溫州PBAT廠家
發布時間：2024-09-01 01:03:26
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年來綜合性能優異、可回收易降解的聚丙烯發泡材料已成為泡沫塑料家族中的“新寵”，是聚合物泡沫材料中增長速度快的品種。超臨界二氧化碳(CO2)發泡聚合物技術是制備聚丙烯微孔發泡材料的關鍵核心技術，近日華東理工大學化工學院趙玲教授團隊在該技術領域取得了實質性突破，成功開發了高性能聚丙烯微孔發泡材料綠色制備過程的優化和強化技術。聚合物發泡有物理發泡劑和化學發泡劑兩大類。化學發泡劑存在化學殘留、發泡過程難控制和不易獲得高發泡倍率等缺點;物理發泡劑中的氟氯烴類則對臭氧層有破壞作用，已逐漸被禁止和限制使用;而一些新型氟碳氫化合物的全球變暖潛能值仍相對較高，烷烴類發泡劑則易燃燒不安全。相比這些傳統的發泡劑，超臨界CO2發泡聚合物技術作為綠色制造技術，已被工信部列入我國優先發展的產業關鍵共性技術，而且CO2進入聚合物后會引起熔點、表面張力和黏度下降、結晶行為改變等一系列變化，可以制備微孔甚至納米泡孔材料。丙烯微孔發泡丙烯是結晶聚合物，低溫固態發泡受結晶限制，很難制備高發泡倍率產品;高溫發泡聚合物熔體強度不夠無法保持完整泡孔，可操作窗口窄。因，大規模制造具有穩定均勻泡孔形貌和外形尺寸的高發泡倍率微孔材料難度大。為了攻克這一難題，趙玲團隊聯合無錫會通、中石化北化院、浙江新恒泰、鎮海煉化等單位，在合適物料體系、可控工藝過程和高效工業裝備等方面開展了超臨界CO2發泡聚丙烯的優化、強化和工程化等系列工作，形成了“適合超臨界CO2發泡的聚丙烯專用料”“分步/分段發泡新工藝”“優化構建流場結構實現高效規模制備”三大技術創新。趙玲介紹，在低于流動溫度的可變形區發泡，既可突破結晶的制約，又能保證發泡材料微孔結構和外形尺寸穩定成型。基于這一發泡機制，他們開發了兼具較寬發泡溫度窗口和較強的CO2溶解擴散能力的聚丙烯發泡專用料，以及能改善泡孔結構和表觀形態的新型功能助劑/添加劑。CO2變壓飽和提高了過程效率和發泡倍率，氣泡成核和生長的分段實施減小了高壓設備體積;同時釜壓發泡、模壓發泡等高壓設備和聚合物預成型體的結構優化設計，保證了均勻的壓力場、溫度場和速度場，實現了低密度聚丙烯微孔發泡材料的規模制造和柔性生產。利用上述創新技術，項目團隊建設了2套年產3萬立方米模壓發泡裝置，實現了低密度聚丙烯微孔厚板的制造;新建了4套、優化改造了3套年產4萬~6萬立方米的釜壓發泡裝置，生產效率提高25%，成品率提高到99%以上，發泡專用料已在鎮海煉化生產，2016~2018年新增產值3.31億元、利稅1.09億元。此外，該團隊已獲得授權發明專利8件、實用新型專利8件;相關研究成果發表了46篇SCI/EI收錄論文。趙玲表示，超臨界CO2模壓發泡技術通用性強，除聚丙烯外，還可用于聚氨酯彈性體微孔發泡材料的生產，多種熱塑性聚合物及其復合材料的中試已經完成。采用該技術生產的聚丙烯發泡專用料，除可應用于汽車零部件和內飾、緩沖包裝等傳統領域，還可滿足兒童玩具、食品、醫療、家居用品等領域對綠色材料的需求。由于微孔賦予了聚丙烯獨特的性能，聚丙烯微孔發泡材料還可應用于更多的新興領域，如新能源汽車動力電池墊片、5G通信微波中繼天線罩、高檔汽車音響振膜、防彈衣背板等。
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國內聚丙烯行業正在被民營企業加速沖擊，有如洪水。中石化聚丙烯占比全國聚丙烯產能27%，中石油聚丙烯占比全國聚丙烯產能14%，東華能源、中景石化、寶豐能源、紹興三圓、巨正源等民營企業強勢來攻。2020年聚丙烯纖維料火得一塌糊涂，薄壁注塑料緊隨其后，熱成型料正被很多大企業緊緊盯住。石化熱成型T5015開發出系列化產品，T5015M成功銷往世界知名連鎖便利店品牌--日本全家集團，成為天津石化創效利器。T5015M產品在透明度、加工成型、食品接觸安全等方面性能優越，可廣泛應用于透明餐盒、沙拉碗、飲品杯等食品包裝的生產。下一步，全力進入當前高速發展的外賣包裝、速食包裝加工應用領域，不斷擴大中高端材料市場份額。中原石化開發生產磨砂不透明奶茶杯專用料PPR-M75N，這是繼PPR-MT75引領奶茶杯市場“健康美麗新風尚”營銷案例入選2020中國石化十大優品牌營銷案例之后，公司進一步豐富奶茶杯產品系列，滿足用戶個性化需求的又一創新。熱成型聚丙烯專用料幫助石化企業贏得了利潤，在外賣包裝和速食包裝中的應用增加，正成為“新貴”。東華能源王紅英博士將在“2020中國聚烯烴大會”演講報告：《熱成型專用聚丙烯樹脂的開發應用》近年來，隨著熱成型技術的發展，熱成型工藝在家用電冰箱內襯、汽車部件、建筑產品和小艇的外殼、化工容器等大型制品上的應用也日益增多。筆者介紹熱成型基本原理及特點、國內熱成型包裝市場概況、熱成型食品包裝用PP 概況以及PP 在熱成型包裝尤其食品包裝方面的應用情況。PP熱成型包裝應用聚丙烯微孔發泡1.1 杯子杯類主要為一次性杯子，如奶茶杯、冷飲杯、快餐杯等，主要用于快餐店、奶茶店、果凍制品廠等。原料主要以PP[23]材質為主，部分冷飲采用PET 材質。杯子主要以透明材質為主，季節性較強，主要用PP原料生產。1.2 耐熱餐盒一般的餐盒只盛放溫度不高的食品。但下游客戶也需要盛放剛出鍋的熱粥、熱湯等或是需要在高溫蒸汽下進行消毒。這都對樹脂原料提出了更高要求。PET，PS 不耐高溫。PP 耐熱性能較好，價格低廉，易得，所以成為原料。但一般PP 無法在高溫蒸汽下( ≥ 120℃ ) 不變形，且市場上無針對熱成型的專用料，客戶采用T30S 添加助劑改性，仍存在耐熱溫度不穩定、制品成難等問題。天津分公司研究院開發了耐高溫PP 熱成型專用料PPT5030，具有耐熱溫度高，成型方便，適用于正負壓吸塑成型的加工方式。1.3 蓋子主要制品包括碗蓋、餐盒蓋、杯蓋等，主要用于快餐店、奶茶店、蛋糕店等.蓋子以透明為主，PP 蓋子一般在熱飲中應用較多。1.4 食品內襯食品內襯主要用于餅干、薯片、花生、餃子、湯圓的包裝，外面還會有一層包裝，主要使用于速食品廠。目前國內食品內襯以透明為主，另外還有乳白色等。一般餃子、湯圓等速凍產品的保存溫度為–4℃左右，PET 和PP 都是較合適的材質，常溫下使用的零食托盤以PET，PS 和PP 為主，廠家根據喜好及價格選擇。目前未發現可替代熱成型托盤在食品內襯領域應用的替代品。綜上可見，PP 在熱成型食品包裝方面的應用越來越普遍，樹脂性能要適應熱成型加工方式的要求，如加工性能、力學性能、光學性能等，同時加工設備的改進提升，也會對樹脂性能提出更高的要求，二者相互促進，可生產出更多滿足用戶需求的PP 熱成型制品。熱成型食品包裝用PP特點及發展熱成型技術已成為PP 繼注射、擠出、吹塑之后，又一重要的加工方式，世界主要PP 生產廠商針對這一市場提供了多個商業化的PP 牌號。表2 列出世界主要PP 生產商部分商業化PP 熱成型專用料牌號。國外熱成型專用料多為均聚物，透明無規共聚物較少，且部分牌號進口周期長，國內下游熱成型廠商較少使用進口料。熱成型制品廠商現有片材生產以600 mm 寬片材為主，隨成型機工藝的進步，片材寬度日益提高，寬可達1 000 mm 以上，因此對片材的抗熔垂能力提出更高要求。下游制品行業內解決方法為普通PP 添加一定比例的高密度聚乙烯(PE–HD) 以提高片材耐熔垂性能，但此方式將帶來混料不均、制品透明性受限等問題。國內熱成型行業對具有高性能、超高透明度的PP 原料需求日益迫切。
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利用化學改性非交聯法和單螺桿擠出機，采用一步法擠出工藝研制了汽車內飾用聚丙烯（PP）微發泡料。以均聚PP和共聚PP為基礎樹脂，考察了影響PP發泡的主要因素（如引發劑、發泡劑的用量、擠出溫度等）。結果表明，具有良好性能的PP微發泡專用料的配方（質量份數）：均聚PP為40.00份，共聚PP為60.00份，過氧化二特丁烷為0.18份，過氧化二異丙苯為0.02份，改性劑為0.50份，碳酸鈣為0.50份，發泡劑AC為 0.40份。以其制備的微發泡片材泡孔直徑小于50μｍ，泡孔密度可達個／cm3。關鍵詞： 聚丙烯 微發泡 汽車內飾件 專用料 聚丙烯（PP）發泡材料具有質輕、耐高溫、綠色環保、易注射成型、成型周期短和成本低等優點。隨著汽車輕量化的發展，PP發泡材料在汽車內飾件上的應用越來越多。普通 PP發泡制品表觀質量不理想，僅適用于需表面附皮的高端車，汽車用PP發泡材料主要為質量更好的 化學微發泡材料［1-3］。化學微孔發泡材料的泡孔是直徑為十幾到數十微米，封閉微孔泡以小于50μｍ 為佳。目前國內行業實際生產水平大多在80～350μｍ，國外也只有美國、意大利、日本等少數幾個國家能生產。本工作利用化學改性非交聯法，以均聚PP和共聚PP共混物為基礎樹脂，采用一步法工藝研制出了性能符合相關指標要求的汽車內飾件用 PP 低 倍微發泡專用料，以其制備的微發泡片材泡孔直徑小于50μｍ，泡孔密度可達個／cm3。聚丙烯微孔發泡１ 試驗部分1.1 主要原料 均聚PP（記作 PP1），熔體流動速率（MFR）為3.0g/（10min），中國石化齊魯分公司；共聚PP（記作PP2），MFR為2.0g/（10min），中國石化齊魯分公司；抗氧劑，168和1010，上海汽巴高橋化學有限公司；過氧化二特丁烷（DBP），過氧化二特丁烷（DBP），過氧化二異丙苯（DCP），二乙烯基苯，偶氮二甲酰胺（發泡劑AC），液體石蠟，江蘇強盛功能化學股份有限公司；發泡改性劑DMS-10，自制。1.2 儀器設備 RC300C型轉矩流變儀，德國HAAKE公 司；CMT450料試驗 機，天水三斯有限公司；∮25單螺桿擠出機，德國BRABENDER公司；AH-2奧林巴斯顯微鏡，日本奧林巴斯公司。1.3 試樣制備工藝 混料：將樹脂、過氧化物、改性劑、抗氧劑、成核劑和發泡劑按配比稱量，投入10L高速攪拌機，低速混合1min，高速混合2min出料，料溫不 高于50℃。擠出發泡：擠出機設置溫度180～200℃，機頭溫度195℃，距機頭30cm 處加壓輥將發泡片壓平，取樣待用。1.4 測試表征拉伸強度按照GB/T1040.3—2006測試，采用4型試樣，拉伸速度為50mm／min；彎曲強度和彎曲模量按GB/T9341—2000測試，寬度25mm；沖擊強度按GB/T1843—2008測試；表觀密度按GB/T6343—2009測試；泡孔密度按方法測試。２ 結果與討論.1 引發劑的選擇以PP1/PP2質量 比2/3共混物做基礎樹脂，DBP和DCP不同配比的混合物0.2份做引發劑，測試體系的熔體強度和觀察發泡片質量，結果見表1。DBP/DCP對發泡片表面質量的影響 注：擠出口模厚度0.6mm，寬度50mm。由表1看出，DBP和DCP都能提高PP熔體強度，但片材表面和泡孔均勻性不同，隨DCP含量增加，擠出片材表面質量變差，泡孔變得不均勻；DCP雖有利于提高熔體強度，但比例不宜過大，以不超過引發劑總質量分 數20％為宜。這是由于DCP分解溫度低于PP加工溫度，擠出反應時，DCP和PP還沒有完全混合均勻就大量分解，短時間內產生大量PP自由基，導致 PP部分交聯，形成局部高強度熔體，熔體強度的不均勻性導致發泡不均勻，形成凹凸不平的表面。以PP1/PP2質量比2/3共混物做基礎樹脂，選取 DBP／DCP質量比90/10，考察引發劑用量和發泡性能的關系，結果見圖1。1 引發劑含量與發泡性能關系由圖1可看出，隨引發劑含量增加，單位體積泡孔數量先增加后基本不變；而發泡材料表觀密度逐漸降低，因此總引發劑含量不宜低于0.15份。這是由于當引發劑含量低時，引發劑濃度不足，PP接枝率不高，熔體強度不足，難以包裹住氣體，泡孔較大，并有部分泡孔破裂，導致發泡片密度較高；隨引發劑含量增加，PP接枝程度提高，熔體強度相應增加，氣泡在膨脹過程中，泡壁不易破裂，形成致密均勻的泡孔，單位體積泡孔數量增加，材料密度下降；隨引發劑含量進一步提高，熔體強度高于氣泡膨脹的動力，使氣泡不能充分膨脹，導致發泡片密度略有提高。.2 發泡劑的選擇與用量圖2是發泡劑 AC含量與發泡材料表觀密度及其泡孔密度的關系。由看出，起初隨發泡劑AC含量的增加，發泡材料表觀密度降低，泡孔密度提高，這是由于發泡劑分解產生的氣體隨其用量增加而增加，部分未分解的發泡劑在熔體中也起了發泡成核劑的作用。但在發泡劑含量增加到0.5份時，發泡材料表觀密度反而回升，泡孔密度下降。這是由于隨發泡劑含量的進一步提高，熔體中氣體含量過多，氣泡膨脹加劇，導致部分泡孔破裂合并，氣體溢出，于是發泡材料表觀密度又提高，泡孔密度下降。由還可看出，發泡劑的合適用量為0.3～0.5份。
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POE是乙烯和辛烯的共聚物，其中共聚單體辛烯（C8H16）的含量為20%-30%。分子結構中辛烯的存在破壞了乙烯的結晶，但是同時也賦予共聚物優良的透明性和良好的彈性。在常溫下乙烯的結晶作為物理交聯點，在高溫下乙烯解結晶使共聚物具有塑性。窄的分子量分布使POE具有較高的拉伸強度和抗沖擊性等。由于辛烯的支化作用，使得共聚物的熱敏性大大提高，大大增強了聚合物的可加工性。與EPDM和EPR相比，α-烯烴在共聚單體中的比重較小，大大減少了分子骨架上的叔氫原子，這使得POE的耐熱氧老化性能大大提高。POE具有優異的性能 (特別是高耐熱氧老化性)，價格相對便宜，因此是一種應用前景廣闊的新型彈性體材料。但是POE熱塑性彈性體材料在實際應用中存在的最大問題就是熱變形溫度較低（熱變形溫度<80℃），這大大限制了該材料的應用領域。熱塑性彈性體POE在高溫下，乙烯結晶相的消失，可能會導致某些性能（模量、耐溶劑性）等發生突變。使用交聯、填充增強等方法可以大幅度提高該材料的使用溫度并改善其它性能。適當的硫化體系和補強體系能有效的提高POE硫化膠的性能，而且通過橡塑共混改性的方法，也可以獲得一種新型POE復合材料，可期望用其代替某些如EPDM等橡膠改性PP，應用于長期處在高負荷、高應變、高溫等苛刻工作環境的橡膠制品中。茂金屬聚烯烴彈性體（Metallocene catalyzed polyolefin elastomer）是杜邦-陶氏(DuPont Dow)彈性體公司采用限定幾何構型催化技術(CGCT) 和INSITE 工藝制成的新型聚烯烴彈性體材料。限定幾何構型催化技術是當今世界上最先進的茂金屬技術之一，它能極其嚴格的控制材料的分子結構，制得加工性能和使用性能優良的所需材料。茂金屬催化劑催化效率高、工藝適應性強和制得產品性能優異，因此很快進入了工業化階段。Engage POE具有相對分子量分布窄、聚合物結構可控、聚合物分子可剪裁等一系列特點，其產品具有優異的物理機械性能和加工性能，具有其它高聚物無法比擬的優點。近來，新型聚烯烴彈性體Engage POE越來越受到科研工作者和生產企業的廣泛關注。采用溶液法聚合工藝生產的茂金屬聚乙烯彈性體是在茂金屬催化體系作用下由乙烯和α-烯烴的共聚物，α-烯烴一般為1-己烯和1-辛烯。DOW Chemical公司按照共聚單體含量將POE進行分類，辛烯在共聚單體中含量<20%，密度為0.895g/cm3~0.915g/cm3的彈性體稱為聚烯烴塑性體（POP）；辛烯在共聚單體中含量>20%，在20%-30%之間，密度為0.865~0.895g/cm3，稱為聚烯烴彈性體（POE）商品名為Engage。Exxon化學公司的彈性體一般特指乙丙橡膠。在聚合過程POE分子鏈中的樹脂相（聚乙烯鏈）結晶區起到了物理交聯點的作用，一定量辛烯的引入削弱了聚乙烯鏈結晶區，形成了橡膠相從而成為具有橡膠彈性的無定型區，使得POE成為一種性能優異的熱塑性彈性體[9]。微觀結構決定聚合物的宏觀性能，與傳統聚合方法制備的聚合物相比，聚烯烴彈性體POE具有很窄的分子量分布和短支鏈結構，因而具有高彈性、高強度、高伸長率等優異的物理機械性能和的優異的耐低溫性能。窄的分子量分布使材料在注射和擠出加工過程中不宜產生撓曲，因而POE材料的加工性能優異。又由于POE大分子鏈的飽和結構，分子結構中所含叔碳原子相對較少，因而具有優異的耐熱老化和抗紫外線性能。另外，CGCT技術的應用還能夠有效控制在聚合物線形短支鏈支化結構中引入長支鏈，使材料的透明度提高，同時有效的改善了聚合物的加工流變性能。