一种轻质微发泡包装材料的制作方法

本发明属于特种发泡材料，具体涉及一种轻质微发泡包装材料。

背景技术：

1、随着物流和电商的快速发展，对包装材料的要求越来越高。一方面，要求包装材料具有良好的缓冲防护功能，具备轻量化、绿色化、低成本化；另一方面包装材料要满足良好的强度支撑。

2、聚氯乙烯(pvc)具有来源丰富，价格低廉，应用广泛的特点，在建筑材料领域、包装材料领域具有巨大的发展潜力。如聚氯乙烯发泡板具有防潮、易于裁切等特点，在建筑、家具、装饰材料、广告展板等被广泛应用。在包装领域，聚氯乙烯替代高成本的聚乙烯、聚氨酯，具有更为绿色、低碳的特点。

3、发泡聚氯乙烯制作的包装材料应用极为广泛。它不但可以作为各种缓冲包装的衬垫，而且可以制作成箱体、托盘用于外卖保温箱、液晶屏等精密器件的包装周转箱等，具有轻便、耐用、防震的特点。但是，聚氯乙烯发泡材料的发泡工艺控制难度较大。由于聚氯乙烯塑性较差，熔体强度低，热塑加工使用较多的增塑剂，难以形成稳定的闭孔，通常的发泡呈细密凹凸状麻面，导致发泡材料支撑强度降低、易脆化冲击折断。尤其是在发泡体系中加入较多填料降低成本时，高填充会导致气体逃溢，产生不均的泡孔结构和粗糙的表面，进而影响发泡材料的品质，存在易折断、支撑强度变低、冲击易开裂等问题。基于此背景，本发明的开题研究目的旨在通过引入功能原料和工艺控制，促使闭孔均匀微泡形成，通过微发泡赋予包装材料优异的缓冲支撑性能。

技术实现思路

1、目前聚氯乙烯高填充发泡材料作为包装材料存在闭孔少、支撑强度低等缺陷，本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种轻质微发泡包装材料，通过在发泡层加入由sbs胶粉、低醇解度热塑性聚乙烯醇粉、发泡剂、无机成核剂配制复合发泡剂，sbs胶粉易于成膜，将完整包裹气泡，防止泡孔塌陷，避免纤维填料存在下的气体逃溢，以实现微发泡的目的；同时发泡材料表面设计薄膜层进一步提升发泡材料的品质。

2、为达成上述目的，采用的具体的技术方案为：

3、一种轻质微发泡包装材料，其特征在于：所述轻质微发泡包装材料为a-b-a结构的夹层微发泡材料；其中a为厚度0.02-0.2mm的聚氯乙烯薄膜层；b为厚度1-10mm的微发泡层；所述轻质微发泡包装材料由以下方法制备得到：

4、(1)a层料的预混：按重量份的配方设计，将聚氯乙烯100份、mbs树脂3-5份、增塑剂30-40重量份、耐热稳定剂1-3份、润滑助剂0.2-0.5份加入高速混合机均混，使增塑剂充分渗透聚氯乙烯，作为a层料备用；

5、(2)b层基料的预混：按重量份的配方设计，将聚氯乙烯100份、增塑剂15-20份、纤维状填料35-45份、发泡调节剂1-3份、热稳定剂1-3份、润滑助剂0.5-1份入高速混合机均混，作为b层基料备用；

6、(3)复合微发泡剂的预制：按重量份的配方设计，将sbs胶粉60-70份、无机成核剂20-30份、低醇解度热塑性聚乙烯醇粉5-10份、低温发泡剂2份、高温发泡剂3-5份加入高速混合机均混，作为复合微发泡剂备用；

7、(4)以三层共挤双螺杆挤出机作为挤出发泡设备，在上层挤出机、下层挤出机加入a层料挤出；中间层挤出机加入b层基料挤出，并在中间层挤出机的第六段通过失重称计量加入复合微发泡剂，复合微发泡剂的加入量为b层基料重量的20％；通过三层共挤双螺杆挤出机的热熔挤出，在t形模头处复合形成三层结构的复合层，经模口挤出发泡，拉伸、辊筒定型，形成a-b-a结构的轻质微发泡包装材料。

8、作为优选，步骤(1)中所述聚氯乙烯选择sg2、sg3、sg4中的至少一种；其具有良好的柔性和成膜性，分布在发泡材料的外层，一方面防止发泡时内层发泡层气体逃溢形成不稳定泡孔；另一方面，内层发泡层使用较多的纤维状无机粉体，通过外层良好的成膜层确保发泡材料外观平整无凹凸。

9、作为优选，步骤(1)中所述mbs树脂是甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物，其甲基丙烯酸甲酯的含量为60-70％。保证mbs与聚氯乙烯良好的相容分散形成均相。mbs不但改善聚氯乙烯的流动成膜性，而且用于发泡材料的外层，提升发泡材料的抗冲击性能，使得发泡材料用于包装材料时具有良好的抗冲性。

10、作为优选，步骤(1)、步骤(2)中所述增塑剂选择邻苯二甲酸二辛酯(dop)、邻苯二甲酸二异辛酯(diop)、邻苯二甲酸二丁酯(dbp)中的至少一种为主增塑剂，癸二酸二辛酯(dos)、环氧大豆油中的至少一种为副增塑剂，主增塑剂与副增塑剂按照质量比100：5-10配合使用。

11、作为优选，步骤(1)、步骤(2)中所述热稳定剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸钡中的至少一种。

12、作为优选，步骤(1)中所述润滑助剂采用硅酮粉、聚乙烯蜡中的至少一种作为外润滑剂；使用外润滑剂在发泡材料的外层，易得到表面光滑的发泡材料，同时可以提升发泡材料的斥水效果。

13、作为优选，步骤(2)中所述聚氯乙烯根据需要进行进行选择sg5、sg6、sg7中的至少一种。

14、作为优选，步骤(2)中所述润滑助剂采用硬脂酸酰胺、n,n-亚乙基双硬脂酰胺、油酸酰胺、三硬脂酸甘油酯中的至少一种作为内润滑剂；使用内润滑剂在发泡材料的内层，易于提升材料的挤出加工流动性。

15、作为优选，步骤(2)中所述发泡调节剂选择商品化的丙烯酸酯类发泡调节剂；发泡调节剂用于提高聚氯乙烯的加工流动性、熔体强度，促使发泡均匀细腻。

16、作为优选，步骤(2)中所述纤维状填料选择具有纤维状结构的针状硅灰石、硫酸钙晶须、海泡石纤维中的至少一种；纤维状填料一方面用于降低成本，另一方面在发泡材料中具有良好的缓冲、柔韧性以及支撑性。在发泡材料中，纤维状填充物相互牵缠交织在一起，在受到冲击时不容易断裂，有效增加发泡包装材料的包装支撑强度。

17、作为优选，步骤(3)中所述sbs胶粉选择粒径≤20μm；所述低醇解度热塑性聚乙烯醇粉为醇解度为80-85％的聚乙烯醇由增塑剂增塑得到；sbs胶粉是苯乙烯与丁二烯的嵌段共聚物，与低醇解度热塑性聚乙烯醇粉配合，在聚氯乙烯体系中具有良好的相容性、粘接性、弹性、热熔成膜性。通过与发泡剂、无机成核剂配制复合发泡剂，在挤出机后端，待聚氯乙烯与纤维填料完全分散后加入，sbs胶粉易于成膜，将完整包裹气泡，防止泡孔塌陷，避免纤维填料存在下的气体逃溢，以实现微发泡的目的。

18、作为优选，步骤(3)中所述无机成核剂选择粒径尺寸范围3-5μm的轻质碳酸钙。

19、作为优选，步骤(3)中所述低温发泡剂选择4,4-氧代双苯磺酰肼(obsh)、碳酸氢钠中的至少一种；所述高温发泡剂选择偶氮二甲酰胺(ac)。4,4-氧代双苯磺酰肼(obsh)、碳酸氢钠的发气量小，易于形成多而细腻的微泡，且发泡温度低，作为初始发泡，构建均匀的微泡；偶氮二甲酰胺发气量大，发泡温度高，进一步在高温时对已构建的微泡进行再发泡；通过设计发泡剂构成进行阶梯发泡，避免了一次大气量发泡造成泡壁破裂塌陷。

20、步骤(4)中的三层共挤双螺杆挤出机由温控表、电磁水阀内循环自动控制挤出温度，温度误差范围控制在±5℃；控温标准为：一段90℃；二段：100℃；三段：130℃；四段：130℃；五段：120℃；六段：110℃；七段：120℃；八段：140℃；九段：160℃；十段：180℃；模口：200℃。第六段通过失重称计量加入复合微发泡剂后，随着温度升高，发泡剂逐步发泡，进而形成稳定、均匀、细腻的微泡。

21、三层共挤可以通过独立的挤出单元进行熔融挤出，并在机头的模口处通过设计t型模头复合。这种设计确保了不同材料在发泡材料的不同层面。此外，通过调整每个挤出单元的转速和温度，可以精确控制每层塑料的厚度和流量，从而保证薄膜的质量和性能。

22、步骤(4)中经模口挤出发泡，a层、b层的厚度根据需要采用plc进行联动控制，通过plc精确控喂料量、拉伸牵引速度实现对挤出发泡各层的厚度控制；调整定型辊筒间隙，对最终产品的厚度精准确定。利用光电自动纠偏装置进行校正、裁边。

23、作为更广的应用范围，本发明轻质微发泡包装材料具有较宽的厚度范围，在厚度低于2.5mm时可以采取卷取的方式收集；在厚度高于2.5mm时可以裁切、堆叠的方式收集。

24、本发明一种轻质微发泡包装材料，通过原料的选择和复配以及工艺控制，在高填充时仍然能够微发泡形成微细、均匀、细腻的微小闭孔，在实现轻量化缓冲的同时，材料具有良好的支撑性、防翘曲变形以及尺寸缩水，大幅提升微发泡包装材料的品质。

25、本发明与现有技术相比，突出的特点体现在：

26、(1)聚氯乙烯分子链较短，熔体强度低，在发泡时熔体不足以包裹气泡，尤其是高填充时发泡气体极易逃溢形成大泡或破壁坍塌；本发明在发泡层加入由sbs胶粉、低醇解度热塑性聚乙烯醇粉、发泡剂、无机成核剂配制复合发泡剂，将完整包裹气泡，防止泡孔塌陷，避免纤维填料高填充存在下的气体逃溢，达到获取稳定高品质微发泡包装材料的目的。

27、(2)本发明通过三层共挤发泡，在发泡材料表面形成薄膜层，防止发泡时内层发泡层气体逃溢形成不稳定泡孔；内层发泡层使用较多的纤维状无机粉体，通过外层良好的成膜层确保发泡材料外观平整无凹凸。

28、(3)本发明在发泡时采用不同发气温度的发泡剂，碳酸氢钠的发气量小，易于形成多而细腻的微泡，且发泡温度低，作为初始发泡，构建均匀的微泡；偶氮二甲酰胺发气量大，发泡温度高，进一步在高温时对已构建的微泡进行再发泡；通过设计发泡剂构成进行阶梯发泡，避免了一次大气量发泡造成泡壁破裂塌陷。

29、(4)本发明轻质微发泡包装材料容易制备，材料厚度可调，具有良好的支撑性、抗冲击性、缓冲性；适应范围宽，可以作为衬垫、支撑板、箱板等应用于包装。