CN101735508A

CN101735508A - 一种高熔接痕强度增强聚丙烯材料及其制备方法

Info

Publication number: CN101735508A
Application number: CN200810218925A
Authority: CN
Inventors: 姜苏俊; 陈大华; 张宇; 孙雅杰; 万勇军
Original assignee: Kingfa Science and Technology Co Ltd; Shanghai Kingfa Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Kingfa Science and Technology Co Ltd; Shanghai Kingfa Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2008-11-05
Filing date: 2008-11-05
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2028-11-05
Also published as: CN101735508B

Abstract

本发明提供了一种高熔接痕强度增强聚丙烯材料及其制备方法，它由30～90％熔融指数范围为0.5～100g/10min(230℃，2.16kg)聚丙烯(PP)树脂，5～50％经表面处理剂处理的玻璃纤维，0.5～5％经表面处理剂处理的矿物填料，0.5～10％界面改性剂和0.5～5％其它添加剂组成。聚丙烯材料由于添加了矿物填料、界面改性剂和玻璃纤维，三者之间形成很强的界面结合，提高了分散相粘度，阻碍了聚丙烯分子链和玻璃纤维沿垂直流动方向的取向，从而提高了聚丙烯材料的熔接痕强度。

Description

一种高熔接痕强度增强聚丙烯材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种聚丙烯材料，属于高分子材料成型加工领域。

背景技术

聚丙烯材料是商品化高分子材料中应用最普遍的，是最接近工程塑料的一种热塑性塑料，广泛应用于汽车、家电等行业。聚丙烯树脂经增强后，能显著提高其强度、刚性和冲击强度。但与其它增强工程塑料相比，如增强尼龙，增强聚丙烯的强度、韧性和刚性仍相差甚远。除了常规的力学性能比其它增强工程塑料低很多以外，增强聚丙烯材料的熔接痕强度也低很多。由于增强聚丙烯材料具有高性价比，取代某些工程塑料的应用越来越多。为了进一步扩展增强聚丙烯的应用，迫切需要解决增强聚丙烯材料的低熔接痕强度的问题。

采用常规的注塑方法成型制品，不可避免地会在制品上留下熔接痕。虽然有些熔接痕是肉眼难以看到的，但仍然是制品上最薄弱的环节。为了避免熔接痕对制品的使用带来损害，通常的做法是改进制品或者改进模具的结构设计将熔接痕留在非受力、非关键部位，或者两种方法兼而有之。这样，对制品和模具的结构设计就提出了很高的要求。近年来，也出现了从注塑工艺及设备方面避免在制品上出现熔接痕，如专利申请号200720121116.6(一种可消除熔接痕的注塑模具)和200710037661.1(改进的注塑方法、装置及包含该装置的注塑系统)。但这种从注塑设备的角度消除熔接痕无疑会增加设备投资，从而提高产品的成本。本专利就是在不增加材料成本和不牺牲物理机械性能的前提下，从配方的角度来提高增强聚丙烯的熔接痕强度。

发明内容

本发明的目的是提供一种高熔接痕强度增强聚丙烯材料。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高熔接痕强度增强聚丙烯材料，由如下重量百分数的组分组成：

(1)30～90％熔融指数范围为0.5～100g/10min聚丙烯树脂；

(2)5～50％经表面处理剂处理的玻璃纤维；

(3)0.5～5％经表面处理剂处理的矿物填料；

(4)0.5～10％界面改性剂；

(5)0.5～5％其它添加剂。

在上述高熔接痕强度增强聚丙烯材料中，所述聚丙烯树脂优选为共聚聚丙烯和均聚聚丙烯中的一种或多种混合物，其熔融指数为25～50g/10min(230℃，2.16KG)。如果熔融指数低，流动性差，不利于熔接痕处分子链之间的缠结，熔接痕强度较低；如果熔融指数太高的话，分子量太低，力学性能较差，而且熔接痕强度也不能得到进一步提高。因此，要获得综合性能优良的高熔接痕强度增强聚丙烯材料，优选中高熔融指数的聚丙烯树脂。

在上述高熔接痕强度增强聚丙烯材料中，所述表面处理剂为硅烷系偶联剂、钛酸酯系偶联剂和铝酸酯系偶联剂中的一种或多种混合物，但不仅限于这些偶联剂。其中，优选硅烷系偶联剂，包括氨基硅烷、环氧基硅烷、叠氮基硅烷、丙烯基硅烷和乙烯基硅烷偶联剂中的一种或多种；在这些偶联剂中，又优选氨基硅烷和环氧硅烷偶联剂，特别优选氨基硅烷偶联剂。

在上述高熔接痕强度增强聚丙烯材料中，所述界面改性剂优选为熔融指数为100～150g/10min(230℃，2.16KG)的共聚聚丙烯与硅烷偶联剂、不饱和羧酸或其酸酐的接枝共聚物。其中，不饱和羧酸或其酸酐是马来酸、丙烯酸、衣康酸、马来酸酐、丙烯酸缩水甘油酯中的一种或多种，但不仅限于这些不饱和羧酸或其酸酐；硅烷偶联剂包括氨基硅烷、环氧基硅烷、叠氮基硅烷、丙稀基硅烷和乙烯基硅烷偶联剂中的一种或多种。在所述的硅烷偶联剂、不饱和羧酸或其酸酐中，优选硅烷偶联剂中的氨基硅烷和环氧基硅烷偶联剂，特别优选氨基硅烷偶联剂。

在上述高熔接痕强度增强聚丙烯材料中，所述矿物填料优选为碳酸钙、硅灰石、硫酸钡、滑石粉、高岭土、云母或玻璃珠中的一种或一种以上的混合物。所述矿物填料更优选硅灰石或滑石粉。矿物填料经硅烷偶联剂表面处理后，能实现良好的分散；同时，矿物填料、界面改性剂和玻璃纤维三者之间在界面上形成Si-O-Si化学键，获得很强的界面结合力，这样就大大地提高了分散相的粘度。正是因为分散相粘度的提高，有效地阻碍了聚丙烯分子链和玻璃纤维在垂直流动方向上的取向，提高了聚丙烯分子链在熔接痕界面处的相互缠结以及玻璃纤维在熔接痕界面处有效互穿，从而提高了熔接痕强度。

在上述高熔接痕强度增强聚丙烯材料中，所述其它添加剂为润滑剂、抗氧剂、抗铜害剂、抗霉菌剂、耐候剂或成核剂中的一种或一种以上的混合物。

本发明的上述高熔接痕强度增强聚丙烯材料的制备方法，采用熔融工混挤出工艺生产，即采用有两个侧向喂料口的挤出机，从主喂料口加入聚丙烯树脂、界面改性剂和其它添加剂，第一侧喂料口(从主喂料口次序计)加入矿物填料，第二侧喂料口加入玻璃纤维；熔融共混后，经冷却、风干和造粒。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明的聚丙烯材料由于添加了矿物填料、界面改性剂和玻璃纤维，三者之间形成Si-O-Si化学键，获得很强的界面结合，提高了分散相粘度，阻碍了聚丙烯分子链和玻璃纤维沿垂直流动方向的取向，从而提高了聚丙烯材料的熔接痕强度。

具体实施方式

下述百分比为重量百分比。

实施例1

从主喂料口加入62％熔融指数为30g/10min(230℃，2.16KG)的均聚聚丙烯树脂、2.5％PP-g-KH550(KH550是一种氨基硅烷偶联剂)和0.5％其它添加剂的混合物，第一侧喂料口加入5％经KH550表面处理过的硅灰石，第二侧喂料口加入30％经KH550表面处理过的玻璃纤维。在双螺杆挤出机中熔融共混后经冷却、风干、切粒成粒料。将粒料注塑成熔接痕强度测试样条进行测试。

实施例2

从主喂料口加入87％熔融指数为80g/10min(230℃，2.16KG)的共聚聚丙烯树脂、2.5％PP-g-(SG-Si 151)(SG-Si 151是一种乙烯基硅烷偶联剂)和0.5％其它添加剂的混合物，第一侧喂料口加入5％经KH550表面处理过的硫酸钡，第二侧喂料口加入5％经KH550表面处理过的玻璃纤维。在双螺杆挤出机中熔融共混后经冷却、风干、切粒成粒料。将粒料注塑成熔接痕强度测试样条进行测试。

实施例3

从主喂料口加入35％熔融指数为3g/10min(230℃，2.16KG)的均聚聚丙烯树脂、10％PP-g-(S-3046)(S-3046是一种叠氮基硅烷偶联剂)和4％其它添加剂的混合物，第一侧喂料口加入1％经KH550表面处理过的硅灰石，第二侧喂料口加入50％经KH550表面处理过的玻璃纤维。在双螺杆挤出机中熔融共混后经冷却、风干、切粒成粒料。将粒料注塑成熔接痕强度测试样条进行测试。

实施例4

从主喂料口加入45％熔融指数为100g/10min(230℃，2.16KG)的均聚聚丙烯树脂、8％PP-g-KH560(KH560是一种环氧基硅烷偶联剂)和4％其它添加剂的混合物，第一侧喂料口加入5％经KH550表面处理过的高岭土，第二侧喂料口加入38％经KH550表面处理过的玻璃纤维。在双螺杆挤出机中熔融共混后经冷却、风干、切粒成粒料。将粒料注塑成熔接痕强度测试样条进行测试。

比较例1

将实施例1中的熔指为30g/10min(230℃，2.16kg)的均聚聚丙烯树脂等量替换成熔指为10g/10min(230℃，2.16kg)的均聚聚丙烯，在其它不变的前提下采用相同工艺方法制备增强聚丙烯颗粒料，然后注塑成标准熔接痕强度样条进行测试。

比较例2

将实施例1中的熔指为30g/10min(230℃，2.16kg)的均聚聚丙烯树脂等量替换成熔指为75g/10min(230℃，2.16kg)的均聚聚丙烯，在其它不变的前提下采用相同工艺方法制备增强聚丙烯颗粒料，然后注塑成标准熔接痕强度样条进行测试。

比较例3

将实施例1中处理硅灰石和玻璃纤维的偶联剂KH550等量替换为KH560(KH560是一种环氧基硅烷偶联剂)，同时PP-g-KH550也等量替换为PP-g-KH560，在其它不变的前提下采用相同的工艺方法制备增强聚丙烯颗粒料，然后注塑成从标准熔接痕强度样条进行测试。

比较例4

将实施例1中的PP-g-KH550等量替换为PP-g-MAH，在其它不变的前提下采用相同工艺方法制备增强聚丙烯颗粒料，然后注塑成标准熔接痕强度样条进行测试。

比较例5

将实施例1中的经KH550表面处理的硅灰石等量替换为经KH550表面处理的滑石粉，在其它不变的前提下采用相同工艺方法制备增强聚丙烯颗粒料，然后注塑成标准熔接痕强度样条进行测试。

比较例6

将实施例1中的经KH550表面处理的硅灰石去掉，在其它不变的前提下采用相同工艺方法制备增强聚丙烯颗粒料，然后注塑成标准熔接痕强度样条进行测试。

表1列出了上述所有实施例及比较例的试样测试结果。

本发明以聚丙烯树脂为基体，通过如上所述的矿物填料、界面改性剂和玻璃纤维三者之间的巧妙组合，提高了分散相粘度，阻碍了聚丙烯分子链和玻璃纤维沿垂直流动方向的取向，从而获得高熔接痕强度增强聚丙烯材料。

Claims

1.一种高熔接痕强度增强聚丙烯材料，其特征在于由如下重量百分数的组分组成：

(1)30～90％熔融指数范围为0.5～100g/10min聚丙烯树脂；

(2)5～50％经表面处理剂处理的玻璃纤维；

(3)0.5～5％经表面处理剂处理的矿物填料；

(4)0.5～10％界面改性剂；

(5)0.5～5％其它添加剂。

2.根据权利要求1所述的高熔接痕强度增强聚丙烯材料，其特征在于所述聚丙烯树脂为共聚聚丙烯和均聚聚丙烯中的一种或多种混合物，其熔融指数为25～50g/10min。

3.根据权利要求1所述的高熔接痕强度增强聚丙烯材料，其特征在于所述表面处理剂为硅烷系偶联剂、钛酸酯系偶联剂和铝酸酯系偶联剂中的一种或多种混合物。

4.根据权利要求3所述的高熔接痕强度增强聚丙烯材料，其特征在于所述硅烷系偶联剂为氨基硅烷、环氧基硅烷、叠氮基硅烷、丙稀基硅烷或乙烯基硅烷偶联剂。

5.根据权利要求1所述的高熔接痕强度增强聚丙烯材料，其特征在于所述界面改性剂是熔融指数为100～150g/10min的共聚聚丙烯与硅烷偶联剂、不饱和羧酸或其酸酐的接枝共聚物。

6.根据权利要求5所述的高熔接痕强度增强聚丙烯材料，其特征在于所述硅烷偶联剂为氨基硅烷、环氧基硅烷、叠氮基硅烷、丙稀基硅烷或乙烯基硅烷偶联剂。

7.根据权利要求1所述的高熔接痕强度增强聚丙烯材料，其特征在于所述矿物填料为碳酸钙、硅灰石、硫酸钡、滑石粉、高岭土、云母或玻璃珠中的一种或一种以上的混合物。

8.根据权利要求7所述的高熔接痕强度增强聚丙烯材料，其特征在于所述矿物填料为硅灰石或滑石粉。

9.根据权利要求1所述的高熔接痕强度增强聚丙烯材料，其特征在于所述其它添加剂为润滑剂、抗氧剂、抗铜害剂、抗霉菌剂、耐候剂或成核剂中的一种或一种以上的混合物。

10.权利要求1所述高熔接痕强度增强聚丙烯材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：采用熔融工混挤出工艺生产，采用有两个侧向喂料口的挤出机，从主喂料口加入聚丙烯树脂、界面改性剂和其它添加剂，第一侧喂料口加入矿物填料，第二侧喂料口加入玻璃纤维；熔融共混后，经冷却、风干和造粒。