CN102206377B - 一种高光泽易成型聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及复合塑料材料领域，公开了一种高光泽易成型聚丙烯复合材料及其制备方法。其组分包括50％～99％双峰聚丙烯、0～20％聚丙烯、0～10％弹性体、0～30％填充改性剂、0.2％～1.0％热稳定剂、0.1％～1.0％成核剂和0.1％～1.0％加工助剂。所制备的聚丙烯材料均能满足甚至超出现在各种家用电器的性能要求而且具有良好的加工性能，在相同的条件下，其所用的注塑压力仅为普通聚丙烯三分之一，而且在减薄产品厚度的情况下不影响产品的使用，在生产上大大节约了能耗，又节约了原材料，满足节约型社会的发展趋势；制备方法简单，符合工业化生产要求。

Description

一种高光泽易成型聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合塑料材料领域，涉及一种改性聚烯烃及制备方法，具体涉及一种用于家电外壳及其他对外观光泽度及成型速率要求较高的高光泽填充改性聚丙烯及其制备方法。
背景技术
聚丙烯作为五大通用塑料之一，在日常生活及工农业生产中具有广泛的应用，如家电外壳、洗衣机滚筒、电动工具等。但随着聚烯烃催化剂和生产工艺的不断发展，聚丙烯逐渐向工程塑料的方向发展，某些性能已经达到甚至超过工程塑料，双峰聚丙烯(BMPP)就是其中之一。
双峰聚丙烯产品的典型特征是分子中的聚合链分为低相对分子质量和高相对分子质量两部分，每一种聚合链的分子量分布都比较窄，但总的聚合物的相对分子质量分布呈现宽的双峰形态。这种相对分子质量分布的均衡性使得BMPP同时具备了熔体强度高、耐热性好、刚性好、抗蠕变等优良的机械性能(见表A)和加工性能。
表A双峰聚丙烯与普通聚丙烯的性能比较
  项目   测试标准   单位   双峰聚丙烯   普通聚丙烯
  洛氏硬度   ISO 2039-2   --   112   90
  热变形温度   ISO 75-2   ℃   122   96
  拉伸模量   ISO 527-2   MPa   2200   1400
  光泽度(60°)   ISO 2813   ％   89   54
和普通的共混PP不同，双峰聚丙烯的高分子量部分和低分子量部分在分子级别上实现了均匀混合，而两种不同相对分子量的聚丙烯通过双螺杆仅仅实现了宏观上的混合，很难达到微观上的混合，因此在物理性能和加工性能上比不上同样级别的双峰聚丙烯。
目前，已经得到工业化的双峰聚丙烯工艺有Borealis公司的北星双峰(Borstar)工艺、Basell公司的Unipol工艺和Dow公司的Unipol工艺。其中，Borstar工艺和Spherizone工艺采用的是串联反应器法，使用的是Ziegler-Natta催化剂；而Spherizone则采用的是多区循环反应器法。
对于一些家用电器，通常要求具有优异的表面光泽，同时，随着人们生活水平的提高，大量的具有高光泽特性的家用电器进入了普通人的家庭，为了提高生产效率，就要求生产过程中尽量减少注塑时间，缩短成型周期，双峰聚丙烯的出现很好地解决了这个问题，不但使得生产过程减小，而且可以减少生产过程中的能耗，降低生产成本。
发明内容
本发明旨在提供一种高光泽易成型聚丙烯复合材料。
本发明还提供了上述高光泽易成型聚丙烯复合材料的制备方法。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明的高光泽易成型聚丙烯复合材料，其组成及各组成的重量百分比如下：
双峰聚丙烯    50％～99％
聚丙烯        0～20％
弹性体        0～10％
填充改性剂    0～30％
热稳定剂      0.2％～1.0％
成核剂        0.1％～1.0％
加工助剂      0.1％～1.0％
所说的双峰聚丙烯(BMPP)是指在分子量的分布上具有双峰特征的聚丙烯；
所说的聚丙烯可以是均聚聚丙烯，可以是共聚聚丙烯，也可以是均聚聚丙烯与共聚聚丙烯的混合物；
所说的弹性体可以是聚烯烃弹性体(POE，即乙烯-辛烯共聚物)、三元乙丙橡胶(EPDM)、热塑性聚烯烃弹性体(TPO)、苯乙烯类热塑性弹性体(TPE)、动态硫化热塑性弹性体TPV及热塑性弹性体SEBS中的一种或一种以上的混合物。
所说的填充改性剂可以是硫酸钡、碳酸钙、滑石粉中的一种或是任意几种的混合物。
所说的热稳定剂可以是酚类、胺类、亚磷酸酯类、半受阻酚类、丙烯酰基官能团与硫代酯的复合物类及杯芳烃类热稳定剂中的一种或一种以上的混合物。
所说的成核剂可以是有机羧酸类成核剂、羧酸盐类成核剂、山梨糖醇类成核剂、二芳基膦金属盐类成核剂、松香酸及其盐类成核剂中的一种或几种的混合物。
所说的加工助剂为低分子酯类、金属皂类、硬脂酸复合酯类、酰胺类等中的一种或几种的复合物，具体可包括固体石蜡、液体石蜡、低分子聚乙烯、硬酯酸盐、芥酸酰胺、乙撑双硬脂酰胺(EBS)等。
所述的高光泽易成型聚丙烯复合材料，其制备过程如下：
按重量比称取各组分，加入螺杆挤出机中经熔融挤出造粒，得到高光泽易成型聚丙烯复合材料；或者将各组分在高速混合机中混合3-5分钟后，置于螺杆挤出机中经熔融挤出造粒，得到高光泽易成型聚丙烯复合材料；其中，螺杆挤出机温度为180～230℃。螺杆挤出机优选为平行双螺杆挤出机。
本发明的产品，采用ISO标准进行检测，测试样条由CJ80NC注塑机在180～230℃下注塑成型。
螺旋线流动长度表征的是材料的流动性和加工过程的难易程度，从检测结果可以看出，使用双峰聚丙烯可以很好的提高材料的加工性能，所得产品可用于家电外壳及其他对外观光泽度及成型速率要求较高的产品；可降低加工成本，提高生产效率和单设备生产效率，降低生产过程的能耗，提供性能更优良的家用电器产品。
本发明的产品均能满足甚至超出现在各种家用电器的性能要求，更可贵的是，本方法制备的高光泽聚丙烯复合材料具有良好的加工性能，在相同的条件下，其所用的注塑压力仅为普通聚丙烯三分之一，而且在减薄产品厚度的情况下不影响产品的使用，在生产上大大节约了能耗，又节约了原材料，满足节约型社会的发展趋势；另外，本产品制备方法简单，符合工业化生产要求。
具体实施方式
机械性能测试方法如下：
密度：ISO 1183
拉伸强度：ISO 527  拉伸速度：50mm/min
弯曲性能：ISO 178  测试速度：2mm/min
光泽度测试：ISO 2813  测试角度：60℃
冲击性能：ISO 180  测试条件：悬臂梁，铣缺口
熔体流动速率：ISO 1133，测试条件：230℃/2.16kg
洛氏硬度：ISO 2039-2  测试条件：23℃
热变形温度：ISO 75-2  测试条件：0.45MPa
螺旋线流动长度：ISO 11443  测试条件：230℃，压力50％  速度45％
实施例1
  名称   物质名称   用量   备注
  聚丙烯   双峰聚丙烯   80份   熔指：30g/10min
  填充改性剂   硫酸钡   19.7份   粒径为3000目
  热稳定剂   1010   0.2份
  加工助剂   芥酸酰胺   0.1份
(1)按上表配比将双峰聚丙烯、硫酸钡、热稳定剂、加工助剂置于高速混合机中混合，混合机转速为300r/min，混合时间5min；
(2)将混合好的料置于230℃平行双螺杆挤出机中熔融、挤出造粒、干燥，就得到本发明的高光泽易成型聚丙烯复合材料。
对实施例1的产品进行检测，所得结果如表1：
表1
  性能   单位   测试数值
  拉伸强度   MPa   38
  拉伸模量   MPa   2300
  弯曲强度   MPa   46
  弯曲模量   MPa   1900
  热变形温度   ℃   108
  光泽度   ％   84
  密度   g/cm3   1.05
  洛氏硬度   --   96
  熔体流动指数   g/10min   28
  螺旋线流动长度   mm   1260
螺旋线流动长度表征的是材料的流动性和加工过程的难易程度，可以看出，使用双峰聚丙烯可以很好的提高材料的加工性能，降低加工成本，提高生产效率。提高单设备生产效率，降低生产过程的能耗，提供性能更优良的家用电器产品。
用滑石粉或碳酸钙代替硫酸钡；或者用乙撑双硬脂酰胺、固体石蜡或硬脂酸镁代替芥酸酰胺；或者用亚磷酸酯类热稳定剂168或酚类热稳定剂1076代替热稳定剂1010，结果相同。
实施例2
(1)按上表配比将双峰聚丙烯、硫酸钡、热稳定剂、加工助剂置于高速混合机中混合，混合机转速为300r/min，混合时间5min；
(2)将混合好的料置于230℃平行双螺杆挤出机中熔融、挤出造粒、干燥，就得到本发明的高光泽易成型聚丙烯复合材料。
对实施例2的产品进行检测，所得结果如表2：
表2
  性能   单位   测试数值
  拉伸强度   MPa   35
  拉伸模量   MPa   2200
  弯曲强度   MPa   45
  弯曲模量   MPa   1800
  热变形温度   ℃   102
  光泽度   ％   80
  密度   g/cm3   1.05
  洛氏硬度   --   93
  熔体流动指数   g/10min   28
  螺旋线流动长度   mm   960
螺旋线流动长度表征的是材料的流动性和加工过程的难易程度，可以看出，使用双峰聚丙烯可以很好的提高材料的加工性能，降低加工成本，提高生产效率。提高单设备生产效率，降低生产过程的能耗，提供性能更优良的家用电器产品。
用滑石粉或碳酸钙代替硫酸钡；或者用乙撑双硬脂酰胺、固体石蜡或硬脂酸镁代替芥酸酰胺；或者用亚磷酸酯类热稳定剂168或酚类热稳定剂1076代替热稳定剂1010，结果相同。
实施例3
(1)按上表配比，称取双峰聚丙烯、硫酸钡、热稳定剂、弹性体、成核剂、加工助剂，置于高速混合机中混合，混合机转速为300r/min，混合时间5min；
(2)将混合好的料置于230℃平行双螺杆挤出机中熔融、挤出造粒、干燥，就得到本发明的高光泽易成型聚丙烯复合材料。
对实施例3的产品进行检测，所得结果如表3：
表3
  性能   单位   测试数值
  拉伸强度   MPa   32
  拉伸模量   MPa   1900
  弯曲强度   MPa   40
  弯曲模量   MPa   1600
  热变形温度   ℃   96
  光泽度   ％   75
  密度   g/cm3   1.05
  洛氏硬度   --   80
  熔体流动指数   g/10min   24
  螺旋线流动长度   mm   820
用三元乙丙橡胶、热塑性聚烯烃弹性体或苯乙烯类热塑性弹性体代替POE，结果相同。
比较实施例
  名称   物质名称   用量  备注
  聚丙烯   均聚聚丙烯   80份  熔指：30g/10min
  填充改性剂   硫酸钡   19.7份  粒径为3000目
  热稳定剂   1010   0.2份
  加工助剂   芥酸酰胺   0.1份
(1)按上表的配比称取聚丙烯、硫酸钡、热稳定剂、加工助剂，置于高速混合机中混合，混合机转速为300r/min，混合时间5min；
(2)将混合好的料置于230℃平行双螺杆挤出机中熔融、挤出造粒、干燥，就得到本发明的高光泽易成型聚丙烯。
对产品进行检测，所得结果如表4：
表4
  性能   单位   测试数值
  拉伸强度   MPa   32
  拉伸模量   MPa   1600
  弯曲强度   MPa   42
  弯曲模量   MPa   1600
  热变形温度   ℃   96
  光泽度   ％   64
  密度   g/cm3   1.05
  洛氏硬度   --   80
  熔体流动指数   g/10min   25
  螺旋线流动长度   mm   610

Claims (5)

1.一种高光泽易成型聚丙烯复合材料，其特征在于，由以下重量百分数的组分组成：
所述的聚丙烯为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯或者均聚聚丙烯与共聚聚丙烯的混合物；
所述的弹性体是聚烯烃弹性体、三元乙丙橡胶、热塑性聚烯烃弹性体、苯乙烯类热塑性弹性体、动态硫化热塑性弹性体及热塑性弹性体中的一种或一种以上的混合物；
所述的填充改性剂是硫酸钡、碳酸钙、滑石粉中的一种或是任意几种的混合物；
所述的热稳定剂选自酚类、胺类、亚磷酸酯类、半受阻酚类、丙烯酰基官能团与硫代酯的复合物类及杯芳烃类热稳定剂中的一种或一种以上的混合物；
所述的成核剂选自有机羧酸类成核剂、羧酸盐类成核剂、山梨糖醇类成核剂、二芳基膦金属盐类成核剂、松香酸及其盐类成核剂中的一种或几种的混合物。
2.根据权利要求1所述的高光泽易成型聚丙烯复合材料，其特征在于，所说的加工助剂选自低分子酯类、金属皂类、硬脂酸复合酯类、酰胺类中的一种或几种的复合物。
3.根据权利要求1所述的高光泽易成型聚丙烯复合材料，其特征在于，所说的加工助剂选自固体石蜡、液体石蜡、低分子聚乙烯、硬酯酸盐、芥酸酰胺和乙撑双硬脂酰胺中的一种或几种的混合物。
4.权利要求1～3任一项所述的高光泽易成型聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
按重量比称取各组分，加入螺杆挤出机中经熔融挤出造粒，得到高光泽易成型聚丙烯复合材料；或者将各组分在高速混合机中混合3-5分钟后，置于螺杆挤出机中经熔融挤出造粒，得到高光泽易成型聚丙烯复合材料；
其中，螺杆挤出机温度为180～230℃。
5.权利要求4所述的高光泽易成型聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述的螺杆挤出机为平行双螺杆挤出机。
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