能耐 130的高温，比聚乙烯泡沫的最高使用温度80高得多。封闭式泡孔结构使其热导 率不会因潮湿而受影响，因此可用作保温材料。 4. 4) 良好的低温特性：制品即使在- 30时也表现出很好的性能。 5. 5) 能量吸收：由于 PP发泡制品具有很好的吸收能量特性，具有优异的抗压吸能性能。 广泛应用于汽车保险杠能量处理系统及其他防冲撞吸能部件。 6. 6) 尺寸形状恢复稳定性： PP发泡制品受多次连续撞击和挠曲变形后会很快恢复原始 形状，而不产生永久形变。 7. 7) 质量轻且能够反复使用： PP发泡制品的密度能够达到很低水平，

5、因此能大幅度降 低重量，同时 PP发泡制品柔韧性好， 可反复使用， 不易破碎；易回收再利用， 易分解， 制品不含对人体有毒有害的成分，燃烧不产生有毒物质。 8. 8) 具有良好的表面保护性和隔音性能：PP发泡制品是半硬质成形，具有适度的硬度、 柔软性，不会擦伤、碰伤与其接触的物体，具有较好的表面保护性。 目前，我国 PP树脂生产厂家有 70 多家，各种装置100 余套，生产能力约450 万吨/ 年， 预测到 2006年底，我国 PP树脂的总生产能力将超过650万吨/ 年。然而，我国 PP树脂的应 用主要是编织产品和农用薄膜，PP树脂行业面临消费结构单一，需求不旺且产品档次低的问 题。各树脂生产

6、企业都在积极调整生产思路，开发生产适销对路、高质量、高附加值的专用 料，以使 PP具有更大的应用价值和经济效益。 由此可见， 聚丙烯发泡产品具有良好的性能和应用前景，但聚丙烯泡沫的开发难度很大， 目前国内尚未掌握其相关的、可工业化的核心技术。 就国外而言， 发泡聚丙烯的核心技术也 掌握在少数几个国家的少数几个大公司手上，其主要原因为：聚丙烯属结晶型聚合物，在结晶熔点以下几乎不流动， 但结晶熔点以上则熔体粘度急剧变小，所以在聚丙烯发泡过程中所 产生的气体很难被熔体包住；此外，聚丙烯从熔融态转变为结晶态会放出大量的热量，由熔 体转变为固体所需时间较长；加之聚丙烯透气率高， 发泡气体易逃逸， 故适于

7、聚丙烯发泡的 温度区间窄， 发泡过程较难控制。 所以要得到泡孔均匀细密、 发泡倍率高的聚丙烯发泡制品， 通常需使 PP树脂在 发泡之前交联，以使其熔融粘度的降低速度变慢，从而在较宽的温度范 围内具有合适的发泡粘度。 但由于聚丙烯的结晶度高， 在主链旁有甲基， 很难发生交联反应， 且聚丙烯大分子自由基很容易发生断链而导致降解，因此 PP的交联挤出发泡技术需要非常严 格的工艺控制， 具有较高的难度， 而且由于聚丙烯交联后会降低材料的降解性能， 所以从技 术发展的趋势来看，是希望通过常规聚丙烯的改性来得到非交联的聚丙烯发泡产品。2国内外研究背景和发展趋势聚丙烯发泡产品种类很多，但用量最大的还是聚丙烯

8、发泡片材和发泡珠粒模塑制品，因 此本项目将重点对这两种产品形式进行讨论。 聚丙烯发泡片材： 在日本，东丽和古河电气公司最早于上世纪70 年代末开始推出发泡PP产品，在 80 年代 初期，其 PP泡沫产量达到 5060t/a 。目前，日本大约有4-5 家企业能够生产PP发泡制品。 欧洲 70年代开始生产发泡PE ，而交联发泡 PP一直到 80年代后才实现工业化。 近年来，其它一些国家也开发出不同用途的PP发泡产品。德国 Reifenhauser 采用共挤出方 法，生产密度为 0.1 0.5g/cm3 可以用于食品或肉品包装的PP发泡片材，还可以用于制作薄 壳制品及盘、碟、 碗、 盒等各种器皿，以

9、及汽车中的消音和绝缘材料等用的内插件。Battenfield 采用 T型机头生产化学发泡PP片材，比不发泡PP片材轻 50% 。英国的 Packaging Trays在 旋转热成型机上成型发泡PP片材。该公司采用化学交联剂生产的发泡PP片材密度为 0.5g/cm3，主要用于汽车工业，制造地毯背衬材料、遮光板、门衬和行李架等。美国Dow化 学生产商标为 Strandfoam 的 PP发泡板，先挤出多层发泡片材，然后迅速冷却成坚硬且高度 取向的板材，可用作冲浪板。该公司开发的发泡PP在热绝缘和汽车上也得到应用。 瑞士 Alveo 公司一直生产辐射交联PP/PE泡沫，主要用于汽车工业。与未交联的发泡

10、制品相比，交联泡 沫塑料在热成型后更易保持其形状。意大利 Oman 公司采用 Compact EPX T型机头共挤生产线， 采用吸热型发泡剂生产密度低于0.5g/cm3 的 PP发泡片材，他们与Reedy-International公 司合作，共挤出表皮不发泡、芯层发泡80% 的片材。加拿大的Endex Polymer Additives公 司生产的吸热性发泡剂（放出CO2 ）已用于生产 PP发泡片材多年。该公司生产的吸热型发泡 剂已成功用于 PP 、HDPE 和 PET发泡片材的生产中，采用高熔体强度PP树脂时，使用该公司 的发泡剂可以成型厚度40m的发泡薄膜。 聚丙烯发泡珠粒（ EPP ）

11、： 目前，世界上有日本的JSP 、Kaneka，德国的 BASF 、Berstorff等拥有 EPP生产技术，产品 主要为模塑发泡制品（作为包装和汽车零部件），其中利用聚丙烯发泡珠粒通过模塑工艺成 型的汽车用抗振吸能部件和抗冲击包装材料，由于生产工艺简单，易于控制，且可成型形状 复杂的部件而占据较大的市场份额。美国CSI 公司已建成用可发性PP珠粒生产发泡 PP制品 的生产线，用于生产食品包装盒、微波炉用托盘和容器。 我国目前尚无预发泡聚丙烯 （EPP ）的工业生产线， 发泡聚丙烯制品生产厂家如上海众通汽车 配件有限公司、上海伊比伊隔热制品有限公司、佛山市南海海洋包装材料厂和天津润生包装 材料

12、有限公司等均采用国外进口的聚丙烯预发泡粒子，通过二次发泡和模塑工艺生产汽车零 部件和工业品的包装。而这种进口的EPP原料价格昂贵，如JSP公司的发泡 PP珠粒（ EPP ） 有些牌号的售价高达10万元/ 吨， 此外， EPP粒子本身已经是一种发泡颗粒， 且密度很低（20 150kg/m2）, 相应体积很大，进口价格中运输费用所占成本很高。目前全世界范围内已有JSP 、BASF 、GEFINEX 等公司的多家工厂在生产PP发泡模塑制品。据 不完全统计，美国1999年 PP泡沫塑料的消耗量为350kt ，欧洲为 170kt ，日本为 10kt ，亚 洲其它国家为 7kt ，这些 PP发泡制品主要用

13、来制造汽车零部件和各种包装制品。 我国发泡 PP的研究是从 70年代末开始的， 中石化北京化工研究院承担了国家“九五”攻关 课题，研制出具有较高熔体强度的新型改性PP树脂，但目前在国内尚没有工业化。 目前， PP发泡制品产业化在国内尚为空白，国内的很多厂商都在尝试进行开发，但是因为聚 丙烯原料和发泡工艺方面的研究积累薄弱，使得工业化开发颇有难度，现在主要依靠进口来 获得发泡聚丙烯专用料。 可以预见，积极开发并推广应用聚丙烯发泡材料，对国内合成树脂工业的发展、扩大聚丙烯 发泡材料的应用领域和市场消费及汽车、包装、食品、环保事业的发展都将具有极为重要的 意义，具有广阔的市场前景。 应 用 领 域关

14、键性能实例制品照片缓 冲 包 装能量吸收 性、表面柔 软计算机、高级医疗器具、精密仪器、 声像材料、照相机、玻璃陶瓷、工艺 品、各种家用电器包装用的角垫、衬 垫、鞍垫、封装物、装箱插入物、覆 盖片、衬料 食 品 包 装卫生无毒、 耐食用油、 化学稳定 性、耐热性盘、碟、碗、盒、盆、饮料杯、瓶用 密封垫、肉品包装、微波炉餐具、一 次性餐具热 绝 缘低热导率、 耐热性热水管、暖房、储藏室的绝缘，太阳 能水加热器、空调保温管，高温蓄电 池的隔热材料，发动机室和车间的隔 热材料，暖器保温套、汽车顶棚，冷 却器的隔热材料，液态气体的保温材汽 车轻质、热成 型性、能量 吸收性、耐 热性、吸音头枕、仪表板、

15、门衬、方向盘、轮胎 罩、行李仓内衬、座位靠背装饰、遮 阳板、保险杠芯材、空调阻隔板、地 毯支撑材料、顶板、侧护板、门内板 吸能保护垫、缓冲垫、消音内插件、 后置发动机分隔间、发动机护罩建 筑低热导率、 低水蒸汽 透过性、吸 音密封剂支持物、伸缩缝填料、密封条、 固化毯、铺地材料、屋顶衬料、建筑 模板、合成木材体 育 休 闲漂浮性、低 吸水性、能 量吸收性救生衣、滑水带、冲浪板、游泳救护 品、水池罩、体操毯、壁垫和运动垫、 野营毯工 业 应 用可压缩性、 耐油性、漂 浮性垫圈、封油环、防震垫、浮筒、油栅、 环状浮袋、护舷材、体操垫3. 产品应用领域分析3.1 聚丙烯发泡片材 : （1）包装领域

16、与发泡 PS和发泡 PE片材相比， 发泡 PP可在微波炉中使用， 且耐沸水， 热成型的盘子在低温 下有足够高的冲击强度，可在深冷环境中使用，表面感觉舒适而且柔软。如密度0.1 0.5g/cm3、厚度 13.5mm的发泡 PP片材可以用于食品或肉品包装，还可以用于制作薄壳制 品、各种器皿（盘、碟、碗、盒等）；密度0.5 0.7g/cm3、厚度 0.5 1.5mm的发泡 PP片 材是生产具有高刚性和良好隔热性的餐具（如：盘、碗）、饮料杯等的原材料；密度0.2 0.5g/cm3、厚度 1.0 3.5mm的发泡 PP板用于生产肉类包装材料、餐具、或加工成盆、碟， 用于货柜中苹果酱、乳酸酪等低酸度食品的包装。 为了减少使用对人体有害的PS树脂，发达国家大多改用聚烯烃类树脂制作各种餐盒。以前采 用的是透明 PP片材或挤出 PP单层发泡片材制作。 1999年 5 月起正式采用 PP单层发泡片材 制作可在微波炉中加热的各式餐具和容器，由于安全性好和不容易受到热的影响，从 1998年 开始广泛应用于制造食品包装容器。美国、奥地利、丹麦等地相继建成发泡PP制品生产