技术领域
本发明涉及发泡材料加工技术领域，具体涉及一种低密度PS发泡材料的制备方法。
背景技术
PS(聚苯乙烯系塑料)是指大分子链中包括苯乙烯基的一类塑料，包括苯乙烯及其共聚物，具体品种包括普通聚苯乙烯(GPPS)、高抗冲聚苯乙烯(HIPS)、可发性聚苯乙烯(EPS)和茂金属聚苯乙烯(SPS)等。
在一些应用领域中，需要对PS材料进行发泡，在现有的发泡技术中，包括物理发泡和化学发泡，其中，物理发泡主要是通过将液态的发泡剂渗透至PS材料中，通过升温或降压的形式使发泡剂气化，从而实现发泡；而化学发泡方法中，有一类是采用偶氮二甲酰胺，通过偶氮二甲酰胺在加热过程中分解出气体从而实现发泡。
在一些特殊领域中，需要尽量降低PS发泡材料的材料密度，通常的解决方法是通过加大发泡剂的用量，从而提高泡孔的尺寸，降低材料密度，该种方法虽然在一定程度上降低了密度，但泡孔之间发生相融产生较大的空腔，对PS发泡材料的材料强度产生了较大的削弱。
发明内容
针对现有的低密度PS复合发泡材料的制备方法存在形成空腔，影响材料强度的问题，本发明公开了一种低密度PS发泡材料的制备方法，该低密度PS发泡材料的制备方法能够有效降低PS发泡材料的密度，同时避免泡孔相融。
本发明公开了一种低密度PS发泡材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：通过铝酸酯偶联剂对纳米氮化钛进行改性，得到改性的纳米氮化钛；
步骤二：按以下质量比称取聚苯乙烯和改性纳米氮化钛，聚苯乙烯：改性纳米氮化钛＝61-120：4-10；
步骤三：将步骤二获得的聚苯乙烯和纳米氮化钛进行高速分散混合，将混合后的混合物加入至熔融挤出机中，在熔融挤出机中加热熔融挤出得到发泡前体；
步骤四：将步骤三得到的发泡前体加入至超临界发泡挤出机中，发泡前体保持熔融状态，在超临界发泡挤出机的中段注入超临界状态的气体，超临界状态的气体渗入发泡前体中，由超临界发泡挤出机的出口挤出后，压力降低气体膨胀，得到低密度PS发泡材料。
进一步的，所述步骤二中，聚苯乙烯：改性纳米氮化钛的质量比＝75-81：5-8。
进一步的，所述步骤一中，在研磨条件下往纳米氮化钛中加入铝酸酯偶联剂进行改性。
进一步的，所述熔融挤出机的挤出温度为160℃-195℃。
进一步的，所述超临界发泡挤出机的挤出温度为155℃-175℃。
进一步的，所述超临界发泡挤出机的压力为10MPa-18MPa。
进一步的，所述改性纳米氮化钛的颗粒粒径为10nm-500nm。
进一步的，所述超临界状态的气体为二氧化碳。
本发明与现有的PS材料发泡方法相比，采用了纳米氮化钛加入了聚苯乙烯中，再进行超临界发泡挤出，其中，纳米氮化钛具有纳米级的粒径，能够在发泡的过程中作为成核剂，以纳米氮化钛为核心形成泡孔，从而提高了单位体积的PS发泡材料中泡孔的数量，有利于降低发泡后材料的密度；另一方面，为了提高纳米氮化钛在聚苯乙烯中的分散均匀度，采用铝酸酯偶联剂对纳米氮化钛进行表面改性，从而提高了纳米氮化钛与聚苯乙烯的亲和性，使得纳米氮化钛能够在聚苯乙烯中均匀分散，在发泡过程中有效避免了相邻泡孔的相融结合，保证了PS发泡材料的材料强度。
具体实施方式
本发明公开了一种低密度PS发泡材料的制备方法，该低密度PS发泡材料的制备方法能够有效降低PS发泡材料的密度，同时避免泡孔相融。
下面将对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明公开了一种低密度PS发泡材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：通过铝酸酯偶联剂对纳米氮化钛进行改性，得到改性的纳米氮化钛；
步骤二：按以下质量比称取聚苯乙烯和改性纳米氮化钛，聚苯乙烯：改性纳米氮化钛＝61-120：4-10；
步骤三：将步骤二获得的聚苯乙烯和纳米氮化钛进行高速分散混合，将混合后的混合物加入至熔融挤出机中，在熔融挤出机中加热熔融挤出得到发泡前体；
步骤四：将步骤三得到的发泡前体加入至超临界发泡挤出机中，发泡前体保持熔融状态，在超临界发泡挤出机的中段注入超临界状态的气体，超临界状态的气体渗入发泡前体中，由超临界发泡挤出机的出口挤出后，压力降低气体膨胀，得到低密度PS发泡材料。
本发明与现有的PS材料发泡方法相比，采用了纳米氮化钛加入了聚苯乙烯中，再进行超临界发泡挤出，其中，纳米氮化钛具有纳米级的粒径，能够在发泡的过程中作为成核剂，以纳米氮化钛为核心形成泡孔，从而提高了单位体积的PS发泡材料中泡孔的数量，有利于降低发泡后材料的密度；另一方面，为了提高纳米氮化钛在聚苯乙烯中的分散均匀度，采用铝酸酯偶联剂对纳米氮化钛进行表面改性，从而提高了纳米氮化钛与聚苯乙烯的亲和性，使得纳米氮化钛能够在聚苯乙烯中均匀分散，在发泡过程中有效避免了相邻泡孔的相融结合，保证了PS发泡材料的材料强度。
在本发明中，所述步骤二中，聚苯乙烯：改性纳米氮化钛的质量比＝75-81：5-8。
在本发明中，所述步骤一中，在研磨条件下往纳米氮化钛中加入铝酸酯偶联剂进行改性。
在本发明中，所述熔融挤出机的挤出温度为160℃-195℃。
在本发明中，所述超临界发泡挤出机的挤出温度为155℃-175℃。
当所述熔融挤出机和所述超临界发泡挤出机的温度低于或高于上述温度范围时，对最终得到的PS发泡材料均具有不利的影响。
在本发明中，所述超临界发泡挤出机的压力为10MPa-18MPa。
在本发明中，所述改性纳米氮化钛的颗粒粒径为10nm-500nm。
在本发明中，所述超临界状态的气体为二氧化碳，需要说明的是，二氧化碳仅是本发明优选，在其他实施例中，所述超临界状态的气体也可采用氮气或其他具有超临界状态的气体。
以下通过具体实施例对本发明进行说明：
实施例1：
本实施例公开了一种低密度PS发泡材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：在研磨条件下往纳米氮化钛中加入铝酸酯偶联剂进行改性，得到改性纳米氮化钛；
步骤二：按以下质量比称取聚苯乙烯和改性纳米氮化钛，聚苯乙烯：改性纳米氮化钛＝86：5；
步骤三：将步骤一获得的聚苯乙烯和改性纳米氮化钛放入高速分散机中进行高速分散混合，将混合后的混合物加入至熔融挤出机中，在熔融挤出机中加热熔融挤出得到发泡前体，挤出温度为170±5℃；
步骤四：将步骤三得到的发泡前体加入至超临界发泡挤出机中，发泡前体保持熔融状态，在超临界发泡挤出机的中段注入超临界状态的二氧化碳，二氧化碳和发泡前体的质量比为3：100，超临界状态的二氧化碳渗入发泡前体中，由超临界发泡挤出机的出口挤出后，挤出温度为160±5℃，压力降低气体膨胀，得到PS发泡复合材料，标记为S1。
实施例2：
本实施例公开了一种低密度PS发泡材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：在研磨条件下往纳米氮化钛中加入铝酸酯偶联剂进行改性，得到改性纳米氮化钛；
步骤二：按以下质量比称取聚苯乙烯和改性纳米氮化钛，聚苯乙烯：改性纳米氮化钛＝79：6；
步骤三：将步骤一获得的聚苯乙烯和改性纳米氮化钛放入高速分散机中进行高速分散混合，将混合后的混合物加入至熔融挤出机中，在熔融挤出机中加热熔融挤出得到发泡前体，挤出温度为170±5℃；
步骤四：将步骤三得到的发泡前体加入至超临界发泡挤出机中，发泡前体保持熔融状态，在超临界发泡挤出机的中段注入超临界状态的二氧化碳，二氧化碳和发泡前体的质量比为4：100，超临界状态的二氧化碳渗入发泡前体中，由超临界发泡挤出机的出口挤出后，挤出温度为160±5℃，压力降低气体膨胀，得到PS发泡复合材料，标记为S2。
实施例3：
本实施例公开了一种低密度PS发泡材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：在研磨条件下往纳米氮化钛中加入铝酸酯偶联剂进行改性，得到改性纳米氮化钛；
步骤二：按以下质量比称取聚苯乙烯和改性纳米氮化钛，聚苯乙烯：改性纳米氮化钛＝112：9；
步骤三：将步骤一获得的聚苯乙烯和改性纳米氮化钛放入高速分散机中进行高速分散混合，将混合后的混合物加入至熔融挤出机中，在熔融挤出机中加热熔融挤出得到发泡前体，挤出温度为170±5℃；
步骤四：将步骤三得到的发泡前体加入至超临界发泡挤出机中，发泡前体保持熔融状态，在超临界发泡挤出机的中段注入超临界状态的二氧化碳，二氧化碳和发泡前体的质量比为2：100，超临界状态的二氧化碳渗入发泡前体中，由超临界发泡挤出机的出口挤出后，挤出温度为160±5℃，压力降低气体膨胀，得到PS发泡复合材料，标记为S3。
对比例1：
本对比例用于对比说明，公开了一种低密度PS发泡材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：按以下质量比称取聚苯乙烯和纳米氮化钛，聚苯乙烯：纳米氮化钛＝86：5；
步骤二：将步骤一获得的聚苯乙烯和纳米氮化钛放入高速分散机中进行高速分散混合，将混合后的混合物加入至熔融挤出机中，在熔融挤出机中加热熔融挤出得到发泡前体，挤出温度为170±5℃；
步骤三：将步骤二得到的发泡前体加入至超临界发泡挤出机中，发泡前体保持熔融状态，在超临界发泡挤出机的中段注入超临界状态的二氧化碳，二氧化碳和发泡前体的质量比为3：100，超临界状态的二氧化碳渗入发泡前体中，由超临界发泡挤出机的出口挤出后，挤出温度为160±5℃，压力降低气体膨胀，得到PS发泡复合材料，标记为D1。
对比例2：
本对比例用于对比说明，公开了一种低密度PS发泡材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤三：将聚苯乙烯加入至超临界发泡挤出机中，聚苯乙烯保持熔融状态，在超临界发泡挤出机的中段注入超临界状态的二氧化碳，二氧化碳和聚苯乙烯的质量比为5：100，超临界状态的二氧化碳渗入聚苯乙烯中，由超临界发泡挤出机的出口挤出后，挤出温度为160±5℃，压力降低气体膨胀，得到PS发泡复合材料，标记为D2。
样本检测
将实施例1-3所制得的产品样本S1、S2、S3以及对比例1、2制得的产品样本D1和D2进行中部切面，将切面置于显微镜下成像，通过软件分析切面上单位面积上泡孔尺寸的差异，同时可通过目视对切面的泡孔尺寸进行判定。
检测结果为样本S1、S2、S3的泡孔尺寸较小，单位面积中泡孔数量多，泡孔差异性较低，通过目视基本无法观测到不规则泡孔，切面呈均匀化发泡状态，样本D1中泡孔尺寸较小，单位面积中泡孔数量多，但通过目视能够看到泡孔大小明显不规则；样本D2的泡孔的差异性较大，且通过目视可直接观测到出现与外周泡孔差异性较大的较大泡孔，为多泡孔相融形成的空腔。
综上，本发明提供的一种低密度PS发泡材料的制备方法能够有效降低发泡后材料的密度，且对材料性能影响较低。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。