一种具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料及其制备方法.pdf

摘要
申请专利号：	CN201711344077.0	申请日：	20171215
公开号：	CN108164814A	公开日：	20180615
当前法律状态：		有效性：	审查中
法律详情：
IPC分类号：	C08L23/12,C08L23/14,C08K3/34,C08K7/24,C08K3/04,C08K3/26,C08K3/36,C08K3/38,C08J9/14,C08J9/12	主分类号：	C08L23/12,C08L23/14,C08K3/34,C08K7/24,C08K3/04,C08K3/26,C08K3/36,C08K3/38,C08J9/14,C08J9/12
申请人：	中国科学院长春应用化学研究所
发明人：	唐涛,邱健,邢海平,姜治伟,李明罡,王凯,薛俭
地址：	130022 吉林省长春市朝阳区人民大街5625号
优先权：	CN201711344077A
专利代理机构：	长春菁华专利商标代理事务所(普通合伙)	代理人：	南小平
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内容摘要

一种具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料及其制备方法，属于发泡材料技术领域。解决了如何提供一种过程简单，设备要求低，能够实现材料泡孔梯度变化的泡沫材料的制备方法。本发明的方法，先将不同熔体强度的聚丙烯分别与成核剂混合，然后经多层共挤出、拉丝、切粒，得到具有多层分布的聚丙烯树脂颗粒，或者分别经挤出机挤出、拉丝、切粒，得到多种不同组成的聚丙烯树脂颗粒，分别模压成片材后，叠加熔融模压，得到具有多层分布的聚丙烯树脂片材；最后将多层颗粒或多层片材进行发泡，得到泡沫材料。该泡沫材料具有泡孔结构呈梯度变化的特点，可有效实现聚丙烯泡沫材料的功能化，降低成本，拓宽材料在汽车、食品、医用等领域的应用的方法。 1

权利要求书

1.具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料的制备方法，其特征在于，该制备方法是取不同熔体强度的聚丙烯分别与成核剂混合，加入多层共挤出设备，同时向多层共挤出设备中通入发泡剂，多层共挤出的同时进行发泡，得到具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料；或者，该制备方法包括以下步骤：1)取不同熔体强度聚丙烯分别与成核剂混合，经多层共挤出、拉丝、切粒，得到具有多层分布的聚丙烯树脂颗粒；或者，取不同熔体强度聚丙烯分别与成核剂混合，分别经挤出机挤出、拉丝、切粒，得到多种不同组成的聚丙烯树脂颗粒，将不同组成的聚丙烯树脂颗粒分别模压成片材，将片材叠加在模具中，熔融模压，得到具有多层分布的聚丙烯树脂片材；2)将具有多层分布的聚丙烯树脂颗粒或具有多层分布的聚丙烯树脂片材进行发泡，得到具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料；所述成核剂的质量均占聚丙烯和成核剂总质量的0.02％-5％。 2.根据权利要求1所述的具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，聚丙烯与成核剂混合的同时，还添加添加剂。 3.根据权利要求2所述的具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料的制备方法，其特征在于，所述添加剂为抗氧剂，抗氧剂的质量占聚丙烯、成核剂和抗氧剂总质量的0.2％-0.3％。 4.根据权利要求1所述的具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯为均聚聚丙烯或共聚聚丙烯。 5.根据权利要求1所述的具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料的制备方法，其特征在于，所述成核剂为滑石粉、碳酸钙、白炭黑、石墨烯、高岭土、碳纳米管、硼酸锌、蒙脱土中的一种或多种按任意比例的混合。 6.根据权利要求1所述的具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料的制备方法，其特征在于，所述多层的层数n≥3。 7.根据权利要求1所述的具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述发泡为釜压发泡或模压发泡。 8.根据权利要求7所述的具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料的制备方法，其特征在于，所述发泡为釜压发泡，过程为：将具有多层分布的聚丙烯树脂颗粒置于反应釜中，通入发泡剂，先控制釜内压力2-20Mpa，温度125-180℃，饱和0.5h-2h，然后在具有多层分布的聚丙烯树脂颗粒完全熔融温度以下，快速卸压，得到密度为0.02g/cm-0.5g/cm的梯度孔结构的发泡粒子，再将发泡粒子加入成型机，在水蒸汽压力0.2-0.4Mpa下成型，得到聚丙烯泡沫材料；所述发泡剂为二氧化碳、氮气、空气、丁烷、戊烷中的一种或多种。 9.根据权利要求7所述的具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料的制备方法，其特征在于，所述发泡为模压发泡，过程为：将具有多层分布的聚丙烯树脂片材填充到平板硫化机模具中，先在温度130-180℃，通入发泡剂，在压力2-20Mpa下，饱和0.5-2h，然后在具有多层分布的聚丙烯树脂片材完全熔融温度以下，快速卸压，得到密度为0.02g/cm-0.5g/cm的具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料；所述发泡剂为二氧化碳、氮气、空气、丁烷、戊烷中的一种或多种。 10.权利要求1-9任何一项所述的具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料的制备方法制备的具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料。

说明书

技术领域

本发明属于聚合物发泡材料技术领域，具体涉及一种具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料及其制备方法。

背景技术

功能梯度材料是将两种或两种以上具有不同性质的原材料，通过采用不同以往的复合技术控制构成材料的要素(组成、结构)沿某一方向呈连续变化，从而使材料的性质和功能也呈梯度变化的新型材料。梯度孔隙材料作为功能梯度材料的一种，它是一种沿着某个方向材料的孔隙率呈现梯度式的变化的材料。这种具有梯度结构材料在自然界中大量存在，竹子、木材和骨骼等都具有典型的梯度多孔结构，其中孔隙结构致密的部分使材料具有足够的强度，孔隙结构疏松部分则能降低材料的密度。

当前，随着核能、电子、光学、化学、电磁学、生物医学等领域对各种功能材料性能要求的不断提高，功能梯度材料的设计为各种材料性能制备的实现提供了可能。梯度孔隙材料不仅具有满足材料应用领域不同部位具有不同的结构与性能要求的特点，同时在功能上具有增强吸声、电磁波屏蔽、多功能分离或吸收膜效果等特点。

目前，梯度多孔材料在陶瓷及金属领域研究较多，高分子材料领域研究则较少。目前制备方法主要集中在以下几种：层层叠加法、控制发泡剂含量梯度法、控制发泡温度梯度法、致孔剂梯度分布法，各种方法均有各自的缺点，如层层叠加法的叠加界面问题，控制发泡剂含量法、发泡温度梯度法的条件苛刻要求，孔剂梯度法的致孔剂的残留问题。因此，寻求一种工艺简单、设备要求低、基体材料容易控制的方法制备泡孔径梯度变化的聚合物多孔材料变得更为迫切。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料及其制备方法，该方法过程简单，设备要求低，实现材料泡孔梯度变化，使得材料具有良好的成型性，赋予材料独特功能性、优异的物理性能的特点。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料的制备方法，是取不同熔体强度聚丙烯分别与成核剂混合，加入多层共挤出设备，同时向多层共挤出设备中通入发泡剂，多层共挤出的同时进行发泡，得到具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料；

或者，该制备方法包括以下步骤：

1)取不同熔体强度聚丙烯分别与成核剂混合，经多层共挤出、拉丝、切粒，得到具有多层分布的聚丙烯树脂颗粒；

或者，取不同熔体强度聚丙烯分别与成核剂混合，分别经挤出机挤出、拉丝、切粒，得到多种不同组成的聚丙烯树脂颗粒，将不同组成的聚丙烯树脂颗粒分别模压成片材，将片材叠加在模具中，熔融模压，得到具有多层分布的聚丙烯树脂片材；

2)将具有多层分布的聚丙烯树脂颗粒或具有多层分布的聚丙烯树脂片材进行发泡，得到具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料；

所述成核剂的质量均占聚丙烯和成核剂总质量的0.02％-5％。

优选的是，所述发泡剂为二氧化碳、氮气、空气、丁烷、戊烷中的一种或多种。

优选的是，聚丙烯与成核剂混合的同时，还添加添加剂。

优选的是，所述添加剂为抗氧剂，抗氧剂的质量占聚丙烯、成核剂和抗氧剂总质量的0.2％-0.3％。

优选的是，所述聚丙烯为均聚聚丙烯或共聚聚丙烯。

优选的是，所述成核剂为滑石粉、碳酸钙、白炭黑、石墨烯、高岭土、碳纳米管、硼酸锌、蒙脱土中的一种或多种按任意比例的混合。

优选的是，所述多层的层数n≥3。

优选的是，步骤2)中，所述发泡为釜压发泡或模压发泡。

优选的是，所述发泡为釜压发泡，过程为：

将具有多层分布的聚丙烯树脂颗粒置于反应釜中，通入发泡剂，先控制釜内压力2-20Mpa，温度125-180℃，饱和0.5h-2h，然后在具有多层分布的聚丙烯树脂颗粒完全熔融温度以下，快速卸压，得到密度为0.02g/cm3-0.5g/cm3的梯度孔结构的发泡粒子，再将发泡粒子加入成型机，在水蒸汽压力0.2-0.4Mpa下成型，得到聚丙烯泡沫材料；

所述发泡剂为二氧化碳、氮气、空气、丁烷、戊烷中的一种或多种。

优选的是，所述发泡为模压发泡，过程为：

将具有多层分布的聚丙烯树脂片材填充到平板硫化机模具中，先在温度130-180℃，通入发泡剂，在压力2-20Mpa下，饱和0.5-2h，然后在具有多层分布的聚丙烯树脂片材完全熔融温度以下，快速卸压，得到密度为0.02g/cm3-0.5g/cm3的具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料；

所述发泡剂为二氧化碳、氮气、空气、丁烷、戊烷中的一种或多种。

上述具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料的制备方法制备的聚丙烯泡沫材料。

本发明的原理是：聚合物的泡孔结构来源于聚合物发泡过程的成核与泡孔的增长，成核剂的加入有利于泡孔的成核，成核剂的加入量对于成核点的多少有直接的影响，在一定添加量内，成核剂增加，成核点数目增多，孔径减小。聚丙烯改性，熔体强度提高，成核点数目增多。对于发泡过程的泡孔增长，聚丙烯基体的熔体粘弹性越高，对泡孔增长的束缚力越高，有利于形成闭孔材料，且泡孔直径越小。同样的气体量，控制熔体粘弹性，可调控泡孔的尺寸增长。因此，利用聚丙烯熔体强度与成核剂的加入调控形成梯度分布复合材料体系，发泡后可以制备出具有梯度孔特征的的聚丙烯发泡材料。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明的具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料的制备方法，选择的聚丙烯基体材料为同一种基体树脂改性后得到的聚丙烯，因此可以避免共混体系性综合性能下降的问题，保证了聚丙烯泡沫材料耐温性、机械性能等。

2、本发明的具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料的制备方法，主要通过聚丙烯熔体强度结合成核剂调控梯度孔结构，因此在发泡条件上对条件温度压力控制、设备选择上限制较少，过程简单，设备要求低。

3、本发明的具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料的制备方法，采用了添加成核剂的办法，选择多种不同成核剂的加入，在泡孔结构与无机粒子的协同作用下，实现了聚丙烯泡沫材料的功能化，如力学性能、热性能呈梯度变化，降低成本，拓宽材料在汽车、食品、医用等领域的应用。

附图说明

图1为实施例3所制备的具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料的断面梯度孔SEM图。

具体实施方式

以下对本发明的优选实施进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合实施例进一步说明本发明。

实施例1

具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料的制备方法：

1)将三种不同熔体强度的聚丙烯树脂和抗氧剂B215，分别与不同的成核剂混合喂料，经挤出机多层共挤出、拉丝、切粒，得到具有三层分布的聚丙烯树脂颗粒；

其中，不同熔体强度的聚丙烯由相同基体树脂(基体树脂为均聚聚丙烯，大庆石化T30S)改性得到，熔体强度分别为2cN、9cN和20cN；成核剂分别为滑石粉、碳纳米管和石墨烯，添加量分别为0.05％、0.1％、0.5％；抗氧剂B215的添加量均为0.2wt％。

2)将具有三层分布的聚丙烯树脂颗粒置于反应釜，通入氮气作为发泡剂，控制釜内压力5Mpa，温度145℃饱和时间2h，以3℃/min升温至发泡温度163℃，平衡3min，快速卸压，得到密度为0.12g/cm3的具有三层梯度孔结构发泡粒子，然后将发泡粒子加入成型机，在水蒸汽压力0.35Mpa下成型，得到聚丙烯泡沫材料。

实施例2

具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料的制备方法：

其中，不同熔体强度的聚丙烯由相同基体树脂(基体树脂为均聚聚丙烯，大庆石化T30S)改性得到，熔体强度分别为2cN、8cN和26cN；成核剂分别为滑石粉、碳纳米管和石墨烯，添加量分别为0.03％、0.3％、0.9％；抗氧剂B215的添加量均为0.2wt％。

2)将具有三层分布的聚丙烯树脂颗粒置于反应釜，通入发泡剂CO2，控制釜内压力10Mpa，温度135℃下饱和1.5h，以3℃/min升温至发泡温度155℃，平衡3min后快速卸压，得到密度为0.08g/cm3的梯度孔结构发泡粒子，然后将发泡粒子加入成型机，在水蒸汽压力0.3Mpa下成型，得到聚丙烯泡沫材料。

实施例3

具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料的制备方法：

1)将三种不同熔体强度的聚丙烯树脂和抗氧剂B215，分别与不同的成核剂混合喂料，分别经挤出机挤出、造粒，得到不同组成的聚丙烯树脂颗粒，将不同组成的聚丙烯树脂颗粒分别模压，得到不同组成的聚丙烯片材，熔融叠加，得到具有三层分布的聚丙烯树脂片材；

其中，不同熔体强度的聚丙烯由相同基体树脂(基体树脂为均聚聚丙烯，大庆石化T30S)改性得到，熔体强度分别为3cN、5cN和15cN；成核剂分别为碳酸钙、白炭黑和高岭土，添加量分别为0.02％、0.08％、0.8％；抗氧剂B215的添加量均为0.3wt％；

2)将具有三层分布的聚丙烯树脂片材填充到平板硫化机模具中，在温度130℃，发泡剂空气压力15MPa下，饱和0.5h，以3℃/min升温至发泡温度150℃，平衡3min后，快速卸压，得到密度为0.03/cm3的具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫。

图1为实施例3所制备的具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料的断面梯度孔SEM图。从图1可以看出，本发明制备的聚丙烯泡沫材料确实具备梯度泡孔结构。

实施例4

具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料的制备方法：

1)将四种不同熔体强度的聚丙烯树脂和抗氧剂B215，分别与相同的成核剂混合喂料，经挤出机多层共挤出、拉丝、切粒，得到具有四层分布的聚丙烯树脂颗粒；

其中，不同熔体强度的聚丙烯由相同基体树脂(基体树脂为共聚聚丙烯，燕山石化PP4220)改性得到，熔体强度分别为2cN、12cN、16cN、25cN；成核剂为硼酸锌，成核剂添加量分别为0.05％、0.07％、1.2％、5％；抗氧剂B215的添加量均为0.3wt％。

2)具有四层分布的聚丙烯树脂颗粒填充到平板硫化机模具中，在温度125℃，发泡剂空气压力12MPa下，饱和0.8h，以3℃/min升温至发泡温度150℃，平衡3min后，快速卸压，得到密度0.045g/cm3四层梯度孔特征的聚丙烯发泡材料。

实施例5

具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将三种不同熔体强度的聚丙烯树脂和抗氧剂B215，分别与相同的成核剂混合喂料，经挤出机多层共挤出、拉丝、切粒，得到具有三层分布的聚丙烯树脂颗粒；

其中，不同熔体强度的聚丙烯由相同基体树脂(基体树脂为均聚聚丙烯，大庆石化T30S)改性得到，熔体强度分别为2cN、8cN和18cN；成核剂为碳酸钙，添加量分别为0.3％、0.3％、0.3％；抗氧剂B215的添加量均为0.2wt％。

2)将具有三层分布的聚丙烯树脂颗粒置于反应釜，通入发泡剂丁烷，控制釜内压力2Mpa，温度180℃下饱和0.5h，在发泡温度150℃下，快速卸压，得到密度为0.5g/cm3的梯度孔结构发泡粒子，然后将发泡粒子加入成型机，在水蒸汽压力0.2Mpa下成型，得到聚丙烯泡沫材料。

实施例6

具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料的制备方法：

其中，不同熔体强度的聚丙烯由相同基体树脂(基体树脂为均聚聚丙烯，大庆石化T30S)改性得到，熔体强度分别为5cN、8cN和15cN；成核剂分别为碳酸钙、白炭黑和高岭土，添加量分别为0.06％、0.08％、0.6％；抗氧剂B215的添加量均为0.2wt％；

2)将具有三层分布的聚丙烯树脂片材填充到平板硫化机模具中，在温度180℃，发泡剂空气压力20MPa下，饱和2h，发泡温度145℃下，快速卸压，得到密度为0.3/cm3的具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫。

实施例7

具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料的制备方法：

将三种不同熔体强度的聚丙烯树脂和抗氧剂B215，分别与相同的成核剂混合喂料，加入多层共挤出设备，同时向多层共挤出设备中通入发泡剂空气，多层共挤出的同时进行发泡，得到聚丙烯泡沫材料。

其中，聚丙烯树脂为相同基体树脂改性后的不同熔体强度的聚丙烯(基体树脂为均聚聚丙烯，大庆石化T30S)，熔体强度分别为2cN、8cN和18cN；成核剂为碳酸钙，添加量分别为0.3％、0.3％、0.3％；抗氧剂B215的添加量均为0.2wt％。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

资源描述

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201711344077.0 (22)申请日 2017.12.15 (71)申请人中国科学院长春应用化学研究所地址 130022 吉林省长春市朝阳区人民大街5625号 (72)发明人唐涛邱健邢海平姜治伟李明罡王凯薛俭 (74)专利代理机构长春菁华专利商标代理事务所(普通合伙) 22210 代理人南小平 (51)Int.Cl. C08L 23/12(2006.01) C08L 23/14(2006.01) C08K 3/34(2006.01) C08K 7/24(2。

2、006.01) C08K 3/04(2006.01) C08K 3/26(2006.01) C08K 3/36(2006.01) C08K 3/38(2006.01) C08J 9/14(2006.01) C08J 9/12(2006.01) (54)发明名称一种具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料及其制备方法 (57)摘要一种具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料及其制备方法，属于发泡材料技术领域。解决了如何提供一种过程简单，设备要求低，能够实现材料泡孔梯度变化的泡沫材料的制备方法。本发明的方法，先将不同熔体强度的聚丙烯分别与成核剂混合，然后经多层共挤出、拉丝、切粒，得。

3、到具有多层分布的聚丙烯树脂颗粒，或者分别经挤出机挤出、拉丝、切粒，得到多种不同组成的聚丙烯树脂颗粒，分别模压成片材后，叠加熔融模压，得到具有多层分布的聚丙烯树脂片材；最后将多层颗粒或多层片材进行发泡，得到泡沫材料。该泡沫材料具有泡孔结构呈梯度变化的特点，可有效实现聚丙烯泡沫材料的功能化，降低成本，拓宽材料在汽车、食品、医用等领域的应用的方法。权利要求书2页说明书5页附图1页 CN 108164814 A 2018.06.15 CN 108164814 A 1.具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料的制备方法，其特征在于，该制备方法是取不同熔体强。

4、度的聚丙烯分别与成核剂混合，加入多层共挤出设备，同时向多层共挤出设备中通入发泡剂，多层共挤出的同时进行发泡，得到具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料；或者，该制备方法包括以下步骤： 1)取不同熔体强度聚丙烯分别与成核剂混合，经多层共挤出、拉丝、切粒，得到具有多层分布的聚丙烯树脂颗粒；或者，取不同熔体强度聚丙烯分别与成核剂混合，分别经挤出机挤出、拉丝、切粒，得到多种不同组成的聚丙烯树脂颗粒，将不同组成的聚丙烯树脂颗粒分别模压成片材，将片材叠加在模具中，熔融模压，得到具有多层分布的聚丙烯树脂片材； 2)将具有多层分布的聚丙烯树脂颗粒或具有多层分布的聚丙烯树。

5、脂片材进行发泡，得到具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料；所述成核剂的质量均占聚丙烯和成核剂总质量的0.02-5。 2.根据权利要求1所述的具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，聚丙烯与成核剂混合的同时，还添加添加剂。 3.根据权利要求2所述的具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料的制备方法，其特征在于，所述添加剂为抗氧剂，抗氧剂的质量占聚丙烯、成核剂和抗氧剂总质量的0.2-0.3。 4.根据权利要求1所述的具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯为均聚聚丙烯或共聚聚丙烯。 5.根据权利要求1所述的具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料的。

6、制备方法，其特征在于，所述成核剂为滑石粉、碳酸钙、白炭黑、石墨烯、高岭土、碳纳米管、硼酸锌、蒙脱土中的一种或多种按任意比例的混合。 6.根据权利要求1所述的具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料的制备方法，其特征在于，所述多层的层数n3。 7.根据权利要求1所述的具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述发泡为釜压发泡或模压发泡。 8.根据权利要求7所述的具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料的制备方法，其特征在于，所述发泡为釜压发泡，过程为：将具有多层分布的聚丙烯树脂颗粒置于反应釜中，通入发泡剂，先控制釜内压力2- 20Mpa，温度12。

7、5-180，饱和0.5h-2h，然后在具有多层分布的聚丙烯树脂颗粒完全熔融温度以下，快速卸压，得到密度为0.02g/cm3-0.5g/cm3的梯度孔结构的发泡粒子，再将发泡粒子加入成型机，在水蒸汽压力0.2-0.4Mpa下成型，得到聚丙烯泡沫材料；所述发泡剂为二氧化碳、氮气、空气、丁烷、戊烷中的一种或多种。 9.根据权利要求7所述的具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料的制备方法，其特征在于，所述发泡为模压发泡，过程为：将具有多层分布的聚丙烯树脂片材填充到平板硫化机模具中，先在温度130-180，通入发泡剂，在压力2-20Mpa下，饱和0.5-2h，然后。

8、在具有多层分布的聚丙烯树脂片材完全熔融温度以下，快速卸压，得到密度为0.02g/cm3-0.5g/cm3的具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料；所述发泡剂为二氧化碳、氮气、空气、丁烷、戊烷中的一种或多种。权利要求书 1/2 页 2 CN 108164814 A 2 10.权利要求1-9任何一项所述的具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料的制备方法制备的具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料。权利要求书 2/2 页 3 CN 108164814 A 3 一种具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料及其制备方法技术领域 0001 本发明属于聚合物发泡材料技术领域，具体涉及一种具有梯度孔结构的聚丙烯泡。

9、沫材料及其制备方法。背景技术 0002 功能梯度材料是将两种或两种以上具有不同性质的原材料，通过采用不同以往的复合技术控制构成材料的要素(组成、结构)沿某一方向呈连续变化，从而使材料的性质和功能也呈梯度变化的新型材料。梯度孔隙材料作为功能梯度材料的一种，它是一种沿着某个方向材料的孔隙率呈现梯度式的变化的材料。这种具有梯度结构材料在自然界中大量存在，竹子、木材和骨骼等都具有典型的梯度多孔结构，其中孔隙结构致密的部分使材料具有足够的强度，孔隙结构疏松部分则能降低材料的密度。 0003 当前，随着核能、电子、光学、化学、电磁学、生物医学等领域对各种功能材料。

10、性能要求的不断提高，功能梯度材料的设计为各种材料性能制备的实现提供了可能。梯度孔隙材料不仅具有满足材料应用领域不同部位具有不同的结构与性能要求的特点，同时在功能上具有增强吸声、电磁波屏蔽、多功能分离或吸收膜效果等特点。 0004 目前，梯度多孔材料在陶瓷及金属领域研究较多，高分子材料领域研究则较少。目前制备方法主要集中在以下几种：层层叠加法、控制发泡剂含量梯度法、控制发泡温度梯度法、致孔剂梯度分布法，各种方法均有各自的缺点，如层层叠加法的叠加界面问题，控制发泡剂含量法、发泡温度梯度法的条件苛刻要求，孔剂梯度法的致孔剂的残留问题。因此，寻求一种。

11、工艺简单、设备要求低、基体材料容易控制的方法制备泡孔径梯度变化的聚合物多孔材料变得更为迫切。发明内容 0005 针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料及其制备方法，该方法过程简单，设备要求低，实现材料泡孔梯度变化，使得材料具有良好的成型性，赋予材料独特功能性、优异的物理性能的特点。 0006 为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案： 0007 具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料的制备方法，是取不同熔体强度聚丙烯分别与成核剂混合，加入多层共挤出设备，同时向多层共挤出设备中通入发泡剂，多层共挤出的同时进行发泡，。

12、得到具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料； 0008 或者，该制备方法包括以下步骤： 0009 1)取不同熔体强度聚丙烯分别与成核剂混合，经多层共挤出、拉丝、切粒，得到具有多层分布的聚丙烯树脂颗粒； 0010 或者，取不同熔体强度聚丙烯分别与成核剂混合，分别经挤出机挤出、拉丝、切粒，得到多种不同组成的聚丙烯树脂颗粒，将不同组成的聚丙烯树脂颗粒分别模压成片材，将片材叠加在模具中，熔融模压，得到具有多层分布的聚丙烯树脂片材；说明书 1/5 页 4 CN 108164814 A 4 0011 2)将具有多层分布的聚丙烯树脂颗粒或具有多层分布的聚丙烯树脂片材进行发泡，得。

13、到具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料； 0012 所述成核剂的质量均占聚丙烯和成核剂总质量的0.02-5。 0013 优选的是，所述发泡剂为二氧化碳、氮气、空气、丁烷、戊烷中的一种或多种。 0014 优选的是，聚丙烯与成核剂混合的同时，还添加添加剂。 0015 优选的是，所述添加剂为抗氧剂，抗氧剂的质量占聚丙烯、成核剂和抗氧剂总质量的0.2-0.3。 0016 优选的是，所述聚丙烯为均聚聚丙烯或共聚聚丙烯。 0017 优选的是，所述成核剂为滑石粉、碳酸钙、白炭黑、石墨烯、高岭土、碳纳米管、硼酸锌、蒙脱土中的一种或多种按任意比例的混合。 0018 优选的是，。

14、所述多层的层数n3。 0019 优选的是，步骤2)中，所述发泡为釜压发泡或模压发泡。 0020 优选的是，所述发泡为釜压发泡，过程为： 0021 将具有多层分布的聚丙烯树脂颗粒置于反应釜中，通入发泡剂，先控制釜内压力 2-20Mpa，温度125-180，饱和0.5h-2h，然后在具有多层分布的聚丙烯树脂颗粒完全熔融温度以下，快速卸压，得到密度为0.02g/cm3-0.5g/cm3的梯度孔结构的发泡粒子，再将发泡粒子加入成型机，在水蒸汽压力0.2-0.4Mpa下成型，得到聚丙烯泡沫材料； 0022 所述发泡剂为二氧化碳、氮气、空气、丁烷、戊烷中的一种或多。

15、种。 0023 优选的是，所述发泡为模压发泡，过程为： 0024 将具有多层分布的聚丙烯树脂片材填充到平板硫化机模具中，先在温度130-180 ，通入发泡剂，在压力2-20Mpa下，饱和0.5-2h，然后在具有多层分布的聚丙烯树脂片材完全熔融温度以下，快速卸压，得到密度为0.02g/cm3-0.5g/cm3的具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料； 0025 所述发泡剂为二氧化碳、氮气、空气、丁烷、戊烷中的一种或多种。 0026 上述具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料的制备方法制备的聚丙烯泡沫材料。 0027 本发明的原理是：聚合物的泡孔结构来源于聚合物发泡过程的成核与泡孔。

16、的增长，成核剂的加入有利于泡孔的成核，成核剂的加入量对于成核点的多少有直接的影响，在一定添加量内，成核剂增加，成核点数目增多，孔径减小。聚丙烯改性，熔体强度提高，成核点数目增多。对于发泡过程的泡孔增长，聚丙烯基体的熔体粘弹性越高，对泡孔增长的束缚力越高，有利于形成闭孔材料，且泡孔直径越小。同样的气体量，控制熔体粘弹性，可调控泡孔的尺寸增长。因此，利用聚丙烯熔体强度与成核剂的加入调控形成梯度分布复合材料体系，发泡后可以制备出具有梯度孔特征的的聚丙烯发泡材料。 0028 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： 0029 1、本发明的具有梯度。

17、孔结构的聚丙烯泡沫材料的制备方法，选择的聚丙烯基体材料为同一种基体树脂改性后得到的聚丙烯，因此可以避免共混体系性综合性能下降的问题，保证了聚丙烯泡沫材料耐温性、机械性能等。 0030 2、本发明的具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料的制备方法，主要通过聚丙烯熔体强度结合成核剂调控梯度孔结构，因此在发泡条件上对条件温度压力控制、设备选择上限制较少，过程简单，设备要求低。说明书 2/5 页 5 CN 108164814 A 5 0031 3、本发明的具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料的制备方法，采用了添加成核剂的办法，选择多种不同成核剂的加入，在泡孔结构与无机粒子的协。

18、同作用下，实现了聚丙烯泡沫材料的功能化，如力学性能、热性能呈梯度变化，降低成本，拓宽材料在汽车、食品、医用等领域的应用。附图说明 0032 图1为实施例3所制备的具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料的断面梯度孔SEM图。具体实施方式 0033 以下对本发明的优选实施进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。 0034 以下结合实施例进一步说明本发明。 0035 实施例1 0036 具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料的制备方法： 0037 1)将三种不同熔体强度的聚丙烯树脂和抗氧剂B215，分别与不同的成核剂混合喂料，经挤出机。

19、多层共挤出、拉丝、切粒，得到具有三层分布的聚丙烯树脂颗粒； 0038 其中，不同熔体强度的聚丙烯由相同基体树脂(基体树脂为均聚聚丙烯，大庆石化 T30S)改性得到，熔体强度分别为2cN、 9cN和20cN；成核剂分别为滑石粉、碳纳米管和石墨烯，添加量分别为0.05、 0.1、 0.5；抗氧剂B215的添加量均为0.2wt。 0039 2)将具有三层分布的聚丙烯树脂颗粒置于反应釜，通入氮气作为发泡剂，控制釜内压力5Mpa，温度145饱和时间2h，以3/min升温至发泡温度163，平衡3min，快速卸压，得到密度为0.12g/cm3的具有三层梯度孔结构发泡粒。

20、子，然后将发泡粒子加入成型机，在水蒸汽压力0.35Mpa下成型，得到聚丙烯泡沫材料。 0040 实施例2 0041 具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料的制备方法： 0042 1)将三种不同熔体强度的聚丙烯树脂和抗氧剂B215，分别与不同的成核剂混合喂料，经挤出机多层共挤出、拉丝、切粒，得到具有三层分布的聚丙烯树脂颗粒； 0043 其中，不同熔体强度的聚丙烯由相同基体树脂(基体树脂为均聚聚丙烯，大庆石化 T30S)改性得到，熔体强度分别为2cN、 8cN和26cN；成核剂分别为滑石粉、碳纳米管和石墨烯，添加量分别为0.03、 0.3、 0.9；抗氧剂B215的添加量。

21、均为0.2wt。 0044 2)将具有三层分布的聚丙烯树脂颗粒置于反应釜，通入发泡剂CO2，控制釜内压力 10Mpa，温度135下饱和1.5h，以3/min升温至发泡温度155，平衡3min后快速卸压，得到密度为0.08g/cm3的梯度孔结构发泡粒子，然后将发泡粒子加入成型机，在水蒸汽压力 0.3Mpa下成型，得到聚丙烯泡沫材料。 0045 实施例3 0046 具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料的制备方法： 0047 1)将三种不同熔体强度的聚丙烯树脂和抗氧剂B215，分别与不同的成核剂混合喂料，分别经挤出机挤出、造粒，得到不同组成的聚丙烯树脂颗粒，将不同组成的聚丙。

22、烯树脂颗粒分别模压，得到不同组成的聚丙烯片材，熔融叠加，得到具有三层分布的聚丙烯树脂片说明书 3/5 页 6 CN 108164814 A 6 材； 0048 其中，不同熔体强度的聚丙烯由相同基体树脂(基体树脂为均聚聚丙烯，大庆石化 T30S)改性得到，熔体强度分别为3cN、 5cN和15cN；成核剂分别为碳酸钙、白炭黑和高岭土，添加量分别为0.02、 0.08、 0.8；抗氧剂B215的添加量均为0.3wt； 0049 2)将具有三层分布的聚丙烯树脂片材填充到平板硫化机模具中，在温度130，发泡剂空气压力15MPa下，饱和0.5h，以3/min升温至发泡温度。

23、150，平衡3min后，快速卸压，得到密度为0.03/cm3的具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫。 0050 图1为实施例3所制备的具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料的断面梯度孔SEM图。从图1可以看出，本发明制备的聚丙烯泡沫材料确实具备梯度泡孔结构。 0051 实施例4 0052 具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料的制备方法： 0053 1)将四种不同熔体强度的聚丙烯树脂和抗氧剂B215，分别与相同的成核剂混合喂料，经挤出机多层共挤出、拉丝、切粒，得到具有四层分布的聚丙烯树脂颗粒； 0054 其中，不同熔体强度的聚丙烯由相同基体树脂(基体树脂为共聚聚丙烯，燕山石化 PP4220)。

24、改性得到，熔体强度分别为2cN、 12cN、 16cN、 25cN；成核剂为硼酸锌，成核剂添加量分别为0.05、 0.07、 1.2、 5；抗氧剂B215的添加量均为0.3wt。 0055 2)具有四层分布的聚丙烯树脂颗粒填充到平板硫化机模具中，在温度125，发泡剂空气压力12MPa下，饱和0.8h，以3/min升温至发泡温度150，平衡3min后，快速卸压，得到密度0.045g/cm3四层梯度孔特征的聚丙烯发泡材料。 0056 实施例5 0057 具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料的制备方法，包括以下步骤： 0058 1)将三种不同熔体强度的聚丙烯树脂和抗氧剂B215。

25、，分别与相同的成核剂混合喂料，经挤出机多层共挤出、拉丝、切粒，得到具有三层分布的聚丙烯树脂颗粒； 0059 其中，不同熔体强度的聚丙烯由相同基体树脂(基体树脂为均聚聚丙烯，大庆石化 T30S)改性得到，熔体强度分别为2cN、 8cN和18cN；成核剂为碳酸钙，添加量分别为0.3、 0.3、 0.3；抗氧剂B215的添加量均为0.2wt。 0060 2)将具有三层分布的聚丙烯树脂颗粒置于反应釜，通入发泡剂丁烷，控制釜内压力2Mpa，温度180下饱和0.5h，在发泡温度150下，快速卸压，得到密度为0.5g/cm3的梯度孔结构发泡粒子，然后将发泡粒子加入成。

26、型机，在水蒸汽压力0.2Mpa下成型，得到聚丙烯泡沫材料。 0061 实施例6 0062 具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料的制备方法： 0063 1)将三种不同熔体强度的聚丙烯树脂和抗氧剂B215，分别与不同的成核剂混合喂料，分别经挤出机挤出、造粒，得到不同组成的聚丙烯树脂颗粒，将不同组成的聚丙烯树脂颗粒分别模压，得到不同组成的聚丙烯片材，熔融叠加，得到具有三层分布的聚丙烯树脂片材； 0064 其中，不同熔体强度的聚丙烯由相同基体树脂(基体树脂为均聚聚丙烯，大庆石化 T30S)改性得到，熔体强度分别为5cN、 8cN和15cN；成核剂分别为碳酸钙、白炭黑和高。

27、岭土，添加量分别为0.06、 0.08、 0.6；抗氧剂B215的添加量均为0.2wt；说明书 4/5 页 7 CN 108164814 A 7 0065 2)将具有三层分布的聚丙烯树脂片材填充到平板硫化机模具中，在温度180，发泡剂空气压力20MPa下，饱和2h，发泡温度145下，快速卸压，得到密度为0.3/cm3的具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫。 0066 实施例7 0067 具有梯度孔结构的聚丙烯泡沫材料的制备方法： 0068 将三种不同熔体强度的聚丙烯树脂和抗氧剂B215，分别与相同的成核剂混合喂料，加入多层共挤出设备，同时向多层共挤出设备中通入发泡剂空气，。

28、多层共挤出的同时进行发泡，得到聚丙烯泡沫材料。 0069 其中，聚丙烯树脂为相同基体树脂改性后的不同熔体强度的聚丙烯(基体树脂为均聚聚丙烯，大庆石化T30S)，熔体强度分别为2cN、 8cN和18cN；成核剂为碳酸钙，添加量分别为0.3、 0.3、 0.3；抗氧剂B215的添加量均为0.2wt。 0070 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。说明书 5/5 页 8 CN 108164814 A 8 图1 说明书附图 1/1 页 9 CN 108164814 A 9 。

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