CN103910920A - 一种高耐热、耐寒的透明聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

一种高耐热、耐寒的透明聚丙烯材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及提供一种高耐热、耐寒的透明聚丙烯材料及其制备方法，该材料是由共聚聚丙烯、均聚聚丙烯、耐寒增韧剂、交联剂、成核剂、抗氧剂与加工助剂制备而成，所述的共聚聚丙烯、均聚聚丙烯、耐寒增韧剂的重量总和为100份。本发明的高耐热高耐寒透明聚丙烯材料，具有良好的刚性、低温韧性、耐热性，保持塑料良好的透光性，制得的制件透光率达40%以上，注塑、吹塑制得的中空制件成型良好，破损率低，使用时效长，可用于生产透明中空壶体。

Description

一种高耐热、耐寒的透明聚丙烯材料及其制备方法
 
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种高耐热高耐寒透明聚丙烯材料及其制备方法。
 
背景技术
聚丙烯作为通用热塑性塑料中增长最快的品种，在经济建设和人民生活中的地位日益重要，在汽车工业、家用电器、电子、包装及建材、家具等方面具有广泛的应用。聚丙烯分为共聚聚丙烯和均聚聚丙烯，该两种不同聚合方式的材料性能有较大差异，其中均聚聚丙烯具有透明性高，刚性强等优点，但同时其具有韧性差、尺寸稳定性差、低温易发脆和易老化等缺点，限制了其适用范围；而共聚聚丙烯，具有耐热性能好、尺寸稳定性好、加工性能好以及低温韧性好的优点，但不少共聚聚丙烯存在低透明度低、低刚性等缺点。
目前对于不少对耐热性、耐寒性要求较高的制品，单纯的原料聚丙烯不能很好的达到要求，需要经过改性将共聚聚丙烯和均聚聚丙烯的良好性能结合到一起，从而发挥聚丙烯更大的优势。
 
发明内容
本发明的目的就是提供一种高耐热高耐寒透明聚丙烯材料及其制备方法，通过本发明制得到的聚丙烯复合材料材料，具有良好的低温韧性和耐热性，透明度可达43%以上，可用于生产透明中空壶体，如洗车冷却液壶。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高耐热、耐寒的透明聚丙烯材料，由以下组份按重量份制备而成：
共聚聚丙烯                       30～55份；
均聚聚乙烯                       40～65份；
耐寒增韧剂                       2～11份；
成核剂                           0.15～0.35份；
硅烷交联剂                       1.6～2.9份；
抗氧剂                           0.4～0.65份；
加工助剂                         0.4～1.5份；
所述的共聚聚丙烯、均聚聚丙烯、耐寒增韧剂的重量总和为100份。
所述的共聚聚丙烯为透明、无规共聚聚丙烯，在230℃/2.16kg条件下的熔融指数为0.1-4g/10min；所述的均聚聚丙烯在230℃/2.16kg条件下的熔融指数0.1-5g/10min。
所述的耐寒增韧剂选用氢化聚苯乙烯—丁二烯—苯乙烯三嵌段共聚物（简称SEBS）。
所述的成核剂为二（3,4-二甲基苯亚甲基）山梨醇（简称Millad 3988）、2，2-亚甲基双（4,6-二叔丁基苯基）磷酸钠（简称NA-11）、6-奈二甲酰胺基化合物（简称TMB-4）中的任一种。
所述硅烷交联剂由乙烯基三甲氧基硅烷、过氧化二异丙苯与二月桂酸二正丁基锡按质量比为1.5～2.6：0.05～0.3：0.05～0.2组成。
所述抗氧剂是由四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯、亚磷酸三(2，4--二叔丁基苯基)酯与(硫代二丙酸双十八醇酯)按质量比为1：2：1复配构成。
所述的加工助剂由白矿油与乙撑双硬脂酰胺（EBS）按质量比为1:1复配构成。
本发明的另一个目的是提供一种上述高耐热、耐寒的透明聚丙烯材料制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将共聚聚丙烯、均聚聚丙烯、硅烷交联剂、耐寒增韧剂、抗氧剂、加工助剂、成核剂按配比倒入温控高速混合机中混合5-10min，得预交联的预混料；所述混合机的温度为75-90℃、转速为500-800r/min；
（2）将（1）中预混料喂入双螺杆挤出机中先预加热2～4分钟，再经抽真空、挤出、水冷、切粒及干燥，即制得高耐热、耐寒的透明聚丙烯材料；其中双螺杆挤出机的转速为300～500 转/分，温度为预融区170～175℃、第一熔融区180～185℃、第一高温剪切区190～195℃、第二高温剪切区205～215℃、第二熔融温区200～210℃、出料口熔融温区195～205℃。
本发明与现有技术相比具有下列优点：
（1）本发明将共聚聚丙烯和均聚聚丙烯进行有效地组合，使制备的材料在韧性、刚性和耐热性方面达到平衡；
（2）在硅烷交联剂作用下，硅烷交联剂分解产生自由基，引发聚丙烯和SEBS大分子之间发生化学交联反应，在大分子链之间形成化学键，而形成网状体型结构；
（3）成核剂的添加，使高聚物的晶核增加，结晶速度加快，结晶的晶体细微化，透明性增加，综合作用下，能大幅提高最终产品的刚性、低温韧性、耐热性、透明性。
（4）本发明制得的聚丙烯材料，因其中添加有成核剂，从而缩短同类制品的成型周期，提高生产效率；
（5）本发明制得的聚丙烯材料，在注塑、吹塑制得的中空制件成型良好，破损率低，使用时效长；且具有良好的低温韧性和耐热性，透明度可达43%以上，可用于生产透明中空壶体，如洗车冷却液壶。
（6）本发明的制备方法合理、工艺简单、安全环保。
 
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述，以下实施例仅是对本发明进行说明而非对其加以限定。
在实施例中，各物性的测试方法分别如下：
熔体流动速率根据GB/T 3682-2000进行测试；
拉伸强度、断裂伸长率根据GB/T 1040.2-2006 进行测量；
弯曲强度、弯曲模量根据GB/T 9341-2008进行测量；
悬臂梁缺口冲击强度根据GB/T 1843-2008进行测量；
负荷变形温度根据GB/T 1634.2-2004进行测量；
温卡软化温度根据GB/T 1633-2000进行测量；
实施例中所使用的硅烷交联剂由乙烯基三甲氧基硅烷、过氧化二异丙苯与二月桂酸二正丁基锡按质量比为1.5～2.6：0.05～0.3：0.05～0.2组成。
所述抗氧剂是由四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯（1010）、亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯（168）以及硫代二丙酸双十八醇酯（DSTDP）按质量比为1：2：1复配构成。
所述加工助剂由白矿油与乙撑双硬脂酰胺（EBS）按质量比为1:1复配构成。
 
实施例1
将乙烯基三甲氧基硅烷2份、过氧化二异丙苯（DCP）0.3份、二月桂酸二正丁基锡0.2份，进行搅拌混合制得硅烷交联剂；
将共聚聚丙烯33份、均聚聚丙烯65份、耐寒增韧剂SEBS为2份，成核剂NA-11为0.25份，抗氧剂0.5份，加工助剂0.6份放入温控高速混合机中混合6min，搅拌机温度控制在80℃，转速600r/min，得到预混料；
再将预混料喂入双螺杆挤出机中，预加热3分钟后经抽真空挤出、水冷、切粒、干燥、混匀，即可制得用于制备汽车保险杠的再生材料，其中挤出机的预融区170℃，第一熔融区180℃，第一高温剪切区190℃，第二高温剪切区210℃，第二熔融温区205℃，出料口熔融温区195℃，螺杆转速为300 转/分。
 
实施例2
将乙烯基三甲氧基硅烷1.5份、过氧化二异丙苯（DCP）0.05份、二月桂酸二正丁基锡0.05份，进行搅拌混合制得硅烷交联剂；
将共聚聚丙烯44份、均聚聚丙烯50份、耐寒增韧剂SEBS为6份，成核剂3988为0.15份，抗氧剂0.56份，加工助剂1.2份放入温控高速混合机中混合8min，搅拌机温度控制在75℃，转速800r/min，得到预混料；
再将预混料喂入双螺杆挤出机中，预加热3分钟后经抽真空挤出、水冷、切粒、干燥、混匀，即可制得用于制备汽车保险杠的再生材料，其中挤出机的预融区175℃，第一熔融区185℃，第一高温剪切区190℃，第二高温剪切区205℃，第二熔融温区200℃，出料口熔融温区195℃，螺杆转速为450 转/分。
实施例3
将乙烯基三甲氧基硅烷2.6份、过氧化二异丙苯（DCP）0.2份、二月桂酸二正丁基锡0.1份，进行搅拌混合制得硅烷交联剂；
将共聚聚丙烯47份、均聚聚丙烯45份、耐寒增韧剂SEBS为8份，成核剂TMB-4为0.35份，抗氧剂0.4份，加工助剂0.8份放入温控高速混合机中混合5min，搅拌机温度控制在80℃，转速500r/min，得到预混料；
再将预混料喂入双螺杆挤出机中，预加热3分钟后经抽真空挤出、水冷、切粒、干燥、混匀，即可制得用于制备汽车保险杠的再生材料，其中挤出机的预融区175℃，第一熔融区185℃，第一高温剪切区195℃，第二高温剪切区210℃，第二熔融温区205℃，出料口熔融温区195℃，螺杆转速为500 转/分。
实施例4
将乙烯基三甲氧基硅烷1.8份、过氧化二异丙苯（DCP）0.15份、二月桂酸二正丁基锡0.08份，进行搅拌混合制得硅烷交联剂；
将共聚聚丙烯55份、均聚聚丙烯40份、耐寒增韧剂SEBS为5份，成核剂3988为0.2份，抗氧剂0.48份，加工助剂1份放入温控高速混合机中混合9min，搅拌机温度控制在90℃，转速650r/min，得到预混料；
再将预混料喂入双螺杆挤出机中，预加热3分钟后经抽真空挤出、水冷、切粒、干燥、混匀，即可制得用于制备汽车保险杠的再生材料，其中挤出机的预融区175℃，第一熔融区185℃，第一高温剪切区195℃，第二高温剪切区210℃，第二熔融温区205℃，出料口熔融温区195℃，螺杆转速为350 转/分。
实施例5
将乙烯基三甲氧基硅烷2.3份、过氧化二异丙苯（DCP）0.25份、二月桂酸二正丁基锡0.15份，进行搅拌混合制得硅烷交联剂；
将共聚聚丙烯30份、均聚聚丙烯59份、耐寒增韧剂SEBS为11份，成核剂NA-11为0.3份，抗氧剂0.65份，加工助剂1.5份放入温控高速混合机中混合10min，搅拌机温度控制在80℃，转速700r/min，得到预混料；
再将预混料喂入双螺杆挤出机中，预加热4分钟后经抽真空挤出、水冷、切粒、干燥、混匀，即可制得用于制备汽车保险杠的再生材料，其中挤出机的预融区170℃，第一熔融区180℃，第一高温剪切区190℃，第二高温剪切区205℃，第二熔融温区200℃，出料口熔融温区200℃，螺杆转速为400转/分。
实施例6
将乙烯基三甲氧基硅烷2.2份、过氧化二异丙苯（DCP）0.15份、二月桂酸二正丁基锡0.12份，进行搅拌混合制得硅烷交联剂；
将共聚聚丙烯40份、均聚聚丙烯56份、耐寒增韧剂SEBS为4份，成核剂TMB-4为0.28份，抗氧剂0.6份，加工助剂0.4份放入温控高速混合机中混合8min，搅拌机温度控制在80℃，转速550r/min，得到预混料；
再将预混料喂入双螺杆挤出机中，预加热2分钟后经抽真空挤出、水冷、切粒、干燥、混匀，即可制得用于制备汽车保险杠的再生材料，其中挤出机的预融区173℃，第一熔融区182℃，第一高温剪切区193℃，第二高温剪切区215℃，第二熔融温区210℃，出料口熔融温区205℃，螺杆转速为450转/分。
下表一是上述实施例1-6的各组份具体配比情况：
表一：
物料 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
共聚聚丙烯 33 44 47 55 30 40
均聚聚丙烯 65 50 45 40 59 56
SEBS 2 6 8 5 11 4
乙烯基三甲氧基硅烷 2 1.5 2.6 1.8 2.3 2.2
过氧化二异丙苯（DCP） 0.3 0.05 0.2 0.15 0.25 0.15
二月桂酸二正丁基锡 0.2 0.05 0.1 0.08 0.15 0.12
成核剂NA-11 0.25 　 　 　 0.3 　
成核剂TMB-4 　 　 0.35 　 　 0.28
成核剂3988 　 0.15 　 0.2 　 　
抗氧剂 0.5 0.56 0.4 0.48 0.65 0.6
加工助剂 0.6 1.2 0.8 1 1.5 0.4
分别对上述实施例1-6得到的产品按前述标准进行物性检测，其性能如下表二所示：
表二：
检测项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
融指/g/10min 0.96 0.83 1.5 2.3 2.1 1.8
拉伸强度/MPa 29.7 29.1 28.1 28.3 28.6 28.4
断裂伸长率/% 465 547 280 355 363 440
弯曲强度/MPa 35.8 33.0 31.3 30.8 33.4 32.8
弯曲模量/MPa 1123 989 1011 996 1080 1089
悬臂梁缺口冲击强度/kJ/m2（23℃） 40 53 56 49 45 43
悬臂梁缺口冲击强度/kJ/m2（-30℃） 6.3 7.3 6.9 7.6 6.6 6.8
负荷变形温度/℃ 116 106 108 109 113 110
温卡软化温度/℃ 153 148 145 149 148 151
透光率/% 43 58 55 49 52 50
由表二实施例结果可以看出，通过交联所制得到的聚丙烯复合材料材料，具有良好的低温韧性和耐热性，透明度可达43%以上，可用于生产透明中空壶体，如洗车冷却液壶等。此外本发明，与纯使用均聚聚丙烯或纯共聚聚丙烯相比，改善了均聚聚丙烯韧性差、纯共聚聚丙烯耐热性不足、透明度差的缺点。
这些实施例仅用于说明本发明而不应该限制本发明的范围。此外，在阅读了本发明所述内容之后，本领域技术人员对本发明做各种等价形式的改动或修改，这些等价形式同样属于本申请的权利要求书所限定的范围。

Claims (8)

1.一种高耐热、耐寒的透明聚丙烯材料，其特征在于：由以下组份按重量份制备而成：
共聚聚丙烯                       30～55份；
均聚聚乙烯                       40～65份；
耐寒增韧剂                       2～11份；
成核剂                           0.15～0.35份；
硅烷交联剂                       1.6～2.9份；
抗氧剂                           0.4～0.65份；
加工助剂                         0.4～1.5份；
所述的共聚聚丙烯、均聚聚丙烯、耐寒增韧剂的重量总和为100份。
2.根据权利要求1所述的高耐热、耐寒的透明聚丙烯材料，其特征在于：所述的共聚聚丙烯为透明、无规共聚聚丙烯，在230℃/2.16kg条件下的熔融指数为0.1-4g/10min；所述的均聚聚丙烯在230℃/2.16kg条件下的熔融指数0.1-5g/10min。
3.根据权利要求1所述的高耐热、耐寒透明的聚丙烯材料，其特征在于：所述的耐寒增韧剂选用氢化聚苯乙烯—丁二烯—苯乙烯三嵌段共聚物。
4.根据权利要求1所述的高耐热、耐寒透明的聚丙烯材料，其特征在于：所述的成核剂为二（3,4-二甲基苯亚甲基）山梨醇、2，2-亚甲基双（4,6-二叔丁基苯基）磷酸钠、6-奈二甲酰胺基化合物中的任一种。
5.根据权利要求5所述的高耐热、耐寒的透明聚丙烯材料，其特征在于：所述的硅烷交联剂由乙烯基三甲氧基硅烷、过氧化二异丙苯与二月桂酸二正丁基锡按质量比为1.5～2.6：0.05～0.3：0.05～0.2组成。
6.根据权利要求1所述的高耐热的、耐寒的透明聚丙烯材料，其特征在于：所述抗氧剂是由四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯、亚磷酸三(2，4--二叔丁基苯基)酯与硫代二丙酸双十八醇酯按质量比为1：2：1复配构成。
7.根据权利要求1所述的高耐热、耐寒的透明聚丙烯材料，其特征在于：所述的加工助剂由白矿油与乙撑双硬脂酰胺按质量比为1:1复配构成。
8. 一种制备如权利要求1－7任一项所述的高耐热、耐寒的透明聚丙烯材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将共聚聚丙烯、均聚聚丙烯、硅烷交联剂、耐寒增韧剂、抗氧剂、加工助剂、成核剂按配比倒入温控高速混合机中混合5-10min，得预交联的预混料；所述混合机的温度为75-90℃、转速为500-800r/min；
（2）将（1）中预混料喂入双螺杆挤出机中先预加热2～4分钟，再经抽真空、挤出、水冷、切粒及干燥，即制得高耐热、耐寒的透明聚丙烯材料；其中双螺杆挤出机的转速为300～500 转/分，温度为预融区170～175℃、第一熔融区180～185℃、第一高温剪切区190～195℃、第二高温剪切区205～215℃、第二熔融温区200～210℃、出料口熔融温区195～205℃。
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