CN101649028A - 工程塑料所用增韧母料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工程塑料所用增韧母料,该增韧母料是以聚丙烯、三元乙丙橡胶和丁苯弹性体为基本原料,以二甲苯为溶剂,在架桥剂苯乙烯、丙烯酸和引发剂过氧化苯甲酰的作用下进行反应,反应结束时加入抗氧剂,将反应后的物料采用提取釜将溶剂提取出来,得到晶液混合物,然后将得到的晶液混合物离心分离得到晶体,最后将晶体进行干燥得到产品工程塑料所用增韧母料。利用本发明技术方案可制备出韧性、刚性皆优的HHPP型增韧母料,为发展国内工程塑料提供了一条新途径,其生产和应用具有显著的经济效益和社会效益。
Description
一、技术领域:
本发明涉及工程塑料领域,特别是涉及一种工程塑料所用的增韧母料(HHPP-TMB)。
二、背景技术:
工程塑料是指一类可以作为结构材料,在较宽的温度范围内承受机械应力,在较为苛刻的化学物理环境中使用的高性能高分子材料。工程塑料需能承受一定的外力作用,并具有良好的机械性能和尺寸稳定性,在高、低温下仍能保持其优良性能,可以作为工程结构件的塑料。
中国工程塑料行业历经十几年的发展,已逐步形成了具有树脂合成、塑料改性与合金、加工应用等相关配套能力的完整产业链。十几年前,中国工程塑料行业刚刚起步,生产能力与需求相比严重滞后,原料树脂85%以上依靠进口,一半以上的改性树脂材料使用国外产品。而时至今日,我国的工程塑料树脂均能在国内生产,聚合能力已经达到每年60万吨左右,改性树脂材料年产量也有200多万吨。而过去国外对我国禁运的特种工程塑料树脂,现在国内几乎都有生产,并且能够少量出口。在过去的十几年里,我国工程塑料产值年均增长20%以上,企业规模不断发展壮大,科技水平日益提高。由于工程塑料具有特别优异的性能,其技术发展水平受到国家重视,已被列入国家中长期科技发展纲要中高新技术的重点选项。另外,经过长期的技术攻关,目前我国工程塑料技术水平发展较快,在改性材料与树脂合金方面,部分产品技术、质量指标也已接近国外先进水平,一些特种工程塑料产品的工艺技术已经进入到国际先进行列。
尽管我国的工程塑料在合成和加工方面取得了长足发展,但是在某些性能方面仍存在有一定的缺陷,例如:在提高工程塑料韧性的同时,刚性却大幅度下降。为了解决该项技术问题,技术人员着重从改善工程塑料所用增韧母料方面进行改进。
目前,在制造工程塑料所用的增韧母料方法中,增韧聚丙烯PP的途径主要有三种:一种是采用低模量高韧性树脂(如低密度聚乙烯、高密度聚乙烯等)和弹性体(二元乙丙胶、三元乙丙胶、顺丁橡胶和丁苯橡胶等)并加相容剂,简单共混挤出造粒;另外一种是采用以上增韧体加入过氧化物或交联剂与PP反应性共混;第三种是共聚共混的方法。
采用以上三种方法制备的增韧母料,其共同缺陷就是增韧PP与PP相比,韧性获得大幅度提高的同时,刚性(例如:弹性模量、拉伸强度等)均显著降低。
三、发明内容:
本发明要解决的技术问题是提供一种工程塑料所用的增韧母料,通过本发明技术方案制备的增韧母料,其韧性和刚性皆优。
本发明的技术方案是:
本发明提供一种工程塑料所用增韧母料,所述增韧母料是由以下方法制备而成,其详细步骤如下:
a、以聚丙烯、三元乙丙橡胶和丁苯弹性体为基本原料,以二甲苯为溶剂;所述聚丙烯、三元乙丙橡胶和丁苯弹性体的加入量分别为180~190kg、70~90kg和17~18kg,所述溶剂二甲苯的加入量为3200~3300L;
b、按照步骤a所述的各种物料加入量配比比例称取溶剂二甲苯,投入反应釜,并加入称取的基本原料聚丙烯、三元乙丙橡胶和丁苯弹性体,然后进行搅拌、加热,当温度达到120℃~130℃时,在保持温度不变的条件下加入架桥剂苯乙烯24~26kg和丙烯酸32~35kg,搅拌使之分散均匀,然后加入引发剂过氧化苯甲酰3~4kg,在此温度下反应2~3小时,反应结束时加入抗氧剂2~2.5kg搅拌均匀得到反应物料;
c、将步骤b得到的反应物料注入提取釜,加入占反应物料重量2.5~3倍的蒸馏水,将溶剂二甲苯提取出来,得到晶液混合物;提取出来的溶剂二甲苯以备循环利用;
d、把步骤c得到的晶液混合物进行分离,将液体分离,得到晶体;
e、将步骤d得到的晶体进行干燥,干燥至晶体含水率小于0.5%,即得产品增韧母料。
根据上述的工程塑料所用增韧母料,步骤b中所述溶剂二甲苯在加入反应釜前需进行提纯;所述二甲苯提纯是在120~140℃的条件下,采用蒸馏塔进行提纯。
根据上述的工程塑料所用增韧母料,步骤b中所述搅拌、加热时搅拌器的搅拌速度为120~150转/分。
根据上述的工程塑料所用增韧母料,步骤b中所述引发剂过氧化苯甲酰的加入为均匀缓慢加入,加入时间为30~50分钟。
根据上述的工程塑料所用增韧母料,步骤b中所述抗氧剂为抗氧剂PKB-215和抗氧剂1010的混合物,二者混合时的重量比例为1~1.2∶9~10。
根据上述的工程塑料所用增韧母料,所述抗氧剂PKB-215和抗氧剂1010二者混合时的重量比例为1∶10。
根据上述的工程塑料所用增韧母料,步骤d中所述晶液混合物是采用离心机进行分离,离心机的旋转速度为1200~1500转/分,分离时间为10~12分钟。
根据上述的工程塑料所用增韧母料,步骤e中所述干燥为真空干燥,真空度为-0.07~0.095Mpa,干燥温度为90~110℃。
HHPP-TMB有关计算公式:
其中聚丙烯为PP;三元乙丙橡胶为M;丁苯弹性体为N;过氧化苯甲酰BPO为Ini;丙烯酸为AA;架桥剂为(ba);接枝架桥率(T)的测定:
弹性体转化率(C)的测定:
准确称取一定量的HHPP-TMB试样(W1),用200目的不锈钢丝网包好,用苯在45℃提取恒重(30hr),称得提取后试样的重量(W2),可计算出下列参数:
接枝物(PP-g-ba,M-g-ba,N-g-ba等)含量(D)的测定:
将上述W2用二甲苯/甲醇(2/1体积比)的混合液,在回流温度下提取18hr,干燥至恒重,称得提取后试样的重量W3,则:
PP转化率(G)的测定:将W3用二甲苯在回流温度下提取8hr,干燥至恒重,称得提取后试样的重量W4,则
凝胶(以交联形式存在的PP,弹性体及聚合桥链)含量(H)的测定:
本发明的积极有益效果:
1、采用本发明技术方案制造工程塑料所用的HHPP型增韧母料(HHPP-TMB)时,采用的是聚合桥联接、动态硫化等技术,使增韧母料中PP和弹性体两相间有化学键联接,使弹性体形成适度交联,按照微相分离机理发生相分离;相分离过程中由于能量效应和熵效应,使弹性体分散尺寸比较细小、均匀,形成包容有一定量PP的胞状(香肠状)结构,还使PP结晶细化。用本发明制备的增韧母料制造HHPP工程塑料(高韧性、高刚性PP工程塑料)时,呈现出韧性、刚性皆优的优异性能(参见表一)。
表一:本发明增韧塑料的主要性能指标检测数据
指标 | 原料PP | 测试指标 | 同类棱技术 |
悬臂梁缺口冲击强度(kj/m2) | 0溶左右 | 14.4倍 | 8.5倍 |
拉伸屈服应力 | 90% | 91% | 80% |
弯曲弹性模量 | 95% | 97% | 55% |
拉伸偏置屈服应力 | 90% | 96% | 81% |
2、本发明制造的产品解决了目前现有技术存在的严重缺陷(即在提高增韧母料韧性的同时,其刚性大幅度下降),制备出韧性、刚性皆优的HHPP型增韧母料,为发展国内工程塑料提供了一条新途径。因而,其生产和应用具有显著的经济效益和社会效益。
3、采用本发明产品增韧母料制备的工程塑料,其工程塑料的性能优于采用现有增韧母料制备的工程塑料的性能(详见表二)。
表二
(原料)均聚PP | 共混共聚 | 反应性共混 | 简单共混 | 用本发明产品生产的PP工程塑料 | |
悬臂梁缺口冲击强度(Kg/m2) | 2.3 | 17.6 | 11.27 | 10.6 | 33.12 |
弯曲弹性模量(Mpa) | 17400 | 11500 | 11200 | 9600 | 16900 |
拉伸强度(Mpa) | 33.8 | 26 | 23.5 | 19 | 30.8 |
四、具体实施方式:
以下实施例仅为了进一步说明本发明,并不限制本发明的内容。
实施例一:一种工程塑料所用增韧母料
一种工程塑料所用增韧母料,该增韧母料是通过以下方法制备而成,所述制备方法的详细步骤如下:
a、称取基本原料聚丙烯180kg、三元乙丙橡胶70kg和丁苯弹性体17kg,量取溶剂二甲苯3200L;
b、首先将步骤a量取的溶剂二甲苯在120~140℃的条件下,采用蒸馏塔进行提纯,提纯后投入带有搅拌器、回流冷凝器和温度计的反应釜中,并加入步骤a称取的基本原料聚丙烯、三元乙丙橡胶和丁苯弹性体,然后进行搅拌、加热,搅拌器的搅拌速度为120~150转/分,当温度达到125℃时,在此温度下加入架桥剂苯乙烯24kg和丙烯酸32kg,搅拌使之分散均匀,然后将引发剂过氧化苯甲酰3kg在30分钟内缓慢加入反应釜,在125℃条件下反应2小时,反应结束时加入抗氧剂2kg(抗氧剂为0.2kg抗氧剂PKB-215和1.8kg抗氧剂1010的混合物),搅拌均匀得到反应物料;
c、将步骤b得到的反应物料注入提取釜,加入占反应物料重量2.5~3倍的蒸馏水,在通入蒸气的条件下,将溶剂二甲苯提取出来,得到晶液混合物,提取出来的二甲苯以备循环利用;
d、把步骤c得到的晶液混合物注入离心机,将液体分离,得到晶体;所述离心机的旋转速度为1300转/分,分离时间为12分钟;
e、将步骤d得到的晶体进行真空干燥,真空度为-0.07~0.095Mpa,干燥温度为100℃,干燥至晶体含水率小于0.5%,即得产品增韧母料。
实施例二:与实施例一基本相同,相同之处不再叙述,不同之处在于:
步骤a:称取基本原料聚丙烯190kg、三元乙丙橡胶90kg和丁苯弹性体18kg,量取溶剂二甲苯3300L;
步骤b:反应温度为120℃,在此温度下加入架桥剂苯乙烯26kg和丙烯酸35kg,搅拌使之分散均匀,然后将引发剂过氧化苯甲酰4kg在50分钟内缓慢加入反应釜,在120℃条件下反应3小时,反应结束时加入抗氧剂2.5kg(抗氧剂为0.25kg抗氧剂PKB-215和2.25kg抗氧剂1010的混合物);
步骤d:离心机的旋转速度为为1200转/分,分离时间为12分钟;
步骤e:干燥温度90℃。
实施例三:与实施例一基本相同,相同之处不再叙述,不同之处在于:
步骤a:称取基本原料聚丙烯185kg、三元乙丙橡胶80kg和丁苯弹性体17.5kg,量取溶剂二甲苯3250L;
步骤b:反应温度为130℃,在此温度下加入架桥剂苯乙烯25kg和丙烯酸33kg,搅拌使之分散均匀,然后将引发剂过氧化苯甲酰3.5kg在40分钟内缓慢加入反应釜,在130℃条件下反应2小时,反应结束时加入抗氧剂2.4kg(抗氧剂为0.22kg抗氧剂PKB-215和2.18kg抗氧剂1010的混合物);
步骤d:离心机的旋转速度为为1500转/分,分离时间为10分钟;
步骤e:干燥温度110℃。
实施例四:与实施例一基本相同,相同之处不再叙述,不同之处在于:
步骤a:称取基本原料聚丙烯183kg、三元乙丙橡胶75kg和丁苯弹性体17kg,量取溶剂二甲苯3280L;
步骤b:反应温度为125℃,在此温度下加入架桥剂苯乙烯25kg和丙烯酸34kg,搅拌使之分散均匀,然后将引发剂过氧化苯甲酰3.5kg在45分钟内缓慢加入反应釜,在125℃条件下反应2.5小时,反应结束时加入抗氧剂2.2kg(抗氧剂为0.2kg抗氧剂PKB-215和2.0kg抗氧剂1010的混合物);
步骤d:离心机的旋转速度为为1300转/分,分离时间为11分钟;
步骤e:干燥温度95℃。
实施例五:与实施例一基本相同,相同之处不再叙述,不同之处在于:
步骤a:称取基本原料聚丙烯188kg、三元乙丙橡胶85kg和丁苯弹性体18kg,量取溶剂二甲苯3300L;
步骤b:反应温度为125℃,在此温度下加入架桥剂苯乙烯24kg和丙烯酸34kg,搅拌使之分散均匀,然后将引发剂过氧化苯甲酰4kg在50分钟内缓慢加入反应釜,在125℃条件下反应2小时,反应结束时加入抗氧剂2.2kg(抗氧剂为0.2kg抗氧剂PKB-215和2.0kg抗氧剂1010的混合物);
步骤d:离心机的旋转速度为为1200转/分,分离时间为12分钟;
步骤e:干燥温度90℃。
实施例6:与实施例一基本相同,相同之处不再叙述,不同之处在于:
步骤a:称取基本原料聚丙烯180kg、三元乙丙橡胶70kg和丁苯弹性体17kg,量取溶剂二甲苯3200L;
步骤b:反应温度为130℃,在此温度下加入架桥剂苯乙烯24.6kg和丙烯酸33kg,搅拌使之分散均匀,然后将引发剂过氧化苯甲酰4kg在50分钟内缓慢加入反应釜,在130℃条件下反应2小时,反应结束时加入抗氧剂2.3kg(抗氧剂为0.22kg抗氧剂PKB-215和2.08kg抗氧剂1010的混合物);
步骤d:离心机的旋转速度为为1300转/分,分离时间为12分钟;
步骤e:干燥温度95℃。
Claims (9)
1、一种工程塑料所用增韧母料,其特征在于,所述增韧母料是由以下方法制备而成:
a、以聚丙烯、三元乙丙橡胶和丁苯弹性体为基本原料,以二甲苯为溶剂;所述聚丙烯、三元乙丙橡胶和丁苯弹性体的加入量分别为180~190kg、70~90kg和17~18kg,所述溶剂二甲苯的加入量为3200~3300L;
b、按照步骤a所述的各种物料加入量配比比例称取溶剂二甲苯,投入反应釜,并加入称取的基本原料聚丙烯、三元乙丙橡胶和丁苯弹性体,然后进行搅拌、加热,当温度达到120℃~130℃时,在保持温度不变的条件下加入架桥剂苯乙烯24~26kg和丙烯酸32~35kg,搅拌使之分散均匀,然后加入引发剂过氧化苯甲酰3~4kg,在此温度下反应2~3小时,反应结束时加入抗氧剂2~2.5kg搅拌均匀得到反应物料;
c、将步骤b得到的反应物料注入提取釜,加入占反应物料重量2.5~3倍的蒸馏水,将溶剂二甲苯提取出来,得到晶液混合物;
d、把步骤c得到的晶液混合物进行分离,得到晶体;
e、将步骤d得到的晶体进行干燥,干燥至晶体含水率小于0.5%,即得产品增韧母料。
2、根据权利要求1所述的工程塑料所用增韧母料,其特征在于:步骤b中所述溶剂二甲苯在加入反应釜前需进行提纯;所述二甲苯提纯是在120~140℃的条件下,采用蒸馏塔进行提纯。
3、根据权利要求1所述的工程塑料所用增韧母料,其特征在于:步骤b中所述搅拌、加热时搅拌器的搅拌速度为120~150转/分。
4、根据权利要求1所述的工程塑料所用增韧母料,其特征在于:步骤b中所述引发剂过氧化苯甲酰的加入为均匀缓慢加入,物料加入时间为30~50分钟。
5、根据权利要求1所述的工程塑料所用增韧母料,其特征在于:步骤b中所述抗氧剂为抗氧剂PKB-215和抗氧剂1010的混合物,二者混合时的重量比例为1~1.2∶9~10。
6、根据权利要求5所述的工程塑料所用增韧母料,其特征在于:所述抗氧剂PKB-215和抗氧剂1010二者混合时的重量比例为1∶10。
7、根据权利要求1所述的工程塑料所用增韧母料,其特征在于:步骤d中所述晶液混合物分离是采用离心机进行分离;所述离心机的旋转速度为1200~1500转/分,分离时间为10~12分钟。
8、根据权利要求1所述的工程塑料所用增韧母料,其特征在于:步骤e中所述干燥为真空干燥,真空度为-0.07~0.095Mpa,干燥温度为90~110℃。
9、根据权利要求1所述的工程塑料所用增韧母料,其特征在于:步骤c中提取出来的溶剂二甲苯以备循环利用。
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