CN100425646C - 一种热流道注塑成型用聚丙烯树脂组合物及其制备方法 - Google Patents

一种热流道注塑成型用聚丙烯树脂组合物及其制备方法 Download PDF

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本发明公开了一种热流道注塑成型用聚丙烯树脂组合物及其制备方法。该组合物包括质量份数比90-98的聚丙烯均聚物、1-5的三元乙丙橡胶、1-5的超细丁苯粉末橡胶、0.1-1的山梨醇类成核剂、0.1-0.25受阻酚类主抗氧剂、0.2-0.5亚磷酸酯类助抗氧剂、0.1-0.2有机氟聚合物流变性能改进剂；其制备方法：在常温下将上述的物质混合3-5分钟，用喂料机加入平行同向双螺杆挤出机中混炼造粒即可。该组合物具有极高的冲击韧性，拉伸强度和刚性与聚丙烯基础树脂相当，且该组合物加工流变性能明显优于聚丙烯基础树脂和组成比例接近的其他改性体系，熔体流动取向倾向减小，制品的纵向和横向收缩率差异也明显小于均聚聚丙烯和组成比例接近的其他改性体系，适于热流道注塑成型工艺，用作制备外观要求较高的大型薄壁制品。

Description

一种热流道注塑成型用聚丙烯树脂组合物及其制备方法
技术领域：
本发明涉及热流道注塑技术领域，特别涉及热流道注塑成型用聚丙烯树脂组合物及其制备方法。
背景技术：
随着国内家电行业的发展和国际上对环保的日益重视，各大冰箱厂家纷纷推出具有市场竞争力的符合国际发展趋势的高档次风冷式冰箱。同时聚丙烯改性料性能的日益提高和逐渐进入工程塑料领域的现状，使聚丙烯改性料在越来越广的应用范围开始取代ABS等传统工程塑料，在新型的高档次风冷式冰箱的塑料配件中，聚丙烯就占据了很大的比例，被用来注塑顶盖、抽屉盒、控制板、隔板、搁架等。
风冷冰箱的主要塑料制品配件为大型薄壁注塑制品，对原料聚丙烯的性能要求非常苛刻，要求同时具备高流动性、高韧性、低收缩率和较高的刚性。而聚丙烯的主要缺点是韧性差，尤其是在提高其流动性时，韧性显著下降。因此通过增韧使聚丙烯工程化，一直是国内外塑料改性与应用研究中的热点。目前国外主要采用在聚合反应器中合成同类专用料，这种工艺初期投入巨大，产品牌号转换困难；国内常用的改性途径是将弹性体与聚丙烯树脂通过简单共混、增容共混、反应性共混等方法来对聚丙烯进行增韧改性，不过在材料韧性获得大幅度提高的同时，材料的加工流动性明显变差，刚性(弯曲模量、拉伸强度)也显著降低。有关高流动性高韧性的报道就更很少。
发明内容：
本发明的目的在于解决在对聚丙烯进行增韧改性时，其材料的加工流动性明显变差，刚性(弯曲模量、拉伸强度)也显著降低的问题，提供一种热流道注塑成型用聚丙烯树脂组合物及其制备方法，该组合物常温冲击韧性、拉伸强度、弯曲强度好，弯曲模量基本与聚丙烯基础树脂相当，而且该组合物加工流变性能明显优于聚丙烯基础树脂和组成比例接近的其他改性体系，熔融流动速率，稳定在18-20克/10分之间；熔体流动过程中取向倾向减小，制品的纵向模塑收缩率/横向模塑收缩率之比稳定，在1.05-1.08之间，明显小于均聚聚丙烯和组成比例接近的其他改性体系，能够适于热流道注塑成型工艺，用作制备外观要求较高的大型薄壁制品如风冷式电冰箱风道挡板等；其制备方法简便，环境要求低，应用广泛。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种热流道注塑成型用聚丙烯树脂组合物，该组合物由质量份数比90-98的聚丙烯均聚物、质量份数比1-5的三元乙丙橡胶(EPDM)、质量份数比1-5的超细丁苯粉末橡胶、质量份数比0.1-1的山梨醇类成核剂、质量份数比0.2-0.25的受阻酚类主抗氧剂、质量份数比0.2-0.5的亚磷酸酯类助抗氧剂、质量份数比0.1-0.2的有机氟聚合物流变性能改进剂组成；
聚丙烯均聚物为等规聚丙烯均聚物，等规度在95-98％之间，熔融指数MI在1.0-25.0克/10分之间，优选在18-22.0克/10分之间，采用齐格勒-纳塔(Ziegler-Natta)催化剂制备；
三元乙丙橡胶(EPDM)的乙烯含量在质量份数比65-71之间，丙烯含量在质量份数比25-35之间，降冰片烯(ENB)含量在质量份数比0.5-2.5之间，门尼粘度(ML1+4，125℃)在40-50之间；
超细丁苯粉末橡胶为辐射交联全硫化丁苯粉末橡胶，橡胶粒径在90-110微米之间，凝胶含量大于等于质量比75％，表观密度在0.3-0.5克/立方厘米之间。
该热流道注塑成型用聚丙烯树脂组合物的制备方法，制备步骤为：
(1)将原料按质量份数比90-98的聚丙烯均聚物、质量份数比1-5的三元乙丙橡胶(EPDM)、质量份数比1-5的超细丁苯粉末橡胶、质量份数比0.1-1的山梨醇类成核剂；质量份数比0.2-0.25的受阻酚类主抗氧剂；质量份数比0.2-0.5的亚磷酸酯类助抗氧剂；质量份数比0.1-0.2的有机氟聚合物流变性能改进剂配比称好，加入高速混合机中，常温下混合3-5分钟取出；
(2)将取出得混合物用喂料机加入平行同向双螺杆挤出机中混炼造粒，加工工艺条件为：
(a)平行同向双螺杆挤出机的各段温度在170-200℃之间；
(b)螺杆转速在200-250转/分之间；
(c)喂料机转速在30-80转/分之间。
本发明提供的热流道注塑成型周聚丙烯树脂组合物及其制备方法的工作原理：多元复合改性体系有效地提高了聚丙烯与橡胶相的相容性和共混体系的流动性，使橡胶类聚合物均匀地分布在聚丙烯连续相中，形成了具有良好相界面作用的“海-岛”结构。当受到外力作用时，橡胶类聚合物的粒子充当应力集中的中心，吸收大量的能量，转向、阻止小裂纹的发展，使之不致发展成破坏性的裂纹，延缓了材料的破坏，从而达到提高聚丙烯材料冲击韧性的目的。与此同时，由于仅仅添加了少量的分子量相对较大的弹性体，对材料的流变性能影响较小；有机氟聚合物流变性能改进剂的加入改善了聚丙烯熔体在注塑过程中的流变状况，均化了各个流向的流动速率，有助于减弱熔体各向异性；山梨醇类成核剂的加入有效提高了聚丙烯结晶的结晶度，加快了结晶进程，晶体的尺寸更加均一、细微，也有助于减小纵向和横向收缩率的差异，并有利于提高材料的强度。
从上述工作原理可以看出，本发明与现有的均聚聚丙烯和组成比例接近的其他改性体系相比，本发明的组合物常温冲击韧性、拉伸强度、弯曲强度好，弯曲模量基本与聚丙烯基础树脂相当，而且该组合物加工流变性能明显优于聚丙烯基础树脂和组成比例接近的其他改性体系，熔融流动速率稳定，熔体流动过程中取向倾向减小，制品的纵向模塑收缩率/横向模塑收缩率之比明显小于均聚聚丙烯和组成比例接近的其他改性体系；本发明的聚丙烯树脂组合物常温冲击韧性可达75.0J/m以上，拉伸强度可保持在32.7MPa以上，弯曲强度可保持在33.9MPa以上，弯曲模量可保持在1550MPa以上，基本与聚丙烯基础树脂相当；更重要的是该聚丙烯树脂组合物加工流变性能明显优于聚丙烯基础树脂和组成比例接近的其他改性体系熔融流动速率稳定在15-20g/10min之间；熔体流动取向倾向减小，制品的纵向模塑收缩率/横向模塑收缩率之比稳定在1.05-1.08之间，也明显小于均聚聚丙烯和组成比例接近的其他改性体系(一般为1.10-1.30)，能够适于热流道注塑成型工艺，用作制备外观要求较高的大型薄壁制品如风冷式电冰箱风道挡板等。
具体实施方式1：
取组合物1000g，其中：均聚聚丙烯900g，选用熔融指数在18g/10min的S820；乙丙橡胶(EPDM)46g，选用Dupont公司的Nordel IP系列中的3745P，乙烯含量质量比65％，丙烯含量质量比34.5％，ENB含量质量比0.5％，门尼粘度(ML1+4，125℃)40；超细丁苯粉末橡胶为辐射交联全硫化丁苯粉末橡胶46g，选用北京化工研究院的Narpow VP系列中的VP101，橡胶粒径90nm，凝胶含量质量比75％，表观密度在0.3g/cm3；山梨醇类成核剂，2g，选用Milliken Chemical公司的Millad3988；受阻酚类主抗氧剂，2g，选用瑞士Ciba公司的Irganox1010；亚磷酸酯类助抗氧剂，3g，选用瑞士Ciba公司的Irgafos168；有机氟聚合物流变性能改进剂，1g，选用Dupont公司的Viton FreeFlow Z200。
将称取得组合物料加入高速混合机中，混合5分钟，形成均匀混合物，然后，将混合物用喂料机加入双螺杆挤出机中混炼挤出成条，再经切粒机切粒，即制成热流道注塑成型用聚丙烯树脂组合物。加工工艺为：双螺杆挤出机的一区温度170℃，二区温度175℃，三区温度185℃，四区温度190℃，五区温度195℃，六区温度200℃，七区温度200℃，八区温度200℃；螺杆转速200转/分，喂料机转速50转/分。
该组合物的熔融指数MI：18.9g/10min；拉伸强度：33.20MPa；弯曲强度：35.4MPa；弯曲模量：1550MPa；常温缺口冲击强度：86.3J/m：纵向模塑收缩率：1.03％，横向模塑收缩率，0.98％，纵向模塑收缩率/横向模塑收缩率1.05。
改组合物在对聚丙烯进行增韧改性的同时，其材料的加工流动性能明显优于聚丙烯基础树脂和组成比例接近的其他改性体系，熔融流动速率稳定；刚性(弯曲模量、拉伸强度)与聚丙烯基础树脂相当；熔体流动过程中取向倾向减小，制品的纵向模塑收缩率/横向模塑收缩率之比稳定，在1.05-1.08之间，明显小于均聚聚丙烯和组成比例接近的其他改性体系。
具体实施方式2：
大部分同实施例1，不同之处在于，原料配比为：均聚聚丙烯S820930g；乙丙橡胶(EPDM)31g，Nordel IP系列中的3745P，超细丁苯粉末橡胶Narpow VP101 31g；山梨醇类成核剂Millad3988 2g；受阻酚类主抗氧剂Irganox1010 2g；亚磷酸酯类助抗氧剂Irgafos168 3g；有机氟聚合物流变性能改进剂VitonFreeFlow Z200 1g；螺杆转速250转/分，喂料机转速80转/分。
熔融指数MI：18.1g/10min；拉伸强度：34.60MPa；弯曲强度：33.9MPa；弯曲模量：1589MPa；常温缺口冲击强度：80.05J/m；纵向模塑收缩率：1.03％，横向模塑收缩率，0.93％，纵向模塑收缩率/横向模塑收缩率1.06。
改组合物在对聚丙烯进行增韧改性的同时，其材料的加工流动性能明显优于聚丙烯基础树脂和组成比例接近的其他改性体系，熔融流动速率稳定；刚性(弯曲模量、拉伸强度)与聚丙烯基础树脂相当；熔体流动过程中取向倾向减小，制品的纵向模塑收缩率/横向模塑收缩率之比稳定，在1.05-1.08之间，明显小于均聚聚丙烯和组成比例接近的其他改性体系。
具体实施方式3：
大部分同实施例1，不同之处在于，原料配比为：均聚聚丙烯S820 950g；乙丙橡胶(EPDM)21g，Nordel IP系列中的3745P，超细丁苯粉末橡胶Narpow VP101 21g；山梨醇类成核剂Millad3988 2g；受阻酚类主抗氧剂Irganox1010 2g；亚磷酸酯类助抗氧剂Irgafos168 3g；有机氟聚合物流变性能改进剂VitonFreeFlow Z200 1g；螺杆转速220转/分，喂料机转速30转/分。
熔融指数MI：19.3g/10min；拉伸强度：35MPa；弯曲强度：38.3MPa；弯曲模量：1593MPa；常温缺口冲击强度：77.2J/m；纵向模塑收缩率：1.02％，横向模塑收缩率，0.95％，纵向模塑收缩率/横向模塑收缩率1.03。
改组合物在对聚丙烯进行增韧改性的同时，其材料的加工流动性能明显优于聚丙烯基础树脂和组成比例接近的其他改性体系，熔融流动速率稳定；刚性(弯曲模量、拉伸强度)与聚丙烯基础树脂相当；熔体流动过程中取向倾向减小，制品的纵向模塑收缩率/横向模塑收缩率之比稳定，在1.05-1.08之间，明显小于均聚聚丙烯和组成比例接近的其他改性体系。
具体实施方式4：
大部分同实施例1，不同之处在于，原料配比为：均聚聚丙烯S820930g；乙丙橡胶(EPDM)30g，Nordel IP系列中的3745P，超细丁苯粉末橡胶Narpow VP101 28.5g；山梨醇类成核剂Millad3988 2g；受阻酚类主抗氧剂Irganox1010 2.5g；亚磷酸酯类助抗氧剂Irgafos168 5g；有机氟聚合物流变性能改进剂Viton FreeFlow Z200 2g。
熔融指数MI：18.1g/10min；拉伸强度：34.9MPa；弯曲强度：36.7MPa；弯曲模量：1571MPa；常温缺口冲击强度：83.61J/m；纵向模塑收缩率：1.03％，横向模塑收缩率，0.98％，纵向模塑收缩率/横向模塑收缩率1.04。
改组合物在对聚丙烯进行增韧改性的同时，其材料的加工流动性能明显优于聚丙烯基础树脂和组成比例接近的其他改性体系，熔融流动速率稳定；刚性(弯曲模量、拉伸强度)与聚丙烯基础树脂相当；熔体流动过程中取向倾向减小，制品的纵向模塑收缩率/横向模塑收缩率之比稳定，在1.05-1.08之间，明显小于均聚聚丙烯和组成比例接近的其他改性体系。
具体实施方式5：
大部分同实施例1，不同之处在于，原料配比为：均聚聚丙烯S820950g；乙丙橡胶(EPDM)15g，Nordel IP系列中的3745P，超细丁苯粉末橡胶Narpow VP101 18.5g；山梨醇类成核剂Millad3988 10g；受阻酚类主抗氧剂Irganox1010 2.5g；亚磷酸酯类助抗氧剂Irgafos168 3g；有机氟聚合物流变性能改进剂Viton FreeFlow Z200 1g。
熔融指数MI：18.0g/10min；拉伸强度：35.20MPa；弯曲强度：38.3MPa；弯曲模量：1613MPa；常温缺口冲击强度：82.30J/m；纵向模塑收缩率：1.03％，横向模塑收缩率，1％，纵向模塑收缩率/横向模塑收缩率1.03。
改组合物在对聚丙烯进行增韧改性的同时，其材料的加工流动性能明显优于聚丙烯基础树脂和组成比例接近的其他改性体系，熔融流动速率稳定；刚性(弯曲模量、拉伸强度)与聚丙烯基础树脂相当；熔体流动过程中取向倾向减小，制品的纵向模塑收缩率/横向模塑收缩率之比稳定，在1.05-1.08之间，明显小于均聚聚丙烯和组成比例接近的其他改性体系。
具体实施方式6：
大部分同实施例1，不同之处在于，原料配比为：均聚聚丙烯S820974g；乙丙橡胶(EPDM)10g，Nordel IP系列中的3745P，超细丁苯粉末橡胶Narpow VP101 10g；山梨醇类成核剂Millad3988 1g；受阻酚类主抗氧剂Irganox1010 2g；亚磷酸酯类助抗氧剂Irgafos168 2g；有机氟聚合物流变性能改进剂VitonFreeFlow Z200 1g。
熔融指数MI：18.5g/10min；拉伸强度：34.1MPa；弯曲强度：36.3MPa；弯曲模量：1536MPa；常温缺口冲击强度：85.3J/m；纵向模塑收缩率：1.01％，横向模塑收缩率，0.93％，纵向模塑收缩率/横向模塑收缩率1.07。
改组合物在对聚丙烯进行增韧改性的同时，其材料的加工流动性能明显优于聚丙烯基础树脂和组成比例接近的其他改性体系，熔融流动速率稳定；刚性(弯曲模量、拉伸强度)与聚丙烯基础树脂相当；熔体流动过程中取向倾向减小，制品的纵向模塑收缩率/横向模塑收缩率之比稳定，在1.05-1.08之间，明显小于均聚聚丙烯和组成比例接近的其他改性体系。
综上所述，本发明提供的组合物使橡胶类聚合物均匀地分布在聚丙烯连续相中，形成了具有良好相界面作用的“海-岛”结构。当受到外力作用时，橡胶类聚合物的粒子充当应力集中的中心，吸收大量的能量，转向、阻止小裂纹的发展，使之不致发展成破坏性的裂纹，延缓了材料的破坏，从而达到提高聚丙烯材料冲击韧性的目的。与此同时，由于仅仅添加了少量的分子量相对较大的弹性体，对材料的流变性能影响较小；有机氟聚合物流变性能改进剂的加入改善了聚丙烯熔体在注塑过程中的流变状况，均化了各个流向的流动速率，有助于减弱熔体各向异性；山梨醇类成核剂的加入有效提高了聚丙烯结晶的结晶度，加快了结晶进程，晶体的尺寸更加均一、细微，也有助于减小纵向和横向收缩率的差异，并有利于提高材料的强度。
本发明的聚丙烯树脂组合物常温冲击韧性可达75.0J/m以上，拉伸强度可保持在32.7MPa以上，弯曲强度可保持在33.9MPa以上，弯曲模量可保持在1550MPa以上，基本与聚丙烯基础树脂相当；更重要的是该聚丙烯树脂组合物加工流变性能明显优于聚丙烯基础树脂和组成比例接近的其他改性体系熔融流动速率稳定在15-20g/10min之间；熔体流动取向倾向减小，制品的纵向模塑收缩率/横向模塑收缩率之比稳定在1.05-1.08之间，也明显小于均聚聚丙烯和组成比例接近的其他改性体系(一般为1.10-1.30)，能够适于热流道注塑成型工艺，用作制备外观要求较高的大型薄壁制品如风冷式电冰箱风道挡板等，且其制备方法简便，环境要求低，应用广泛。

Claims (6)

1、一种热流道注塑成型用聚丙烯树脂组合物，其特征在于：该组合物由质量份数比90-98的聚丙烯均聚物、质量份数比1-5的三元乙丙橡胶、质量份数比1-5的超细丁苯粉末橡胶、质量份数比0.1-1的山梨醇类成核剂、质量份数比0.2-0.25的受阻酚类主抗氧剂、质量份数比0.2-0.5的亚磷酸酯类助抗氧剂和质量份数比0.1-0.2的有机氟聚合物流变性能改进剂组成。
2、根据权利要求1所述的热流道注塑成型用聚丙烯树脂组合物，其特征在于：所述的聚丙烯均聚物为等规聚丙烯均聚物，等规度在95-98％之间，熔融指数MI在1.0-25.0克/10分之间，采用齐格勒-纳塔催化剂制备。
3、根据权利要求1所述的热流道注塑成型用聚丙烯树脂组合物，其特征在于：所述的聚丙烯均聚物的熔融指数MI在18-22.0克/10分之间。
4、根据权利要求1所述的热流道注塑成型用聚丙烯树脂组合物，其特征在于：所述的三元乙丙橡胶中的乙烯含量在质量份数比65-71之间，丙烯含量在质量份数比25-35之间，降冰片烯含量在质量份数比0.5-2.5之间，在预热1分钟、转动4分钟和125℃条件下的门尼粘度在40-50之间。
5、根据权利要求1所述的热流道注塑成型用聚丙烯树脂组合物，其特征在于：所述的超细丁苯粉末橡胶为辐射交联全硫化丁苯粉末橡胶，橡胶粒径在90-110微米之间，凝胶含量大于等于其质量的75％，表观密度在0.3-0.5克/立方厘米之间。
6、一种制备权利要求1所述的热流道注塑成型用聚丙烯树脂组合物的方法，其特征在于：制备步骤为：
(1)将组成组合物的聚丙烯均聚物、三元乙丙橡胶、超细丁苯粉末橡胶、山梨醇类成核剂、受阻酚类主抗氧剂、亚磷酸酯类助抗氧剂和有机氟聚合物流变性能改进剂按照权利要求1的配比称好，加入高速混合机中，常温下混合3-5分钟取出；
(2)将取出的混合物用喂料机加入平行同向双螺杆挤出机中混炼造粒，加工工艺条件为：
(a)平行同向双螺杆挤出机的各段温度在170-200℃之间；
(b)螺杆转速在200-250转/分之间；
(c)喂料机转速在30-80转/分之间。
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