CN101633761B - 一种阻隔性聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种阻隔性聚丙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种阻隔性聚丙烯复合材料，是由以下重量份数的原料制成：聚丙烯60-80份，乙烯-乙烯醇共聚物20-40份，相容剂1-10份。同时还公开了一种阻隔性聚丙烯复合材料的制备方法。本发明的聚丙烯复合材料具有较高的韧性，其冲击强度高达210J/m左右，同时还具有较高的气体阻隔性能，透水蒸气速率可接近2000g·μm/(m2·24h)。本发明的聚丙烯复合材料在具备较高的气体阻隔性的同时又具有较高的韧性，可以在制备阻隔性薄膜时，采用传统的制膜工艺进行生产，工艺较为简单，生产的成本较低，具有推广应用前景。

Description

一种阻隔性聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种阻隔性聚丙烯复合材料，同时还涉及一种该复合材料的制备方法。
背景技术
聚丙烯(PP)属热塑性塑料，平均分子量为10～15万，比重为0.89～0.91cm3，熔点为164～170℃。由于PP分子是由非极性丙烯催化聚合而成，分子结构中为碳-碳及碳-氢饱和键，因此它具有优异的电绝缘性，化学稳定性。但是其气体阻隔性极差，阻碍了其应用领域的进一步拓展。
乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)是由乙烯和醋酸乙烯共聚物(EVA)皂化水解而制成，其成型加工性好，并具有较好的气体阻隔性、保香性、耐油性、耐药品性、透明性，尤其是气体阻隔性，是气体阻隔性较高的塑料品种之一，因此成为食品包装材料中用途增长较快的材料。但是由于EVOH的强度较低，目前的EVOH阻隔性薄膜一般是和其他聚合物通过多层共挤出生产，近年又开发出了涂覆EVOH薄膜。然而，多层共挤出工艺较为复杂，生产成本较高；而涂覆EVOH薄膜的生产则会产生污染，因此不宜于推广使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用PP与EVOH相容性较好的阻隔性聚丙烯复合材料，以提高复合材料的气体阻隔性和韧性。
本发明的另一目的是提供一种阻隔性聚丙烯复合材料的制备方法。
本发明的聚丙烯复合材料所采用的技术方案是：一种阻隔性聚丙烯复合材料，是由以下重量份数的原料制成：聚丙烯60-80份，乙烯-乙烯醇共聚物20-40份，相容剂1-10份。
所述相容剂为聚丙烯马来酸酐接枝物与乙烯-乙烯醇共聚物的反应物。
所述乙烯-乙烯醇共聚物是由乙烯-醋酸乙烯酯共聚物水解而成，水解率为85％以上。
所述乙烯-乙烯醇共聚物中乙烯的重量百分含量为25-45％。
所述乙烯-乙烯醇共聚物的熔融指数为1.6-3.56。
所述聚丙烯为均聚聚丙烯。
所述相容剂的制备方法为：将100重量份的聚丙烯马来酸酐接枝物和5-15重量份的乙烯-乙烯醇共聚物于110-150℃条件下熔融反应制得相容剂。
所述聚丙烯马来酸酐接枝物的制备方法为：将聚丙烯和马来酸酐在过氧化物的作用下于170-190℃条件下熔融反应制得聚丙烯马来酸酐接枝物，其中原料的重量百分比为：聚丙烯85-98.8％，马来酸酐1-14.8％，过氧化物0.2-1％。
所述过氧化物为2，5-二甲基-2，5-双(叔丁过氧基)己烷，1，4-双(叔丁过氧基)二异丙苯，2，2-双(叔丁过氧基)丁烷或过氧化二异丙苯。
本发明聚丙烯复合材料中乙烯-乙烯醇共聚物可以采用市售的产品。
本发明的聚丙烯复合材料的制备方法为：将60-80重量份的聚丙烯，20-40重量份的乙烯-乙烯醇共聚物和1-10重量份的相容剂于170～190℃条件下混炼制成，所述相容剂为聚丙烯马来酸酐接枝物与乙烯-乙烯醇共聚物的反应物。
本发明的相容剂为聚丙烯马来酸酐接枝物(PPMA)和乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)的反应产物，其中PPMA接枝物中的酸酐基团与EVOH中的羟基发生酯化反应，从而使PPMA和EVOH通过酯键连接起来，形成相容剂，其分子结构如下式所示：
Figure G2009100659520D00021
式(1)中，A为PP主链，B为EVOH主链。
根据相似相容原理，该相容剂分子中的PP聚合链和EVOH聚合链可分别与PP和EVOH相容，从而使原来基本不相容的PP和EVOH在该相容剂作用下形成稳定的聚丙烯复合材料，即PP/EVOH复合材料，显著的提高复合材料的韧性，与未采用相容剂的PP/EVOH复合材料相比，其冲击强度由21J/m提高到210J/m左右，提高了10倍左右，因此本发明的聚丙烯复合材料的韧性得到了大大的提高；同时本发明的聚丙烯复合材料还具有较高的气体阻隔性能，透水蒸汽速率可接近2000g·μm/(m2·24h)。因此本发明的聚丙烯复合材料在具备较高的气体阻隔性的同时又具有较高的韧性，可以在制备阻隔性薄膜时，采用传统的制膜工艺进行生产，工艺较为简单，生产的成本较低，具有推广应用前景。
附图说明
图1为聚丙烯马来酸酐接枝物的红外谱图；
图2为相容剂的红外谱图。
具体实施方式
本发明制备相容剂的中间物PPMA的红外光谱图如图1所示，图中1720.3处是马来酸酐的羰基峰，2911、1458.4和1384是聚丙烯的特征峰，证明了聚丙烯与马来酸酐发生了接枝共聚反应。本发明的相容剂的红外光谱图如图2所示，图中在1739处是羰基特征峰，3451处是EVOH的羟基特征峰，1466和1372是聚丙烯的特征峰，2919-2850是聚丙烯和EVOH的亚甲基的特征峰发生重叠，证明了PPMA与EVOH发生了反应，生成了式(1)所示的相容剂。
实施例1
将20份(重量份，下同)的乙烯-乙烯醇共聚物和80份的聚丙烯加入到双螺杆挤出机中于180℃条件下进行熔融共混挤出。测试挤出物的气体阻隔性能：透水蒸气速率(38，90％RH)为2996g·μm/(m2·24h)。
实施例2
将98.8wt％的PP、1wt％的马来酸酐与0.2wt％的2，5-二甲基-2，5-双(叔丁过氧基)己烷在170℃条件下熔融接枝得到PPMA；将100份的PPMA和5份的乙烯-乙烯醇共聚物在双螺杆挤出机中于110℃条件下共混反应挤出，产物即为相容剂。
将80份的聚丙烯、20份的乙烯-乙烯醇共聚物与1份的相容剂在双螺杆混炼机中于180℃条件下进行熔融混炼制得聚丙烯复合材料，测试其气体阻隔性能：透水蒸气速率(38℃，90％RH)为2158g·μm/(m2·24h)。
实施例3
将90wt％的PP、9.5wt％的马来酸酐与0.5wt％的1，4-双(叔丁过氧基)二异丙苯在180℃条件下熔融接枝得到PPMA；将100份的PPMA和10份的乙烯-乙烯醇共聚物在双螺杆挤出机中于130℃条件下共混反应挤出，产物即为相容剂。
将80份的聚丙烯、20份的乙烯-乙烯醇共聚物与3份的相容剂在双螺杆混炼机中于190℃条件下进行熔融混炼制得聚丙烯复合材料，测试其气体阻隔性能：透水蒸气速率(38℃，90％RH)为2097g·μm/(m2·24h)。
实施例4
将85wt％的PP、14wt％的马来酸酐与1wt％的2，2-双(叔丁过氧基)丁烷在190℃条件下熔融接枝得到PPMA；将100份的PPMA和15份的乙烯-乙烯醇共聚物在双螺杆挤出机中于150℃条件下共混反应挤出，产物即为相容剂。
将80份的聚丙烯、20份的乙烯-乙烯醇共聚物与5份的相容剂在双螺杆混炼机中于170℃条件下进行熔融混炼制得聚丙烯复合材料，测试其气体阻隔性能：透水蒸气速率(38℃，90％RH)为2024g·μm/(m2·24h)。
实施例5
将85wt％的PP、14.8wt％的马来酸酐与0.2wt％的2，5-二甲基-2，5-双(叔丁过氧基)己烷在180℃条件下熔融接枝得到PPMA；将100份的PPMA和15份的乙烯-乙烯醇共聚物在双螺杆挤出机中于110℃条件下共混反应挤出，产物即为相容剂。
将70份的聚丙烯、30份的乙烯-乙烯醇共聚物与5份的相容剂在双螺杆混炼机中于180℃条件下进行熔融混炼制得聚丙烯复合材料，测试其气体阻隔性能：透水蒸气速率(38℃，90％RH)为2018g·μm/(m2·24h)。
实施例6
将85wt％的PP、14wt％的马来酸酐与1wt％的过氧化二异丙苯在180℃条件下熔融接枝得到PPMA；将100份的PPMA和15份的乙烯-乙烯醇共聚物在双螺杆挤出机中于110℃条件下共混反应挤出，产物即为相容剂。
将60份的聚丙烯、40份的乙烯-乙烯醇共聚物与10份的相容剂在双螺杆混炼机中于180℃条件下进行熔融混炼制得聚丙烯复合材料，测试其气体阻隔性能：透水蒸气速率(38℃，90％RH)为2005g·μm/(m2·24h)。
上述实施例1-6中所采用的原料均为市售的产品，其中聚丙烯(PP)为均聚聚丙烯；乙烯-乙烯醇共聚物可以采用市售的产品，也可以是由乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的水解产物替代，其水解率为85％以上，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物应满足以下条件，熔融指数为1.6-3.56，其中的乙烯的重量百分含量为25-45％。
本发明的实施例仅用以说明而非限定本发明的技术方案，其中过氧化物可以为其它的二叔丁基过氧化物，也同样能够促使聚丙烯和马来酸酐发生熔融接枝反应，实现本发明制备相容剂的目的，这种替换对于本领域技术人员是显而易见的，因此应当落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种阻隔性聚丙烯复合材料，其特征在于：是由以下重量份数的原料制成：聚丙烯60-80份，乙烯-乙烯醇共聚物20-40份，相容剂1-10份；所述相容剂为聚丙烯马来酸酐接枝物与乙烯-乙烯醇共聚物的反应物，是由以下方法制备而成：将100重量份的聚丙烯马来酸酐接枝物和5-15重量份的乙烯-乙烯醇共聚物于110-150℃条件下熔融反应制得相容剂。
2.根据权利要求1所述的阻隔性聚丙烯复合材料，其特征在于：所述乙烯-乙烯醇共聚物是由乙烯-醋酸乙烯酯共聚物水解而成，水解率为85％以上。
3.根据权利要求1或2所述的阻隔性聚丙烯复合材料，其特征在于：所述乙烯-乙烯醇共聚物中乙烯的重量百分含量为25-45％。
4.根据权利要求1所述的阻隔性聚丙烯复合材料，其特征在于：所述聚丙烯为均聚聚丙烯。
5.根据权利要求1所述的阻隔性聚丙烯复合材料，其特征在于：所述聚丙烯马来酸酐接枝物的制备方法为：将聚丙烯和马来酸酐在过氧化物的作用下于170-190℃条件下熔融反应制得聚丙烯马来酸酐接枝物，其中原料的重量百分比为：聚丙烯85-98.8％，马来酸酐1-14.8％，过氧化物0.2-1％。
6.根据权利要求5所述的阻隔性聚丙烯复合材料，其特征在于：所述过氧化物为2，5-二甲基-2，5-双(叔丁过氧基)己烷，1，4-双(叔丁过氧基)二异丙苯，2，2-双(叔丁过氧基)丁烷或过氧化二异丙苯。
7.一种如权利要求1所述阻隔性聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：将60-80重量份的聚丙烯，20-40重量份的乙烯-乙烯醇共聚物和1-10重量份的相容剂于170～190℃条件下混炼制成，所述相容剂为聚丙烯马来酸酐接枝物与乙烯-乙烯醇共聚物的反应物。
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