CN102702661A - 一种抗氧化聚丙烯相容剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗氧化聚丙烯相容剂及其制备方法和应用。该抗氧化聚丙烯相容剂由下述按重量份计的原料制成：聚丙烯100份、第一接枝单体0.5～3份、第二接枝单体0.5～3份、引发剂0.03～0.4份、反应型抗氧剂1～5份和多官能团单体1～4份。将前述组分加入挤出机中，在150℃～200℃下进行反应，然后挤出造粒即可得到抗氧化聚丙烯相容剂。本发明提供的抗氧化聚丙烯相容剂的整个制备过程可控性高，接枝效率可达85％以上，可促进玻纤增强聚丙烯或尼龙/聚丙烯合金的相容。特别是本发明的抗氧化聚丙烯相容剂产品还含有抗氧化基团，不仅可以保障自身的耐热氧老化，还可提升其应用体系的耐热氧老化。

Description

一种抗氧化聚丙烯相容剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于高分子材料技术方法领域，特别涉及一种抗氧化聚丙烯相容剂及其制备方法和应用。
背景技术
反应型高分子相容剂是制备高性能工程塑料合金的一种重要原料，亦是高性能高分子相容剂的发展趋势。制备反应型高分子相容剂可以通过极性单体与其它单体嵌段共聚获得，也可以通过将极性单体接枝共聚到聚合物分子链上来获得。嵌段共聚法需要从小分子单体开始反应，成本高、设备投资大、建设周期长、环境污染大。采用溶液接枝法或悬浮接枝法制备接枝共聚物同样也存在类似问题。倘若采用固相接枝法虽然可以减少环境污染，但要求被接枝物为粉体材料，且粒径越小越好，同样也需要反应釜间歇制备，时间长，成本高。目前国内最常用的制备反应型高分子相容剂的方法就是熔融接枝，特别是反应挤出接枝，可以连续化生产、成本低、设备要求低、环境污染小。
虽然国内采用很多方法提高反应型高分子相容剂产品的接枝效率和接枝率，减少单体残留，但产品中的引发剂残留以及长期储存易老化等关键技术难题仍未解决。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种抗氧化聚丙烯相容剂。
本发明的另一目的在于提供上述抗氧化聚丙烯相容剂的制备方法。
本发明的再一目的在于提供上述抗氧化聚丙烯相容剂的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种抗氧化聚丙烯相容剂，由下述按重量份计的原料制成：聚丙烯100份、第一接枝单体0.5～3份、第二接枝单体0.5～3份、引发剂0.03～0.4份、反应型抗氧剂1～5份和多官能团单体1～4份；
所述的聚丙烯为均聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯或无规共聚聚丙烯中的至少一种；
所述的聚丙烯在230℃，2.16kg条件下熔体流动速率为2～3g/10min；
所述的第一接枝单体为马来酸酐（MAH）、丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）中的至少一种；优选为马来酸酐；
所述的第二接枝单体为苯乙烯、双环戊二烯或醋酸乙烯酯中的至少一种；优选为苯乙烯；
所述的引发剂为烷基过氧化物、过氧化酯或二酰基过氧化物中的一种或至少两种；
所述的烷基过氧化物为二叔丁基过氧化物、过氧化二异丙苯、过氧化叔丁基异丙苯或双叔丁基过氧化二异丙苯中的至少一种；
所述的过氧化酯为过氧化苯甲酸叔丁酯或4,4－双-（过氧化叔丁基）戊酸正丁酯中的一种或两种；
所述的二酰基过氧化物为过氧化二苯甲酰、过氧化双（2,4－二氯苯甲酰）或过氧化对氯苯甲酰中的至少一种；
所述的反应型抗氧剂为含有不饱和双键且含有抗热氧基团的化合物，优选为N-（3-甲基丙烯酰氧代-2-羟甲基）-N’-苯基对苯二胺、N-(4-苯胺基苯基)-甲基丙烯酰胺、2-叔丁基-6-(3-叔丁基-2-羟基-5-甲苯甲基)-4-甲基苯酚丙烯酸酯和3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲基丙烯酸酯等；
所述的多官能团单体为包含多个（指的是3个或3个以上）不饱和双键的化合物，优选为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三烯丙基异氰脲酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯和双-三羟甲基丙烷四丙烯酸酯等；
所述的抗氧化聚丙烯相容剂的制备方法，包括下述步骤：将100重量份聚丙烯、0.5～3重量份第一接枝单体、0.5～3重量份第二接枝单体、0.03～0.4重量份引发剂、1～5重量份反应型抗氧剂和1～4重量份多官能团单体加入挤出机中，在150℃～200℃下进行反应，然后挤出造粒即可得到抗氧化聚丙烯相容剂。
所述的挤出机为双螺杆反应挤出机，该双螺杆反应挤出机包括四个喂料口；
所述的聚丙烯由双螺杆反应挤出机的第一喂料口（主喂料口）喂入；
所述的第一接枝单体由第二喂料口（侧喂料口）喂入；
所述的第二接枝单体由第三喂料口（侧喂料口）喂入；
所述的引发剂可以由任一喂料口喂入；
所述的反应型抗氧剂和所述的多官能团单体由第四喂料口（侧喂料口）喂入；
所述的挤出机以及全部喂料辅机都进行氮气保护，即喂料和反应过程在惰性气体气氛下进行。
上述抗氧化聚丙烯相容剂应用于制备抗氧化玻纤（GF）增强聚丙烯或抗氧化尼龙/聚丙烯合金，其中尼龙包含尼龙6、尼龙66、尼龙1010、尼龙6T/尼龙6共聚物等。
所述的抗氧化玻纤增强聚丙烯，通过包含以下步骤的制备方法得到：将抗氧化聚丙烯相容剂、聚丙烯按比例（比例按需求进行调整）混合均匀，然后进入混炼型双螺杆挤出机中，玻纤由挤出机玻纤口喂入，挤出造粒得抗氧化玻纤增强聚丙烯。
所述的抗氧化尼龙/聚丙烯合金，通过包含以下步骤的制备方法得到：将抗氧化聚丙烯相容剂产品、尼龙和聚丙烯按比例（比例按需求进行调整）混和均匀，然后进入挤出机中挤出造粒得抗氧化尼龙/聚丙烯合金。
本发明的技术原理是通过引发剂引发的活性自由基将含有不饱和双键的接枝单体（第一单体）和反应型抗氧剂接枝到聚丙烯主链上。第二接枝单体和多官能团单体则是促进接枝单体和反应型抗氧剂的接枝反应，从而提高其接枝效率。
本发明与现有技术相比具有如下突出的优点及有益效果：
（1）本发明的抗氧化聚丙烯相容剂产品的整个制备过程可控性高，第一单体的接枝效率可达85％以上，可促进玻纤增强聚丙烯或尼龙/聚丙烯合金的相容。
（2）本发明的抗氧化聚丙烯相容剂产品含有抗氧化基团，不仅可以保障自身的耐热氧老化，还可提升其应用体系的耐热氧老化。
（3）本发明使用专门用于反应挤出的双螺杆反应挤出机，采用分段喂料的方式对反应过程进行良好控制，有效促进单体间的相互配合，同时挤出机及全部喂料辅机都采用氮气保护，降解副反应少，保证了产品性能的稳定。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但发明的实施方式不限于此。
实施例1
将100重量份均聚聚丙烯（F401）由双螺杆反应挤出机的第一喂料口（主喂料口）喂入，0.5重量份第一接枝单体（马来酸酐）由第二喂料口（侧喂料口）喂入，0.5重量份第二接枝单体（双环戊二烯）和0.03重量份引发剂（过氧化二异丙苯）由第三喂料口（侧喂料口）喂入，1重量份反应型抗氧剂（N-（3-甲基丙烯酰氧代-2-羟甲基）-N’-苯基对苯二胺）和1重量份多官能团单体（季戊四醇四丙烯酸酯）由第四喂料口（侧喂料口）喂入；前述组分同时进入双螺杆反应挤出机中。挤出机的温度范围在150℃～180℃（温度分段控制，150℃、170℃、180℃、180℃、170℃），转速为300r/min，上述组分在挤出机的上述条件下进行反应然后挤出造粒即可得到所述的抗氧化聚丙烯相容剂产品，第一接枝单体的接枝效率为90％。
实施例2
将100重量份聚丙烯（60重量份均聚聚丙烯F401与40重量份嵌段共聚聚丙烯K8303）由双螺杆反应挤出机的第一喂料口（主喂料口）喂入，1.5重量份第一接枝单体（马来酸酐）和0.2重量份引发剂（过氧化二异丙苯与二叔丁基过氧化物按重量比70：30配比）由第二喂料口（侧喂料口）喂入，1.5重量份第二接枝单体（苯乙烯）由第三喂料口（侧喂料口）喂入，4重量份反应型抗氧剂（2-叔丁基-6-(3-叔丁基-2-羟基-5-甲苯甲基)-4-甲基苯酚丙烯酸酯）和4重量份多官能团单体（三羟甲基丙烷三丙烯酸酯）由第四喂料口（侧喂料口）喂入；前述组分同时进入双螺杆反应挤出机中。挤出机的温度范围在150℃～190℃（温度分段控制，150℃、180℃、190℃、190℃、180℃），转速为300r/min，上述组分在挤出机的上述条件下进行反应然后挤出造粒即可得到所述的抗氧化聚丙烯相容剂产品，第一单体的接枝效率为92％。
实施例3
将100重量份聚丙烯（70重量份均聚聚丙烯F401与30重量份无规共聚聚丙烯M250E）和0.3重量份引发剂（过氧化二苯甲酰与二叔丁基过氧化物按重量比60：40配比）由双螺杆反应挤出机的第一喂料口（主喂料口）喂入，3重量份第一接枝单体（马来酸酐）由第二喂料口（侧喂料口）喂入，3重量份第二接枝单体（苯乙烯）由第三喂料口（侧喂料口）喂入，4重量份反应型抗氧剂（2-叔丁基-6-(3-叔丁基-2-羟基-5-甲苯甲基)-4-甲基苯酚丙烯酸酯）和4重量份多官能团单体（三羟甲基丙烷三丙烯酸酯）由第四喂料口（侧喂料口）喂入；前述组分同时进入双螺杆反应挤出机中。挤出机的温度范围在150℃～190℃（温度分段控制，150℃、180℃、190℃、190℃、180℃），转速为250r/min，上述组分在挤出机的上述条件下进行反应然后挤出造粒即可得到所述的抗氧化聚丙烯相容剂产品，第一单体的接枝效率为85％。
实施例4
将100重量份聚丙烯（70重量份均聚聚丙烯F401与30重量份无规共聚聚丙烯M250E）由双螺杆反应挤出机的第一喂料口（主喂料口）喂入，3重量份第一接枝单体（甲基丙烯酸缩水甘油酯）由第二喂料口（侧喂料口）喂入，3重量份第二接枝单体（苯乙烯）由第三喂料口（侧喂料口）喂入，0.4重量份引发剂（过氧化二苯甲酰与二叔丁基过氧化物按重量比60：40配比）、5重量份反应型抗氧剂（3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲基丙烯酸酯）和4重量份多官能团单体（三羟甲基丙烷三丙烯酸酯）由第四喂料口（侧喂料口）喂入；前述组分同时进入双螺杆反应挤出机中。挤出机的温度范围在150℃～200℃（温度分段控制，150℃、180℃、190℃、200℃、180℃），转速为250r/min，上述组分在挤出机的上述条件下进行反应然后挤出造粒即可得到所述的抗氧化聚丙烯相容剂产品，第一单体的接枝效率为85％。
实施例5
除不添加反应型抗氧剂和多官能团单体、并减少0.05重量份引发剂外，其它与实施例2相同，制得普通型聚丙烯相容剂。
实施例6
将实施例1～5得到的抗氧化聚丙烯相容剂产品在双螺杆挤出机上进行一次挤出造粒，加工温度在190～250℃，转速为400r/min。测试加工前后抗氧化聚丙烯相容剂产品的熔体流动速率，测试结果见表1。从表1中可以看到，实施例1～4将原料控制在合适的比例，制得抗氧化聚丙烯相容剂产品经一次加工后熔体流动速率提升小于20％；而实施例5得到的普通型聚丙烯相容剂经一次加工后熔体流动速率提高了约43％，说明本发明提供的抗氧化聚丙烯相容剂在加工过程中降解较少，抗热氧老化效果较好。
表1实施例1～5制备的抗氧化聚丙烯相容剂产品一次加工前后熔体流动速率
Figure BDA00001726977000061
应用实施例
将实施例2中得到的抗氧化聚丙烯相容剂产品、聚丙烯按比例混合均匀，然后进入挤出机中，玻纤由挤出机玻纤口喂入，挤出造粒得抗氧化玻纤增强聚丙烯。同工艺条件下制备不添加抗氧化聚丙烯相容剂产品的玻纤增强聚丙烯，对比性能见表2。可看出抗氧化聚丙烯相容剂加入5份后，其玻纤增强聚丙烯的拉伸、弯曲和缺口冲击强度均有明显提升，说明本发明产品良好的分布在玻纤（GF）和聚丙烯的界面，其接枝的马来酸酐与玻纤表面发生化学键合，促进玻纤与聚丙烯的相容。此外将抗氧化玻纤增强聚丙烯制成平板后置于110℃恒温箱连续热烘48h，测试其颜色变化值ΔЕ≤2。进一步说明抗氧化聚丙烯相容剂制备的玻纤增强聚丙烯的抗热氧效果较佳。
表2抗氧化聚丙烯相容剂对玻纤增强聚丙烯性能影响
Figure BDA00001726977000062
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种抗氧化聚丙烯相容剂，其特征在于由下述按重量份计的原料制成：聚丙烯100份、第一接枝单体0.5～3份、第二接枝单体0.5～3份、引发剂0.03～0.4份、反应型抗氧剂1～5份和多官能团单体1～4份；
所述的聚丙烯在230℃，2.16kg条件下熔体流动速率为2～3g/10min；
所述的第一接枝单体为马来酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸缩水甘油酯中的至少一种；
所述的第二接枝单体为苯乙烯、双环戊二烯或醋酸乙烯酯中的至少一种；
所述的引发剂为烷基过氧化物、过氧化酯或二酰基过氧化物中的一种或至少两种；
所述的反应型抗氧剂为含有不饱和双键且含有抗热氧基团的化合物；
所述的多官能团单体为包含至少3个不饱和双键的化合物。
2.根据权利要求1所述的抗氧化聚丙烯相容剂，其特征在于：所述的聚丙烯为均聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯或无规共聚聚丙烯中的至少一种；
所述的第一接枝单体为马来酸酐；
所述的第二接枝单体为苯乙烯。
3.根据权利要求1所述的抗氧化聚丙烯相容剂，其特征在于：
所述的烷基过氧化物为二叔丁基过氧化物、过氧化二异丙苯、过氧化叔丁基异丙苯或双叔丁基过氧化二异丙苯中的至少一种；
所述的过氧化酯为过氧化苯甲酸叔丁酯或4,4－双-（过氧化叔丁基）戊酸正丁酯中的一种或两种；
所述的二酰基过氧化物为过氧化二苯甲酰、过氧化双（2,4－二氯苯甲酰）或过氧化对氯苯甲酰中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的抗氧化聚丙烯相容剂，其特征在于：所述的反应型抗氧剂为N-（3-甲基丙烯酰氧代-2-羟甲基）-N’-苯基对苯二胺、N-(4-苯胺基苯基)-甲基丙烯酰胺、2-叔丁基-6-(3-叔丁基-2-羟基-5-甲苯甲基)-4-甲基苯酚丙烯酸酯或3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲基丙烯酸酯中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的抗氧化聚丙烯相容剂，其特征在于：所述的多官能团单体为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三烯丙基异氰脲酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯或双-三羟甲基丙烷四丙烯酸酯中的一种或至少两种。
6.权利要求1～5任一项所述的抗氧化聚丙烯相容剂的制备方法，其特征在于包括下述步骤：将100重量份聚丙烯、0.5～3重量份第一接枝单体、0.5～3重量份第二接枝单体、0.03～0.4重量份引发剂、1～5重量份反应型抗氧剂和1～4重量份多官能团单体加入挤出机中，在150℃～200℃下进行反应，然后挤出造粒即可得到抗氧化聚丙烯相容剂。
7.根据权利要求6所述的抗氧化聚丙烯相容剂的制备方法，其特征在于：所述的挤出机为双螺杆反应挤出机，该双螺杆反应挤出机包括四个喂料口；所述的聚丙烯由双螺杆反应挤出机的第一喂料口喂入；所述的第一接枝单体由第二喂料口喂入；所述的第二接枝单体由第三喂料口喂入；所述的引发剂由任一喂料口喂入；所述的反应型抗氧剂和所述的多官能团单体由第四喂料口喂入；喂料和反应过程在惰性气体气氛下进行。
8.权利要求1～5任一项所述的抗氧化聚丙烯相容剂的应用，其特征在于：所述的抗氧化聚丙烯相容剂用于制备抗氧化玻纤增强聚丙烯或抗氧化尼龙/聚丙烯合金。
9.一种抗氧化玻纤增强聚丙烯，其特征在于通过包含以下步骤的制备方法得到：将聚丙烯和权利要求1～5任一项所述的抗氧化聚丙烯相容剂混合均匀，然后进入混炼型双螺杆挤出机中，玻纤由挤出机玻纤口喂入，挤出造粒得抗氧化玻纤增强聚丙烯。
10.一种抗氧化玻纤增强聚丙烯，其特征在于通过包含以下步骤的制备方法得到：将尼龙、聚丙烯和权利要求1～5任一项所述的抗氧化聚丙烯相容剂混和均匀，然后进入挤出机中挤出造粒得抗氧化尼龙/聚丙烯合金。
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