一种抑音且高回弹性发泡聚丙烯珠粒及其应用
阅读说明：本技术 一种抑音且高回弹性发泡聚丙烯珠粒及其应用 (Sound-suppression and high-resilience foamed polypropylene bead and application thereof ) 是由 熊业志 曾佳 蒋璠晖 刘缓缓 朱民 何若虚 于 2021-08-02 设计创作，主要内容包括：本发明属于发泡聚丙烯技术领域,具体涉及一种抑音且高回弹性发泡聚丙烯珠粒,包括如下质量百分比的各组分：聚丙烯68-91.4%、热塑性弹性体8-22%、高级脂肪酸0.1-2%、微晶石蜡0.1-3%、聚丙烯蜡0.3-4%、泡孔成核剂0.03-0.3%。本发明的抑音且高回弹性发泡聚丙烯珠粒,通过添加热塑性弹性体,有效的提高了物料的熔体强度和弹性；通过同时添加高级脂肪酸、微晶石蜡和聚丙烯蜡,起到有效的协同润滑作用,可长时间抑制发泡珠粒摩擦噪音的产生；高级脂肪酸与聚丙烯的相容性相对略差,形成短期的润滑效果；微晶石蜡的析出速度略慢,主要形成中长期的润滑效果；聚丙烯蜡与聚丙烯相容性优异,析出速度更慢,协助发挥长期的润滑作用。本发明超轻的发泡珠粒产品适用于泡沫颗粒填充领域。(The invention belongs to the technical field of expanded polypropylene, and particularly relates to a sound-suppressing high-resilience expanded polypropylene bead which comprises the following components in percentage by mass: 68-91.4% of polypropylene, 8-22% of thermoplastic elastomer, 0.1-2% of higher fatty acid, 0.1-3% of microcrystalline paraffin, 0.3-4% of polypropylene wax and 0.03-0.3% of foam cell nucleating agent. According to the sound-suppressing high-resilience expanded polypropylene bead, the thermoplastic elastomer is added, so that the melt strength and elasticity of the material are effectively improved; by simultaneously adding higher fatty acid, microcrystalline wax and polypropylene wax, an effective synergistic lubrication effect is achieved, and the generation of friction noise of the expanded beads can be inhibited for a long time; the compatibility of the higher fatty acid and the polypropylene is relatively slightly poor, and a short-term lubricating effect is formed; the micro-crystal paraffin is slightly slow in precipitation speed, and mainly has a medium-long term lubricating effect; the polypropylene wax has excellent compatibility with polypropylene, has slower precipitation speed, and assists in playing a role of lubricating for a long time. The ultra-light foaming bead product is suitable for the field of foam particle filling.)
技术领域
本发明属于发泡聚丙烯
技术领域
，具体涉及一种抑音且高回弹性发泡聚丙烯珠粒及其应用。背景技术
发泡聚丙烯珠粒(EPP)及其模塑制品有着优异的力学性能和明显的减重效果，已广泛适用于包装缓冲件和汽车零部件的内部衬件。随着EPP应用的拓展，很多填充性的应用场景也逐步使用EPP珠粒，比如懒人沙发、靠枕、坐垫、床垫等内部泡沫填充均可使用EPP珠粒，可以实现对EPS、珍珠绵和海绵等填充泡沫的替代，且效果非常好。因为EPP珠粒的颗粒圆润呈不规则的球体形状，易于填充，且釜压工艺的高闭孔结构适合更好的回弹性应用。另一方面，EPP珠粒是半结晶的空气/聚丙烯复合材料，刚性较好，且珠粒表皮在挤压摩擦滑动过程中容易出现“吱吱”的噪音，这个缺陷对于填充市场(懒人沙发、靠枕、坐垫、床垫等)的终端使用者的体验感觉极为不好。
中国专利CN 110832018 A和CN 110621730 A均采用烯烃类热塑性弹性体材料制备了交联的发泡珠粒，虽然有很好的回弹性，适合用于填充场景，但没有强调珠粒的抑制噪音效果；且其发泡工艺的分散体系均添加了交联剂，其废水中的交联剂不易回收，易污染环境。中国专利CN 110709454 A采用聚烯烃树脂、烯烃弹性体、高级脂肪酰胺、丁烯共聚聚乙烯蜡、乙烯基共聚物和吸水性物质共混改性后，经过釜压发泡法，得到了抑制摩擦和异响且光泽性优异的发泡粒子及模内成型体；但是该技术发泡珠粒倍率在2-60P之间，没有强调高倍率超轻状态下发泡珠粒的回弹性体现，因此在超轻状态下其发泡珠粒的回弹性可能有提升空间。
因此，鉴于EPP珠粒填充物应用，有必要提供一种高回弹性、高发泡倍率、抑音效果优异的填充用超轻发泡聚丙烯珠粒，使其适用于各种需要软质泡沫填充的应用。
发明内容
为了解决上述问题，本发明公开了一种抑音且高回弹性发泡聚丙烯珠粒及其应用，通过添加热塑性弹性体改善高发泡倍率发泡珠粒的回弹性，通过同时添加高级脂肪酸、微晶石蜡和聚丙烯蜡，产生有效的协同润滑作用，可以长久的实现抑制发泡珠粒间摩擦噪音的效果。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种抑音且高回弹性发泡聚丙烯珠粒，包括如下质量百分比的各组分：
作为优选，上述聚丙烯为无规共聚聚丙烯。
作为优选，上述聚丙烯的熔点为130-147℃，熔融指数为6-8g/10min。
作为优选，上述热塑性弹性体至少包含聚丙烯/三元乙丙橡胶的熔融共混聚合物和丙烯-α烯烃共聚物弹性体两个组分，所述熔融共混聚合物与丙烯-α烯烃共聚物弹性体的重量比为1：0.8-1.2。
作为优选，上述熔融共混聚合物的熔点为130-145℃，熔融指数为1-8g/10min，其三元乙丙橡胶的质量百分比为30-70％，其不溶于热的二甲苯的物质的质量百分比为15-50％；
所述丙烯-α烯烃共聚物弹性体为丙烯-α烯烃的无规共聚物或丙烯-α烯烃的嵌段共聚物，所述α烯烃在共聚物中的质量百分比为3-20％；
所述丙烯-α烯烃共聚物弹性体的熔点为115-135℃，熔融指数为3-8g/10min。
作为优选，上述高级脂肪酸的化学分子结构中，碳原子数为10-24；所述微晶石蜡的熔点为80-90℃；所述聚丙烯蜡的分子量为1500-10000。
作为优选，上述高级脂肪酸为硬脂酸、油酸中的一种或两种；所述泡孔成核剂为二氧化硅、硼酸锌、滑石粉、硫酸钡、碳酸钙中的一种或几种。
作为优选，上述泡孔成核剂为二氧化硅，所述泡孔成核剂的粒径为3-6μm。
作为优选，上述的抑音且高回弹性发泡聚丙烯珠粒，采用如下方法制备而成：
(1)将聚丙烯、热塑性弹性体、高级脂肪酸、微晶石蜡、聚丙烯蜡和泡孔成核剂按一定比例混合均匀，双螺杆挤出，经过水下切粒设备造粒，制得类似球状或椭球状的微粒，微粒单颗重量2-5mg；
(2)微粒与分散剂(优选高岭土)、表面活性剂(优选十二烷基苯磺酸钠)和分散介质(优选去离子水)一起加入到高压釜，密封后通入CO2，不停搅拌，形成分散体系，即微粒在分散剂和表面活性剂作用下，单颗分散在去离子水中；在135-155℃、2.9-4.2MPa的压力下保持5-30min，让发泡剂气体可以浸渍在软化的树脂粒子中，泄压将物料排放到大气压下，得到膨胀的一次发泡珠粒，堆积密度35-43g/L；
(3)一次发泡珠粒经过12-24h的常温养生时间，密封到预压罐中，用空气载压，载压压力0.5-0.8MPa，载压时间12-30h，载压过后的一次发泡珠粒，在常压的流通发泡管道中90-107℃受热膨胀，形成密度更轻的二次发泡珠粒，堆积密度10-15g/L。
本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明的抑音且高回弹性发泡聚丙烯珠粒，通过添加热塑性弹性体，有效的提高了物料的熔体强度和弹性，有利于发泡珠粒在高发泡倍率下的闭孔结构以及高的回弹性；通过同时添加高级脂肪酸、微晶石蜡和聚丙烯蜡，起到有效的协同润滑作用，可以长时间有效抑制发泡珠粒摩擦噪音的产生；高级脂肪酸与聚丙烯的相容性相对略差，更容易析出到发泡珠粒表面，形成短期的润滑效果；微晶石蜡的析出速度略慢，主要形成中长期的润滑效果；聚丙烯蜡分子质量更高且与聚丙烯相容性优异，析出速度更慢，协助发挥长期的润滑作用，抑制发泡珠粒摩擦噪音。
(2)高级脂肪酸、微晶石蜡和聚丙烯蜡各组分的添加量较低，则不容易体现抑制摩擦噪音的效果，其对应添加量较高时，容易导致物料熔体强度降低，易破坏高倍率下发泡珠粒的闭孔结构，导致回弹性差。
(3)热塑性弹性体包含交联橡胶部分的聚丙烯/三元乙丙橡胶的熔融共混聚合物和回弹性优异的丙烯-α烯烃共聚物弹性体，单纯添加适量聚丙烯/三元乙丙橡胶的熔融共混聚合物，可以增加物料熔体强度，但可能对材料弹性帮助不够，如过多加入聚丙烯/三元乙丙橡胶的熔融共混聚合物，则导致熔体强度过高，对于高倍率的发泡过程是不利的；单纯加入较多的丙烯-α烯烃共聚物弹性体，可以有效改善材料的弹性，但是熔体强度可能得不到增强且材料可能偏软，因此选择同时添加交联橡胶部分的聚丙烯/三元乙丙橡胶的熔融共混聚合物和回弹性优异的丙烯-α烯烃共聚物弹性体。
(4)微粒单重小于2mg，则发泡珠粒在相同体积的填充应用中，所需的发泡珠粒颗粒数量更多，珠粒间的相互接触的表面积越大，遇到挤压摩擦时，噪音倾向于更易产生，且珠粒间力的传递效率更低，堆积珠粒填充应用的回弹性效果更差；微粒单重大于5mg，在釜式发泡过程中，发泡剂可能更不容易浸渍到微粒内部或是所需的单釜生产周期需要更长，所以优选微粒单颗重量2-5mg。
(5)微粒优选水下切粒是保证其形状的类似球形或椭球形，其对应的发泡珠粒形状也更类似球形，利于堆积状态下发泡珠粒回弹性更优。
(6)采用优选的一次发泡工艺和密度控制及对应的二次发泡条件，利于生产出堆积密度10-15g/L的超轻发泡珠粒更好的保存闭孔结构，利于填充使用过程的高回弹性。一次发泡珠粒堆积密度过低，则一次发泡珠粒的闭孔结构有更大破坏可能，进行二次发泡过程将放大这个缺陷，导致回弹性差；一次发泡珠粒堆积密度过高，二次发泡过程不易得到超轻的发泡珠粒。
具体实施方式
现在结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
主要实验物料性能见表1。
表1
高级脂肪酸是硬脂酸。
实施例1-5和对比例1-8的配方及参数如表2所示。
表2
表2实施例1-5和对比例1-8的微粒配方中各组分的用量为质量百分比。
对实施例1-5和对比例1-8所制备的二次发泡珠粒进行性能测试，测试结果见表3。
表3
抑音测试方法：用于测试抑音效果的工具是一对可以相对滑动的上下金属平板装置；上下金属板的尺寸为长100mm×宽100mm×厚10mm，下金属板的下表面四个角处安装有对称的4个静音活动轮且下金属板与实验台面平行；上金属板通过活动螺丝固定在金属杆(金属杆上标有刻度，最小精度是1mm，且金属杆垂直固定在实验台面)上，活动螺丝松开时，上金属板及活动螺丝都可以沿金属杆上下移动，调节活动螺丝的位置，可以调节上下金属板的距离，上下金属板正对且平行。在一个聚四氟乙烯的网袋(装满物料时容纳体积约1L，网孔目数为60目)中，装入堆积体积0.6L的待测试发泡珠粒，并将网袋封口；将网袋放入上下金属板中间，并调节上金属板的高度，将金属板间距固定在50mm，装有珠粒的网袋同时紧密的接触了上下金属板，但是还有可压缩空间。用弹簧称在恒定的拉力下左右反复拉动下金属板左右移动，网袋中的珠粒会因为恒定的挤压力相互接触和摩擦，这时观察是否有噪音产生。极小噪音或没有噪音记为比较小的噪音记为“□”，明显的“吱吱”声记为
珠粒填充回弹性测试方法：采用自制的压缩模具装置测试回弹性；模具包括金属材质的模槽和模板，模槽是一个没有上底的长方体形，其下底与实验台面平行，内部包含一个长方体形的槽腔，槽腔长200mm×宽100mm×深100mm，槽腔的4个角在深度方向上有刻度(下底到上底方向上均匀的标注0-100mm刻度)，最小精度是1mm；槽腔的4个角均有一根垂直于槽底的带螺纹的固定金属柱(圆柱形，高度100mm，直径10mm)，高度和模槽深度一致；模板长199.5mm×宽99.5mm×厚10mm，在四个角处均开有圆形的孔(内径10.5mm，深度10mm)，将其盖在模槽上表面，孔洞位置可以正好与模槽4个角的圆柱形金属柱对应，即金属柱正好可以穿过孔洞，模板能够直接下落到槽底并与之平行。
将待测试的发泡珠粒装入模槽中，堆积的珠粒装至与模槽的上底面齐平，也就是没有压缩前，堆积珠粒的高度是100mm；然后用模板盖住模槽上底，并施加恒定压力将珠粒慢慢下压，至模板上表面4个角都对应模槽腔深度方向的刻度读数是60mm时，用匹配的螺帽在金属柱上将模板的位置固定，即此时堆积珠粒被压缩时的高度是50mm，且模板是与模槽下底及实验台面平行；时间t1(实施例均采用2h)后，松开4个螺帽，取下模板，被压缩的堆积珠粒开始回弹；时间t2(实施例均采用0.5h)后，在模槽的四个角处读取堆积珠粒最上层对应的高度刻度值(相对于带螺纹金属圆柱的高度)，并取出平均值x，x(50mm≤x≤100mm)越大则说明发泡珠粒填充回弹性越好。以上测试均在温度25℃，湿度50％的实验室内进行。
此基础上测试的填充回弹率为(x/100)×100％，实施例中其值大于80％记为“填充回弹性优异”，其值在70％-80％记为“填充回弹性较好”，其值低于70％记为“填充回弹性一般”。
对比例1中的热塑性弹性体全部为聚丙烯/三元乙丙橡胶的熔融共混聚合物，其交联成分对材料熔体强度影响大，抑制了材料的膨胀性，强制调节发泡参数将二次发泡珠粒堆积密度降低到15g/L，可能破坏了闭孔结构，导致填充回弹性降低。对比例2中的热塑性弹性体全部为丙烯-α烯烃共聚物弹性体，可能一定程度上削弱了材料发泡时的熔体强度，发泡珠粒闭孔结构也受到影响，二次发泡珠粒填充回弹率有所降低。对比例3缺少硬脂酸的快速析出的润滑贡献，发泡珠粒存放较短时间内，其存在轻微摩擦噪音。对比例4缺少微晶石蜡的润滑贡献；发泡珠粒存放较短时间内，硬脂酸的析出润滑可有效抑制噪音；发泡珠粒存放超过90天，硬脂酸的析出量变少，且聚丙烯蜡还基本未析出，所以产生轻微噪音；随着存放时间越久，聚丙烯蜡开始初步析出，抑制噪音效果变好。对比例5缺少聚丙烯蜡的润滑贡献；发泡珠粒存放时间在180天内，硬脂酸及微晶石蜡的逐步析出润滑，可有效抑制噪音；发泡珠粒存放超过360天，硬脂酸及微晶石蜡的析出量变少，所以产生轻微噪音。对比例6缺少润滑贡献；发泡珠粒始终出现较大的摩擦噪音。对比例7因为微粒单重较轻，单个同倍率的发泡珠粒体积较小，相同体积的填充测试中(相同堆积体积)的发泡珠粒颗粒数更多，在回弹测试过程中珠粒间的接触面更多，珠粒间传导的回弹力容易损失，填充回弹率有所下降。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
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