[发明专利]一种固态二氧化碳超临界发泡工艺

说明书

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。