CN106279978A - 一种力学性能增强的聚丙烯及其制备方法 - Google Patents

一种力学性能增强的聚丙烯及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种力学性能增强的聚丙烯，由以下组分按重量份组成：PP 70‑80份，纳米无机粒子5‑10份，高分子化合物10‑20份，引发剂0.1‑0.5份，抗氧化剂0.3‑0.8份，润滑剂0.2‑0.6份。本发明还公开一种力学性能增强的聚丙烯制备方法。本发明使得改性的PP塑料，力学性能优异，并具有良好的抗老化性能。

Description

一种力学性能增强的聚丙烯及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚丙烯改性技术领域，尤其是指一种力学性能增强的聚丙烯及其制备方法。
背景技术
聚丙烯（polypropylene，PP）是由丙烯单体聚合而成，属于一种非极性的结晶塑料，吸水率约为0.03％-0.04％，熔点为165-170℃。PP是一种综合性能优异的热塑性通用塑料，具有较小的密度约0.91g/cm3、较高的强度和耐高温腐蚀等优良性能，同时还具有良好的透明性和电绝缘性，由于其原料来源多和成本低，PP广泛应用于工业、农业、医疗、日常用品和包装等众多领域中。
然而，PP存在许多不足：主要为低温脆性、尺寸稳定性差、耐老化性能差，且成型收缩率大、易燃烧，同时由于其非极性特点，以至于不易与其他极性聚合物、无机填料进行有效的相容，从而限制了PP的应用和发展。
为了克服PP所述缺陷，提高其冲击强度、耐热性、耐老化和抗蠕变性，通常通过物理或化学方法对PP进行改性处理。现有技术中，主要通过填充增强改性、共混改性和接枝改性组份。其中应用较广的为填充增强改性法，主要是通过加入其它聚合物、无机填料及相容剂，达到改善材料性能的目的。然而，所述改性PP存在耐冲击性不稳定问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种力学性能增强的聚丙烯及其制备方法，使得改性的PP塑料，力学性能优异，并具有良好的抗老化性能。
为达成上述目的，本发明的解决方案为：
一种力学性能增强的聚丙烯，由以下组分按重量份组成：PP 70-80份，纳米无机粒子5-10份，高分子化合物10-20份，引发剂0.1-0.5份，抗氧化剂0.3-0.8份，润滑剂0.2-0.6份。
进一步，纳米无机粒子为纳米碳酸钙、纳米硫酸钡或者纳米蒙脱土。
进一步，高分子化合物为双酚A型环氧丙烯酸酯或聚氨酯丙烯酸酯。
进一步，引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮或者2-羟基-4-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮。
进一步，抗氧化剂为30-50wt%2，6-三级丁基-4-甲基苯酚和40-60wt%双十二碳醇酯混合。
进一步，润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯或聚乙烯蜡。
一种力学性能增强的聚丙烯制备方法，包括以下步骤：
一，微孔PP的制备：将PP加入体积比为3:1的丙酮和乙酸丁酯的混合溶液中，然后加热到50-70℃搅拌混合，再蒸发去除溶剂，得微孔PP；丙酮和乙酸丁酯浓度均为分析纯，＞98%以上；
二，PP粉碎：将步骤一中得到的PP粉碎；
三，核壳结构无机粒子-有机物的制备：将重量份为5-10份的纳米无机粒子和重量份为10-20份的高分子化合物加入乙酸丁酯中进行混合；步骤一和步骤二中乙酸丁酯和丙酮的重量份为20-40份；
四，将步骤三中得到的核壳结构的无机粒子-有机物和步骤二中的重量份为70-80份的PP，加入重量份为0.1-0.5份的引发剂，在350nm-450nm紫外灯照射下进行搅拌；
五，将步骤四反应得到的产物、重量份为0.3-0.8份的抗氧化剂和重量份为0.2-0.6份润滑剂混合均匀，将混合料加入双螺杆挤出机中，挤出后经降温、牵条、切粒。
进一步，步骤五中，双螺杆挤出机的工作温度为180-260℃，主机转速为200-350r/min。
采用上述方案后，本发明通过化学处理得到表面含有大量微孔的PP；将光引发树脂与无机粒子进行混合得到核壳结构有机-无机结构物；再将PP和光引发剂在紫外条件下搅拌即得到改性PP，核壳型有机-无机结构的填充物进入微孔PP内，再经光引发固化后，固化后树脂、无机粒子与在PP内部均匀的填充，即得到一种力学性能增强的改性PP。
因此，本发明经刻蚀处理得到的微孔PP与核壳结构的无机-有机化合物在紫外辐射条件下进行改性的高分子材料，该改性PP具有较优异的力学性能，可有效解决承压件经常爆破问题。
附图说明
图1是本发明缺口冲击强度测试对比图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明做详细描述。
实施例一
一种力学性能增强的聚丙烯，由以下组分按重量份组成：PP70份，纳米碳酸钙5份，双酚A型环氧丙烯酸酯10份，2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮0.2份，50wt%2, 6-三级丁基-4-甲基苯酚和50wt%双十二碳醇酯混合物0.5份，季戊四醇硬脂酸酯0.3份。
所述力学性能增强的聚丙烯制备方法，包括以下步骤：
一，微孔PP的制备：将重量份为70份PP加入重量份为28份的体积比为3:1的丙酮和乙酸丁酯的混合溶液中，然后加热到60℃搅拌混合，再蒸发去除溶剂，得微孔PP；
二，PP粉碎：将步骤一中得到的PP粉碎；
三，核壳结构无机粒子-有机物的制备：将重量份为5份的纳米无机粒子和重量份为10份的双酚A型环氧丙烯酸酯加入重量份为10份的乙酸丁酯中进行混合；
四，交联反应：将步骤三中得到的重量份为10份的核壳结构的无机粒子-有机物和步骤二中的PP，加入重量份为0.2份的2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮，在380nm紫外灯照射下进行搅拌；
五，将重量份为99.2份交联反应得到产物、重量份为0.5份的50wt%2, 6-三级丁基-4-甲基苯酚和50wt%双十二碳醇酯混合物和重量份为0.3份季戊四醇硬脂酸酯混合均匀，将混合料加入双螺杆挤出机中，挤出后经降温、牵条、切粒，双螺杆挤出机的工作温度为180-260℃，主机转速为200-350r/min。
双螺杆挤出机的工作温度为：螺杆第一区温度180℃，第二区温度190℃，第三区温度195℃，第四区温度200℃，第五区温度210℃，第六区温度220℃，基础机头温度205℃，螺杆转速为350r/min，冷却过程中冷却水的温度保持在450℃。
实施例二
一种力学性能增强的聚丙烯，由以下组分按重量份组成：PP75份，纳米碳酸钙6份，聚氨酯丙烯酸酯10份，2-羟基-4-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮0.2份，50wt%2, 6-三级丁基-4-甲基苯酚和50wt%双十二碳醇酯混合物0.5份，季戊四醇硬脂酸酯0.3份。
所述力学性能增强的聚丙烯制备方法，包括以下步骤：
一，微孔PP的制备：将75份PP加入32份体积比为3:1的丙酮和乙酸丁酯的混合溶液中，然后加热到50℃搅拌混合，再蒸发去除溶剂，得微孔PP；
二，PP粉碎：将步骤一中得到的PP粉碎；
三，核壳结构无机粒子-有机物的制备：将重量份为6份的纳米碳酸钙和重量份为10份的聚氨酯丙烯酸酯加入8份乙酸丁酯中进行混合；
四，交联反应：将10份核壳结构的无机粒子-有机物和粉碎的PP，加入重量份为0.2份的2-羟基-4-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮，在380nm紫外灯照射下进行搅拌；
五，将99.2份交联反应得到产物、重量份为0.5份的50wt%2, 6-三级丁基-4-甲基苯酚和50wt%双十二碳醇酯混合物和重量份为0.3份季戊四醇硬脂酸酯混合均匀，将混合料加入双螺杆挤出机中，挤出后经降温、牵条、切粒，双螺杆挤出机的工作温度为180-260℃，主机转速为200-350r/min。
双螺杆挤出机的工作温度为：螺杆第一区温度180℃，第二区温度190℃，第三区温度195℃，第四区温度200℃，第五区温度210℃，第六区温度220℃，基础机头温度205℃，螺杆转速为300r/min，冷却过程中冷却水的温度保持在450℃。
实施例三
一种力学性能增强的聚丙烯，由以下组分按重量份组成：PP70份，纳米碳酸钙8份，双酚A型环氧丙烯酸酯15份，2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮0.3份，40wt%2, 6-三级丁基-4-甲基苯酚和60wt%双十二碳醇酯混合物0.5份，聚乙烯蜡0.5份。
所述力学性能增强的聚丙烯制备方法，包括以下步骤：
一，微孔PP的制备：将70份PP加入24份体积比为3:1的丙酮和乙酸丁酯的混合溶液中，然后加热到65℃搅拌混合，再蒸发去除溶剂，得微孔PP；
二，PP粉碎：将步骤一中得到的PP粉碎；
三，核壳结构无机粒子-有机物的制备：将重量份为8份的纳米碳酸钙和重量份为15份的双酚A型环氧丙烯酸酯加入10份乙酸丁酯中进行混合；
四，交联反应：将10份核壳结构的无机粒子-有机物和粉碎的PP，加入重量份为0.3份的2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮，在350nm紫外灯照射下进行搅拌；
五，将99份交联反应得到产物、重量份为0.5份的40wt%2, 6-三级丁基-4-甲基苯酚和60wt%双十二碳醇酯混合物和重量份为0.5份聚乙烯蜡混合均匀，将混合料加入双螺杆挤出机中，挤出后经降温、牵条、切粒，双螺杆挤出机的工作温度为180-260℃，主机转速为200-350r/min。
双螺杆挤出机的工作温度为：螺杆第一区温度180℃，第二区温度190℃，第三区温度195℃，第四区温度200℃，第五区温度210℃，第六区温度220℃，基础机头温度205℃，螺杆转速为300r/min，冷却过程中冷却水的温度保持在450℃。
实施例四
一种力学性能增强的聚丙烯，由以下组分按重量份组成：PP80份，纳米碳酸钙5份，双酚A型环氧丙烯酸酯10份，2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮0.4份，40wt%2, 6-三级丁基-4-甲基苯酚和60wt%双十二碳醇酯混合物0.4份，季戊四醇硬脂酸酯0.6份。
所述力学性能增强的聚丙烯制备方法，包括以下步骤：
一，微孔PP的制备：将80份PP加入24份体积比为3:1的丙酮和乙酸丁酯的混合溶液中，然后加热到70℃搅拌混合，再蒸发去除溶剂，得微孔PP；
二，PP粉碎：将步骤一中得到的PP粉碎；
三，核壳结构无机粒子-有机物的制备：将重量份为5份的纳米碳酸钙和重量份为10份的双酚A型环氧丙烯酸酯加入16份乙酸丁酯中进行混合；
四，交联反应：将10份核壳结构的无机粒子-有机物和粉碎的PP，加入重量份为0.4份的2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮，在450nm紫外灯照射下进行搅拌；
五，将99份交联反应得到产物、重量份为0.4份的40wt%2, 6-三级丁基-4-甲基苯酚和60wt%双十二碳醇酯混合物和重量份为0.6份季戊四醇硬脂酸酯混合均匀，将混合料加入双螺杆挤出机中，挤出后经降温、牵条、切粒，双螺杆挤出机的工作温度为180-260℃，主机转速为200-350r/min。
双螺杆挤出机的工作温度为：螺杆第一区温度180℃，第二区温度190℃，第三区温度195℃，第四区温度200℃，第五区温度210℃，第六区温度220℃，基础机头温度205℃，螺杆转速为300r/min，冷却过程中冷却水的温度保持在450℃。
实施例一至四所得的改性PP材料经注塑机注塑成标准力学性能样条，性能测试依照GB/T标准，测试结果见下表：
测试项目 实施例一 实施例二 实施例三 实施例四 纯PP
拉伸强度（MPa） 33.5 33.6 34.2 34.5 32.0
拉伸模量（MPa） 2457 2486 2436 2467 750
伸长率（%） 42.1 43.4 40.8 43.5 80.2
弯曲强度（MPa） 40.1 41.2 41.4 42.8 33.9
弯曲模量（MPa） 2431 2235 2348 2425 1300
缺口冲击强度（KJ/M2） 164 166 161 159 4.2
所述实施例一至四所得的改性PP材料缺口冲击强度的对比测试如图1所示。

Claims (8)

1.一种力学性能增强的聚丙烯，其特征在于：由以下组分按重量份组成：PP 70-80份，纳米无机粒子5-10份，高分子化合物10-20份，引发剂0.1-0.5份，抗氧化剂0.3-0.8份，润滑剂0.2-0.6份。
2.如权利要求1所述的一种力学性能增强的聚丙烯，其特征在于：纳米无机粒子为纳米碳酸钙、纳米硫酸钡或者纳米蒙脱土。
3.如权利要求1所述的一种力学性能增强的聚丙烯，其特征在于：高分子化合物为双酚A型环氧丙烯酸酯或聚氨酯丙烯酸酯。
4.如权利要求1所述的一种力学性能增强的聚丙烯，其特征在于：引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮或者2-羟基-4-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮。
5.如权利要求1所述的一种力学性能增强的聚丙烯，其特征在于：抗氧化剂为30-50wt%2，6-三级丁基-4-甲基苯酚和40-60wt%双十二碳醇酯混合。
6.如权利要求1所述的一种力学性能增强的聚丙烯，其特征在于：润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯或聚乙烯蜡。
7.一种力学性能增强的聚丙烯制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
一，微孔PP的制备：将PP加入体积比为3:1的丙酮和乙酸丁酯的混合溶液中，然后加热到50-70℃搅拌混合，再蒸发去除溶剂，得微孔PP；
二，PP粉碎：将步骤一中得到的PP粉碎；
三，核壳结构无机粒子-有机物的制备：将重量份为5-10份的纳米无机粒子和重量份为10-20份的高分子化合物加入乙酸丁酯中进行混合；步骤一和步骤二中乙酸丁酯和丙酮的重量份为20-40份；
四，将步骤三中得到的核壳结构的无机粒子-有机物和步骤二中的重量份为70-80份的PP，加入重量份为0.1-0.5份的引发剂，在350nm-450nm紫外灯照射下进行搅拌；
五，将步骤四反应得到的产物、重量份为0.3-0.8份的抗氧化剂和重量份为0.2-0.6份润滑剂混合均匀，将混合料加入双螺杆挤出机中，挤出后经降温、牵条、切粒。
8.如权利要求7所述的一种力学性能增强的聚丙烯制备方法，其特征在于：步骤五中，双螺杆挤出机的工作温度为180-260℃，主机转速为200-350r/min。
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