CN101891923B - 一种制备低温韧性无规共聚聚丙烯制品的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的制备低温韧性无规共聚聚丙烯制品的方法,该方法是先将100份含有<4%乙烯单体的无规共聚聚丙烯树脂和5份β成核剂熔融共混制成β成核剂母料,然后将2~10份β成核剂母料、含有<4%乙烯单体的无规共聚聚丙烯树脂100份和0.1~0.5份抗氧剂熔融共混制成无规共聚聚丙烯改性粒料,再后将其注塑成型为制品,最后将制品于温度90~120℃下退火1~12小时,室温下放置48小时以上。本发明所得制品不仅拥有较平衡的力学性能,且在大幅度提高其低温韧性的同时,还能够保持良好的刚性,为制备具有良好低温韧性的管材、电子电器设备、家电、汽车类等产品的共聚聚丙烯材料制品提供了一种新技术。
Description
技术领域
本发明属于增韧聚丙烯的方法技术领域,具体涉及一种可获得具有良好低温韧性的改性无规共聚聚丙烯(PPR)制品的方法。
背景技术
聚丙烯(PP)树脂虽是一类应用广泛的通用塑料,且不仅原料来源丰富、质轻、性价比高,其制品还具有优良的机械性能,热性能,耐化学腐蚀和加工性能等特点,因而被广泛使用在工业领域的各个方面。但纯PP因存在低温韧性差、缺口敏感性强等缺点,从而极大的限制了其在更广泛领域的应用。
PP是一种具有多种晶型的半结晶性聚合物,其晶型有α、β、γ、δ和拟六方晶等。加工中PP主要以α晶型存在,相比α晶体,β晶体具有更良好的韧性。但β晶型是热力学上准稳定、动力学上不利于生成的晶型。目前工业化生产中为了得到高含量β晶型的PP,通常采用加入β晶型成核剂的方法。但添加β晶型成核剂在提高PP韧性上幅度有限,尤其当温度低于PP材料玻璃化转变温度(5℃左右)时,β型晶体的PP对材料韧性几乎无贡献,所以β晶型的PP低温韧性仍然很差。因此对PP进行增韧改性,特别是改善其低温韧性具有十分重要的意义。
近几十年来,人们对PP增韧改性进行了大量的研究。目前,获得较好韧性PP的方法主要是将PP与橡胶类的增韧剂共混改性。如,用三元乙丙橡胶(EPDM)(张志洪,聚丙烯/弹性体复合材料的性能研究塑料制造2007(9):100-102),乙烯-辛烯共聚物(POE)(李蕴能高流动性、超高韧性聚丙烯共混材料的研制工程塑料应用1998,26(6):8-10;Lim,J.W.J Appl Polym Sci 2006,99,3441.),热塑性聚烯烃弹性体(TPO)等。通常情况下,这类增韧剂添加量需大于20%后,材料才能在0℃左右发生明显脆韧转变。而添加这类增韧剂虽然能显著提高PP的韧性(冲击强度和断裂伸长率),但由于在材料中引进了低模量、低强度的橡胶相,故而使材料的使用温度、刚度和拉伸强度都有不同程度的降低。同时由于橡胶体的加入导致混合体系黏度增大,流动性变差,因而不利于共混物的加工。对PP进行增韧改性,另有文献披露,可以采用高效催化剂,在PP聚合阶段添加少量其他单体进行化学共聚改性以获得共聚聚丙烯。具体常采用乙烯、苯乙烯、丁烯等单体(Hosier,I.L.Macromolecules 2003,36,5623-5636)和丙烯单体进行交替共聚,或在PP主链上进行嵌段共聚,或进行无规共聚。虽然这些方法在共聚单体含量低于4%时,可以得到较高质量(平衡的韧性和刚性)的共聚聚丙烯,但是仍然存在低温韧性不够理想(在5℃以下,冲击强度低于10KJ/m2)的缺点。
发明内容
本发明的目的是针对现有聚丙烯低温韧性改进技术存在的问题,提供一种新的制备具有良好低温冲击性能的改性无规共聚聚丙烯制品的方法。
本发明提供的制备低温韧性无规共聚聚丙烯制品的方法,该方法的工艺步骤和条件如下:
1)将含有<4%乙烯单体的无规共聚聚丙烯树脂100份、β成核剂5份预混后加入双螺杆挤出机中,在温度120~200℃下熔融共混挤出、冷却、切粒得到β成核剂母料;
2)将含有<4%乙烯单体的无规共聚聚丙烯树脂100份、β成核剂母料2~10份、抗氧剂0.1~0.5份预混后加入双螺杆挤出机中,在温度120~200℃下熔融共混挤出、冷却、切粒得到无规共聚聚丙烯改性粒料;
3)将无规共聚聚丙烯改性粒料在220~250℃下注塑成型为制品;
4)将成型制品于温度90~120℃下退火1~12小时,取出后,室温下放置48小时以上,即获得低温韧性无规共聚聚丙烯制品。
上述方法中所用β成核剂为稀土β成核剂WBG、N,N′-二环己基-2,6-萘二甲酰胺(Star NU-100)、二环己基对苯二甲酰胺(DCHT)或TMB-5(山西省化工研究院生产)中的任一种。
上述方法中所用抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯(抗氧剂1076)或亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯(抗氧剂168)中的任一种。
上述方法中β成核剂母料的用量优选2~5份;注塑成型温度优选230~250℃;退火温度优选100~120℃,退火时间优选2~6小时。
本发明具有以下优点:
1、由于本发明选用的是低于4%的乙烯共聚单体的无规共聚聚丙烯(PPR)作为基体材料,与能够获得适中的β型晶体含量(50%左右)的β成核剂匹配,并辅以有利于成核剂的均匀分散和提高其β成核效率的较高注塑成型温度(220~250℃),因而不仅使制品拥有较平衡的力学性能,且在提高其韧性的同时,还能够保持其良好的刚性。
2、由于本发明同时采用了添加β成核剂和退火处理工艺技术措施,因而使制品性能,尤其是低温冲击韧性大幅度提高,即通过对比0℃的冲击测试强度可见,纯PPR冲击强度仅为6.6J/m2,添加β成核剂未经退火处理的样品冲击强度仅为9.5kJ/m2,而只经退火处理但未添加β成核剂的样品冲击强度仅为8.9kJ/m2,只有同时添加β成核剂并经退火处理的样品冲击强度大多可达30kJ/m2以上,不仅如此,制品的拉伸强度和模量还有所提高,见附表。
3、由于本发明在制备制品的过程中添加了适量的抗氧剂,因而可以防止材料在加工过程中的降解。
4、由于本发明采用的添加剂量少,因而不会影响材料加工性能。
5、本发明整个操作工艺简洁,生产成本低,适合工业生产。
具体实施方式
下面给出实施例以对本发明进行具体的描述,有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明,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根据本发明内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整仍属本发明的保护范围。
另外,值得说明的是以下实施例所用物料的份数均为重量份。
实施例1
先将100份含有<4%乙烯单体的无规共聚聚丙烯树脂、5份稀土β成核剂WBG预混后加入双螺杆挤出机中,在温度120~200℃(各区温度分别为120℃、170℃、200℃、200℃、200℃、195℃,下同,略)下熔融共混挤出、冷却、切粒得β成核剂母料;将制得的10份β成核剂母料、100份含有<4%乙烯单体的无规共聚聚丙烯树脂和0.1份抗氧剂1010预混后加入双螺杆挤出机中,在温度120~200℃(各区温度分别为120℃、170℃、200℃、200℃、200℃、195℃,下同,略)下熔融共混挤出、冷却、切粒得到无规共聚聚丙烯改性粒料;将制得的无规共聚聚丙烯改性粒料在220℃下注塑成型为制品;将成型制品于温度110℃下退火12小时,取出后,室温下放置48小时以上即可。
实施例2
先将100份含有<4%乙烯单体的无规共聚聚丙烯树脂、5份稀土β成核剂WBG预混后加入双螺杆挤出机中,在温度120~200℃下熔融共混挤出、冷却、切粒得β成核剂母料;将制得的5份β成核剂母料、100份含有<4%乙烯单体的无规共聚聚丙烯树脂和0.4份抗氧剂1076预混后加入双螺杆挤出机中,在温度120~200℃下熔融共混挤出、冷却、切粒得到无规共聚聚丙烯改性粒料;将制得的无规共聚聚丙烯改性粒料在220℃下注塑成型为制品;将成型制品于温度120℃下退火6小时,取出后,室温下放置48小时以上即可。
实施例3
先将100份含有<4%乙烯单体的无规共聚聚丙烯树脂、5份稀土β成核剂WBG预混后加入双螺杆挤出机中,在温度120~200℃下熔融共混挤出、冷却、切粒得β成核剂母料;将制得的2份β成核剂母料、100份含有<4%乙烯单体的无规共聚聚丙烯树脂和0.2份抗氧剂1010预混后加入双螺杆挤出机中,在温度120~200℃下熔融共混挤出、冷却、切粒得到无规共聚聚丙烯改性粒料;将制得的无规共聚聚丙烯改性粒料在230℃下注塑成型为制品;将成型制品于温度110℃下退火2小时,取出后,室温下放置48小时以上即可。
实施例4
先将100份含有<4%乙烯单体的无规共聚聚丙烯树脂、5份稀土β成核剂WBG预混后加入双螺杆挤出机中,在温度120~200℃下熔融共混挤出、冷却、切粒得β成核剂母料;将制得的2份β成核剂母料、100份含有<4%乙烯单体的无规共聚聚丙烯树脂和0.2份抗氧剂168预混后加入双螺杆挤出机中,在温度120~200℃下熔融共混挤出、冷却、切粒得到无规共聚聚丙烯改性粒料;将制得的无规共聚聚丙烯改性粒料在240℃下注塑成型为制品;将成型制品于温度110℃下退火1小时,取出后,室温下放置48小时以上即可。
实施例5
先将100份含有<4%乙烯单体的无规共聚聚丙烯树脂、5份稀土β成核剂WBG预混后加入双螺杆挤出机中,在温度120~200℃下熔融共混挤出、冷却、切粒得β成核剂母料;将制得的4份β成核剂母料、100份含有<4%乙烯单体的无规共聚聚丙烯树脂和0.2份抗氧剂1010预混后加入双螺杆挤出机中,在温度120~200℃下熔融共混挤出、冷却、切粒得到无规共聚聚丙烯改性粒料;将制得的无规共聚聚丙烯改性粒料在230℃下注塑成型为制品;将成型制品于温度90℃下退火6小时,取出后,室温下放置48小时以上即可。
实施例6
先将100份含有<4%乙烯单体的无规共聚聚丙烯树脂、5份稀土β成核剂WBG预混后加入双螺杆挤出机中,在温度120~200℃下熔融共混挤出、冷却、切粒得β成核剂母料;将制得的5份β成核剂母料、100份含有<4%乙烯单体的无规共聚聚丙烯树脂和0.2份抗氧剂1010预混后加入双螺杆挤出机中,在温度120~200℃下熔融共混挤出、冷却、切粒得到无规共聚聚丙烯改性粒料;将制得的无规共聚聚丙烯改性粒料在240℃下注塑成型为制品;将成型制品于温度100℃下退火4小时,取出后,室温下放置48小时以上即可。
实施例7
先将100份含有<4%乙烯单体的无规共聚聚丙烯树脂、5份β成核剂Star NU-100预混后加入双螺杆挤出机中,在温度120~200℃下熔融共混挤出、冷却、切粒得β成核剂母料;将制得的5份β成核剂母料、100份含有<4%乙烯单体的无规共聚聚丙烯树脂和0.5份抗氧剂1010预混后加入双螺杆挤出机中,在温度120~200℃下熔融共混挤出、冷却、切粒得到无规共聚聚丙烯改性粒料;将制得的无规共聚聚丙烯改性粒料在250℃下注塑成型为制品;将成型制品于温度110℃下退火6小时,取出后,室温下放置48小时以上即可。
实施例8
先将100份含有<4%乙烯单体的无规共聚聚丙烯树脂、5份β成核剂Star NU-100预混后加入双螺杆挤出机中,在温度120~200℃下熔融共混挤出、冷却、切粒得β成核剂母料;将制得的2份β成核剂母料、100份含有<4%乙烯单体的无规共聚聚丙烯树脂和0.2份抗氧剂168预混后加入双螺杆挤出机中,在温度120~200℃下熔融共混挤出、冷却、切粒得到无规共聚聚丙烯改性粒料;将制得的无规共聚聚丙烯改性粒料在230℃下注塑成型为制品;将成型制品于温度100℃下退火12小时,取出后,室温下放置48小时以上即可。
实施例9
先将100份含有<4%乙烯单体的无规共聚聚丙烯树脂、5份β成核剂DCHT预混后加入双螺杆挤出机中,在温度120~200℃下熔融共混挤出、冷却、切粒得β成核剂母料;将制得的2份β成核剂母料、100份含有<4%乙烯单体的无规共聚聚丙烯树脂和0.1份抗氧剂168预混后加入双螺杆挤出机中,在温度120~200℃下熔融共混挤出、冷却、切粒得到无规共聚聚丙烯改性粒料;将制得的无规共聚聚丙烯改性粒料在230℃下注塑成型为制品;将成型制品于温度120℃下退火4小时,取出后,室温下放置48小时以上即可。
实施例10
先将100份含有<4%乙烯单体的无规共聚聚丙烯树脂、5份β成核剂DCHT预混后加入双螺杆挤出机中,在温度120~200℃下熔融共混挤出、冷却、切粒得β成核剂母料;将制得的8份β成核剂母料、100份含有<4%乙烯单体的无规共聚聚丙烯树脂和0.3份抗氧剂1010预混后加入双螺杆挤出机中,在温度120~200℃下熔融共混挤出、冷却、切粒得到无规共聚聚丙烯改性粒料;将制得的无规共聚聚丙烯改性粒料在240℃下注塑成型为制品;将成型制品于温度110℃下退火2小时,取出后,室温下放置48小时以上即可。
实施例11
先将100份含有<4%乙烯单体的无规共聚聚丙烯树脂、5份β成核剂TMB-5预混后加入双螺杆挤出机中,在温度120~200℃下熔融共混挤出、冷却、切粒得β成核剂母料;将制得的2份β成核剂母料、100份含有<4%乙烯单体的无规共聚聚丙烯树脂和0.4份抗氧剂1010预混后加入双螺杆挤出机中,在温度120~200℃下熔融共混挤出、冷却、切粒得到无规共聚聚丙烯改性粒料;将制得的无规共聚聚丙烯改性粒料在240℃下注塑成型为制品;将成型制品于温度110℃下退火8小时,取出后,室温下放置48小时以上即可。
实施例12
先将100份含有<4%乙烯单体的无规共聚聚丙烯树脂、5份β成核剂TMB-5预混后加入双螺杆挤出机中,在温度120~200℃下熔融共混挤出、冷却、切粒得β成核剂母料;将制得的10份β成核剂母料、100份含有<4%乙烯单体的无规共聚聚丙烯树脂和0.5份抗氧剂1076预混后加入双螺杆挤出机中,在温度120~200℃下熔融共混挤出、冷却、切粒得到无规共聚聚丙烯改性粒料;将制得的无规共聚聚丙烯改性粒料在250℃下注塑成型为制品;将成型制品于温度110℃下退火4小时,取出后,室温下放置48小时以上即可。
对比例1
先将100份含有<4%乙烯单体的无规共聚聚丙烯树脂、0.2份抗氧剂1010预混后加入双螺杆挤出机中,在温度120~200℃下熔融共混并挤出、冷却、切粒得到粒料;将粒料在220℃下注塑成型为制品,于室温下放置48小时以上。
对比例2
先将100份含有<4%乙烯单体的无规共聚聚丙烯树脂、5份β成核剂WBG预混后加入双螺杆挤出机中,在温度120~200℃下熔融共混挤出、冷却、切粒得β成核剂母料;将制得的2份β成核剂母料、100份含有<4%乙烯单体的无规共聚聚丙烯树脂和0.2份抗氧剂1010预混后加入双螺杆挤出机中,在温度120~200℃下熔融共混挤出、冷却、切粒得到无规共聚聚丙烯改性粒料;将制得的无规共聚聚丙烯改性粒料在220℃下注塑成型为制品,于室温下放置48小时以上。
对比例3
先将100份含有<4%乙烯单体的无规共聚聚丙烯树脂、0.2份抗氧剂1010预混后加入双螺杆挤出机中,在温度120~200℃下熔融共混并挤出、冷却、切粒得到粒料;将粒料在220℃下注塑成型为制品;将成型制品于温度110℃下退火6小时,取出后,室温下放置48小时以上。
为了考察以上各实施例与对比例所得制品的性能,本发明按照GB/T 1040-92标准对各制品首先进行了拉伸强度和杨氏模量的测试,其次还将样品在0℃下放置12小时后,迅速取出,在10秒内按照GB/T 1834-1996测试了Izod缺口冲击强度,结果见下表。
Claims (10)
1.一种制备低温韧性无规共聚聚丙烯制品的方法,该方法的工艺步骤和条件如下:
1)将含有<4%乙烯单体的无规共聚聚丙烯树脂100份、β成核剂5份预混后加入双螺杆挤出机中,在温度120~200℃下熔融共混挤出、冷却、切粒得到β成核剂母料;
2)将含有<4%乙烯单体的无规共聚聚丙烯树脂100份、β成核剂母料2~10份、抗氧剂0.1~0.5份预混后加入双螺杆挤出机中,在温度120~200℃下熔融共混挤出、冷却、切粒得到无规共聚聚丙烯改性粒料;
3)将无规共聚聚丙烯改性粒料在220~250℃下注塑成型为制品;
4)将成型制品于温度90~120℃下退火1~12小时,取出后,室温下放置48小时以上,即获得低温韧性无规共聚聚丙烯制品。
2.根据权利要求1所述的制备低温韧性无规共聚聚丙烯制品的方法,该方法中所用β成核剂为稀土β成核剂WBG、N,N′-二环己基-2,6-萘二甲酰胺、二环己基对苯二甲酰胺或TMB-5中的任一种。
3.根据权利要求1或2所述的制备低温韧性无规共聚聚丙烯制品的方法,该方法中β成核剂母料的用量为2~5份。
4.根据权利要求1或2所述的制备低温韧性无规共聚聚丙烯制品的方法,该方法中注塑成型温度为230~250℃。
5.根据权利要求3所述的制备低温韧性无规共聚聚丙烯制品的方法,该方法中注塑成型温度为230~250℃。
6.根据权利要求1或2所述的制备低温韧性无规共聚聚丙烯制品的方法,该方法中退火温度为100~120℃,退火时间为2~6小时。
7.根据权利要求5所述的制备低温韧性无规共聚聚丙烯制品的方法,该方法中退火温度为100~120℃,退火时间为2~6小时。
8.根据权利要求1或2所述的制备低温韧性无规共聚聚丙烯制品的方法,该方法中所用抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯或亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯中的任一种。
9.根据权利要求5所述的制备低温韧性无规共聚聚丙烯制品的方法,该方法中所用抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯或亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯中的任一种。
10.根据权利要求7所述的制备低温韧性无规共聚聚丙烯制品的方法,该方法中所用抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯或亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯中的任一种。
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