聚丙烯发泡技术及其应用进展 □张玉霞
□张玉霞 聚丙烯（ＰＰ）的结晶特性决定了其适宜的发泡温度范围很窄，
聚丙烯（ＰＰ）的结晶特性决定了其适宜的发泡温度范围很窄，发泡只能在结晶熔点附近进行，超过熔点粘度迅速下降，一旦发泡剂使其发泡，发泡剂难以保持在熔体中而逸散。另外，由于结晶时放出较多的热量，使熔体强度降低，发泡后气泡容易破坏，其发泡成型困难，不易得到独立气泡率高的发泡体。得到精细均匀多孔结构的高膨胀率的泡沫片材的关键是提高其熔体强度，途径有两种，一种是使聚丙烯部分交联，另一种是使用高熔体强度聚丙烯。 一、高熔体强度PP发泡工艺和设备技术进展
一、高熔体强度PP发泡工艺和设备技术进展 １．工艺 由于交联发泡聚丙烯的工艺过程复杂，所以高熔体强
１．工艺 由于交联发泡聚丙烯的工艺过程复杂，所以高熔体强度聚丙烯的推出，使其发泡工艺大为简化，有物理和化学发泡两种。 高熔体强度的聚丙烯不是成功挤出片材的先决条件，但是起到相
高熔体强度的聚丙烯不是成功挤出片材的先决条件，但是起到相当大的作用。这是因为常规聚丙烯熔体的粘度在温度高于结晶熔点几度后就急剧下降，使发泡过程中温度控制成为挤出的关键因素。对于聚丙烯发泡来说，树脂在熔融态时要有足够的流动性才能在挤出机中流动，但是还要有足够的粘度以保持规则的泡孔结构。因此，熔融时既有一定熔体强度、又有一定流动性的ＰＰ片材，就成为其发泡关键所在。 比利时Ｍｏｎｔｅｌｌ公司在开发高熔体强度聚丙烯方面处于国
比利时Ｍｏｎｔｅｌｌ公司在开发高熔体强度聚丙烯方面处于国际领先地位，该公司生产的ＰｒｏｆａｘＰＦ８１４树脂是一种含有长支链的聚丙烯聚合物，长支链是在后聚合过程中引发的，这种均聚物的熔体强度是具有相似流动特性的传统均聚物的９倍。该公司试生产阶段生产的较软级的均聚聚丙烯断裂伸长率达９０％。 根据用途不同，ＰｒｏｆａｘＰＦ８１４可以单独使用，也可与
根据用途不同，ＰｒｏｆａｘＰＦ８１４可以单独使用，也可与熔体强度较低的聚丙烯混合使用。一般而言，发泡塑料的密度越低，所需聚丙烯熔体强度越高，所以若生产片材的密度低于０．１５ｇ／ｃｍ３，可能就要使用几乎纯的高熔体强度的聚丙烯，而密度为０．７ｇ／ｃｍ３的板材，纯的高熔体强度聚丙烯用量就可以减少到１５％。 实验结果表明，不论发泡剂为ＣＯ２还是异戊烷，泡孔密度一般
实验结果表明，不论发泡剂为ＣＯ２还是异戊烷，泡孔密度一般随其用量增加而增加。当采用ＣＯ２作发泡剂时，泡孔随着压力而增加，而用异戊烷作发泡剂时，泡孔密度并不随压力变化。不加成核剂，要获得泡孔密度高于１×１０６泡孔／ｃｍ３的泡沫时，需要使用大量的异戊烷。由于高熔体强度ＰＰ的泡稳定性增加，因此得到的泡沫结构较好。并不是发泡剂用量越多越好。因为过量的发泡剂不会溶入聚合物中，而且会产生不理想的大泡。由于气体溶入大泡中，因此大泡的存在，会抑制大量核的产生。这样在制品中就会产生空洞。尤其是使用大量ＣＯ２时，在泡沫中会产生很大的泡孔，而且泡沫挤出过程变得不稳定。 ２．设备 生产发泡ＰＰ片材的设备，密度低到０. ５ｇ／ｃｍ
２．设备 生产发泡ＰＰ片材的设备，密度低到０. ５ｇ／ｃｍ３的片材可以采用高熔体强度的树脂和化学发泡剂在安装有平机头的传统挤出机上生产。但是密度再低，就要改进生产技术。因为平机头中压力控制困难会使板材生产中产生不均匀的泡沫结构。这样的泡沫结构，用于生产ＰＥ和ＰＳ泡沫的环形机头更为合适。 德国Ｒｅｉｆｅｎｈａｕｓｅｒ公司的ＲＥＩｃｅｌｌ工艺是在
德国Ｒｅｉｆｅｎｈａｕｓｅｒ公司的ＲＥＩｃｅｌｌ工艺是在环形机头上进行生产，以直接发泡为基础，采用物理发泡剂，如戊烷、丁烷、ＣＯ２或Ｎ２。挤出机是单阶同向旋转的双螺杆挤出机，这种挤出生产线适合于ＰＳ和ＰＰ的发泡生产。生产线上可以安装适配器生产ＡＢ型共挤出板材，即在ＰＰ泡沫板的一侧挤出一层ＰＰ。 美国ＢａｔｔｅｎｆｅｌｄＧｌｏｕｃｅｓｔｅｒ公司使用了其
美国ＢａｔｔｅｎｆｅｌｄＧｌｏｕｃｅｓｔｅｒ公司使用了其制造的片材生产线生产发泡ＰＰ片材，该生产线采用的是平机头，生产的化学发泡片材厚度为１ｍｍ，比实芯ＰＰ片材轻５０％。该公司设计了一种特殊结构的螺杆，在其Ｃｏｎｔｒａｃｏｏｌ空气冷却挤出机上加工ＰＰ泡沫片材。该生产线的其余部分与传统设备一样。 美国Ｓｅｎｃｏｒｐ公司一直在实验直接注射Ｎ２生产ＰＰ泡沫
美国Ｓｅｎｃｏｒｐ公司一直在实验直接注射Ｎ２生产ＰＰ泡沫片材，其只对传统设备上的挤出机螺杆和模唇进行了很小的改进。 随着人们对吸热发泡剂（放出ＣＯ２）的认识不断深入，对ＰＰ
随着人们对吸热发泡剂（放出ＣＯ２）的认识不断深入，对ＰＰ发泡技术的研究将会得到越来越多的重视。意大利Ｏｍａｎ公司的新型ＣｏｍｐａｃｔＥＰＸ平机头共挤生产线用于生产可热成型的板材，能够加工含有吸热发泡剂的混合物，生产密度低于０．５ｇ／ｃｍ３的ＰＰ片材。该公司已同助剂供应商美国ＲｅｅｄｙＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ公司合作生产共挤实芯表皮、８０％芯层发泡的片材速率与生产ＰＳ的速率相同。ＣｏｍｐａｃｔＥＸＰ生产线由一台螺杆直径为９０ｍｍ的挤出机和一台侧挤出机组成。这种生产线也可生产热成型用的实芯ＰＳ、ＰＰ和ＰＥＴ片材。 由于聚丙烯具有良好的耐应力开裂性能（这一性能是油腻食品包
由于聚丙烯具有良好的耐应力开裂性能（这一性能是油腻食品包装所必需的），而且从挤出到热成型ＰＰ总的加工成本低于ＰＳ，因此ＰＰ的发泡备受人们的青睐。由于实芯ＰＰ成型较慢，牵伸性较差，人们开发了ＡＢＡ结构ＰＰ板材，即芯层发泡、两表层为共挤的实芯表面。与同样厚度的实芯ＰＳ片材相比，ＡＢＡ结构ＰＰ片材的热成型速率高于ＰＳ片材。这是因为一旦泡孔中的ＣＯ２气体热起来，就会压向泡孔壁，增加了刚度，减少了熔垂。 此外，加拿大ＥｎｄｅｘＰｏｌｙｍｅｒＡｄｄｉｔｉｖｅｓ公
此外，加拿大ＥｎｄｅｘＰｏｌｙｍｅｒＡｄｄｉｔｉｖｅｓ公司生产的吸热型发泡剂已用于生产ＰＰ发泡片材多年，该公司生产的吸热型发泡剂成功用于ＰＰ、ＨＤＰＥ和ＰＥＴ发泡片材的生产中。其发泡剂使口模成型段缩短，保证有恒定的高压作用于聚合物上，直到树脂离开机头。该公司共挤的厚度为１／４英寸（１英寸＝２５.４ｍｍ）的ＰＰ发泡片材层压于地毯上，使用的是通用级ＰＰ。但是很明显理想的材料是应能够承受泡孔的。在薄壁包装中，不使用高熔体强度的树脂是很难成型的。使用该公司的发泡剂可以成型４０μｍ的发泡薄膜。 ＰＰ的市场前景可能会因Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ技术研究
ＰＰ的市场前景可能会因Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ技术研究所开发的技术进一步加强。采用该研究所的技术生产的各种泡沫塑料的泡孔很细小，一般为５～３０μｍ。与传统技术生产的泡沫片材相比，这种微孔泡沫的拉伸强度和压缩强度比同样密度的发泡片材高３０％～４０％，而且可以在现有生产线上生产。该技术称为ＭｕＣｅｌｌ，正由美国Ｔｒｅｘｅｌ进行商业化生产，但是未公开化。该技术采用液化的大气作发泡剂，在食品包装用发泡片材的生产中有极大的应用潜力。 二、高熔体强度PP发泡片材的应用
二、高熔体强度PP发泡片材的应用 高熔体强度聚丙烯树脂的研制成功是发泡聚丙烯能够与发泡聚苯
高熔体强度聚丙烯树脂的研制成功是发泡聚丙烯能够与发泡聚苯乙烯等发泡材料进行竞争的关键因素之一，其用途十分广泛，包括传统发泡片材成型的杯子到船体。另外新型发泡剂也是聚丙烯发泡片材成功进入发泡板材市场的一个不可缺少的因素。 包装用聚丙烯发泡片材比实芯片材轻５０％以上，而且绝缘性能
包装用聚丙烯发泡片材比实芯片材轻５０％以上，而且绝缘性能优于未发泡片材，但具有未发泡片材的大部分力学性能。在发泡片材上共挤出两层不发泡表皮，甚至可以做得与实芯片材一样。 与发泡聚苯乙烯相比，聚丙烯发泡片材具有许多优点，如其耐热
与发泡聚苯乙烯相比，聚丙烯发泡片材具有许多优点，如其耐热性较好可在微波炉中使用，热成型的盘子在低温下有足够高的冲击强度，可在深冷中使用，手感柔软，而且人们对其的环境印象较好。 德国Ｎｅｈｒｅｎ的ＯｆｏｔｅｃＦｏｌｉｅｎ公司认为ＰＰ发
德国Ｎｅｈｒｅｎ的ＯｆｏｔｅｃＦｏｌｉｅｎ公司认为ＰＰ发泡盘有代替ＥＰＳ模塑盘的趋势，用户感兴趣的是ＰＰ发泡片材可以从卷取辊上直接加到成型-灌装-封口装置上，而且盘可以做得较陡，所以所占货架体积较小，很受商家欢迎。 瑞士ＴｉｒｏＰａｋ公司生产出８层ＰＰ发泡阻隔片材，厚度为
瑞士ＴｉｒｏＰａｋ公司生产出８层ＰＰ发泡阻隔片材，厚度为０．８～１．８ｍｍ，密度为０．３１ｇ／ｃｍ３。这种片材有一层ＥＶＯＨ阻隔层，卷取辊上的片材直接用于成型-灌装-封口装置上，包装鲜肉和方便食品，代替发泡ＰＳ盘，这种新型片材性能更好，如断裂伸长率为１００％左右，远高于ＰＳ。 在工业中的应用主要是在汽车工业上，如地毯支撑材料、遮光板、
在工业中的应用主要是在汽车工业上，如地毯支撑材料、遮光板、隔音板、门衬和行李架等。 三、交联发泡PP技术进展
三、交联发泡PP技术进展 Ｍｏｎｔｅｌｌ公司用接枝聚合得到高熔体强度的ＰＰ树脂。近
Ｍｏｎｔｅｌｌ公司用接枝聚合得到高熔体强度的ＰＰ树脂。近几年，有一些公司利用ＰＰ和ＰＥ的混合物，将ＰＥ交联，但是这种工艺更复杂，投资更高。英国Ｃｒｏｙｏｌｏｎ的Ｚｏｔｅ泡沫公司推出了一种微交联的热成型ＰＰ泡沫塑料，其采用的是两阶工艺，即首先挤出３ｍｍ厚的实芯片，然后用过氧化物或辐射将其交联，之后将其切成一定长度置入高压釜中，使其受热、受压，同时将Ｎ２溶入介质中。一定时间后将片材移到一个低压釜中，使气体从溶液中逸出，这时片材膨胀到原来的２２倍左右，其中有１０％的闭孔结构，密度为０．３ｇ／ｃｍ３。最后切成所需要的厚度。该公司欲将其产品应用到汽车上和运动器材上。 瑞士Ｌｕｃｅｒｎｅ的Ａｌｖｅｏ公司几年来一直在生产辐射交
瑞士Ｌｕｃｅｒｎｅ的Ａｌｖｅｏ公司几年来一直在生产辐射交联ＰＰ／ＰＥ泡沫，主要用于汽车上，现在正开拓更为广阔的市场。与未交联的泡沫塑料产品相比，交联泡沫塑料在热成型后更易保持其形状，不变形。 美国Ｓｅｎｔｉｎｅｌ公司开发了另一种交联泡沫－硅烷接枝的
美国Ｓｅｎｔｉｎｅｌ公司开发了另一种交联泡沫－硅烷接枝的ｍＰＥｓ。该公司生产的ＦＭＰ是一种ｍＰＥｓ与ＰＰ混合物的发泡制品，其压缩变形量为２５％（２０～４１ｋＰａ），而传统交联ＰＰ要达到同样的变形量所需的压力为８３～１０３ｋＰａ，ＦＭＰ正在取代热塑性弹性体、ＰＶＣ混合物和弹性聚氨酯。 目前国内也有一些单位，如北京化工大学用硬脂酸钡对ＰＰ发泡
目前国内也有一些单位，如北京化工大学用硬脂酸钡对ＰＰ发泡过程的影响及其内在本质进行研究，结果表明，发泡倍率随硬脂酸钡用量的增加而减小，说明硬脂酸钡会阻止发泡。 聚丙烯发泡材料尤其是发泡片材在我国有着广阔的应用前景。人
聚丙烯发泡材料尤其是发泡片材在我国有着广阔的应用前景。人们看好发泡聚丙烯在我国应用的原因除了其具有上述优点外，更重要的是发泡聚丙烯本身的降解性能明显优于聚乙烯和聚苯乙烯，因而为其代替原有的一次性包装材料提供了优势，有关部门应尽可能对聚丙烯发泡片材生产技术立项，为发泡聚丙烯在我国的推广应用创造条件。