CN103589054A - 一种聚丙烯基复合阻隔材料及其制备方法 - Google Patents

一种聚丙烯基复合阻隔材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于材料技术领域，涉及一种聚丙烯基复合阻隔材料及其制备方法。该复合阻隔材料由包括以下重量份的组分制成：聚丙烯树脂60-90份，连续阻隔性聚合物纤维10-40份，助剂3-5份。该材料中的阻隔材料以纤维形式存在。由于阻隔性聚合物纤维在熔融浸渍过程中没有剪切并控制聚丙烯树脂熔体的温度，使得阻隔性聚合物纤维在制得的复合材料中没有受到损害且均匀分散于基体树脂中，保持了粒料中阻隔性聚合物纤维的连续性和分散性，也保证了通过后续的吹塑、挤出和注塑过程得到的制品中阻隔性聚合物纤维的完整性和均匀性，因此，容器中溶剂分子穿透容器壁时将会由于这些阻隔性聚合物纤维的存在而阻力重重，从而改善了材料的阻隔性能。

Description

一种聚丙烯基复合阻隔材料及其制备方法
技术领域
本发明属于材料技术领域，涉及一种聚丙烯基复合阻隔材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯作为包装材料，具有很多优势：较好的刚度、强度、硬度、电绝缘性、化学稳定性等，但聚丙烯的阻O2、CO2和阻油渗透性能很差，所以需要对其进行改性处理，以适应包装材料较高的阻隔性能的要求。
乙烯-乙烯醇共聚物（EVOH）由于对气体具有极好的阻隔性一直是应用最多的阻隔性材料。在包装领域，EVOH制成复合膜中间阻隔层，应用在各种硬性和软性包装中；在食品业中用于无菌包装、热罐和蒸煮袋，包装奶制品、肉类、果汁罐头和调味品；在非食品方面，用于包装溶剂、化学药品、空调结构件、汽油桶内衬、电子元件等。
目前利用EVOH为制品提供高阻隔性能主要采用多层共挤出的方法，即EVOH树脂同聚烯烃等树脂在挤出过程中彼此复合在一起，该工艺可以综合各种材料的优点，使成型制品兼具合格的力学性能和阻隔性能。但EVOH价格高昂，供应渠道窄，同时，多层共挤出工艺要求多台挤出机将各种树脂分别熔融挤出，通过各自的流道在模头内或模头外汇合，再经吹胀、冷却复合在一起，对设备要求高，工艺控制复杂，产品成本较高。
近几十年来，聚烯烃／阻隔树脂材料在包装业和汽车工业上用途越来越广，研究并开发具有高阻隔性且易于实现产业化的聚合物材料就显得越来越重要。
发明内容
本发明的目的在于为克服现有技术的缺陷而提供一种聚丙烯基复合阻隔材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种聚丙烯基复合阻隔材料，由包括以下重量份的组分制成：
聚丙烯树脂                60-90份，
连续阻隔性聚合物纤维      10-40份，
助剂                      3-5份。
所述的聚丙烯树脂的熔融指数为20-50g/10min（230℃，2.16kg）。
所述的连续阻隔性的聚合物纤维的熔融温度为220℃以上，线密度为8000D以上，断裂强度为7g/D以上；
所述的连续阻隔性聚合物纤维选自：PA66（尼龙66）纤维、PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）纤维或PEN（聚萘二甲酸乙二醇酯）纤维中的一种或一种以上。
所述的助剂选自抗氧剂、相容剂或润滑剂中的一种或一种以上。
所述的抗氧剂选自受阻酚类、受阻胺类、亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或一种以上；其中：受阻酚类抗氧剂进一步为四[β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯，受阻胺类抗氧剂进一步为N,N'-双-[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基]己二胺，亚磷酸酯抗氧剂进一步为三［2,4-二叔丁基苯基］亚磷酸酯。
所述的相容剂选自马来酸酐接枝聚丙烯或甲基丙烯酸缩水甘油酯与聚丙烯的共聚物。
所述的润滑剂选自石蜡、聚丙烯蜡、聚乙烯蜡或酰胺蜡。
一种上述聚丙烯基复合阻隔材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按上述配比称取各组分原料，将重量份为60-90份的聚丙烯树脂和3-5份的助剂在170-190℃条件下熔融，得到聚丙烯树脂熔体；
(2)将10-40份的连续阻隔性聚合物纤维在步骤（1）得到的聚丙烯树脂熔体中浸渍，使连续阻隔性聚合物纤维完全浸润；将连续阻隔性聚合物纤维由纱架引出，经张力辊调节张力，进入熔体浸渍模头，在模头内实现连续阻隔性聚合物纤维的分散和浸润，并通过模头的纤维的出口控制所述阻隔性聚合物纤维的含量。
(3)将浸润的连续阻隔性聚合物纤维冷却，切割料粒，得到聚丙烯基复合阻隔材料。
所述的步骤（2）中模头的口径为2~4mm。
本发明具有以下有益效果：
本发明中聚丙烯基复合阻隔材料中的阻隔材料以纤维形式存在。由于阻隔性聚合物纤维在熔融浸渍过程中没有剪切并控制聚丙烯树脂熔体的温度，使得阻隔性聚合物纤维在制得的复合材料中没有受到损害且均匀分散于基体树脂中，保持了粒料中阻隔性聚合物纤维的连续性和分散性，也保证了通过后续的吹塑、挤出和注塑过程得到的制品中阻隔性聚合物纤维的完整性和均匀性，因此，容器中溶剂分子穿透容器壁时将会由于这些阻隔性聚合物纤维的存在而阻力重重，从而改善了材料的阻隔性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
（1）称取75份聚丙烯树脂（熔融指数为35g/10min）、3份甲基丙烯酸缩水甘油酯与聚丙烯的共聚物、0.2份抗氧剂1010、0.4份抗氧剂168、0.3份聚丙烯蜡；将上述原料在170~190℃温度条件下塑化熔融，得到聚丙烯树脂熔体；
（2）将25份连续的PET纤维（熔融温度为250℃，线密度为9000D，断裂强度为7g/D）在步骤（1）得到的聚丙烯树脂熔体中浸渍，使得PET纤维完全浸润。连续PET纤维由纱架引出，经张力辊调节张力，进入熔体浸渍模头，在模头内实现纤维的分散和浸润，模头中纤维的出口口径为3.5mm；
（3）将浸润的连续阻隔性聚合物纤维冷却，冷却固化，经切粒机切成8mm长度的粒子，该粒子的测试性能见表1。
实施例2
（1）称取60份聚丙烯树脂（熔融指数为50g/10min）、4份马来酸酐接枝聚丙烯、0.2份抗氧剂1098、0.4份抗氧剂168、0.4份酰胺蜡；将上述原料在170~190℃温度条件下塑化熔融，得到聚丙烯树脂熔体；
（2）将40份连续的PA66纤维(熔融温度为250℃，线密度为8500 D以上，断裂强度为8g/D)在步骤（1）得到的聚丙烯树脂熔体中浸渍，使得PA66纤维完全浸润。其中，所述的连续PA66纤维由纱架引出，经张力辊调节张力，进入熔体浸渍模头，在模头内实现纤维的分散和浸润，模头中纤维的出口口径为2.5mm；
（3）将浸润的连续阻隔性聚合物纤维冷却，冷却固化，经切粒机切成10mm长度的粒子，该粒子的测试性能见表1。
实施例3
（1）称取90份聚丙烯树脂（熔融指数为20g/10min）、2份甲基丙烯酸缩水甘油酯与聚丙烯的共聚物、0.3份抗氧剂1010、0.5份抗氧剂168、0.2份聚乙烯蜡；将上述原料在170~190℃温度条件下塑化熔融，得到聚丙烯树脂熔体；
（2）将10份连续的PEN纤维(熔融温度为260℃以上，线密度为10000D以上，断裂强度为10g/D)在步骤（1）得到的聚丙烯树脂熔体中浸渍，使得PEN纤维完全浸润。其中，所述的连续PEN纤维由纱架引出，经张力辊调节张力，进入熔体浸渍模头，在模头内实现纤维的分散和浸润，模头中纤维的出口口径为4.0mm；
（3）将浸润的连续阻隔性聚合物纤维冷却，冷却固化，经切粒机切成12mm长度的粒子。
表1.实施例注塑样条性能测试结果
  测试方法(ASTM)   实施例1   实施例2   实施例3
  拉伸强度(MPa)   D638   37   46   32
  断裂伸长率(%)   D638   63   71   72
  弯曲强度(MPa)   D790   45   51   40
  弯曲模量(MPa)   D790   1793   2083   1423
  悬臂梁缺口冲击强度(kJ/m2)   D256   5.5J NB   5.5J NB   87
本发明提供的聚丙烯基复合阻隔材料，其加工温度远低于阻隔性聚合物纤维的熔点，保证了起阻隔作用的材料始终以纤维形式存在，阻隔性聚合物纤维在制得的复合材料中没有受到损害且均匀分散于基体树脂中，保持了粒料中阻隔性聚合物纤维的连续性和分散性，也保证了最终制品中阻隔性聚合物纤维的完整性和均匀性，因此，容器中溶剂分子穿透容器壁时将会由于这些阻隔性聚合物纤维的存在而阻力重重，从而改善了材料的阻隔性能。从表1的数据也可以看出，该聚丙烯基复合阻隔材料的机械性能优良，从而保证了后续的吹塑、挤塑和注塑过程得到的制品的综合性能。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种聚丙烯基复合阻隔材料，其特征在于：由包括以下重量份的组分制成：
聚丙烯树脂                60-90份，
连续阻隔性聚合物纤维      10-40份，
助剂                      3-5份。
2.根据权利要求1所述的聚丙烯基复合阻隔材料，其特征在于：所述的聚丙烯树脂的熔融指数为20-50g/10min，在230℃，2.16kg条件下。
3.根据权利要求1所述的聚丙烯基复合阻隔材料，其特征在于：所述的连续阻隔性的聚合物纤维的熔融温度为220℃以上，线密度为8000D以上，断裂强度为7g/D以上。
4.根据权利要求1所述的聚丙烯基复合阻隔材料，其特征在于：所述的连续阻隔性聚合物纤维选自：尼龙66纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维或聚萘二甲酸乙二醇酯纤维中的一种或一种以上。
5.根据权利要求1所述的聚丙烯基复合阻隔材料，其特征在于：所述的助剂选自抗氧剂、相容剂或润滑剂中的一种或一种以上。
6.根据权利要求5所述的聚丙烯基复合阻隔材料，其特征在于：所述的抗氧剂选自受阻酚类、受阻胺类、亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或一种以上；其中：受阻酚类抗氧剂进一步为四[β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯，受阻胺类抗氧剂进一步为N,N'-双-[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基]己二胺，亚磷酸酯抗氧剂进一步为三［2,4-二叔丁基苯基］亚磷酸酯。
7.根据权利要求5所述的聚丙烯基复合阻隔材料，其特征在于：所述的相容剂选自马来酸酐接枝聚丙烯或甲基丙烯酸缩水甘油酯与聚丙烯的共聚物。
8.根据权利要求5所述的聚丙烯基复合阻隔材料，其特征在于：所述的润滑剂选自石蜡、聚丙烯蜡、聚乙烯蜡或酰胺蜡。
9.一种上述权利要求1-8中任一所述的聚丙烯基复合阻隔材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)按权利要求1所述的配比称取各组分原料，将重量份为60-90份的聚丙烯树脂和3-5份的助剂在170-190℃条件下熔融，得到聚丙烯树脂熔体；
(2)将10-40份的连续阻隔性聚合物纤维在步骤（1）得到的聚丙烯树脂熔体中浸渍，使连续阻隔性聚合物纤维完全浸润；将连续阻隔性聚合物纤维由纱架引出，经张力辊调节张力，进入熔体浸渍模头，在模头内实现连续阻隔性聚合物纤维的分散和浸润，并通过模头的纤维的出口控制所述阻隔性聚合物纤维的含量；
(3)将浸润的连续阻隔性聚合物纤维冷却，切割料粒，得到聚丙烯基复合阻隔材料。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤（2）中模头的口径为2~4mm。
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