CN103910935A - 一种注塑级物理发泡聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种注塑级物理发泡聚丙烯材料及其制备方法，该聚丙烯材料由聚丙烯55-93份、高熔体强度聚乙烯5-30份、相容剂2-15份、主抗氧剂0-1份、辅助抗氧剂0-1份、光稳剂0-1份、分散剂0.5-1份经混合、挤出、发泡注塑所得。本发明在聚丙烯中加入了一定量的高熔体强度聚乙烯对聚丙烯进行改性，提高材料的低温性能与流动性。并采用超临界氮气进行发泡，从而避免熔体发生破裂，并降低最终制品的密度，达到减重并保证了其刚性与外表美观要求。

Description

一种注塑级物理发泡聚丙烯材料及其制备方法
 
技术领域
本发明属于聚合物加工技术领域，具体涉及一种注塑级物理发泡聚丙烯材料及其制备方法。
 
背景技术
聚丙烯（PP）是一种结构规整的结晶性聚合物，常为白色粒料或粉料、无味、无毒、质轻的热塑性树脂；其具备易加工、冲击强度、挠曲性以及电绝缘性好等优点，并具有良好的耐化学性能，在汽车工业、家用电器、电子、包装、建材及家具等方面具有广泛的应用。但是PP也存在一些不足之处，如耐寒性差、低温易脆断、收缩率大、抗蠕变性差、制品尺寸稳定性差与容易产生翘曲变形等，因此需要对聚丙烯进行改性。
    近年来，许多行业都面临着降本减重的问题，尤其是汽车行业，发泡材料是在注塑过程中通入一定量气体，将制品的密度降低，从而达到减重的目的，可在现有制件基础上进行降本，从模具结构上解决刚性的问题，且不影响汽车制品皮纹外观，既保证了制品的性能，又保持了外观的美观性。
目前发泡材料一般是两种方式成型，一种是化学发泡，化学发泡是在产品基体配方中加入一定量的发泡剂进行成型，化学发泡对成型的工艺要求严格；另一种是物理发泡，物理发泡是在熔体中通入气体得到发泡制品。
中国专利（CN 101352923A）公开了一种挤出物理发泡聚丙烯珠粒的制备方法，是在螺杆挤出机的机筒中部设置注射口，机头安装套管式口模和模面切粒机，将聚丙烯发泡料及其助剂加入螺杆挤出机中，再将烷烃发泡剂从注射口注入机筒中，其中聚丙烯发泡料与烷烃的重量比为10-25%，使切粒后的物料在进入大气时发泡；此专利在挤出过程中加入一定量的小分子烷烃发泡剂，但此成型方式为挤出成型，其挤出材一般无法进行注塑，如果要进行注塑的话也是极小制件；中国专利（CN 102372855A）公开了一种超临界法制备预发泡聚丙烯，此专利是运用超临界流体法，利用物理发泡剂，将聚丙烯作增加熔体强度处理，并通过特殊的预发泡工艺，制备出预发泡聚丙烯材料；其制备方法主要采用PP与PE交联，同时通过添加无机填料与弹性体增加其熔程达到增加熔体强度的目的，但是此专利添加组分复杂，极性与非极性组分的相容性会影响其发泡聚丙烯材料的性能稳定，所以基体在共混之前需要较长时间的表面处理。
 
发明内容
针对以上现有技术的局限性，本发明的目的是提供一种注塑级物理发泡聚丙烯材料及其制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种注塑级物理发泡聚丙烯材料，该材料是由以下组分按重量份制备而成：
聚丙烯                                                       55-93份；
高熔体强度聚乙烯（HMS-PE）               5-30份；
相容剂                                     2-15份
主抗氧剂                                                    0-1份；
辅助抗氧剂                                 0-1份；
光稳剂                                                        0-1份；
分散剂                                     0.5-1份。
所述聚丙烯在温度为190℃、负荷为2.16kg下的熔融指数为 1-10g/10min，其重均相对分子质量为1.0×105～5.0×105。
所述高熔体强度聚乙烯的粘度为5.0*104-1.0*105帕斯卡秒，其在温度为190℃、负荷为2.16kg下的熔融指数为0.5-2g/10min。高熔体强度聚乙烯的粘度是采用旋转流变仪进行测试的，其测试温度190℃、频率0.1rad/s。 
所述相容剂为马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物。
所述主抗氧剂为受阻酚类单酚抗氧剂、双分抗氧剂或多元酚抗氧剂，优选四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯（抗氧剂1010）；所述辅助抗氧剂选自亚磷酸酯类抗氧剂或含硫化合物。
所述亚磷酸酯类抗氧剂进一步选自亚磷酸烷基酯、亚磷酸芳基酯或亚磷酸烷基芳基酯；所述含硫化合物进一步选自硫代酯、硫醚、二硫化物或硫醇，优选三2.4-二叔丁基苯基亚磷酸酯（抗氧剂168）。
所述分散剂选自聚乙烯蜡。
所述光稳剂选自二苯甲酮类光稳剂、苯并三唑类光稳剂或受阻胺类光稳剂。
所述二苯甲酮类光稳剂进一步选自2,4-二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮或2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮；苯并三唑类光稳剂进一步选自2-（2’-羟基苯基）苯并三唑；受阻胺类光稳剂进一步选自二苯甲酮类光稳剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮（UV-531）。
本发明另一个目的是提供一种注塑级物理发泡聚丙烯材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
（1）将聚丙烯55-93份、高熔体强度聚乙烯（HMS-PE）5-30份、相容剂2-15份、主抗氧剂0-1份、辅助抗氧剂0-1份、光稳剂0-1份、分散剂0.5-1份放入高混机中，于80-90℃温度进行混合3-8min；
（2）将混合物料加入各区温度为180-210℃的双螺杆挤出机中进行挤出造粒；
（3）将（2）中粒子加入发泡专用注塑机，并通入占其重量百分比为35%-50%的超临界氮气进行发泡注塑成型，所述发泡专用注塑机的温度为180-210℃、压力为25-65MPa、保压压力为15-40MPa。
本发明同现有技术相比，具有以下有益效果：
1、本发明在聚丙烯中加入了一定量的高熔体强度聚乙烯，可提高材料的低温性能。
2、本发明使用的是高熔体强度聚乙烯来对聚丙烯进行改性，增强聚丙烯材料的流动性；
3、本发明采用超临界氮气进行发泡，其氮气的加入量超过35%（重量百分比），从而避免熔体发生破裂，并降低最终制品的密度，达到减重的目的。
4、本发明加入主、辅助氧化剂使得聚丙烯材料在挤出及注塑过程中避免因长期加热而老化，进而引起材料的分解。
 
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的说明。
本发明实施例中所用的双螺杆挤出机的长径比30：1，生产厂家是德国BRABEBDER公司。
以下所用PP树脂融指为7.5g/10min；
所用的光稳剂UV531、抗氧剂1010、抗氧剂168为市售
本发明的产品是采用ISO的标准进行测试，挤出粒料经过注塑机成型得到测试样条，在23℃、相对湿度50%条件下稳定24h后进行性能测试，所进行的物理机械性能测试有：
悬臂梁缺口冲击测试：按照ISO 180标准制样测试；
熔融指数：按照ISO 1133标准制样测试；
密度：按照ISO 1183标准制样测试；
粘度：旋转流变仪，恒温变频测试方法，恒温190℃。
所发泡成型制品所进行的物理机械性能测试有：
密度：按照ISO 1183标准制样测试；
熔融指数：按照ISO 1133标准制样测试。
实施例1
1）将聚丙烯55份、高熔体强度聚乙烯（HMS-PE）30份、相容剂马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物15份、分散剂聚乙烯蜡0.5份加入高混机中于80℃混合8min；
2）将混合物料加入各区温度为180-210℃的双螺杆挤出机中挤出造粒；
3）将粒子加入发泡专用注塑机中，并通入占其重量百分比为50%的超临界氮气发泡注塑成型，其中注塑机各段温度为180-210℃，各段注塑压力为25MPa-65MPa，各段保压压力为15MPa-40MPa。 
 
实施例2
1）将聚丙烯93份、高熔体强度聚乙烯（HMS-PE）5份、相容剂马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物2份、抗氧剂1010为 1份、辅助抗氧剂168 为1份、光稳剂UV531为1份、分散剂聚乙烯蜡1份加入高混机中于90℃混合3min；
2）将混合物料加入各区温度为180-210℃的双螺杆挤出机中挤出造粒；
3）将粒子加入发泡专用注塑机中，并通入占其重量百分比为35%的超临界氮气发泡注塑成型，注塑机各段温度为180-210℃，各段注塑压力为25MPa-65MPa，各段保压压力为15MPa-40MPa。
 
实施例3
1）将聚丙烯70份、高熔体强度聚乙烯（HMS-PE）20份、相容剂马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物10份、抗氧剂1010为0.5份、辅助抗氧剂168为0.5份、光稳剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮为0.7份、分散剂聚乙烯蜡0.8份加入高混机中于85℃混合5min；
2）将混合物料加入各区温度为180-210℃的双螺杆挤出机中挤出造粒；
3）将粒子加入发泡专用注塑机中，并通入占其重量百分比为45%的超临界氮气发泡注塑成型，注塑机各段温度为180-210℃，各段注塑压力为25MPa-65MPa，各段保压压力为15MPa-40MPa。
 
实施例4
1）将聚丙烯80份、高熔体强度聚乙烯（HMS-PE）15份、相容剂马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物5份、抗氧剂1010为0.3份、辅助抗氧剂168为0.4份、光稳剂2-（2’-羟基苯基）苯并三唑为0.5份、分散剂聚乙烯蜡0.5份加入高混机中于90℃混合3min；
2）将混合物料加入各区温度为180-210℃的双螺杆挤出机中挤出造粒；
3）将粒子加入发泡专用注塑机中，并通入占其重量百分比为40%的超临界氮气发泡注塑成型，注塑机各段温度为180-210℃，各段注塑压力为25MPa-65MPa，各段保压压力为15MPa-40MPa。
 
实施例5
1）将聚丙烯65份、高熔体强度聚乙烯（HMS-PE）25份、相容剂马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物10份、抗氧剂1010为0.7份、辅助抗氧剂168为0.7份、光稳剂2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮为0.2份、分散剂聚乙烯蜡0.6份加入高混机中于80℃混合8min；
2）将混合物料加入各区温度为180-210℃的双螺杆挤出机中挤出造粒；
3）将粒子加入发泡专用注塑机中，并通入占其重量百分比为48%的超临界氮气发泡注塑成型，注塑机各段温度为180-210℃，各段注塑压力为25MPa-65MPa，各段保压压力为15MPa-40MPa。
性能测试结果见表1。
 
实施例6
1）将聚丙烯75份、高熔体强度聚乙烯（HMS-PE）20份、相容剂马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物5份、抗氧剂1010为0.2份、辅助抗氧剂168为0.4份、光稳剂2,4-二羟基二苯甲酮为0.5份、分散剂聚乙烯蜡1份加入高混机中于80℃混合8min；
2）将混合物料加入各区温度为180-210℃的双螺杆挤出机中挤出造粒；
3）将粒子加入发泡专用注塑机中，并通入占其重量百分比为43%的超临界氮气发泡注塑成型，注塑机各段温度为180-210℃，各段注塑压力为25MPa-65MPa，各段保压压力为15MPa-40MPa。
 
上述实施例1－6所发泡注塑成型的制件性能测试结果见表1所示：
表1
实施例 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
密度/g/cm3 0.92 0.905 0.92 0.913 0.92 0.92
熔体流动速率/g/10min 2.5 6.3 4.7 5.4 3.2 4.0
悬臂梁缺口冲击强度（-30℃）/KJ·m-2 35.6 6.3 22.6 15.8 28.6 19.4
粘度（温度为210℃，剪切速率为100rad/s） 1.0*105 4.6*104 6.0*104 8.4*104 9.2*104 5.8*104
密度/g/cm3（发泡成型后） 0.46 0.59 0.51 0.55 0.48 0.52
从表1中可以看出，在聚丙烯基体中添加一定量的马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物制备成改性聚丙烯粒子，再通过在注塑过程中通入占其重量百分比为35%-50%的超临界氮气可以制备成发泡聚丙烯材料，达到降低材料重量，并保证了其刚性与外表面美观要求。且马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物的添加量越大，其粘度越高，则气体通入量也就越大，从而降低最终制品的密度，达到减重的目的。
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)

1.一种注塑级物理发泡聚丙烯材料，其特征在于：该材料是由以下组分按重量份制备而成：
聚丙烯                                     55-93份；
高熔体强度聚乙烯                           5-30份；
相容剂                                     2-15份
主抗氧剂                                    0-1份；
辅助抗氧剂                                 0-1份；
光稳剂                                      0-1份；
分散剂                                     0.5-1份。
2.根据权利要求1所述的注塑级物理发泡聚丙烯材料，其特征在于：所述聚丙烯在温度为190℃、负荷为2.16kg下的熔融指数为 1-10g/10min，其重均相对分子质量为1.0×105～5.0×105。
3.根据权利要求1所述的注塑级物理发泡聚丙烯材料，其特征在于：所述高熔体强度聚乙烯的粘度为5.0*104-1.0*105帕斯卡秒，其在温度为190℃、负荷为2.16kg下的熔融指数为0.5-2g/10min。
4.根据权利要求1所述的注塑级物理发泡聚丙烯材料，其特征在于：所述相容剂为马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物。
5.根据权利要求1所述的注塑级物理发泡聚丙烯材料，其特征在于：所述主抗氧剂为受阻酚类单酚抗氧剂、双分抗氧剂或多元酚抗氧剂；所述辅助抗氧剂选自亚磷酸酯类抗氧剂或含硫化合物。
6.根据权利要求5所述的注塑级物理发泡聚丙烯材料，其特征在于：所述亚磷酸酯类抗氧剂选自亚磷酸烷基酯、亚磷酸芳基酯或亚磷酸烷基芳基酯；所述含硫化合物选自硫代酯、硫醚、二硫化物或硫醇。
7.根据权利要求1所述的注塑级物理发泡聚丙烯/聚乙烯合金材料，其特征在于：所述分散剂选自聚乙烯蜡。
8.根据权利要求1所述的注塑级物理发泡聚丙烯材料，其特征在于：所述光稳剂选自二苯甲酮类光稳剂、苯并三唑类光稳剂或受阻胺类光稳剂。
9.根据权利要求8所述的注塑级物理发泡聚丙烯材料，其特征在于：所述二苯甲酮类光稳剂选自2,4-二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮或2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮；苯并三唑类光稳剂进一步选自2-（2’-羟基苯基）苯并三唑；受阻胺类光稳剂选自二苯甲酮类光稳剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮。
10.一种如权利要求1－8任一项所述注塑级物理发泡聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
（1）将聚丙烯55-93份、高熔体强度聚乙烯5-30份、相容剂2-15份、主抗氧剂0-1份、辅助抗氧剂0-1份、光稳剂0-1份、分散剂0.5-1份放入高混机中，于80-90℃温度进行混合3-8min；
（2）将混合物料加入各区温度为180-210℃的双螺杆挤出机中进行挤出造粒；
（3）将（2）中粒子加入发泡专用注塑机，并通入占其重量百分比为35%-50%的超临界氮气进行发泡注塑成型，所述发泡专用注塑机的温度为180-210℃、压力为25-65MPa、保压压力为15-40MPa。
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