CN101735397A

CN101735397A - 一种接枝改性高熔体弹性、高拉伸黏度发泡聚丙烯材料(PP-g-GMA/ST)的配制

Info

Publication number: CN101735397A
Application number: CN200810202604A
Authority: CN
Inventors: 林世平
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-11-12
Filing date: 2008-11-12
Publication date: 2010-06-16

Abstract

采用过氧化二异丙苯为引发剂作用下发生氢消除反应，形成PP大分子自由基键，该自由基可能发生接枝或断链反应；ST为助引发剂的反应活性比GMA高，St优先接枝到PP上，形成更加稳定的苯乙烯基大分子自由基后，再与甲基丙烯酸缩水甘油酯反应，以双螺杆挤出机为反应器实现聚丙烯支链化，可提高PP的接枝率。用该方法可配制出“一种接枝改性高熔体弹性、高拉伸黏度发泡聚丙烯材料(PP-g-GMA/ST)。”接枝率高的PP，可提高PP体系的熔体强度和拉伸黏度及其应变硬化。高熔体强度和拉伸黏度的行为可促进气泡稳定增长，阻碍气体的快速扩散，减少气泡合并，限制了泡孔的破裂，达到改善PP材料发泡成型性。无机纳米级成核剂的加入，细化了聚丙烯结构的晶粒，破坏了聚丙烯结晶性使得聚丙烯在加热熔融时熔体的黏度增强，扩大了适宜发泡成型的温度范围。

Description

一种接枝改性高熔体弹性、高拉伸黏度发泡聚丙烯材料(PP-g-GMA/ST)的配制

技术领域：

本发明属于改性高熔体发泡聚丙烯材料领域，特别涉及到采用过氧化二异丙苯(DCP)为引发剂，苯乙烯为(ST)为助引发剂，以双螺杆挤出机为反应器使甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)接枝到聚丙烯(PP)键上以实现聚丙烯支链化，以提高PP的拉伸黏度和熔体强度，达到改善PP材料发泡成型性。

技术背景：

PP是高结晶型聚合物，通用PP熔体在拉伸过程中拉伸黏度表现不出应变硬化现象，并且熔体的弹性(熔体强度)很低，在熔融温度下其熔体强度急剧下降，使得适宜发泡的温度范围变窄，发泡时气体易于逃逸，容易造成泡孔破裂、塌陷，严重影响发泡制品的性能。为了改善PP发泡塑料的成型加工性能，提高PP在熔融温度下具有显著的应变硬化现象和较高的的熔体强度是一种较好的方法。目前采用的技术有(1)增加相对分子质量；(2)拓宽相对分子质量分布；(3)与其它聚合物共混；(4)在通用聚丙烯上接枝长支链得到长链支化的聚丙烯；(5)通用线形聚丙烯与长链支化聚丙烯共混。这些方法对聚合物的拉伸黏度和熔体弹性的影响是不同的：其中，增加相对分子质量；(2)拓宽相对分子质量分布提高聚合物熔体强度，但对于熔体黏度的提高却并不显著；而在通用聚丙烯线形主联上引入长的支链，得到长链支化聚丙烯则可以同时提高拉伸黏度和熔体弹性，长链支化聚丙烯具有显著的应变硬化现象和较高的熔体强度。影响高聚合物熔体强度的主要因素是其分子结构。一般相对分子质量增大、大分子适度交联或引入长支链均可使其熔体强度提高。目前使用高熔体强度PP树脂进行，发泡成型效果较好，但其树脂价格较高。本发明采用聚丙烯熔融接枝法实现聚丙烯支链化，以提高PP的熔体强度，改善PP的发泡成型性能，以较低的成本实现PP发泡材料的国产化。

发泡聚丙烯(PP)不仅继承了PP自身的优越性能，而且和其它聚烯烃发泡材料相比，具有明显的优势：(1)比PS、PE等发泡材料具有更好的刚性和更高的硬度；(2)具有比发泡PE更高的力学性能，比发泡PS更高的冲击强度；(3)具有更出色的耐温性，作为容器能在130℃条件下使用而不软化。

聚丙烯泡沫塑料是继聚氨酯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚氯乙烯发泡塑料之后的一种新型发泡塑料。由于PP发泡塑料具有良好的耐高温性、热稳定性、较高的弹性模量、弯曲强度、拉伸强度、冲击强度与韧性以及保温隔热等性能，在建材、汽车、包装、日用和结构材料等领域有着广泛的应用。

发明内容：

聚丙烯的高结晶性是其发泡的致命弱点。这是因为在熔融温度时其拉伸黏度和熔体强度迅速降低，使得发泡温度范围变窄，容易造成破孔、穿孔、塌陷等。

聚合物的熔垂性与聚合物本身的分子结构有关。当分子结构支链化程度增加，会造成更多的分子缠结，宏观上表现出聚合物熔体在自身重力下发生的形变速度小，熔体下垂一定长度所需的时间变长。在DCP的适量引发下，聚丙烯接枝物的抗垂体性会相应地增加。随着ST、GMA的加入，聚丙烯接枝物的抗垂体性也随之增加。无机纳米级成核剂的加入，细化了聚丙烯结构的晶粒，破坏了聚丙烯结晶性使得聚丙烯在加热熔融时熔体的黏度增强，扩大了适宜发泡成型的温度范围。

本发明的目的是：提高PP的接枝率，实现较高PP体系的熔体强度、拉伸黏度应变硬化的行为，达到可发性PP材料。

本发明的机理是：在过氧化二异丙苯作用下发生氢消除反应，形成PP大分子自由基键，该自由基可能发生接枝或断链反应；由于St的反应活性比GMA高，St优先接枝到PP上，形成更加稳定的苯乙烯基大分子自由基后，再与甲基丙烯酸缩水甘油酯反应，以实现聚丙烯支链化，可提高PP的接枝率。接枝率高的PP，可提高PP体系的熔体强度和拉伸黏度及其应变硬化。高熔体强度和拉伸黏度的行为可促进气泡稳定增长，阻碍气体的快速扩散，减少气泡合并，限制了泡孔的破裂，达到改善PP材料发泡成型性。

本发明是通过如下方法加以实现：按照配方设计进行各种物料的称量，并将引发剂和单体先于丙酮中混合，浓度为20％左右。再将混合好的溶液均匀地洒入PP材料中，搅伴均匀，静置一段时间待丙酮基本挥发后，与成核剂在高速搅拌机中伴匀后，在用平行双螺杆挤出机上挤出水下造粒，得到所需地接枝2～6％不等的产物。本配方中(重量比)，DCP量为0.03～0.06份；GMA量为4～12份；ST量为2～6份；成核剂1～3份。螺杆转速为：150～200r/min；挤出机各段温度为：170℃、180℃、190℃、195℃、200℃、210℃，机头温度为：230℃。冷却水温为：30℃左右。

本发明所述的DCP为过氧化二异丙苯，市售；

本发明所述的ST为苯乙烯；市售；

本发明所述的GMA为甲基丙烯酸缩水甘油酯；市售。

本发明所述的成核剂为纳米碳酸钙、滑石粉等无机材料。

下面就结合具体实例对本发明加以说明：

实例1

称取PP材料100份、DCP0.06份、ST3.5份、GMA8份、纳米碳酸钙2份；分别将DCP、ST、GMA与丙酮混合，浓度为20％左右；将PP材料100份、纳米碳酸钙2份用高速充分搅拌混合均匀后，将混合好地引发剂和单体溶液均匀地洒入PP材料中，搅伴均匀，静置一段时间待丙酮基本挥发后，在用平行双螺杆挤出机上挤出水下造粒。螺杆转速为：150～200r/min；挤出机各段温度为：170℃、180℃、190℃、195℃、200℃、210℃，机头温度为：230℃。冷却水温为：30℃左右。该接枝聚合物接枝率大约在5％左右，抗熔垂性60/min左右。

实例2

称取PP材料100份、DCP0.05份、ST2.5份、GMA6份、纳米碳酸钙1份；分别将DCP、ST、GMA与丙酮混合，浓度为20％左右；将PP材料100份、纳米碳酸钙1份用高速充分搅拌混合均匀后，将混合好地引发剂和单体溶液均匀地洒入PP材料中，搅伴均匀，静置一段时间待丙酮基本挥发后，在用平行双螺杆挤出机上挤出水下造粒。螺杆转速为：150～200r/min；挤出机各段温度为：170℃、180℃、190℃、195℃、200℃、210℃，机头温度为：230℃。冷却水温为：30℃左右。该接枝聚合物接枝率大约在3％左右，抗熔垂性50/min左右。

实例3

称取PP材料100份、DCP0.08份、ST2.0份、GMA12份、滑石粉3份；分别将DCP、ST、GMA与丙酮混合，浓度为20％左右；将PP材料100份、纳米碳酸钙3份用高速充分搅拌混合均匀后，将混合好地引发剂和单体溶液均匀地洒入PP材料中，搅伴均匀，静置一段时间待丙酮基本挥发后，在用平行双螺杆挤出机上挤出水下造粒。螺杆转速为：150～200r/min；挤出机各段温度为：170℃、180℃、190℃、195℃、200℃、210℃，机头温度为：230℃。冷却水温为：30℃左右。该接枝聚合物接枝率大约在2％左右，抗熔垂性30/min左右。

Claims

1.一种接枝改性高熔体、高拉伸黏度发泡聚丙烯材料(PP-g-GMA/ST)的配置。

2.根据权利要求书1所述：其特征在于接枝改性聚丙烯材料的引发剂为DCP过氧化二异丙苯。

3.根据权利要求书1所述：其特征在于接枝改性聚丙烯材料的接枝物羰基为ST苯乙烯。

4.根据权利要求书1所述：其特征在于接枝改性聚丙烯材料的接枝物羰羟基为GMA甲基丙烯酸缩水甘油。

5.根据权利要求书1所述：其特征在于接枝改性聚丙烯材料的成核剂为纳米级碳酸钙、滑石粉等无机材料其中一种。

6.根据权利要求书1所述：其特征在于接枝改性聚丙烯材料配方中各组份重量比为：PP100份、DCP0.03～0.06份；GMA4～12份；ST2～6份；成核剂1～3份。