专利名称：一种固态二氧化碳超临界发泡工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及热塑性聚合物的发泡工艺技术领域，特指一种固态二氧化碳超临界发泡工艺。
背景技术：
热塑性聚合物(热塑性塑料)通过发泡加工后，在塑料内部形成气泡孔，从而减轻塑料的重量，减少单位体积塑料的使用量，降低生产成本，以上两点是热塑性聚合物发泡工艺的优点。传统发泡工艺所产生的泡孔尺寸大，泡孔密度低，产品在使用性能方面受到诸多限制，而目前热塑性聚合物的微孔发泡工艺及其理论已非常成熟，微孔发泡工艺是利用气体在超临界状态下的特性，气体在超临界状态下能够迅速均匀扩散到塑料内部，在突然解除该种气体的超临界状态时，该气体即被包覆在塑料内部，形成极细的气泡孔。微孔发泡工艺所加工出来的产品内部包含有较好的泡孔结构，成型出来的气泡孔尺寸小，密度高，因此，微孔发泡工艺所加工出来的产品除具有传统发泡工艺的特点外，还具有多种使用性能，产品结构强度高，还具有隔热性能，可以作为建筑材料、隔热材料等使用，甚至可以代替部分金属材料而使用于各个行业中，其用途广泛。
虽然微孔发泡工艺理论已经成熟，使其在商业应用上和工业化生产上仍存在诸多不足，目前的微孔发泡工艺多使用高压二氧化碳气体，图1所示，其生产过程如下1、先将热塑性聚合物(塑料粒子)送入螺杆内进行加温熔融成液态状态；
2、利用高压设备将高压二氧化碳气体注入螺杆内，螺杆内为液态的热塑性聚合物与气态二氧化碳的两相溶液；3、增加压力，使二氧化碳气体处于超临界状态，二氧化碳气体溶解于液态热塑性聚合物中，成为单相溶液；4、降压成核，降低压力，解除二氧化碳气体的超临界状态，二氧化碳气体形成分散在液态热塑性聚合物内部的个体气泡核；5、降低温度，解除压力，气泡核在液态热塑性聚合物中成长，进行发泡；6、押出成型；7、发泡产品。
上述微孔发泡工艺中，二氧化碳气体是经高压设备注入，工厂内必需配备高压气体灌注设备，高压气体灌注设备成本高，同时，高压气体灌注设备属高压设备，设备具有一定的危险性，存在一定的安全隐患，需随时监测和维护，工厂运行成本高；二氧化碳气体的流量不易控制，产品质量难以控制；另外，在生产过程中，二氧化碳气体是直接灌注于液态的热塑性聚合物中，虽然在超临界状态下二氧化碳气体有很高的扩散性能，但气态的二氧化碳与液态热塑性聚合物溶混过程中，其比表面积小，溶混较难，溶混速率低，因此，气态二氧化碳与液态热塑性聚合物溶混仍是比较困难的，且溶混效果较差，生产效率较低。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足提供一种固态二氧化碳超临界发泡工艺，该种工艺简单，不需高压灌注设备，有效提高二氧化碳的扩散速率和溶解效率，且溶混效果好，提高生产效率，运行成本低，生产安全可靠。
为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的它包括以下步骤，
A、将碳酸氢钠与柠檬酸粉末混入塑料粒子中，其中，塑料粒子与碳酸氢钠的重量比为100∶0.5～3，塑料粒子与柠檬酸的重量比为100∶0.25～1.5；B、入料，将上述的塑料粒子送入注塑机的螺杆内；C、熔融，随着螺杆的推送，塑料粒子被加热熔融成液态塑胶，其中，压力为30～50Kg/cm2，温度为160℃～170℃，时间为3～4分钟；D、混炼，碳酸氢钠、柠檬酸的粉末经螺杆的搅拌与液态塑胶充分混炼，碳酸氢钠、柠檬酸的粉末与液态塑胶充分混合，其中，压力为50～160Kg/cm2，温度为165℃～175℃，时间为0.5～1.5分钟；E、发泡，增加压力、增加温度，碳酸氢钠和柠檬酸分解释放出二氧化碳气体，释放出来的二氧化碳处于超临界状态下，二氧化碳迅速扩散和溶解于液态塑胶中，二氧化碳与液态塑胶形成异相溶液后再转变为单相溶液，其中，压力为160Kg/cm2～220Kg/cm2，温度为190℃～205℃，时间为0.5～1.5分钟；F、降压降温，解除二氧化碳气体的超临界状态，二氧化碳气体在液态塑胶内成核，压力为140Kg/cm2～160Kg/cm2，温度为145℃～155℃，时间为0.5～1.5分钟；G、押出成型；H、产品。
所述的塑料粒子内加入有层状硅酸纳米级蒙脱土粉末，塑料粒子与层状硅酸纳米级蒙脱土的重量比为100∶0.25～1.5。
所述的C步骤的熔融工艺的最佳压力为40Kg/cm2，最佳温度为165℃，最佳时间为3分钟。
所述的D步骤的混炼工艺的最佳压力为150Kg/cm2，最佳温度为170℃，最佳时间为1分钟。
所述的E步骤的发泡工艺的最佳压力为200Kg/cm2，最佳温度为200℃，最佳时间为1分钟。
从上述技术方案可以看出，本发明是在塑料粒子(热塑性塑料)内混入一定比例的碳酸氢钠和柠檬酸粉末，塑料粒子被送入螺杆后，塑料粒子先被加热熔融成液态，而碳酸氢钠和柠檬酸粉末则融混在液态塑胶中，粉末与液态塑胶的融混效果好，且融混均匀，再升高其温度和压力时，碳酸氢钠和柠檬酸粉末则发生化学反应，分解出二氧化碳气体，此时的二氧化碳气体充满在塑胶溶液中，加上二氧化碳气体处于超临界状态，因此，与目前灌注方式的生产工艺相比，二氧化碳气体溶解于液态塑胶的比表面积更大，其扩散速率更快，溶解效果更好，提高生产效率；由于本发明的工艺不需高压灌注设备，生产更加安全可靠，设备成本低；另外，二氧化碳由粉末状的碳酸氢钠、柠檬酸分解产生，通过控制碳酸氢钠、柠檬酸的比例，即可以准确控制二氧化碳的使用量，简单方便，从而可以生产出符合设计要求的产品，工艺简单，且产品合格率高。综上所述，本发明工艺简单，不需高压灌注设备，溶混效果好，二氧化碳的使用量易控制，且有效提高二氧化碳的扩散速率和溶解效率，提高生产效率，运行成本低，生产安全可靠。
附图1为现有发泡工艺的流程框图；附图2为本发明的发泡工艺的流程框图。
具体实施例方式为进一步揭示本发明，以下结合附图2及具体实施例进行说明。
它包括以下步骤
A、将碳酸氢钠、柠檬酸和层状硅酸纳米级蒙脱土粉末混入塑料粒子中，并搅拌均匀。其中，塑料粒子为热塑性塑料，碳酸氢钠为工业用碳酸氢钠，碳酸氢钠与塑料粒子的重量比为100∶0.5～3；柠檬酸为成核剂，用于诱发气泡体的形成，同时，柠檬酸还有分散气泡和分散微孔的作用，使其在发泡过程中产生更多更小的气泡核，柠檬酸与塑料粒子的重量比为100∶0.25～1.5；在本实施例中，所述的塑料粒子中还加入有工业用的层状硅酸纳米级蒙脱土，层状硅酸纳米级蒙脱土与塑料粒子的重量比为100∶0.25～1.5，层状硅酸纳米级蒙脱土亦是一种成核剂。
B、入料，将上述的塑料粒子经注塑机送料口送入注塑机的螺杆内，由螺杆推送和搅拌。
C、熔融，随着螺杆的推送，塑料粒子被加热熔融成液态塑胶，此阶段中的温度和压力未到达碳酸氢钠与柠檬酸的分解条件，碳酸氢钠、柠檬酸和层状硅酸纳米级蒙脱土粉末仍为粉末状态存在于液态塑胶中，此阶段，压力为30～50Kg/cm2，温度为160℃～170℃，时间为3～4分钟；其中，最佳压力为40Kg/cm2，最佳温度为165℃，最佳时间为3分钟。
D、混炼，碳酸氢钠、柠檬酸和层状硅酸纳米级蒙脱土粉末经螺杆的搅拌与液态塑胶混炼，碳酸氢钠、柠檬酸和层状硅酸纳米级蒙脱土均为粉末状，因此，在碳酸氢钠、柠檬酸和层状硅酸纳米级蒙脱土粉末与液态塑胶充分混合时，碳酸氢钠、柠檬酸、层状硅酸纳米级蒙脱土粉末能与液态塑胶充分混合并均匀分散到液态塑胶中，不但混合均匀，而且混合速率快，融混效果好。此阶段，压力为50～160Kg/cm2，温度为165℃～175℃，时间为0.5～1.5分钟，其中，最佳压力为150Kg/cm2，最佳温度为170℃，最佳时间为1分钟。
E、发泡，增加压力、增加温度，螺杆内的温度和压力达到碳酸氢钠和柠檬酸到发生化学分解的条件，碳酸氢钠和柠檬酸分解，释放出二氧化碳气体，释放出来的二氧化碳处于超临界状态下，二氧化碳迅速扩散和溶解于液态塑胶中，二氧化碳与液态塑胶形成异相溶液并迅速转为单相溶液。由于碳酸氢钠和柠檬酸在分解前已非常均匀地分散在塑胶溶液中，二氧化碳气体一经分解释放出来即已非常均匀地存在于塑胶溶液中，被塑胶溶液所包容，再加上此时的二氧化碳处于超临界状态下，因此，二氧化碳能非常迅速地扩散到液态塑胶中并充分溶解在液态塑胶中，并最终形成单相溶液；在其溶解过程中，由于其比表面积大，因此，二氧化碳的扩散速率快，溶解效率高；此阶段，压力为160Kg/cm2～220Kg/cm2，温度为190℃～205℃，时间为0.5～1.5分钟，其中，最佳压力为200Kg/cm2，最佳温度为200℃，最佳时间为1分钟。
F、降压降温，解除二氧化碳气体的超临界状态，二氧化碳气体被包覆在在液态塑胶内，同时，二氧化碳气体分散并成核，在液态塑胶内形成高密度的气泡核；由于塑胶溶液中存在有柠檬酸，柠檬酸用于诱发气泡体的形成，使其在发泡过程中产生更多更小的气泡核，使本发明的工艺生产出的产品具有更理想的发泡效果；此阶段，压力为140Kg/cm2～160Kg/cm2，温度为145℃～155℃，时间为0.5～1.5分钟；其中，最佳压力为150Kg/cm2，最佳温度为150℃，最佳时间为1分钟。
G、押出成型，压力和温度瞬间解除，液态塑胶内的气泡核膨胀扩大；由于塑胶溶液中存在有层状硅酸纳米级蒙脱土，层状硅酸纳米级蒙脱土是一种成核剂，层状硅酸纳米级蒙脱土能在发泡过程中有效提高微孔的数量，使其在发泡过程中产生更多更小的气泡核，气泡核在塑料内成长为孔隙。
H、产品。
上述的实施例中，还可以使用双螺杆注塑机来进行生产，双螺杆的搅拌效果比单螺杆好，其溶混效果亦更好。
以上所述仅是本发明的较佳实施例，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。
权利要求
1.一种固态二氧化碳超临界发泡工艺，其特征在于它包括以下步骤，A、将碳酸氢钠与柠檬酸粉末混入塑料粒子中，其中，塑料粒子与碳酸氢钠的重量比为100∶0.5～3，塑料粒子与柠檬酸的重量比为100∶0.25～1.5；B、入料，将上述的塑料粒子送入注塑机的螺杆内；C、熔融，随着螺杆的推送，塑料粒子被加热熔融成液态塑胶，其中，压力为30～50Kg/cm2，温度为160℃～170℃，时间为3～4分钟；D、混炼，碳酸氢钠、柠檬酸的粉末经螺杆的搅拌与液态塑胶充分混炼，碳酸氢钠、柠檬酸的粉末与液态塑胶充分融混，其中，压力为50～160Kg/cm2，温度为165℃～175℃，时间为0.5～1.5分钟；E、发泡，增加压力、增加温度，碳酸氢钠和柠檬酸分解释放出二氧化碳气体，释放出来的二氧化碳处于超临界状态下，二氧化碳迅速扩散和溶解于液态塑胶中，二氧化碳与液态塑胶形成异相溶液后再转为单相溶液，其中，压力为160Kg/cm2～220Kg/cm2，温度为190℃～205℃，时间为0.5～1.5分钟；F、降压降温，解除二氧化碳气体的超临界状态，二氧化碳气体在液态塑胶内成核，压力为140Kg/cm2～160Kg/cm2，温度为145℃～155℃，时间为0.5～1.5分钟；G、押出成型；H、产品。
2.根据权利要求1所述的一种固态二氧化碳超临界发泡工艺，其特征在于所述的塑料粒子内加入有层状硅酸纳米级蒙脱土粉末，塑料粒子与层状硅酸纳米级蒙脱土的重量比为100∶0.25～1.5。
3.根据权利要求1所述的一种固态二氧化碳超临界发泡工艺，其特征在于所述的C步骤的熔融工艺的最佳压力为40Kg/cm2，最佳温度为165℃，最佳时间为3分钟。
4.根据权利要求1所述的一种固态二氧化碳超临界发泡工艺，其特征在于所述的D步骤的混炼工艺的最佳压力为150Kg/cm2，最佳温度为170℃，最佳时间为1分钟。
5.根据权利要求1所述的一种固态二氧化碳超临界发泡工艺，其特征在于所述的E步骤的发泡工艺的最佳压力为200Kg/cm2，最佳温度为200℃，最佳时间为1分钟。
全文摘要
本发明涉及热塑性聚合物的发泡工艺技术领域，特指一种固态二氧化碳超临界发泡工艺，本发明是在塑料粒子内混入一定比例的碳酸氢钠和柠檬酸粉末，塑料粉被送入螺杆后，塑料粒子先被加热熔融成液态，而碳酸氢钠和柠檬酸粉末则融混在液态塑胶中，再升高其温度和压力时，碳酸氢钠和柠檬酸粉末则发生化学反应，分解出二氧化碳气体，二氧化碳气体处于超临界状态，二氧化碳气体溶解于液态塑胶中形成单相溶液，最后降温、降压、发泡和押出成型，本发明工艺简单，不需高压灌注设备，融混效果好，二氧化碳的使用量易控制，且有效提高二氧化碳的扩散速率和融解效率，提高生产效率，运行成本低，生产安全可靠。
文档编号C08J9/08GK101089033SQ200710028410
公开日2007年12月19日 申请日期2007年6月5日 优先权日2007年6月5日
发明者张瑞洋 申请人:东莞市格羚塑胶有限公司