CN101831108A - 一种复合改性聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

一种复合改性聚丙烯材料及其制备方法 Download PDF

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李惠林
朱世鹏
曹亚
陈金耀
盖景刚
左源
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Abstract

本发明公开了一种复合改性聚丙烯材料及其制备方法，其特点是将聚丙烯100重量份，复合改性助剂1～5重量份与抗氧化剂0.1～0.5重量份加入高速混合器中，于温度20℃～60℃搅拌混合2～6分钟，用双螺杆挤出机造粒，挤出温度为170℃～210℃。该方法制得的聚丙烯具有较好的加工性能，冲击强度提高了195％，断裂伸长率提高了277％，拉伸强度能基本保持不变。

Description

一种复合改性聚丙烯材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种复合改性聚丙烯材料及其制备方法，属于聚合物加工领域。
背景技术
聚丙烯(PP)是最重要的热塑性塑料之一，它的密度为0.90g/cm3，是最轻的通用高分子材料。由于聚丙烯原料来源丰富，价格便宜，而且具有耐化学腐蚀性好、耐热性好、无毒、无异味、易加工成型等优点，它可广泛应用于汽车工业、家用电器、电子仪表工业、纺织工业中。但是由于分子结构和聚集态结构特性，PP树脂存在着脆性大、韧性差、尺寸稳定性差等缺点。为了进一步拓宽PP树脂应用领域，尤其是在家用电器和汽车工业中的应用，要求聚丙烯材料除具有较高的韧性外，还要兼具较高的流动性，以缩短循环周期、降低能耗。
传统增韧聚丙烯的主要方法是添加橡胶或者弹性体共混改性。这种方法虽然可以大幅提高聚丙烯的冲击性能，但是存在一定的局限性，即随橡胶或者弹性体用量增加，改性PP冲击强度增大，但拉伸强度和弯曲强度等大幅降低，难以达到强度和韧性的综合。另外，由于橡胶或者弹性体材料的引入，聚丙烯材料的加工性能会变差。
目前，纳米技术的发展使聚丙烯改性出现新的突破。无机纳米粒子由于其比表面积大，表面能较高，在制备复合材料过程中易团聚，所以必须对其进行有机改性。单独加入有机改性纳米粒子可以使聚丙烯同时达到增强增韧的目的，但是聚丙烯材料增强增韧的增幅有限，流动性的提高也不多。
发明内容
本发明是针对目前技术不足而提供的一种复合改性聚丙烯材料及其制备方法，其特点是在聚丙烯中添加了复合改性助剂，同时达到增韧和提高聚丙烯流动性的目的。
本发明的目的由以下技术措施实现，其中所有原料分数除特殊说明外，均为重量份数。
复合改性聚丙烯材料的起始原料由以下组分组成，
聚丙烯          100份
复合改性助剂    1～5份
抗氧化剂            0.1～0.5份
聚丙烯熔融指数为    1～100g/10min。
复合改性助剂为钠基蒙脱土或有机蒙脱土与聚乙二醇或十八胺聚氧乙烯醚共混制得的混合物。
抗氧化剂为四[甲基-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯或3，5-二叔丁基-4-羟基苯丙酸十八酯。
复合改性聚丙烯材料的制备方法包括以下步骤：
(1).复合改性助剂的制备
将分子量为400-20000的聚乙二醇或十八胺聚氧乙烯醚与钠基蒙脱土或有机蒙脱土以重量比为1∶1加入高速混合器中，密闭，于温度60～90℃下搅拌30～90分钟，冷却后出料，获得复合改性助剂。
(2).复合改性聚丙烯材料的制备
将聚丙烯100份，复合改性助剂1～5份，抗氧化剂0.1～0.5份加入高速混合器中，于温度20℃～60℃搅拌混合2～6分钟，用双螺杆挤出机造粒，挤出温度为170℃～210℃。粒料可通过挤出、注塑成型工艺加工成制品。
性能测试结果表明：在剪切速率为11.5s-1～2880.0s-1范围内，添加复合改性剂的聚丙烯材料具有比纯聚丙烯更低的熔体粘度，较高的流动性(详见表1所示)。同时该材料综合性能好，冲击强度提高了195％，断裂伸长率提高了277％，拉伸强度能基本保持不变。
本发明具有如下优点：
1.复合改性聚丙烯材料的综合性能好，特别是冲击强度和断裂伸长率大幅提高，而拉伸强度基本保持不变。同时材料的流动性得到明显改善。
2.复合改性助剂原料来源广泛，价格便宜，复合方法简便，加工温度低，有利于工业化生产，添加少量复合改性助剂就能起到降低粘度和提高力学性能的效果。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是本实施例只是对本发明进行进一步说明，但不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述发明的内容做出一些非本质的改进和调整。
实施例1
将分子量为6000的聚乙二醇100g和有机蒙脱土100g加入高速混合器中，密闭，于温度80℃高速搅拌15分钟，冷却出料，获得复合改性助剂(POM)，然后将聚丙烯(牌号F401)200g、复合改性助剂POM 2g、抗氧化剂四[甲基-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.2g混合均匀，用双螺杆挤出造粒。其挤出温度从进料口到出料口的各段温度分别为：170℃～190℃，180℃～210℃，180℃～210℃，180℃～200℃。所得粒料的性能详见表1。
实施例2
将复合改性助剂POM含量变为6g，再与聚丙烯(牌号F401)200g、抗氧化剂四[甲基-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.2g混合均匀，操作条件同实施例1。所得粒料的性能详见表1。
实施例3
将复合改性助剂POM含量变为10g，再与聚丙烯(牌号F401)200g、抗氧化剂四[甲基-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.2g混合均匀，操作条件同实施例1。所得粒料的性能详见表1。
实施例4
将分子量为6000的聚乙二醇100g和钠基蒙脱土100g加入高速混合器中，密闭，于温度80℃高速搅拌15分钟，冷却出料，获得复合改性助剂(PM)，然后将聚丙烯(牌号F401)200g、复合改性助剂PM 10g、抗氧化剂四[甲基-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.2g混合均匀，用双螺杆挤出造粒，造粒条件同实施例1。所得粒料的性能详见表1。
实施例5
将分子量为2500的十八胺聚氧乙烯醚100g和有机蒙脱土100g加入高速混合器中，密闭，于温度80℃高速搅拌15分钟，冷却出料，获得复合改性助剂(AOM)，然后将聚丙烯(牌号F401)200g、复合改性助剂AOM 2g、抗氧化剂3，5-二叔丁基-4-羟基苯丙酸十八酯1g混合均匀，用双螺杆挤出造粒。造粒条件同实施例1。所得粒料的性能详见表1。
实施例6
将复合改性助剂AOM含量变为6g，再与聚丙烯(牌号F401)200g、抗氧化剂3，5-二叔丁基-4-羟基苯丙酸十八酯1g混合均匀，用双螺杆挤出造粒。造粒条件同实施例1。所得粒料的性能详见表1。
实施例7
将复合改性助剂AOM含量变为10g，再与聚丙烯(牌号F401)200g、抗氧化剂3，5-二叔丁基-4-羟基苯丙酸十八酯1g混合均匀，用双螺杆挤出造粒。造粒条件同实施例1。所得粒料的性能详见表1。
实施例8
将分子量为2500的十八胺聚氧乙烯醚100g和钠基蒙脱土100g加入高速混合器中，密闭，于温度80℃高速搅拌15分钟，冷却出料，获得复合改性助剂(AM)，然后将聚丙烯(牌号F401)200g、复合改性助剂AM 10g、抗氧化剂3，5-二叔丁基-4-羟基苯丙酸十八酯1g混合均匀，用双螺杆挤出造粒。造粒条件同实施例1。所得粒料的性能详见表1。
对比例1
将聚丙烯(牌号F401)200g、抗氧化剂四[甲基-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.2g混合均匀，用双螺杆挤出造粒，造粒条件同实施例1。所得粒料的性能详见表2。
对比例2
将聚丙烯(牌号F401)200g、有机蒙脱土1g、抗氧化剂四[甲基-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.2g混合均匀，用双螺杆挤出造粒。造粒条件同实施例1。所得粒料的性能详见表2。
对比例3
将聚丙烯(牌号F401)200g、有机蒙脱土3g、抗氧化剂四[甲基-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.2g混合均匀，用双螺杆挤出造粒。造粒条件同实施例1。所得粒料的性能详见表2。
对比例4
将聚丙烯(牌号F401)200g、有机蒙脱土5g、抗氧化剂四[甲基-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.2g混合均匀，用双螺杆挤出造粒。造粒条件同实施例1。所得粒料的性能详见表2。
对比例5
将聚丙烯(牌号F401)200g、钠基蒙脱土5g、抗氧化剂四[甲基-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.2g混合均匀，用双螺杆挤出造粒。造粒条件同实施例1。所得粒料的性能详见表2。
对比例6
将聚丙烯(牌号F401)200g、分子量为6000的聚乙二醇5g、抗氧化剂四[甲基-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.2g混合均匀，用双螺杆挤出造粒。造粒条件同实施例1。所得粒料的性能详见表2。
对比例7
将聚丙烯(牌号F401)200g、分子量为2500的十八胺聚氧乙烯醚5g、抗氧化剂3，5-二叔丁基-4-羟基苯丙酸十八酯1g，用双螺杆挤出造粒。造粒条件同实施例1。所得粒料的性能详见表2。
实施例1-8和对比例1-7的测试结果表明：
1.复合改性聚丙烯材料的综合性能好，特别是冲击强度和断裂伸长率大幅提高，而拉伸强度基本保持不变。
2.添加少量复合改性助剂就能降低聚丙烯熔体粘度，提高加工流动性。
表1
  实施例   1   2   3   4   5   6   7   8
  复合改性助剂   POM   POM   POM   PM   AOM   AOM   AOM   AM
  复合改性助剂含量g   2   6   10   10   2   6   10   10
  PP含量g   200   200   200   200   200   200   200   200
  抗氧化剂含量g   0.2   0.2   0.2   0.2   1   1   1   1
  表观粘度Pa.s(11.5s-1)   3284   2366   2154   2754   1788   1642   1518   1817
  表观粘度Pa.s(57.6s-1)   1305   1017   981.9   978   858.7   824   775   598
  表观粘度Pa.s(230.4s-1)   529   497.8   468   428.5   407.2   401.4   382.5   348.2
  表观粘度Pa.s(576.0s-1)   276.8   271.9   263.5   249.9   238.2   229.6   217.8   230.5
  拉伸强度MPa   31.5   31.0   30.5   30.6   30.6   30.1   29.4   28.7
  冲击强度kJ/m2   6.3   9.7   11.8   7.1   6.5   8.3   11.1   6.8
  断裂伸长率％   165.0   207.3   181.1   81.2   262.2   316.2   254.2   205.8
表2
  对比例   1   2   3   4   5   6   7
  PP含量g   200   200   200   200   200   200   200
  对比例   1   2   3   4   5   6   7
  抗氧化剂含量g   0.2   0.2   0.2   0.2   0.2   0.2   1
  有机蒙脱土含量g   0   1   3   5   0   0   0
  钠基蒙脱土含量g   0   0   0   0   5   0   0
  聚乙二醇含量g   0   0   0   0   0   5   0
  十八胺聚氧乙烯醚含量g   0   0   0   0   0   0   5
  表观粘度Pa.s(11.5s-1)   3637   3457   3425   3319   3072   2727   2665
  表观粘度Pa.s(57.6s-1)   1342   1278   1311   1243   1266   1010   764
  表观粘度Pa.s(230.4s-1)   545.6   515.6   535   510.4   512.1   464.6   350.3
  表观粘度Pa.s(576.0s-1)   281.6   274.7   278.8   270.4   266.9   251.3   238.3
  拉伸强度MPa   31.0   31.6   31.2   30.8   30.5   31.1   29.4
  冲击强度kJ/m2   4.0   5.0   5.0   5.67   4.2   6.0   6.1
  断裂伸长率％   83.9   115.1   112.5   123.3   89.8   111.8   194.6

Claims (5)

1.一种复合改性聚丙烯材料，其特征在于该聚丙烯材料的起始原料由以下组分组成，按重量计为：
聚丙烯100份
复合改性助剂1～5份
抗氧化剂0.1～0.5份
2.如权利1所述复合改性聚丙烯材料，其特征在于聚丙烯熔融指数为1～100g/10min。
3.如权利1所述复合改性聚丙烯材料，其特征在于复合改性助剂为钠基蒙脱土或有机蒙脱土与聚乙二醇或十八胺聚氧乙烯醚共混制得的混合物。
4.如权利1所述复合改性聚丙烯材料，其特征在于抗氧化剂为所述抗氧化剂为四[甲基-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯或3，5-二叔丁基-4-羟基苯丙酸十八酯。
5.如权利要求1～4之一所述复合改性聚丙烯材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1).复合改性助剂的制备
将分子量为400-20000的聚乙二醇或十八胺聚氧乙烯醚与钠基蒙脱土或有机蒙脱土以重量比为1∶1加入高速混合器中，密闭，于温度60～90℃下搅拌30～90分钟，冷却后出料，获得复合改性助剂。
(2).复合改性聚丙烯材料的制备
将聚丙烯100份，复合改性助剂1～5份，抗氧化剂0.1～0.5份加入高速混合器中，于温度20℃～60℃搅拌混合2～6分钟，用双螺杆挤出机造粒，挤出温度为170℃～210℃，粒料可通过挤出、注塑成型工艺加工成制品。
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