CN102199326A - 一种聚丙烯高性能复合助剂配方及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种聚丙烯高性能复合助剂配方及其制备方法，包括：15-20％成核剂、20-25％的抗氧剂168、20-25％的抗氧剂1010、3-5％的抗静电剂、3-5％的紫外线吸收剂、3-5％的偶联剂、15-20％的硬脂酸钙、6-10％的分散剂。其制备方法包括如下步骤：1)利用搅拌机将本发明各组分预混粗分散；2)利用球磨机对各组分进行强化分散；3)利用造粒机挤出造粒时使各组分进一步强化分散。本发明通过将多种具有改性作用的原材料进行混配，科学优化配方设计，很好地解决了改性物料相容的问题，使本发明的助剂产品对改性后的聚丙烯同时具有增强、增韧、耐热、抗拉伸、抗弯曲、抗氧化、抗静电、防紫外线、爽滑、易开口等多项改性功能，成为一种高性能复合型产品。

Description

一种聚丙烯高性能复合助剂配方及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种聚丙烯高性能复合型助剂。

背景技术

我国的塑料生产及加工量已居世界第二位，年需求量已占世界总消耗量的百分之十。国内的实际情况是：生产的通用塑料多，产品过剩，而生产的工程塑料少，每年需大量进口补缺。以聚丙烯为例，2000年进口162吨，2009年进口达到520万吨。

强化塑料改性，增加工程塑料产能，是石化行业十一五重大攻关项目之一。国内石化企业生产的K9015牌号聚丙烯专用料主要用于制造汽车保险杠、仪表盘、风扇叶片等方面；国内石化企业生产的K8003牌号聚丙烯主要用于塑料包装(瓶)瓶盖、高档家电、IT壳体等方面。但是目前国内开发生产的用于上述领域的聚丙烯专用料仅达到国际B级标准，国内外品牌的汽车和国内塑料瓶盖专用料基本不予采用。

为了克服上述缺陷，一是利用高分子合成技术，直接开发高性能的PP产品，但是开发生产此类产品技术难度大，投资成本高，建设周期长，环保处理难，与国外相比，目前国内还处于落后状态；二是利用添加助剂的方法，通过改性克服聚丙烯的自身缺陷，提高其某些性能，使其达到某些专用料的标准，其特点是投资少、见效快、成本低、几乎无环保瓶颈。

但是目前国产聚丙烯助剂通常也存在下列一些问题：

1、改性效果一般。目前塑料的改性其最大的一个技术难题是：若增加其刚性则韧性降低，若提高其韧性则刚性不足，另外其耐热性，拉伸性等主要技术指标也较难提高。通常的一种添加助剂很难解决上述问题。

2、功能单一。聚丙烯的改性涉及诸多方面，如抗氧化、抗静电、爽滑、易开口、防紫外线等等。但目前一些牌号的助剂往往只针对其中一二项性能进行改性。要多方面改变聚丙烯的性能就需要同时添加几种不同牌号的助剂，不仅增加了生产成本，同时也降低劳动效率。

3、粉剂较多。目前一些牌号产品仍是粉末状，在生产过程中存在许多弊端：如存料时易挂壁、输料时易扬尘、加料时易堵塞、物料损耗较大，不仅造成污染，影响工人身体健康，也使计量失准，直接影响产品质量，增加生产成本。

发明内容

本发明要解决的就是现有聚丙烯助剂存在的上述问题，为人们提供一种聚丙烯高性能复合型助剂新型配方及其制备方法。

本发明包括下列组分：

成核剂                15-20％

抗氧剂168             20-25％

抗氧剂1010            20-25％

抗静电剂              3-5％

紫外线吸收剂          3-5％

偶联剂                3-5％

硬脂酸钙              15-20％

分散剂                6-10％

上述成核剂的化学名称是(山梨醇类a)NA-2.

上述抗氧剂168的化学名称是三(2.4-二叔丁基苯基)亚磷酸脂。

上述抗氧剂1010的化学名称是β(3.5-二叔丁基-4-强基苯基)丙酸季戊四醇脂。

上述抗静电剂的化学名称是(内加型)烷基咪唑啉。

上述紫外线吸收剂的化学名称是邻羟基二苯甲酮。

上述硬脂酸钙的化学名称是(十八酸锌)中和剂。

上述配方基理如下：

(1)高光改性成核剂。第三代NA-2山梨醇类成核剂在PP中的作用原理，国内外做了大量的研究，基本有三种理论：一是能很好地容纳螺旋结构PP，使其减少返回到无规则线团的几率，降低了结晶自由度，促进了成核作用；二是在PP的玻璃化以上温度能诱导凝胶化，促进异相成核结晶；三是在结晶过程中是沿成核剂表面外延伸的，能够加快PP熔体无规线团向螺旋结构转变，对螺旋结构具有很强的稳定作用。因此，配料中加入NA-2后，使PP球晶明显细化，结晶均匀比，规整化，结晶度的增大，明显提高了PP制品的刚性、弯曲模量、拉伸强度、热变形温度、光泽度，而且还缩短了成型周期，提高了生产效率。

(2)抗氧剂又称防老剂，是塑料中应用最广泛的助剂。应用最广泛一是指塑料的聚合合成、造粒、储存、加工、使用各个不同阶段均需要有抗氧剂的应用。二是指各种不同分子结构的各类塑料应用抗氧剂的各类最多。因为有机材料无论是天然的还是合成的都会发生氧化反应，如果聚合物被氧化，那不仅使它们的一些力学性能，例如拉伸强度降低，表面会变得粗糙，还会导致塑料制品的变色。K8003牌号PP主要应用于塑料瓶盖与高档家电壳体制造，若稳定性能差，则根本不能应用。在CD-YZPP-22助剂中我们应用了2种抗氧剂，一是亚磷酸脂为辅助抗氧剂，其作用原理是通过自身分子中的磷或硫原子化合价的变化，把PP中高活性的氢过氧化物分解成低活性分子。二是季戊四醇脂为主抗氧剂，该品为白色结晶粉末，无毒、无害、 无污染、不易燃、不变形，有良好的耐挥发性、耐抽出性、耐迁移性，与PP相容性极好，是高分子量阻氧剂中最为优良的品种之一，它与亚磷酸脂抗氧剂并用，增加了协同效应，使PP的性能更加稳定。

(3)抗静电剂(内加型)烷基咪唑啉。能有效消除塑料制品因摩擦和剥离所产生的电荷积累，消除了在使用中因静电火花而产生的火灾隐患。

(4)紫外线(光)吸收剂邻羟基二苯甲酮。能吸收对高分子材料的紫外线(光)的影响，从而使高分子材料免于光老化的稳定剂。其基理包括：高效吸收紫外线，吸光后的紫外线吸收剂成为激发状态，通过氢键的快速相互变异而激发能，从而避免了光化学反应，有效防护了高分子材料的老化。

(5)偶联剂。偶联剂也称表面处理剂，是通过化学和(或)物理作用将两种性质差异很大的，原来不易结合的材料牢固结合起来的物质。填充改性塑料中所选用填充材料一些是无机物，从分子结构和聚集结构来讲，与高分子材料有很大的差别，难以形成所需要的界面结合，要形成所需要的界面结合，偶联剂则是最主要的处理剂。它不仅可使填料聚合物紧密相连而达到良好的机械强度，而且填料经过偶联剂的处理后，聚合物的直径大多明显减小，可使填料的在聚合物中的分散性、聚合体系的流动性得以改善。

我们在项目改性剂中选用了偶联剂-氨基丙基三乙氧基硅烷，有效地改进了聚丙烯制品的机械性能，表观质量和加工性能。

(6)在设计的配方组分中我们还选用了硬脂酸钙。该作用主要考虑到用于PP的卤素吸收，用以消除残留催化剂对树脂颜色和稳定性不良的影响，同时对热塑性树脂的爽滑、脱模也起到一定作用。

(7)分散剂亚甲基二萘磺酸钠是能吸附于物料界面，显著降低界面自由能，并使之不在聚集的物质。因为应用的上述物料有的是粉末状，使用了分散剂能进一步优化分散效果。

本发明助剂设计的工艺路线是：应用可加热球磨机高速研磨细分散与双螺杆设备共混挤出造粒工艺。

具体实施方式

利用搅拌机将本发明各组分预混粗分散；

利用球磨机对各组分细化分散；

利用造粒机挤出造粒时使各组分进一步强化分散。

注：本工艺流程示意图详见说明书附图。

工艺流程示意图CD-02号简要说明：

步骤1)所使用的搅拌机为悬臂双螺旋锥型搅拌机，其工艺操作转速每分钟90-120转，时间为60-90分钟。

步骤2)中所使用的球磨机为卧式球磨机，其工艺操作转速为：每分钟60-90转，温度控制70-80℃，搅拌时间为60-80分钟。

步骤3)中，所使用的是双螺杆造粒机，机内温度控制在140-170℃范围内。另外，因其半成品伸缩性较强，温度高和流速过快会使切粒困难。因此步骤3)中出料时温度要控制在20-30℃范围内，工艺流速产量控制在0.25-0.30吨/小时范围内。

由于原料及最终成品吸湿性较强。因此原材料在密闭袋取出后，五分钟内投放使用；成品在生产线上直接包装密封，车间内要保持干燥的环境。

本发明通过将具有改性作用的多种原材料进行混配，很好地解决了材料相容性的问题，使 本发明同时具有增强、增韧、耐热、抗拉伸、抗弯曲、抗氧化、抗静电、防紫外线、爽滑、易开口等十余项改性功能，成为一种多功能复合型产品。

表1是本发明部分物理指标：

表1：

如表2所示，本发明应用双螺杆造粒设备进行生产，使粉末物料经进一步加工成为颗粒产品，减少了物料消耗，稳定了产品质量，避免了污染，增加了经济效益。

表2：

名称	损耗量
		粉末状产品	2-3％
颗粒状产品	0.1-0.5％

申请人将本发明用于石化企业中对K9015、K8003等牌号的聚丙烯进行改性，使改性后的聚丙烯达到了国际A级标准，表3是利用本发明进行改性后的K9015、K8003聚丙烯的部分检测数据：

表3：

本产品与国内及进口同类改性剂(在改性指标方面对比)

从表3的数据可以看出，K9015、K8003牌号聚丙烯添加少量CD-YZPP-22助剂即可使冲 击强度明显提高、其刚性、韧性、耐热性等其它所有性能同时显著增强，色粒、杂质均为零，已达工程塑料的标准。试用于汽车保险杠、仪表盘及塑料包装(瓶)瓶盖、高档家电和IT壳体专用料等用途已由B提升为国际A级标准。

下面结合实施例对本发明做进一步说明：

实施例1：

1、将本发明的各组分按下述重量比投入悬臂双螺旋锥形搅拌机进行预混粗放分散；成核剂：15％、抗氧剂168：20％、抗氧剂1010：25％、分散剂：10％、抗静电剂：3％、紫外线吸收剂：3％、偶联剂：4％、硬脂酸钙：20％。

悬臂双螺旋锥形搅拌机操作转速为：每分钟90-120转，搅拌时间为60-80分钟。

2、预混粗放分散结束后，再将原料卧式球磨机对原料进行再细化分散，卧式球磨机工艺控制转速为每分钟60-90转。

3、再细化分散结束后，将原料投入双螺杆造粒机中挤出造粒并进一步强化分散。造粒时双螺杆造粒机内温度控制在140-170℃范围内，出料温度控制在20-30℃范围内，流速量控制在0.25-0.30吨/时范围。

实施例2：

实施例2的组分及制备工艺的步骤与实施例1相同，不同的是：

各组分的重量比为：成核剂：20％、抗氧剂168：20％、抗氧剂1010：22％、抗静电剂：5％、紫外线吸收剂：5％、偶联剂：5％、硬脂酸钙：17％、分散剂：6％。

实施例3：

实施例3的组分的制备及制备工艺的步骤与实施例1相同，不同的是：

各组分的重量比为：成核剂：15％、抗氧剂168：25％、抗氧剂1010：25％、抗静电剂：5％、紫外线吸收剂：5％、偶联剂：5％、硬脂酸钙：15％、分散剂：5％。

以上三个实例以实例2为最佳，最终确定为最佳配方。

Claims (6)

1.一种聚丙烯高性能复合型助剂配方，其特征在于包括各组分的配比为：

成核剂           15-20％

抗氧剂168        20-25％

抗氧剂1010       20-25％

抗静电剂         3-5％

紫外线吸收剂     3-5％

偶联剂           3-5％

硬脂酸钙         15-20％

分散剂           6-10％ 。

2.权利要求一种聚丙烯助剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1)利用搅拌机将本发明各组分预混粗分散；

2)利用球磨机对各组分细化分散；

3)利用造粒机挤出时使各组分进一步强化分散。

3.如权利要求2所述的聚丙烯助剂的制备方法，其特征在于步骤1)所使用的搅拌机为悬臂双螺旋搅拌机，其工艺操作转速为：每分钟90-120转，搅拌时间为60-90分钟。

4.如权利要求所述的聚丙烯助剂的制备方法，其特征在于步骤2)中所使用的球磨机为卧式球磨机，其工艺控制转速为每分钟60-90转，温度控制70-80℃，时间为60-80分钟。

5.如权利要求2所述的聚丙烯助剂的制备方法，其特征在于步骤3)中所使用的是双螺杆造粒机，机内温度控制在140-170℃范围内，因其半成品伸缩性较强，温度高和流速过快会使切粒困难，所以出料温度要控制在20-30℃范围内，造粒机的工艺流速产量控制在0.25-0.30吨/小时范围内。

6.如权利要求2所述的聚丙烯助剂的制备方法，由于原料及产品吸湿性较强，其特征在于原材料在密封袋取出后，5分钟内投放使用；成品在生产线上直接包装密封，车间内要保持较干燥的环境。 

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