CN104961975A - 一种导电炭黑改性再生聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于再生资源利用技术领域，具体为一种导电炭黑改性再生聚丙烯复合材料及其制备方法。所述复合材料包括再生聚丙烯塑料、纯聚丙烯树脂、导电炭黑、增韧剂、膨胀阻燃剂、抗氧剂和润滑剂。本发明涉及的复合材料制备方法科学合理，可行性好。制备的复合材料是理想的抗静电材料，同时是一种优良的耐阻燃材料，能广泛的应用于集成电路、传感器护套等精密电子元件生产过程的防静电周转箱、托盘等及计算机，自动化系统、工业用电子产品、消费电子产品、汽车用电子产品等领域中的电子产品EMI屏蔽外壳中。

Description

一种导电炭黑改性再生聚丙烯复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于再生资源利用技术领域，具体涉及一种导电炭黑改性再生聚丙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

再生塑料在现代生活中的大量应用不仅节约了能源、资源，还在环保和循环再生方面发挥了重要作用。然而，普通新塑料及再生塑料在工业使用和日常消费中存在着易燃、易老化、力学性能低、导电性能差等缺点。为了将塑料广泛运用于现代生活的更多领域，就需要对普通塑料进行一些特殊的处理，以增加或增强其在某些方面的性能。通过改性，普通塑料可达到性能增强、功能增加、成本降低等目的。

近年来各使用领域从安全的角度出发都要求材料要有一定阻燃性能，而聚丙烯极易燃烧，较高的燃烧热也使得包括聚丙烯在内的一大类聚丙烯的实际生产和应用受到了一定的限制。膨胀型阻燃体系（IFR）是一类以磷、氮为主要元素的膨胀阻燃剂，由于其不含有卤素，通常具有高效阻燃、低烟、无毒等优点，因此受到国内外研究人员的极大关注。IFR与聚丙烯之间差的相容性会导致复合材料的界面强度较差，尤其会导致材料的力学性能明显的下降。

同时，随着科学的发展，对塑料性能的要求也不断增加，在某些工业领域希望塑料经过特殊改造也能像金属一样具有导电性。与传统的金属相比，导电塑料低成本，易加工，能广泛的应用于集成电路、晶片、传感器护套等精密电子元件生产过程的防静电周转箱、托盘、晶片载体、薄膜袋等及电讯、电脑，自动化系统、工业用电子产品、消费电子产品、汽车用电子产品等领域中的电子产品EMI 屏蔽外壳等。但目前针对改性PP 材料的导电性能有一定的研究，并没有很理想的效果。

发明内容

鉴于以上现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种导电炭黑改性再生聚丙烯复合材料及其制备方法。本发明制备方法简单，得到的复合材料具有良好的阻燃性能和导电性能，同时耐冲击性能以及拉伸性能良好。

本发明的具体技术方案具体阐述如下。

本发明提供一种导电炭黑改性再生聚丙烯复合材料，其包括如下以重量份计的组分：

纯聚丙烯树脂                25-35份

再生聚丙烯塑料              35～45份

导电炭黑                    15-25份

膨胀阻燃剂                            4～8份

增韧剂                      4-8份

抗氧剂                      0.2-0.4份

润滑剂                      0.5-1.0份

其中，纯聚丙烯树脂、再生聚丙烯塑料、导电炭黑、膨胀阻燃剂和增韧剂的重量份数之和为100份。

本发明中，所述纯聚丙烯树脂的熔融指数为4~8g/min，其可以为上海石化产牌号为M700R的聚丙烯产品；再生聚丙烯塑料是采用废旧产品回收料经分选、清洗、造粒、干燥后的料粒，其熔融指数为6~10g/min。

本发明中，组分中还包括导电炭黑分散剂；所述导电炭黑的分散剂为EBS，其用量为导电炭黑用量的0.5%～2%。该分散剂是一种在分子内同时具有亲油性和亲水性两种相反性质的界面活性剂。可均一分散难于溶解于液体的炭黑固体颗粒，同时也能防止固体颗粒的沉降和凝聚。

本发明中，所述导电炭黑为纳米级，粒径在7-20nm之间，比电阻在10-20Ω*cm之间，pH在5-7之间。

本发明中，所述膨胀阻燃剂选自二烷基次磷酸铝与三聚氰胺聚磷酸盐系列（op935:mpp=4:1,op1240:mpp=4:1），二烷基次磷酸铝与三聚氰胺系列（op1240:mca=4:1），或APP与PER系列（APP:PER=2：1），或Exolit AP 750或Exolit AP 750(TP)。

本发明中，所述增韧剂为POE茂金属催化剂的乙烯和辛烯的嵌段共聚的热塑型弹性体，其比重为0.86-0.88kg/m³，熔融指数为4~6g/min。

本发明中，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧化剂。

本发明中，所述润滑剂为硬脂酸或碳酸镁。

本发明还提供一种导电炭黑改性再生聚丙烯复合材料的制备方法，其包含如下步骤：

（1）按重量称取再生聚丙烯塑料、纯聚丙烯树脂、导电炭黑、增韧剂、膨胀阻燃剂、抗氧剂和润滑剂，然后加入高速混合机中混合10~30分钟；

（2）将上述混合物投入双螺杆挤出机，控制螺杆转速在42～50r/min，各段温度在180℃~220℃，经过双螺杆挤出机充分塑化、熔融、复合、挤出、拉条、切粒和冷却，制得聚丙烯复合材料。

与现有的技术相比，本发明有益效果在于：

（1）在纯聚丙烯粒料中混入一定比例的再生聚丙烯塑料，很大程度地降低了该复合材料的生产成本，同时能够有效地满足组分间的相容性及稳定性，并能达到变废为宝的作用。

（2）利用纳米级导电炭黑填充改性，使得该复合材料具备一定的导电性能，能够起到良好的防静电作用。同时由于碳黑的特殊结构，在塑料中很难均匀分散分布，分散剂EBS能够有效改善导电炭黑在聚丙烯中的分散问题，并在基体与炭黑粒子之间形成有利于应力吸收和转移的结构，因而导电炭黑分散剂的加入还能达到很好的增韧效果。

（3）本发明复合材料具有到较好的阻燃性能，同时复合材料的力学性能很好。POE是一种用茂金属催化剂生产的乙烯--ａ辛烃共聚物，POE有着良好的回弹性和柔韧性，且其硬度很低，耐寒性极佳，所以POE弹性体能有效用于ＰＰ的增韧。

附图说明

图1为本发明制备导电炭黑改性再生聚丙烯复合材料的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释说明本发明，并不用于限定本发明。

实施例中，纯聚丙烯树脂为上海共聚化工有限公司产挤出板材级聚丙烯产品，再生聚丙烯塑料为某资源有限公司提供的再生聚丙烯颗粒。导电炭黑为天津天一世纪（炭黑）化工产品科技有限公司购买的TYT-1产品；本发明所涉及设备为美国FARREL密炼机；增韧剂为三井化学生产的POE树脂H-5030S系列。

实施例1

纯聚丙烯树脂                25份

再生聚丙烯塑料               45份

导电炭黑                     22份

膨胀阻燃剂（op935:mpp=4:1）   4份

增韧剂                       4份

抗氧剂（抗氧剂1076）        0.2份

润滑剂 （碳酸镁）            0.5份

EBS                          0.11份

其中，纯聚丙烯树脂、再生聚丙烯塑料、导电炭黑、膨胀阻燃剂和增韧剂的重量份数之和为100份。

实施例2

纯聚丙烯树脂               30份

再生聚丙烯塑料             35份

导电炭黑                   20份

膨胀阻燃剂                            7份

增韧剂                      8份

抗氧剂（抗氧剂1010）       0.4份

润滑剂 （硬脂酸）          0.5份

EBS                       0.2份

其中，纯聚丙烯树脂、再生聚丙烯塑料、导电炭黑、膨胀阻燃剂和增韧剂的重量份数之和为100份。

实施例3

纯聚丙烯树脂                35份

再生聚丙烯塑料              40份

导电炭黑                    15份

膨胀阻燃剂                             5份

增韧剂                       5份

抗氧剂 （抗氧剂1024）       0.2份

润滑剂（碳酸镁）            1份

EBS                         0.3份

其中，纯聚丙烯树脂、再生聚丙烯塑料、导电炭黑、膨胀阻燃剂和增韧剂的重量份数之和为100。

上述实施例中的具体工艺流程如图1所示，具体如下：

（1）按重量称取再生聚丙烯树脂、纯聚丙烯树脂、导电炭黑、EBS、增韧剂、膨胀阻燃剂、抗氧剂、润滑剂，然后加入高速混合机中混合10~30分钟；

（2）将上述混合物投入双螺杆挤出机，控制螺杆转速在42～50r/min，各段温度在180℃~220℃，经过双螺杆挤出机充分塑化、熔融、复合、挤出、拉条、切粒和冷却，制得聚丙烯复合材料；

（3）利用注塑机注塑用于力学测试的样条，注塑机各段温度为200～220℃。

实施例4

将实施例1-实施例3制备的复合材料以及纯PP树脂进行以下性能测试：

（1）拉伸强度按ASTM D638 标准进行检验。试样类型为I 型，样条尺寸(mm) ：

170( 长)×(20±0.2)( 端部宽度)×(4±0.2)( 厚度)，拉伸速度为50mm/min；

（2）弯曲强度和弯曲模量按ASTM D790 标准进行检验。试样类型为试样尺寸(mm) ：

(80±2)×(10±0.2)×(4±0.2)，弯曲速度为20mm/min；

（3）冲击强度按ASTM D256 标准检测，样条尺寸为63.5mm*12.7mm*3.2mm，缺口剩余宽度为10.71mm ；断裂伸长率按ASTM D-638 标准测试；体积电阻按ASTM D-257 标准测试。将上述实施1-3 制备的粒子物料先在鼓风烘箱中80℃的条件下干燥2 小时，然后用将干燥好的粒子物料用注射成型机制成样条测试。测试结果如下表1所示。

表1

由表1 的测试数据可看出，实施例1 至3 的纳米级导电炭黑改性PP 材料与纯PP 材料相比，在弯曲强度和弯曲模量方面都有较大提升，而断裂拉伸率下降明显，表明改性复合材料具有更高的刚性承载能力，力学性能良好。

表1 中的数据表明经过炭黑改性的PP 复合材料的导电性能完全能够应用于集成电路、晶片、传感器护套等精密电子元件生产过程的防静电周转箱、托盘、晶片载体、薄膜袋等及电讯、电脑，自动化系统、工业用电子产品、消费电子产品、汽车用电子产品等领域中的电子产品EMI 屏蔽外壳等方面。

以上对本发明所提供的一种导电炭黑改性PP 复合材料及其制备方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。

Claims (9)

1.一种导电炭黑改性再生聚丙烯复合材料，其特征在于，所述复合材料包括如下以重量份计的组分：

纯聚丙烯树脂                25-35份

再生聚丙烯塑料              35～45份

导电炭黑                    15-25份

膨胀阻燃剂                             4～8份

增韧剂                      4-8份

抗氧剂                      0.2-0.4份

润滑剂                      0.5-1.0份

其中，纯聚丙烯树脂、再生聚丙烯塑料、导电炭黑、膨胀阻燃剂和增韧剂的重量份数之和为100份。

2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述纯聚丙烯树脂的熔融指数为4~8g/min，再生聚丙烯塑料的熔融指数为6~10g/min，得到的导电炭黑改性再生聚丙烯复合材料的密度为0.86-0.92kg/m³。

3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，组分中还包括导电炭黑分散剂；所述导电炭黑分散剂为EBS，EBS的用量为导电炭黑质量的0.5%～2%。

4.根据权利要求1或3所述的复合材料，其特征在于，所述导电炭黑的粒径在7-20nm之间，比电阻在10-20Ω*cm之间，pH在5-7之间。

5.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述膨胀阻燃剂选自二烷基次磷酸铝与三聚氰胺聚磷酸盐系列、二烷基次磷酸铝与三聚氰胺系列、或APP与PER系列、或Exolit AP 750。

6.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述增韧剂为POE茂金属催化剂的乙烯和辛烯的嵌段共聚的热塑型弹性体，其比重为0.86-0.88 kg/m³，熔融指数为4~6g/min。

7.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧化剂。

8.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸或碳酸镁。

9.一种导电炭黑改性再生聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）按重量称取再生聚丙烯塑料、纯聚丙烯树脂、导电炭黑、增韧剂、膨胀阻燃剂、

抗氧剂和润滑剂，然后加入高速混合机中混合10~30分钟；

（2）将上述混合物投入双螺杆挤出机，控制螺杆转速在42～50r/min，各段温度在180℃~220℃，经过双螺杆挤出机充分塑化、熔融、复合、挤出、拉条、切粒和冷却，制得聚丙烯复合材料。