CN101070411A

CN101070411A - 用于聚丙烯纤维的含有无机材料的聚丙烯复合母料的制备方法

Info

Publication number: CN101070411A
Application number: CNA2007100692712A
Authority: CN
Inventors: 何智荣
Original assignee: JIAXING HENGSHENG POLYMER MATERIAL SCIENCE-TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: JIAXING HENGSHENG POLYMER MATERIAL SCIENCE-TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2007-06-13
Filing date: 2007-06-13
Publication date: 2007-11-14

Abstract

一种用于聚丙烯纤维的含有无机材料的聚丙烯复合母料的制备方法，将聚丙烯、无机材料、添加剂A、B、C、D、E相复合，其中无机材料为亚微米、微米、纳米级高岭土、碳酸钙、蒙脱土之一种或其复配物，添加剂A为分散剂，B为润滑剂，C为抗氧剂，D为热稳定剂，E为改性剂；其中还加入了添加剂F，此添加剂F为偶联剂。本发明的方法由于在混合物中加入了偶联剂，以及各组分的配伍作用，使亚微米、微米、纳米无机材料与聚丙烯树脂之间有比较好的相容性，并且改善了分散性能、流变性能、结晶性能等，提高了可纺性。用此方法制备的聚丙烯复合母料可以作为一种低成本的复合母料，与纤维级聚丙烯按比例均匀混合，纺制出合格的聚丙烯纤维。

Description

用于聚丙烯纤维的含有无机材料的聚丙烯复合母料的制备方法

技术领域

本发明涉及纺织领域，特别是一种聚丙烯复合母料的制备方法，一种用于聚丙烯纤维的含有无机材料的聚丙烯复合母料的制备方法

背景技术

聚丙烯纤维有着许多优良的性能，它在装饰、农业、服装三大领域中有着巨大的市场。聚丙烯纤维的品种有BCF、短纤、长丝、纺粘/熔喷非织造布、膜裂纤维、滤嘴材料等。

聚丙烯纤维对原料聚丙烯树脂的质量，包括分子量和分子量分布、等规度、熔体的流变性能、结晶性能等，特别是杂质或灰分的含量有着严格的要求。过高的杂质含量，在熔纺过程中极易导致组件内过滤压力升高，引起漏胶，击穿滤网，缩短组件使用周期等不利后果。因此通常要严格控制聚丙烯树脂中杂质的含量，以保证纺丝的正常进行。这样，如果在聚丙烯树脂中有意识地添加入无机微粒，那怕极少，也都成了熔纺过程中的杂质，都会对熔体的流变性、结晶形态、可纺性等产生影响。

公开号为CN1308099A的中国专利文献介绍了一种纳米CaCO₃-聚丙烯复合材料，它主要由聚丙烯组成，其中含有0.25-30％的纳米CaCO₃，还加入了添加剂、增容剂和抗氧剂。冲击强度、拉伸强度、硬度有所提高，塑料加工性能得到改善。

公开号为CN1407558A的中国专利文献介绍了一种采用反应性单体作为改性剂代替传统的有机偶联剂，相对于未加有反应性单体改性的纳米碳酸钙/聚丙烯阻燃材料，可使纳米碳酸钙填充聚丙烯材料的力学性能提高。

公开号为CN1827682A的中国专利文献介绍了一种聚烯烃/纳米碳酸钙预分散母料，可以应用于各种塑料的增强、增韧改性，特别适用于制造聚烯烃透气膜等。

公开号为CN1730537A的中国专利文献介绍了一种提高纳米碳酸钙与聚丙烯复合材料塑料制品性能的方法，该方法采用平均粒径在30～50纳米的碳酸钙为原料制备碳酸钙质量百分含量在2.5～7％的纳米碳酸钙与聚丙烯复合材料，提高复合材料制品的抗冲击性能。

上述文献所介绍的加有纳米碳酸钙的聚丙烯或聚烯烃皆应用于塑料制品和聚烯烃膜中，用于生产聚丙烯纤维的含有无机材料的聚丙烯复合母料的制备方法目前尚未见报导。

发明内容

本发明旨在提出一种用于聚丙烯纤维的含有无机材料的聚丙烯复合母料的制备方法，使添加到聚丙烯树脂中的无机材料能够和树脂之间具有比较好的分散性和相容性，同时不会影响到聚丙烯树脂的可纺性，从而解决已有技术只能在聚丙烯的塑料制品和聚烯烃膜中应用而不可能用于纤维的难题。

这种用于聚丙烯纤维的含有无机材料的聚丙烯复合母料的制备方法是将聚丙烯、无机材料、添加剂A、B、C、D、E、F等相复合，其中无机材料为亚微米、微米、纳米级高岭土、碳酸钙、蒙脱土之一种或其复配物，添加剂A为分散剂，添加剂B为润滑剂，添加剂C为抗氧剂，添加剂D为热稳定剂，添加剂E为改性剂；其中还加入了添加剂F，此添加剂F为偶联剂。

本发明的方法中由于在混合物中加入了偶联剂，使亚微米、微米、纳米无机材料与聚丙烯树脂之间具有比较好的分散性和相容性，以及各种添加剂之间的配伍作用，改善了母料的分散性能、流变性能、结晶性能等，从而提高了其可纺性。用这种方法制得的聚丙烯复合母料可以按0～40％的比例添加于聚丙烯中，可用来纺制聚丙烯长丝、短纤、无纺布等聚丙烯纤维，在比较合适的添加比例时，纤维的力学性能比较纯聚丙烯树脂纤维会有所提高，同时能明显降低聚丙烯纤维的生产成本。

附图说明

附图为用本发明的聚丙烯复合母料加聚丙烯纺成的丙纶牵伸丝的电子显微镜照片。

具体实施方式

这种用于聚丙烯纤维的含有无机材料的聚丙烯复合母料的制备方法是将聚丙烯、无机材料、添加剂A、B、C、D、E、F相复合，其中无机材料为亚微米、微米、纳米无机材料，添加剂A为分散剂，添加剂B为润滑剂，添加剂C为抗氧剂，添加剂D热稳定剂，添加剂E为改性剂，其中还加入了添加剂F，添加剂F为偶联剂。各个组分的配比按其重量比可为：

聚丙烯 20～90％，

无机材料 10～80％，

添加剂A 0～15％，

添加剂B 0～3％，

添加剂C 0～1％，

添加剂D 0～3％，

添加剂E 0～1％，

添加剂F 0～5％。

其中聚丙烯可以是不同厂家、不同牌号的聚丙烯，如：Y2600T、Y3700、S2040、Z30S、CS820、SFR170、H880F等。

无机材料可以是高岭土、碳酸钙、蒙脱土，可以单独使用，也可在三者之间按不同比例复配，也可按粒径大小不同，复配使用。

添加剂A为分散剂，可以是：低分子量聚乙烯蜡、NN’-乙撑双硬脂酸酰胺、低分子量聚丙烯蜡、EVA蜡、氧化聚乙烯蜡等。

添加剂B为润滑剂，可以是：硬酯酸酰胺、芥酸酰胺、聚硅氧烷、石蜡、高分子量聚硅氧烷或有机硅润滑剂之一种或其复配剂。

添加剂C为抗氧剂，可以是：抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168、抗氧剂300、抗氧剂DLTP、抗氧剂DSTP之一种或者其复配剂，

添加剂D为热稳定剂，可以是：硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸钡等之一种或者其复配剂。

添加剂E为改性剂，可以是：JL-MO1A加工改性剂、HE86-PP流动改性剂(瑞士三V公司)等之一种或者其复配剂。

添加剂F为偶联剂，可以是：硬脂酸、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂以及马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚乙烯之一种或者其复配剂。

这种用于聚丙烯纤维的含有无机材料的聚丙烯复合母料的制备方法中的制备过程为：a、将所述的无机材料用添加剂F在高速混合机中进行表面活化处理；b、将聚丙烯和步骤a所得的物料与添加剂A、B、C、D、E在高速混合机中混合处理；c、用双螺杆挤出机将b步所得的物料制成聚丙烯复合母料。

这种用于聚丙烯纤维的含有无机材料的聚丙烯复合母料的制备方法的具体步骤和工艺条件如下：

1、将配制好的无机微粒材料置于容器中，开搅拌，加热升温到100～110℃，维持10～30分钟，去除水分，加入硬脂酸，继续搅拌升温到130～150℃，处理10～30分钟。后冷却至70℃。

2、将上步所得物料投入高速混合机中，加入添加剂F，搅拌5～30分钟后停止搅拌。

3、加入添加剂A、B、C、D、E，继续搅拌5～15分钟，停止搅拌。

4、将上步所得物料通过双螺杆挤出机处理，温度160～220℃，螺杆转速200～500rpm。挤出物拉条，水冷，切粒，干燥，包装。双螺杆的长径比应为36∶1～50∶1。

下面详细介绍使用这种用于聚丙烯纤维的含有无机材料的聚丙烯复合母料的制备方法的实际例子：

一、物料的配制和预处理：

实施例1

在10升的高速混合机(SHR-10A，下同)中，加入720克粒径60-90nm轻质碳酸钙和1080克粒径70％≤3μm的重质碳酸钙，开高速，搅拌升温到110℃，维持10分钟，去除水分。加入3.6克的硬脂酸，搅拌15分钟后停止，冷却到70℃以下。再加入36克铝酸酯偶联剂，高速搅拌20分钟，停止。加入1200克Y3700pp、25克的聚硅氧烷、8克抗氧剂1010、16克抗氧剂168、9克硬脂酸钙、120克聚丙烯蜡，9克HE86，搅拌10分钟后取出。装袋。

实施例2

在10升的高速混合机中，加入300克粒径60-90nm轻质碳酸钙和1200克粒径70％≤3μm的重质碳酸钙，搅拌升温到110℃，10分钟，再加入4.5克的硬脂酸，搅拌20分钟后停止。冷却到70℃以下，再加入18克钛酸酯偶联剂，搅拌15分钟后停止。加入120克马来酸酐接枝pp、1200克Y3700pp、20克乙撑双硬脂酸酰胺、8克抗氧剂1010、8克抗氧剂168、9克硬脂酸钙、377克聚丙烯蜡，6克HE86，搅拌10分钟后取出。装袋。

实施例3

在10升的高速混合机中，加入625克粒径60-90nm轻质碳酸钙和1875克粒径80％≤1.6μm的重质碳酸钙，搅拌升温到110℃，10分钟，再加入5.4克的硬脂酸，搅拌15分钟后停止，冷却到70℃以下。再加入188克叠层厚度小于25nm，径/厚比为200的纳米蒙脱土、85克铝酸酯偶联剂，高速搅拌20分钟后停止。加入1250克S2040pp、250克聚乙烯蜡、150克聚丙烯蜡、8克抗氧剂1010、8克抗氧剂168、19克有机硅润滑剂、8克硬脂酸锌。搅拌8分钟后取出。装袋。

实施例4

在10升的高速混合机中，加入2000克80％≤1.6μm的碳酸钙，搅拌升温到110℃，10分钟后加入3.5克的硬脂酸，搅拌15分钟后停止，冷却到70℃以下。再加入60克钛酸酯偶联剂，200克平均粒度为300-500nm的纳米高岭土，搅拌20分钟后停止。加入1000克S2040pp、270克EVA蜡、6克抗氧剂1010、6克抗氧剂168、21克乙撑双硬脂酸酰胺、9克硬脂酸钙。搅拌8分钟后取出。装袋。

实施例5

在10升的高速混合机中，加入2000克粒径为60～90nm的轻质碳酸钙，搅拌升温到110℃，10分钟后加入5.4克的硬脂酸，搅拌20分钟后停止，冷却到70℃以下。再加入65克铝酸酯偶联剂，搅拌20分钟后停止。加入1000克Z30Spp、150克聚乙烯蜡、7.5克抗氧剂1010、7.5克抗氧剂DLTP、25克聚硅氧烷、9克硬脂酸镁。搅拌8分钟后取出。装袋。

实施例6

在10升的高速混合机中，加入2000克80％≤1.6μm的碳酸钙，搅拌升温到110℃，10分钟后加入3.5克的硬脂酸，搅拌30分钟后停止，冷却到70℃以下。再加入60克钛酸酯偶联剂，搅拌20分钟后停止。加入1000克Z30Spp、150克聚乙烯蜡、21克乙撑双硬脂酸酰胺、6克抗氧剂1010、6克抗氧剂DSTP、9克硬脂酸镁，8克HE86。搅拌8分钟后取出。装袋。

二、制备：

将上述配好的物料，分别喂入：直径27mm、长径比36∶1的小型双螺杆挤出机。温度控制为：1区150℃、2区180℃、3区200℃、4区210℃、5区220℃、6区220℃、7区220℃、8区220℃、9区216℃、机头210℃。熔体温度218℃。螺杆扭距15％，喂料速度98rpm，螺杆转速110rpm。挤出，拉条，冷却，切粒。即制成本发明的聚丙烯复合母料。

三、性能测试：

将上述制好的聚丙烯复合母料样品分别测试其熔体质量流动速率，结果如下：

实施例	1	2	3	4	5	6
实施例	1	2	3	4	5	6	熔体质量流动速率(190℃、5kg)	95.3	83.5	123	90.4	53.6	109

四、试用：

1、将上述制好的聚丙烯复合母料样品在小型纺丝机上纺丝：

按7kgpp+3kg聚丙烯复合母料的比例混合均匀，在真空烘箱中，85℃下干燥4小时。喷丝板36孔，孔径0.3mm，滤网250目。纺丝工艺条件：温度1区220℃、2区220℃、3区225℃、4区225℃、5区225℃、6区225℃、机头245℃。泵供量55Hz，螺杆转速52rpm，纺丝速度600米/分，牵伸倍数3.4倍，续纺时间8小时。

纺丝过程无异常，可纺性好，其测试数据见下表：

实施例	1	2	3	4	5	6	不加母料的PP
实施例	1	2	3	4	5	6	不加母料的PP	外观	成形好、无毛丝	成形好、无毛丝	成形良、毛丝≤5个	成形良、毛丝≤5个	成形一般、毛丝≤10个	成形好、无毛丝	成形好、无毛丝
断裂强度cN/dtex	3.90	3.61	3.25	3.42	3.21	3.65	3.50	外观	成形好、无毛丝	成形好、无毛丝	成形良、毛丝≤5个	成形良、毛丝≤5个	成形一般、毛丝≤10个	成形好、无毛丝	成形好、无毛丝

2、将上述制好的聚丙烯复合母料样品在小型熔粘无纺布试验机上试纺：

按800克pp+200克聚丙烯复合母料的比例混合均匀。温度：1区193℃、2区213℃、3区221℃、4区223℃、5区192℃、6区226℃、7区222℃。熔体温度226℃，主机转速26.9rpm，上、下辊温度143～144℃。

无纺布随机取样测试结果见下表，各项数据皆符合无纺布技术标准的要求。

	标准	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6
	标准	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6	基重g/m²	70	70	70	70	70	70	70
纵向强力N	≥92	182	195	192	178	165	174	基重g/m²	70	70	70	70	70	70	70

纵向断裂延伸率％	80-160	86	91	90	81	82	84
纵向断裂延伸率％	80-160	86	91	90	81	82	84	横向强力N	≥85	145	153	154	132	138	142
横向断裂延伸率％	80-160	82	89	88	83	82	81	横向强力N	≥85	145	153	154	132	138	142

3、将已牵伸的长丝在电子显微镜下的放大照片如附图所示，可看出无机微粒和pp的结合效果。

Claims

1、一种用于聚丙烯纤维的含有无机材料的聚丙烯复合母料的制备方法，将聚丙烯、无机材料、添加剂A、B、C、D、E相复合，其中无机材料为亚微米、微米、纳米级高岭土、碳酸钙、蒙脱土之一种或其复配物，添加剂A为分散剂，添加剂B为润滑剂，添加剂C为抗氧剂，添加剂D为热稳定剂，添加剂E为改性剂，其特征是还加入了添加剂F，此添加剂F为偶联剂。

2、如权利要求1所述的用于聚丙烯纤维的含有无机材料的聚丙烯复合母料的制备方法，其特征是各个组分的配比按其重量比为：

聚丙烯 20～90％，

无机材料 10～80％，

添加剂A 0～15％，

添加剂B 0～3％，

添加剂C 0～1％，

添加剂D 0～3％，

添加剂E 0～1％，

添加剂F 0～5％。

3、如权利要求2所述的用于聚丙烯纤维的含有无机材料的聚丙烯复合母料的制备方法，其特征是所述的添加剂A是：低分子量聚乙烯蜡、NN’-乙撑双硬脂酸酰胺、低分子量聚丙烯蜡、EVA蜡、氧化聚乙烯蜡之一种。

4、如权利要求3所述的用于聚丙烯纤维的含有无机材料的聚丙烯复合母料的制备方法，其特征是所述的添加剂B是：硬脂酸酰胺、芥酸酰胺、聚硅氧烷、石蜡、高分子量聚硅氧烷或有机硅润滑剂之一种或其复配剂。

5、如权利要求4所述的用于聚丙烯纤维的含有无机材料的聚丙烯复合母料的制备方法，其特征是所述的添加剂C为：抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168、抗氧剂300、抗氧剂DLTP、抗氧剂DSTP之一种或者其复配剂。

6、如权利要求5所述的用于聚丙烯纤维的含有无机材料的聚丙烯复合母料的制备方法，其特征是所述的添加剂D是：硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸钡等之一种或者其复配剂。

7、如权利要求6所述的用于聚丙烯纤维的含有无机材料的聚丙烯复合母料的制备方法，其特征是所述的添加剂E是：JL-MOIA加工改性剂、HE86-PP流动改性剂(瑞士三V公司)等之一种或者其复配剂。

8、如权利要求7所述的用于聚丙烯纤维的含有无机材料的聚丙烯复合母料的制备方法，其特征是所述的添加剂F是：硬脂酸、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂以及马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚乙烯之一种或者其复配剂。

9、如权利要求1或2所述的用于聚丙烯纤维的含有无机材料的聚丙烯复合母料的制备方法，其特征是其制备过程为：a、将所述的无机材料用添加剂F在高速混合机中进行表面活化处理；b、将聚丙烯和步骤a所得的物料与添加剂A、B、C、D、E在高速混合机中混合处理；c、用双螺杆挤出机将b步所得的物料制成聚丙烯复合母料。

10、如权利要求9所述的用于聚丙烯纤维的含有无机材料的聚丙烯复合母料的制备方法，其特征是所述的a步为：将配制好的无机微粒材料置于容器中，开搅拌，加热升温到100～110℃，维持10～30分钟，去除水分，加入硬脂酸，继续搅拌升温到130～150℃，处理10～30分钟，后冷却至70℃，然后将所得物料投入高速混合机中，加入添加剂F，搅拌5～30分钟，停止搅拌；所述的b步为：在a步所得物料中加入添加剂A、B、C、D、E，继续搅拌5～15分钟，停止搅拌；所述的c步为：将b步所得物料通过双螺杆挤出机处理，温度160～220℃，螺杆转速200～500rpm，挤出物拉条，水冷，切粒，干燥，包装。