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發布時間：2021-12-19 01:24:01
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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[3]。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。.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[21]，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)[22] 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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與傳統注塑制品相比，微孔發泡注塑制品具有質量更輕、翹曲和內部殘余應力更少、尺寸穩定性好、成型周期短等一系列優點。目前，欠注發泡成型是微孔注塑技術中應用為廣泛的工藝之一，具有操作簡單、效率高、能夠生產復雜制件，且能耗少，符合節約材料，降低成本這一發展理念，滿足發泡產品市場化的需求。然而，欠注發泡成型工藝也存在發泡制品內部泡孔易發生大量變形，泡孔尺寸分布不均勻，所得制品表面存在大量的氣痕、銀紋等缺陷，制約了其力學性能的提高和外觀視覺，阻礙了欠注發泡制品的進一步應用。家復合改性聚合物材料工程技術研究中心的何力團隊采用自主研發的氣體反壓裝置，利用化學欠注發泡工藝研究氣體反壓（GCP）對微孔注塑過程中發泡行為的影響。研究發現，采用氣體反壓可以減少發泡注塑制品的泡孔變形以及不均勻等缺點，改善了泡孔的形態。丙烯微孔發泡實驗方法將PP、發泡劑(AC)、發泡助劑[Zn(St)2／ZnO]按照98.5∶1∶0.5的比例混合均勻后加入料筒中進行塑化。然后打開氣體反壓裝置，在型腔中分別注入固定的GCP為0，0.2，0.4，0.6，0.8?MPa的氣體，隨后按照表1的工藝參數注射熔融樹脂進行發泡，冷卻后，取出PP發泡樣品。GCP對充模過程中熔體壓力的影響熔體注射完后，熔體壓力瞬間達到大值。隨著GCP從0增加至0.8?MPa，熔體內部大壓力從1.55?MPa增大到2.16?MPa，注射完成后，隨著氣體的排出，熔體壓力瞬間下降，隨著冷卻收縮，熔體壓力逐漸趨于0?MPa。由此可知，GCP可以明顯地提高熔體充模過程中的熔體壓力，改善欠注發泡過程中的熔體壓力環境。CP對泡孔質量的影響在沒有施加氣體反壓時，由于熔體流動速率遠大于泡孔的膨脹速率，泡孔發生流動剪切變形，導致末端位置的泡孔在皮層區域受到剪切作用時間和作用力較大，在流動方向上出現很大的變形，泡孔發生撕裂合并現象，泡孔形貌極不規則，而中間區域的泡孔形態受到剪切力較小，呈現規整圓形形態。同時發現，隨著GCP的增大，皮層附近撕裂變形的泡孔區域變小，熔體內部芯層泡孔從橢圓形向規整圓形形態轉變，規則泡孔區域所占比例增大，泡孔之間呈現獨立分布。當GCP達到0.8?MPa時，皮層附近泡孔呈現出相對較好的圓形形態，此時整體泡孔的變形較小。是因為GCP可以有效地降低泡孔在充模過程中受到的流動剪切作用，GCP值越大，泡孔在遷移過程中受到熔體壓力越大，泡孔受到熔體的約束力大，泡孔不易發生變形。GCP對結構參數的影響CP對泡孔結構參數的影響如下圖所示。可知，在常壓下泡孔的非變形層(也就是規則泡孔區)厚度僅占整個樣品厚度的10.9%；隨著GCP的增大，泡孔的非變形層所占比例逐漸升高，GCP為0.8 MPa時，升高至26.7%。而泡孔變形層區域厚度所占比例隨著GCP的增大而大幅度下降，從63.7%下降到45.4%，這說明GCP可以減小泡孔變形層，增大規則泡孔區域范圍。對變形層的泡孔變形度進行統計，如下圖所示，泡孔的平均長度隨著GCP的增加，整體呈現減小的趨勢，泡孔的平均寬度隨著GCP的增加而逐漸增大，泡孔的變形度隨GCP的增大而減小，由常壓下0.530的泡孔變形度降低到GCP為0.8?MPa下的0.304泡孔變形度，即GCP可以減小泡孔長度與寬度的差距，使變形區的泡孔變形程度減小。對不同GCP下泡孔非變形層的泡孔直徑進行統計，見圖c，隨著GCP的增加，當GCP為0.2?MPa時泡孔直徑略有減小，但隨著GCP的進一步增大，泡孔直徑從36.09?μm增大到41.93?μm。這是因為GCP的增大使得熔體的壓力也隨之增大，使得泡孔的成核臨界能壘升高，泡孔的成核速率下降，泡孔在充模過程中受到流動場的影響減弱，更多的氣體在卸壓階段促進泡孔的生長，因此熔體壓力越大，泡孔直徑越大。
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摘要：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 照參考文獻［４］所述方法測試。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。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。由圖2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。由圖2還可看出，發泡劑的合適用量為0.3～0.5份。
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概述聚丙烯微孔發泡新材料(Microcellular Polypropylene foam), 簡稱MPP，是特指泡孔尺寸小于100微米的聚丙烯多孔發泡材料(更嚴格地定義是泡孔尺寸小于10微米，泡孔密度大于10的9次方個/cm3)。由于材料內部大量微米級泡孔的存在，MPP具有優異的減震、緩沖、隔熱和吸聲等性能，可廣泛應用于包裝、交通工具、箱包、體育器材等領域，是傳統EVA、PU、PS發泡材料、EPE和EPP的替代物。丙烯微孔發泡性能與應用應用超臨界二氧化碳技術(supercritical carbon dioxide) 制備MPP，在高溫高壓下將二氧化碳氣體導入聚丙烯材料基體，并誘導其成核、發泡，形成含有大量微米尺度泡孔的微孔發泡材料。發泡過程清潔無污染，發泡制品衛生環保。發泡過程PP材料未發生交聯，因此可回收循環使用。聚丙烯（PP）本身是無毒材料，是目前嬰兒奶瓶和可微波加熱餐盒的常用材料。清潔衛生的MPP特別適合于醫療器械、食品等包裝材料衛生等級要求較高的領域。也可應用于兒童拼圖、玩具等對產品健康要求較高的領域，代替常用的由AC發泡劑制造的交聯PE泡沫，EVA泡沫。PP是半結晶聚合物，其熔點一般150~170℃。相比于耐溫只有70~80℃的PE、PS、PU發泡材料，MPP的使用溫度可達120℃，因此MPP特別適合高溫包裝、高溫保溫等領域。MPP集增強、隔熱和降噪為一體，也特別適用于對材料輕量化要求較高的領域，如汽車、軌道交通，船舶，風機葉片等。輕質高強的MPP厚板作為結構泡沫使用，代替傳統的結構泡沫如PVC/PU互穿結構泡沫、PET結構泡沫等，特別是作為三明治夾芯復合材料的芯材使用。 MPP微米尺度的泡孔賦予材料的特別之處有：(1) 同等發泡倍率(或表觀密度)下，由于泡孔較小，微孔發泡材料的機械性能損失較小。這意味著使用MPP可以更加節約材料，更加降低制品重量和體積。(2) 由于泡孔尺寸在1-100μm之間可控，MPP可以被剖切成厚度小于0.1mm的超薄片材，而片材表面不會穿孔，可應用于微電子器件的包裝。(3) 由于表面大量微米級泡孔的存在，MPP適合作為液晶顯示器背光模組的反射板，提高漫反射率。(4) 微米尺度的泡孔有效降低了泡孔內氣體的對流，從而有效降低了由空氣對流引起的熱傳遞。因此高倍率的微孔發泡材料具有較低的、依賴于泡孔結構的長期穩定的低導熱系數。(5) 輕質高強的MPP片材適合于作為揚聲器振膜使用。6) 同樣由于其微米尺度的泡孔，MPP具有極佳的表面保護性能，可應用于液晶面板等防要求較高的包裝領域。