CN105218856A - 一种耐析出的高效聚丙烯耐候母粒 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种耐储运的高效聚丙烯塑料耐候母粒，其组分按质量百分数配比为：载体树脂40％～60％，受阻胺类光稳定剂40％～60％、受阻酚苯甲酸酯类稳定剂0.01％～0.5％，加工设备采用螺杆为多段式TME结构，且具有超声变幅杆结构的啮合同向双螺杆挤出机。本发明的优势效果在于，本发明采用配方与设备工艺相结合的方式，使制备的高含量的母粒颗粒硬度高，储运过程中不会随温度的变化发生助剂析出，母粒颗粒破碎，粘接结块等现象；本发明制备的母粒应用于聚丙烯塑料制品时，使其具有优良的光稳定性，可以在严苛的条件下使用，并且在相应的原料储运，制品的加工制造以及使用过程中，对人体无有害作用，其环境卫生性好，使用简便，成本低廉。

Description

一种耐析出的高效聚丙烯耐候母粒

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体地说是一种应用于聚丙烯及其他制品的耐候母粒的制备。

技术背景

自然条件下，在较高温度以及大气中的氧、水分和紫外线的作用下，聚丙烯极易发生分子链断裂，从而造成机械强度下降，制品色变或褪色，甚至出现制品粉化，开裂等现象。目前提高聚丙烯制品的光稳定性的最主要途径是通过添加光稳定剂来抑制分子链断裂的发生，延缓聚丙烯制品的性能劣化。

母粒型制剂对于聚丙烯制品的生产具有操作方便，安全卫生等优点，但是通常情况下稳定物的光稳定效果优良，但是随着在载体树脂中助剂的添加量的增加，助剂的析出量逐渐变大，从而降低了耐候母粒的硬度和耐储存性能，造成上述问题的主要原因除了助剂和基体材料本身的相容性外，助剂在基体材料中分散混合的均匀度也是一个非常重要的原因。中国专利CN102260393A公布了一种阻燃聚丙烯抗老化母粒，中国专利CN1608103A公开了一种光稳定化的热塑性聚烯烃。中国专利CN103709669A公开了一种应用于聚酯纤维的光稳定耐候母粒。中国专利CN203818542U公开了一种母粒生产装置，该装置采用的螺杆为包含由螺纹段、由多个异型块在外侧端呈高低错落设置而形成的混炼段的螺杆。美国阿克伦大学的专利US2012033751公开了一种用于聚合物解交联的带有超声变幅杆的双螺杆挤出机。

上述专利中提到的母粒或稳定化的材料具有良好的光稳定应用效果，但均未提到稳定剂或组合物在聚合物中的相容性情况，即母粒或稳定化的材料中助剂的耐析出性，也未指出某种加工方式或特殊的设备可以提高本专利所涉及的助剂在基材中的混合均匀度。众所周知，提高两种物质的混合均匀度的主要方式，除了增加混合过程中剪切效率外，通过超声的方式也可以大幅降低分散相的尺寸，从而使分散相更均匀地分散于连续相中，进而降低了分散相的析出。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐析出的高效耐候母粒，要求不仅有突出的光稳定作用还要有良好的相容性，主要是防止稳定物的结晶析出。本发明提出的耐候母粒是一种以聚丙烯为载体树脂的耐候助剂复合物，它包含受阻酚类和受阻胺类化合物。本发明所述的耐候母粒除了具有高效的光稳定性外，耐助剂析出，粒子硬度增加，耐储存性能优异。

一种耐析出的高效耐候母粒，以质量百分比计，由如下组份组成：

载体树脂40％～70％

稳定物a30％～60％

稳定物b0.01％～2％

稳定物a是分子量较小的受阻胺类稳定剂，是一种较为常见的紫外线稳定剂，其特点是具有由于的耐老化性能，尤其是对制品表面有极好的保护性；低色污、低挥发性；相容性好，协同性能优良。

稳定物b是一种受阻酚对苯甲酸酯类稳定剂，它不仅可以显著提高基体树脂和稳定物a的可加工温度，同时具有优良的光稳定性，以及与基体树脂和稳定物a的相容性

光泽、热变形温度、弯曲强度以及其它物理机械性能，在低添加量下达到显著的透明效果。实验发现，当R₁为合适的取代基时，稳定物b与稳定物a一起添加既可以显著提高基体树脂的可加工温度，从而降低了加工时整体的粘度，使稳定物a、b与聚合物的混合质量得到极大提高，因此在高温条件下能够保证稳定物a、b不会析出或只有极少的析出而不影响加工和使用。R₁优选丙基、丁基、异丙基、异丁基、2-异丁基、叔丁基、丁氧基、二级丁氧基、三级丁氧基、羟甲基、羟乙基、羟丙基、羟丁基、苯甲酰甲基、甲氧基、乙氧基、乙酰基、羧甲基、酰胺基、戊基、苯胺基、甲苯氧基、苄基、苄氧基、甲氨基、二甲氨基二；更优为丙基或丁基、异丙基、异丁基、2-异丁基、叔丁基、丁氧基、二级丁氧基、三级丁氧基、羟甲基、羟乙基；最优为异丙基或异丁基、2-异丁基、叔丁基。

本发明还提供了制备所述复合型耐候母粒所用设备及制备方法，本发明所用设备为螺杆为多段式TME结构，且具有超声变幅杆结构的啮合同向双螺杆挤出机；具体制备步骤如下：将各组分按重量比例配料，然后加入高速混合机或超声波发生器中，在40℃～50℃下混合10～15分钟，再将混合好的物料加入双螺杆挤出机熔融共混，熔融温度控制在170℃～210℃，通过双螺杆挤出机挤出后，经过冷却、切粒、干燥、包装即得一种应用于聚丙烯制品的光稳定耐候母粒。

本发明制备的光稳定耐候母粒首先具有优异的光稳定性能，其次母粒颗粒硬度高，韧性好，且在较高的储存温度下几乎无析出，因此储运性能得到较大提高。

附图说明：

图1是本发明实施例6中双螺杆挤出机不同出料孔的粒子示意图。

具体实施例：

下面结合实施例进一步说明本发明的实施方案，但是本发明不限于所列出的实施例，还应包括在本发明所要求的权利范围内其它任何公知的改变。

实施例1

所需的试剂：塑诺稳5583(受阻胺类光稳定剂)和塑诺稳5586(受阻酚苯甲酸酯类稳定剂)，均来自烟台新秀化学用品有限公司，载体树脂(聚丙烯)来自东莞市振宇塑胶原料有限公司，按下表配方：

按照上述配比，混合后通过本专利所述的双螺杆挤出机挤出造粒，制成相应的用于聚丙烯制品的光稳定耐候母粒1。

按下表配方：

按照上述配比，混合后通过本专利所述的双螺杆挤出机挤出造粒，制成相应的用于聚丙烯制品的光稳定耐候母粒2。

分别按照光稳定耐候母粒1和2的配方，混合后通过常规的螺杆为多段捏合块结构的，且不带超声变幅杆结构的啮合同向双螺杆挤出机挤出造粒，分别制成相应的光稳定耐候母粒3和光稳定耐候母粒4

实施例2

所需物料，未稳定化聚丙烯(来自东莞市振宇塑胶原料有限公司)，实施例1中的光稳定耐候母粒1、光稳定耐候母粒2、光稳定耐候母粒3、光稳定耐候母粒4，滑石粉(来自山东创宇化工)，颜料(来自克莱恩化工)。

实施例配方

在常温下，用混料机将上述组合物混合3分钟，然后分别在相同条件下分别用注塑机注塑成厚度为145mm×45mm×2mm的标准色板，参照某汽车公司的检测标准《PV3929：2008》的老化条件，老化3000h，并参照标准《DIN53236-1983》测试不同色板的老化后的色差(ΔE)，参照标准测试《DIN67530-1982》测试不同色板的光泽度，并计算光泽度保留率，结果如表1所示。

表1.不同样板的老化3000h后的色差,光泽度和外观变化

实施例3

分别称取50g光稳定耐候母粒1、光稳定耐候母粒2、光稳定耐候母粒3、光稳定耐候母粒4，置于500ml烧杯中，同时置于80℃的鼓风干燥箱中加热24h，观察现象，并记录实验结果。实验结果如表2所示。

表2.不同样品的析出现象

实施例4

分别称取30g光稳定耐候母粒1、光稳定耐候母粒2、光稳定耐候母粒3、光稳定耐候母粒4，通过平板硫化机在175℃下用285kg/cm²的压力条件下，保压5分钟，做成的坯样后，裁切成厚度6mm，40mm见方的试验片，参照标准《ISO7619-1：2004》测试不同试片的硬度。测量结果如表3所示。

表3.不同样品的硬度

实施例5

分别称取2kg光稳定耐候母粒1、光稳定耐候母粒2、光稳定耐候母粒3、光稳定耐候母粒4，分别在相同条件下分别用注塑机注塑成厚度为4mm的标准哑铃型样条，参照标准《GB/T528-1998》测试不同试样的拉伸性能，实验结果如表4所示。

表4.不同样条的相关力学性能

实施例6

混合质量可以从侧面反映稳定剂母粒的耐析出性能的优劣，混合质量好的，助剂在基体树脂中分散均匀，分散相尺寸小，耐析出性能优良；反之则耐析出性能较差。我们分别取生产光稳定耐候母粒1、光稳定耐候母粒2、光稳定耐候母粒3、光稳定耐候母粒4时，双螺杆挤出机不同出料孔的粒子，分别编号为1#、2#、3#、4#和5#，如图1所示。

在同等条件下，分别萃取不同样品中的光稳定剂，并计算光稳定剂的含量；具体结果如下表所示：

表5.不同样品中光稳定剂的含量

根据表5.中的数据我们可以通过计算不同样品中光稳定剂的含量的离散度来作为混合质量的评价指标，具体计算步骤如下：

首先计算不同出料孔样品的中光稳定剂的含量的平均值计算公式如下：

$\stackrel{\‾}{c}=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{c}_i}{m}---\left(1.1\right)$

C_i----不同出料孔样品的浓度。

m----出料孔数目

然后计算不同样品中光稳定剂含量的标准偏差值(S_c)，计算公式如下：

$s_c=\sqrt{\frac{1}{m-1}\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{(c_i-\stackrel{\‾}{c})}^2}---\left(1.2\right)$

最后分别计算不同样品中光稳定剂含量的离散度(S)，计算公式如下：

$S={\left(\frac{s_c}{\stackrel{\‾}{c}}\right)}^2---\left(1.3\right)$

经过计算不同的样品中光稳定剂含量的离散度如下表所示：

表6.不同样品中光稳定剂含量的离散度

由实施例2～6的实验结果可以看出，在稳定物a和载体树脂中添加少量的稳定物b，并使用螺杆为多段TEM结构的，且带有超声变幅杆结构的啮合同向双螺杆挤出机挤出造粒，可以显著降低母粒中稳定物a含量的离散度，即显著提高稳定物a和载体树脂的混合质量，使相应母粒的硬度，耐温储存性等性能得到较大提高，同时对于相应的塑料制品的光稳定性也有一定的提高。

Claims (8)

1.一种耐储运的高效无填充聚丙烯塑料耐候母粒，其特征在于：其配比按照质量百分数配比为：

载体树脂40％～70％

稳定物a30％～60％

稳定物b0.01％～2％。

2.根据权利要求1所述的聚丙烯塑料耐候母粒，其特征在于稳定物a具有优异的耐候性能；稳定物b具有优异的光稳定性和抗氧性，并且与载体树脂有良好的相容性。

3.根据权利要求1-2，所述的稳定物a需要选择含有受阻胺基团的稳定剂，其分子结构式如下:

。

4.根据权利要求1-3，所述的稳定物a的分子结构式，其中R₁包括C_1～26的直链或支链烷基、烯丙基、酰胺基、苯胺基、甲苯氧基、甲氧苯胺基、苄基、苯磺酰基、苯甲酰基、苯甲酰氧基、甲氨基、二甲氨基二、乙酰胺基、甲基磺酰基、丁氧基、二级丁氧基、三级丁氧基、丁酰基、脲基、胺甲酰基、2-氯乙基、环氧丙基、羟甲基、羟乙基、羟丙基、羟丁基、苯甲酰甲基。

5.根据权利要求1-4，所述的稳定物b需要选择对受阻酚甲酸酯类稳定剂，其分子结构式如下：

。

6.根据权利要求1-5，所述的稳定物b的分子结构式，其中R₁包括C_1～26的直链或支链烷基、烯丙基、酰胺基、苯胺基、甲苯氧基、甲氧苯胺基、苄基、苯磺酰基、苯甲酰基、苯甲酰氧基、甲氨基、二甲氨基二、乙酰胺基、甲基磺酰基、丁氧基、二级丁氧基、三级丁氧基、丁酰基、脲基、胺甲酰基、2-氯乙基、环氧丙基、羟甲基、羟乙基、羟丙基、羟丁基、苯甲酰甲基。

7.根据权利1-6，稳定物b作为稳定物加工助剂添加在稳定剂组合物中，可以显著提高稳定物a和烯烃聚合物的可加工温度，降低加工过程中的粘度，从而可以提高稳定物a与烯烃聚合物的混合质量，使稳定物a不析出或极少析出，此外稳定物b与烯烃聚合物及稳定物a有极好的相容性。

8.根据权利要求1-7所述的一种应用于聚丙烯材料的光稳定耐候母粒的制备方法，其特征在于，所用的生产设备为螺杆为多段式TME结构，且具有超声变幅杆结构的啮合同向双螺杆挤出机。具体生产步骤：将各组分按重量比例配料，然后加入高速混合机或超声波发生器中，在40℃～50℃下混合10～15分钟，再将混合好的物料加入双螺杆挤出机进行熔融共混，熔融温度控制在170℃～210℃，通过双螺杆挤出机挤出后，经过冷却、切粒、干燥、包装即得一种应用于聚丙烯制品的光稳定耐候母粒。