CN104098846A - 一种高抗冲聚丙烯管材专用料 - Google Patents

一种高抗冲聚丙烯管材专用料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高抗冲聚丙烯管材专用料，其组分包括聚丙烯树脂、抗氧剂、卤素吸收剂、且还加入了经化学方法表面改性后的β晶型成核剂；将聚丙烯树脂、表面改性后的β晶型成核剂、抗氧剂、卤素吸收剂混合均匀，经挤出造粒，制得β晶型聚丙烯管材专用料。这种聚丙烯管材专用料的冲击强度有大幅的提高，特别是低温抗冲性能，同时拉伸强度和弯曲模量的保持率较高，很好地达到了刚性和韧性的综合平衡。

Description

一种高抗冲聚丙烯管材专用料
技术领域
本发明涉及一种高抗冲聚丙烯管材专用料。
背景技术
自塑料管工业化以来，在工农业生产、建筑及生活等各个领域得到了广泛的应用，管道领域已逐步实现塑料化。聚丙烯（PP）作为五大通用塑料之一，在塑料管道中占有重要地位，因为PP质量轻、强度高、室温下不溶于一般溶剂、耐化学腐蚀，且无毒，可回收利用，无环境污染，因此其在新型建筑管道和工业管道领域获得了极大的发展。然而，聚丙烯属于准韧性材料，缺口敏感性大，常温或低温下冲击性能差，耐高温特性不突出，特别是工作温度和工作压力与其使用寿命直接相关，这大大限制了其在管材领域的应用。
传统聚丙烯改性技术中，采用橡胶或弹性体与PP共混，可提高其耐冲击性能，但同时大幅降低了拉伸强度和弯曲强度，难以达到强度和韧性的综合平衡。近来，人们发现可以通过控制聚丙烯的晶型来实现PP的高性能化。PP的晶体结构以α、β最为常见，与常见的α晶型PP相比，β晶型PP具有优异的冲击性能，并且其它力学性能与α晶型相比下降并不明显，因而β晶型PP在增韧方面的应用越来越受到重视，也已成为聚丙烯管道领域发展的一个重要方向。目前，添加β晶型成核剂是公认的得到高含量的β晶型聚丙烯的最有效途径。β晶型成核剂主要有γ喹吖啶酮染料、第Ⅱa族元素的盐类或其与二元羧酸的复合物、芳香族酰胺化合物、稀土β成核剂、无机酸盐、无机氧化物等。
现有技术中，将聚丙烯颗粒、β晶型成核剂粉末混合、机械搅拌，然后熔融结晶得到产品。但是在该方法中，对于一些亚微米尺度或纳米尺度的成核剂，由于其具有很高的表面能，极易团聚；同时其与基体材料的相容性差，导致添加含量相对较低的β晶型成核剂，不能均匀分散于基体材料中，所得到的产品存在晶型转变率低，粒度大的问题，从而影响聚丙烯的性能。
为最大限度地发挥β晶型成核剂控制晶型转变的作用，需要针对β晶型成核剂的化学特性，对成核剂作相应的表面改性，以提高成核剂在基体中的分散性及其与基体之间的相容性，从而达到更好的成核效果和晶型转变率。此外，表面改性成核剂的难点在于，经改性后，成核剂表面的微观结构会发生破坏，而影响其成核效率。目前，专利报道中较多关注于对填充聚丙烯的填料的表面改性，但对于β晶型成核剂作表面处理以提高聚丙烯β晶型转变率的专利报道，还较为少见。
发明内容
本发明的目的是提供一种以改性后的β晶型成核剂作为组分之一的高抗冲聚丙烯管材专用料，以克服现有共混熔融法存在的成核剂在聚丙烯中团聚及分散不均的问题，从而提高了β晶型成核剂在聚丙烯中的成核效果和β晶型转变率。
本发明所述聚丙烯高抗冲管材专用料包括如下组分：
聚丙烯树脂：                         100份，
抗氧剂                           0.2-0.4份，
卤素吸收剂                       0.1-0.2份，
经表面改性后的β晶型成核剂       0.1-0.2份；
上述β晶型成核剂是指2,6-苯二甲酸环己酰胺，其结构式如下：
或N,N’-二环己基-2,6-萘二酰胺，其结构式如下：
以上份数均为重量份。
所述表面改性后的β晶型成核剂是指使用偶联剂、稀土溶胶或十八烷基三氯硅烷中的任意一种对β晶型成核剂进行表面改性。
上述聚丙烯树脂为乙丙共聚聚丙烯；在230℃，2.16kg砝码条件下，其熔体质量流动速率为0.1～0.5g/10min。
上述抗氧剂是抗氧剂1010和168按重量比1比1的混合物。
上述卤素吸收剂是硬脂酸钙或硬脂酸锌。
上述经表面改性后的β晶型成核剂采用如下方法进行改性：将β晶型成核剂加入反应釜中，再加入无水乙醇和偶联剂或稀土溶胶，在水浴温度40-60℃、磁力搅拌条件下，连续回流5-6小时后，过滤，洗涤，干燥后得到β晶型成核剂；前述偶联剂或稀土溶胶的用量为β晶型成核剂的wt5%-15%；前述无水乙醇的用量为β晶型成核剂的wt10%-20%
其中，偶联剂是硅烷偶联剂、钛酸酯类偶联剂或铝酸盐类偶联剂中的一种；稀土溶胶是氧化镧溶胶或氧化铯溶胶。
上述经表面改性后的β晶型成核剂还可以采用如下方法进行改性：对所述经表面改性后的β晶型成核剂采用如下方法进行改性：将β晶型成核剂加入庚烷中，并磁力搅拌，形成悬浮液；然后将十八烷基三氯硅烷加入悬浮液中，搅拌至成β晶型核剂在溶液中均匀分散后，经过滤后再分别用丙酮、酒精洗涤，以除去游离的十八烷基三氯硅烷；最后将β晶型成核剂真空干燥，得到改性后的β晶型成核剂；前述十八烷基三氯硅烷用量为β晶型成核剂的wt5%-15%；庚烷用量为β晶型成核剂质量的10-15倍。
本发明所述高抗冲聚丙烯管材专用料的制备方法是：将聚丙烯树脂、经表面改性后的β晶型成核剂、抗氧剂、卤素吸收剂混合均匀，经挤出造粒，制得β晶型聚丙烯管材专用料。
β晶型成核剂采用上述方法进行表面改性后，在不影响成核剂表面微观结构的前提下，克服了传统共混熔融法存在的β晶型成核剂在聚丙烯中团聚及分散不均的弊病，从而达到更好的成核效果和β晶型转变率。
与现有技术相比，由本发明所述高抗冲聚丙烯管材专用料的冲击强度有大幅的提高，特别是低温抗冲性能，同时拉伸强度和弯曲模量的保持率较高，很好地达到了刚性和韧性的综合平衡。本发明所提供的方法制备的聚丙烯管材专用料的性能与普通的聚丙烯管材料相比，综合性能更为出色。本发明在聚丙烯管材领域有着广泛的应用前景，特别适用于对管材的韧性要求较高的承压管道领域，其良好的韧性能保证管材从出厂到安装及使用过程中的安全，特别是在低温地区的使用。
具体实施方式
结合具体实施例对本发明做进一步说明。
具体实施例一
采用表面改性剂硅烷偶联剂对β晶型成核剂2,6-苯二甲酸环己酰胺进行表面改性：将β晶型成核剂加入反应釜中，再加入一定量的硅烷偶联剂，在水浴温度60℃、磁力搅拌条件下，连续回流5小时后，过滤，洗涤，干燥后得到β晶型成核剂；其中硅烷偶联剂的用量为β晶型成核剂的wt10%。
聚丙烯树脂                    100份、
表面改性后的β晶型成核剂      0.125份、
抗氧剂1010                    0.15份、
抗氧剂168                     0.15份、
卤素吸收剂硬脂酸钙            0.1份；
上述各组分物料加入到高速混合器中，混合5分钟，然后在190℃～230℃条件下，经双螺杆挤出机挤压造粒，得到β晶型聚丙烯管材专用料。专用料的力学性能见表一。利用广角X射线衍射法(WAXD)测得该专用料的β晶型相对含量为82.8%。
具体实施例二
采用表面改性剂氧化镧溶胶，对β晶型成核剂2,6-苯二甲酸环己酰胺进行表面改性：将β晶型成核剂加入反应釜中，再加入一定量的入氧化镧溶胶，在水浴温度50℃、磁力搅拌条件下，连续回流6小时后，过滤，洗涤，干燥后得到β晶型成核剂；其中氧化镧溶胶的用量为β晶型成核剂的wt10%。
聚丙烯树脂                        100份、
表面改性后的β晶型成核剂          0.15份、
抗氧剂1010                        0.1份、
抗氧剂168                         0.1份、
卤素吸收剂硬脂酸锌                0.1份；
上述各组分物料加入到高速混合器中，混合5分钟，然后在190℃～230℃条件下，经双螺杆挤出机挤压造粒，得到β晶型聚丙烯管材专用料。专用料的力学性能见表一。利用广角X射线衍射法(WAXD)测得该专用料的β晶型相对含量为83.7%。
具体实施例3
采用表面改性剂十八烷基三氯硅烷对β晶型成核剂N,N’-二环己基-2,6-萘二酰胺进行表面改性：首先将β晶型成核剂加入到一定量的庚烷中，并磁力搅拌。用微量注射器吸取一定量的十八烷基三氯硅烷，搅拌下，一次注入悬浮液中，搅拌至成核剂在溶液中均匀分散后，继续搅拌20min。过滤后分别用丙酮、酒精多次洗涤，以除去游离的自组装改性剂分子。将改性后的成核剂真空干燥，最终得到样品。其中十八烷基三氯硅烷的用量为β晶型成核剂质量的15%，庚烷用量为β晶型成核剂质量的10倍。
聚丙烯树脂                          100份、
表面改性后的β晶型成核剂            0.15份、
抗氧剂1010                          0.15份、
抗氧剂168                           0.15份、
卤素吸收剂硬脂酸钙                  0.1份；
上述各组分物料加入到高速混合器中，混合5分钟，然后在190℃～230℃条件下，经双螺杆挤出机挤压造粒，得到β晶型聚丙烯管材专用料。
专用料的力学性能见表一。利用广角X射线衍射法(WAXD)测得该专用料的β晶型相对含量为83.5%。
与本发明所述的高抗冲聚丙烯管材专用料的同类产品的性能参数比较见表一：
表一本发明所述高抗冲聚丙烯管材专用料与同类牌号性能对比

Claims (8)

1.一种聚丙烯高抗冲管材专用料，其特征在于组分包括：
聚丙烯树脂                          100份，
抗氧剂                              0.2-0.4份，
卤素吸收剂                          0.1-0.2份，
经表面改性后的β晶型成核剂          0.1-0.2份，
所述β晶型成核剂是指2,6-苯二甲酸环己酰胺，其结构式如下：
或N,N’-二环己基-2,6-萘二酰胺，其结构式如下：
以上份数均为重量份；
所述表面改性后的β晶型成核剂是指使用偶联剂、稀土溶胶或十八烷基三氯硅烷中的任意一种对β晶型成核剂进行表面改性。
2.根据权利要求1所述的聚丙烯高抗冲管材专用料，其特征在于所述聚丙烯树脂为乙丙共聚聚丙烯；在230℃，2.16kg砝码条件下，其熔体质量流动速率为0.1～0.5g/10min。
3.根据权利要求1所述的聚丙烯高抗冲管材专用料，其特征在于所述抗氧剂是抗氧剂1010和168按重量比1比1的混合物。
4.根据权利要求1所述的聚丙烯高抗冲管材专用料，其特征在于所述卤素吸收剂是硬脂酸钙或硬脂酸锌。
5.根据权利要求1所述的聚丙烯高抗冲管材专用料，其特征在于对所述经表面改性后的β晶型成核剂采用如下方法进行改性：将β晶型成核剂加入反应釜中，再加入无水乙醇和偶联剂或稀土溶胶，在水浴温度40-60℃、磁力搅拌条件下，连续回流5-6小时后，过滤，洗涤，干燥后得到β晶型成核剂；前述偶联剂或稀土溶胶的用量为β晶型成核剂的wt5%-15%；前述无水乙醇的用量为β晶型成核剂的wt10%-20%。
6.根据权利要求5所述的β晶型成核剂的表面改性剂，其特征在于所述偶联剂是硅烷偶联剂、钛酸酯类偶联剂或铝酸盐类偶联剂中的一种。
7.根据权利要求5所述的β晶型成核剂的表面改性剂，其特征在于所述稀土溶胶是氧化镧溶胶或氧化铯溶胶。
8.根据权利要求1所述的聚丙烯高抗冲管材专用料，其特征在于对所述经表面改性后的β晶型成核剂采用如下方法进行改性：将β晶型成核剂加入庚烷中，并磁力搅拌，形成悬浮液；然后将十八烷基三氯硅烷加入悬浮液中，搅拌至成β晶型核剂在溶液中均匀分散后，经过滤后再分别用丙酮、酒精洗涤，以除去游离的十八烷基三氯硅烷；最后将β晶型成核剂真空干燥，得到改性后的β晶型成核剂；前述十八烷基三氯硅烷用量为β晶型成核剂的wt5%-15%；庚烷用量为β晶型成核剂质量的10-15倍。
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