負離子LDPE泡沫塑料的開發(fā)與研究

王偉 孟慶華 王鵬飛

(泰山體育產(chǎn)業(yè)集團，山東 德州，253600)

負離子LDPE泡沫塑料的開發(fā)與研究

王偉 孟慶華 王鵬飛

(泰山體育產(chǎn)業(yè)集團，山東 德州，253600)

以低密度聚乙烯(LDPE)為主體、負離子粉為填料、偶氮二甲酰胺(AC)為發(fā)泡劑，制備了負離子LDPE泡沫塑料。對負離子LDPE泡沫塑料的負離子釋放量、力學(xué)性能、泡孔結(jié)構(gòu)、分散性進行了研究。結(jié)果表明，當負離子粉質(zhì)量分數(shù)大于2%時，負離子LDPE泡沫塑料負離子釋放量可超過1 500個/cm3，負離子粉質(zhì)量分數(shù)在5%時負離子LDPE泡沫塑料綜合性能最優(yōu)。

負離子粉 低密度聚乙烯 泡沫塑料 力學(xué)性能 負離子釋放量 泡孔結(jié)構(gòu) 分散性

負離子系列產(chǎn)品，不僅僅是一種概念，而是一種對人體健康非常有益的遠紅外輻射材料。若能將負離子釋放功能引入到聚烯烴泡沫塑料，勢必帶來良好的效果。

目前對于聚烯烴類泡沫塑料的研究，主要集中于其應(yīng)用與制備方法、力學(xué)改性方面。而對于可以起到凈化空氣、緩解疲勞的研究甚少。在聚烯烴類泡沫塑料中引入負離子釋放功能，應(yīng)用于瑜伽墊、爬爬墊、汽車內(nèi)飾、建筑保溫，可以有效地改善空氣質(zhì)量。本工作是在低密度聚乙烯(LDPE)中添加負離子粉，用偶氮二甲酰胺(AC)為發(fā)泡劑，以期研制出性能良好的負離子LDPE泡沫塑料。

1 試驗部分

1.1 原料

主要原料見表1。

*負離子粉為以含硼為特征的鋁、鈉、鐵、鋰環(huán)狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽物質(zhì)，供貨商已利用鋁酸酯偶聯(lián)劑進行表面處理,5種負離子粉分別命名為5萬、4萬、3萬、2千、1千。

1.2 試驗設(shè)備

密煉機，K-100，韓國金山密煉機；切粒機，QLG-1，張家港市明塑機械有限公司；擠出機，SH-100，如皋市華強塑料化工機械廠；水平發(fā)泡爐，SP150，上海永未發(fā)泡爐設(shè)備廠；萬能拉力試驗機，UTM6000，深圳三思縱橫科技有限公司；負離子檢測儀，AIC-2M，美國Alphalab公司；掃描電子顯微鏡，ZEISSEVO18，德國蔡司；硬度計，LX-C，上海六菱橡膠微孔硬度計；天平，F(xiàn)A1204B，上海精科天美貿(mào)易有限公司；游標卡尺，91521，世達工具有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 母料的制備

根據(jù)制品要求確定制粒配方,分別把LDPE與負離子粉等助劑按造粒配方比例稱重,按工藝要求的投料順序和混煉時間在密煉機密煉混合，把混煉好的料團放入造粒機的料斗;按要求的擠出工藝參數(shù)和工藝流程擠出,然后風冷模面切粒、兩級旋風筒冷卻，后振動篩篩選和進一步冷卻，進入儲料筒，稱重，打包，貼標簽，入庫。常用母粒的種類大致分為發(fā)泡母粒、填充母粒、交聯(lián)母粒、負離子母粒、色母粒等。

1.3.2 擠出片材

將各母粒與LDPE按照配方工藝單在單螺桿擠出機中擠出片材，六段擠出機溫控：115，115，116，116，115，113 ℃。

1.3.3 高溫發(fā)泡

擠出片材置于水平發(fā)泡爐進行發(fā)泡，發(fā)泡爐溫控：一區(qū)水平預(yù)熱100 ℃、二區(qū)交聯(lián)段溫控為145 ℃，風機轉(zhuǎn)速850 r/min；三區(qū)發(fā)泡段溫控為210 ℃，風機轉(zhuǎn)速1 250 r/min。

1.4 性能測試

負離子釋放量按JC/T 1016—2006測試；表觀密度按泡沫塑料和橡膠GB/T 6343-2008測試；拉伸性能按GB/T 6344-2008測試。

1.5 工藝流程

LDPE泡沫塑料生產(chǎn)流程見圖1。

2 結(jié)果討論

試驗過程中均以30倍發(fā)泡倍率LDPE泡沫塑料的基本配方進行。

2.1 負離子粉對LDPE泡沫塑料負離子釋放特性影響

負離子粉作為市售產(chǎn)品，有多種不同型號，型號的不同以及添加量的變化都對LDPE泡沫塑料負離子釋放量產(chǎn)生明顯的影響。試驗對5種型號負離子粉進行了研究，結(jié)果見圖2。

從圖2看出，伴隨著負離子粉添加量的增加，LDPE泡沫塑料的負離子釋放量逐漸增加，最高可達2 500 個/cm3，完全可以達到相當于森林田野的負離子釋放水平。當添加量較少時，由于負離子粉于LDPE泡沫塑料表層的含量較少，其釋放量很低，不足以提供足夠高的負離子含量；當添加量較高時，單位LDPE泡沫塑料中負離子粉含量增加，從而負離子釋放量大大增加；與此同時，不同負離子粉釋放效率也不同，高釋放量的負離子粉在添加量少的情況下就能達到很高的負離子釋放量。

2.2 溫度對LDPE泡沫塑料負離子釋放性能影響

以添加質(zhì)量分數(shù)5%的5萬負離子粉為例，對溫度變化對LDPE泡沫塑料負離子釋放能力的影響進行研究，將LDPE泡沫塑料試樣(50 cm×50 cm)在溫度1條件下放置5 min，后移入溫度2條件下1 min進行測試,結(jié)果見表2。

從表2可以看到，溫度變化對LDPE泡沫塑料的負離子釋放量影響很大，從溫度1移入溫度2條件下，溫度越高、溫差越大負離子釋放量越大。

室溫25 ℃下將試樣用橡皮刷進行摩擦，改變摩擦?xí)r間及壓力大小，來考察摩擦壓力對負離子LDPE泡沫塑料負離子釋放性能的影響，結(jié)果見表3。從表3可以看出，伴隨摩擦?xí)r間的延長，摩擦施加力的增大，LDPE泡沫塑料負離子釋放性能會有所增加。

2.3 負離子釋放功能的空間效應(yīng)

在無空氣流動的室內(nèi)空間內(nèi)，室溫下放置一具有負離子釋放功能的LDPE泡沫塑料(5萬負離子粉質(zhì)量分數(shù)5%)。利用負離子測試儀對其垂直距離的負離子含量進行檢測，結(jié)果見圖3。

從圖3可以看到，隨著距離增加，空氣中的負離子含量呈現(xiàn)正比例下降。對于鋪放有釋放量在2 000個/cm3以上LDPE泡沫塑料運動墊、瑜伽墊、爬爬墊等的區(qū)域，在2 m的高度上，空氣中的負離子含量可達到1 200個/cm3以上，達到清潔空氣的水平。

2.4 負離子粉對LDPE泡沫塑料力學(xué)性能的影響

對制樣進行性能測試，結(jié)果見表4。

注：用5萬負離子粉。

從表4可看出，隨著負離子粉添加量的增加，LDPE泡沫塑料產(chǎn)品的密度逐漸增大，硬度逐漸增大。這是由于負離子粉屬于礦物質(zhì)粉，其密度遠遠大于LDPE的，伴隨添加量的增加，其密度與硬度都會相應(yīng)的變大；而其拉伸強度，在質(zhì)量分數(shù)小于10%時，拉伸強度隨其添加量增加而提高，當大于10%時拉伸強度降低；斷裂伸長率隨著負離子粉添加量的增加逐漸降低。

2.5 負離子粉對LDPE泡沫塑料泡孔結(jié)構(gòu)的影響

利用掃描鏡對LDPE泡沫塑料進行泡孔結(jié)構(gòu)觀察，圖4為含質(zhì)量分數(shù)0，5%，10%負離子粉的LDPE泡沫塑料掃描電鏡照片。

從圖4可以看出，不添加負離子粉時[如圖4(a)]，30倍LDPE泡沫塑料作為高發(fā)泡倍率材料，其泡孔相對來說比較大，且泡孔不規(guī)則，均勻性不夠；伴隨負離子粉添加量的增多，負離子粉在配方體系中起到AC發(fā)泡劑發(fā)泡成核劑的作用，其泡孔結(jié)構(gòu)更加地均勻、堅挺，如圖4(b)；負離子粉的添加量繼續(xù)增加，作為一種無機礦物質(zhì)填料，過多的添加對LDPE基體樹脂的泡孔孔壁的強度起到減弱的作用，出現(xiàn)相應(yīng)的泡孔破裂、串孔等現(xiàn)象，如圖4(c)。由此可以看出，適當?shù)奶砑迂撾x子粉在達到負離子釋放功能的同時，可以改善LDPE泡沫塑料泡孔結(jié)構(gòu)，增強其力學(xué)性能。

2.6 負離子粉在LDPE泡沫塑料中的分散性

對添加質(zhì)量分數(shù)5%負離子粉的LDPE泡沫塑料進行掃描電鏡觀察，如圖5。

由圖5可見經(jīng)鋁酸酯偶聯(lián)劑處理的負離子粉于LDPE泡沫塑料中的分散均勻，無團聚現(xiàn)象。

3 結(jié)論

LDPE發(fā)泡材料體系中加入負離子粉可制備出負離子LDPE泡沫塑料，隨著負離子粉釋放能力的增強，其負離子釋放量會逐漸提高；伴隨著負離子粉添加量的增加，負離子釋放量正比例增強；在負離子LDPE泡沫塑料產(chǎn)品使用過程中，溫度、摩擦、壓力等外部環(huán)境的變化可增強其負離子釋放功效；伴隨垂直高度的增大，其負離子含量會逐漸降低，具有明顯的空間效應(yīng)。當添加5萬負離子粉質(zhì)量分數(shù)5%時，其泡孔結(jié)構(gòu)均勻堅挺，可以在釋放性能與力學(xué)綜合性能上達到最優(yōu)。

高速杯模機

據(jù)“www.ptonline.com”報道，在2015年5月5日—9日在米蘭舉行的2015年塑料展覽會上，意大利AMUT集團展示了其新的AMP850W-GP熱成型機。該機器配有50腔模具，該機器生產(chǎn)速度可達110 000杯/h，生產(chǎn)的聚丙烯(PP)杯質(zhì)量3.2 g，直徑為73.5 mm。在能源效率和材料的節(jié)約方面該機處于領(lǐng)先地位。該熱成型機可以配備可部分計數(shù)的零件計數(shù)攝像機。

Tosaf公司推出延長溫室薄膜壽命紫外吸收色母粒

據(jù)“Additives for Polymers,2015,(4)：2”報道，以色列的添加劑、色母粒和復(fù)合生產(chǎn)商Tosaf推出一款名為 uv4120pe 新型色母粒。添加少量該色母粒就可以大大延長紫外線吸收溫室薄膜的使用壽命。Tosaf公司聲稱，通過對大量的薄膜加速老化測試，發(fā)現(xiàn)添有該色母粒薄膜的耐老化性明顯優(yōu)于添加傳統(tǒng)穩(wěn)定劑薄膜的。

(以上由中國石化揚子石油化工有限公司南京研究院

杜雪娟供稿)

Development and Research of Negative Ions LDPE Foam

Wang Wei Meng Qinghua Wang Pengfei

(Tai Shan Sports Industry Group, Dezhou, Shandong,253600)

Negative ions LDPE foam was prepared with LDPE as the main part, the negative ion powder as filler, and AC as foaming agent. Negative ions release, mechanical properties, cellular structures and dispersity of the negative ions LDPE foam were studied. The results show that the negative ions release of the negative ions LDPE foam is more than 1 500 numbers/cm3when the content of negative ions power is more than 2%.The comprehensive performance of the negative ions LDPE foam is optimal when the content of negative ions power is 5%.

negative ions power; low density polyethylene; foam; mechanical properties; negative ions release; cellular structures; dispersity

2014-06-11;修改稿收到日期:2015-04-24。

王偉，男，材料學(xué)專業(yè)碩士研究生，主要從事熱固性樹脂、脲醛樹脂、環(huán)氧樹脂預(yù)浸料、聚乙烯發(fā)泡塑料、人造草坪、碳纖維自行車等研究。E-mail：skywangwei2008@163.com。