CN106317571B - 一种高强抗紫外线pe/pet复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高分子材料领域,尤其涉及一种高效PE/PET复合材料界面相容剂、高强抗紫外线PE/PET复合材料及其制备方法。高强抗紫外线PE/PET复合材料原料组成按重量份数配比为：高密度聚乙烯100份、马来酸酐0.5‑2.0份、甲基丙烯酸缩水甘油酯0.5‑2.0份、引发剂0.05‑0.3份、热稳定剂0.1‑0.5份。高效PE/PET复合材料界面相容剂原料组成按重量份数配比为：高密度聚乙烯100份、马来酸酐1.2‑1.5份、甲基丙烯酸缩水甘油酯1.2‑1.5份、引发剂0.2‑0.3份、润滑剂0.3‑0.5份。马来酸酐、甲基丙烯酸缩水甘油酯共接枝高密度聚乙烯，是一种高效界面相容剂，在PE/PET复合材料上的应用，比HDPE‑g‑MAH和HDPE‑g‑GMA任何一种单独使用效果都要好，其耐热性好，填充能力大，具备良好加工性能，能够高效提升PE/PET复合材料力学性能。

Description

一种高强抗紫外线PE/PET复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料领域，尤其涉及一种高效PE/PET复合材料界面相容剂、高强抗紫外线PE/PET复合材料及其制备方法。
背景技术
随着社会的不断发展，塑料的需求量越来越大，废弃塑料带来的白色污染越来越严重，尤其是PE、PET两大类塑料废弃量最为突出。同时，PE力学性能及耐热性较差，PET作为工程塑料，较脆、吸水大，加工时熔体黏度较低。将PE、PET制成一种复合材料，不但能够优化两者性能，而且解决了两大塑料回收问题，对推进环境保护和实现经济效益具有重大意义。
PET属于极性聚合物，PE属于非极性聚合物，两者溶解度参数值相差较大，互不相溶。目前最有效的方法是添加相容剂，大部分为马来酸酐单独接枝的相容剂。马来酸酐接枝PE，在PE上引入极性侧基，增加了极性，促进了PE、PET相容，但马来酸酐接枝PE的接枝率较低，使其增容效果较差，在相容剂用量上要大，从而降低了PE、PET的相对比例，由此PE/PET复合材料性能会有所降低。因此，开发一种高效的PE/PET复合材料相容剂尤为重要。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种高效PE/PET复合材料界面相容剂、高强抗紫外线PE/PET复合材料及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明提供一种高效PE/PET复合材料界面相容剂，其原料组成按重量份数配比为：高密度聚乙烯100份、马来酸酐0.5-2.0份、甲基丙烯酸缩水甘油酯0.5-2.0份、引发剂0.05-0.3份、热稳定剂0.1-0.5份。
所述界面相容剂的制备方法，包括以下步骤。
（1）将高密度聚乙烯、马来酸酐 、甲基丙烯酸缩水甘油酯、引发剂、 热稳定剂按重量份数配料，于高混机内混合均匀。
（2）物料混合均匀后，将物料投入到双螺杆挤出机的加料斗中，经双螺杆挤出机混炼塑化并挤出；挤出温度为170℃—200℃，主机转速为550r/min—600r/min，反应时间3-5min。
（3）经牵条、冷却、切粒，粒料于60—80℃下真空干燥8—12h。
所述的高密度聚乙烯、马来酸酐、甲基丙烯酸缩水甘油酯、引发剂、热稳定剂重量份数配比优选为：高密度聚乙烯100份、马来酸酐1.2-1.5份、甲基丙烯酸缩水甘油酯1.2-1.5份、引发剂0.2-0.3份、热稳定剂0.3-0.5份。
为了实现上述目的，本发明利用上述的界面相容剂提供了一种高强抗紫外线PE/PET复合材料，采用如下技术方案，本发明PE/PET复合材料的原料组成按重量份数表示为：高密度聚乙烯70份、对苯二甲酸乙二醇酯30份、界面相容剂5份、紫外线吸收剂0.1-0.5份、抗氧剂0.1-0.3份。
本发明还提供一种高强抗紫外线PE/PET复合材料的制备方法，包括以下步骤。
（1）将高密度聚乙烯、对苯二甲酸乙二醇酯、界面相容剂、紫外线吸收剂、抗氧剂按重量份配比配料，于高混机内混合均匀。
（2）物料混合均匀后，将物料投入到双螺杆挤出机的加料斗中，经双螺杆挤出机混炼塑化并挤出；高强抗紫外线PE/PET复合材料挤出温度为200℃—250℃，主机转数为280r/min—320r/min，反应时间3-5min。
（3）经牵条、冷却、切粒，粒料于60—80℃下真空干燥8—12h。
所述的高密度聚乙烯、对苯二甲酸乙二醇酯、界面相容剂、紫外线吸收剂、抗氧剂重量配比优选为：高密度聚乙烯70份、对苯二甲酸乙二醇酯30份、界面相容剂5份、紫外线吸收剂0.3-0.4份、抗氧剂0.2-0.3份。
熔融接枝反应中通常伴随副反应，所以对工艺条件与引发剂的用量等诸多因素进行了实验分析。通过实验，本发明采用过氧化二异丙苯为引发剂，硬脂酸锌为热稳定剂（或叫做润滑剂），UV531为紫外线吸收剂，1010为抗氧剂。
本发明有益效果。
本发明中，马来酸酐、甲基丙烯酸缩水甘油酯共接枝高密度聚乙烯，是一种高效界面相容剂，在PE/PET复合材料上的应用，比HDPE-g-MAH和HDPE-g-GMA任何一种单独使用效果都要好，其熔融指数较高，耐热性好，填充能力大，具备良好加工性能，能够高效提升PE/PET复合材料力学性能。通过适量的添加UV531，同时赋予了高强度PE/PET复合材料的抗紫外线、防老化能力，使其广泛应用于医疗包装、合金管材等领域。
（1）选用马来酸酐和甲基丙烯酸缩水甘油酯作为接枝单体，其优点是：其一，具有极性支链和非极性主链的结构特点，通过对高密度聚乙烯的接枝改性，在非极性主链上引入了极性或功能性的不同种类侧基，使该相容剂具有高效的相容性；其二，避免由于单体的均聚，而导致接枝效率降低。马来酸酐、甲基丙烯酸缩水甘油酯共接枝高密度聚乙烯，是一种高效界面相容剂，极大的改善了聚烯烃与对苯二甲酸乙二醇酯的相容性，提升了PE/PET复合材料力学性能，比单独任何一种接枝的效果要好，从扫描电镜图观察断面，裂痕较多，沟壑清晰，两相粘结较强，相粒子分散均一，体系的相形态结构得到明显改善，相容剂的加入对PE/PET复合材料的力学性能影响较大。
本发明中的界面相容剂和PE/PET复合材料的制备方法采用反应挤出熔融接枝法，生产工艺简单，设备投资小，生产成本低，可进行连续化工业生产。
附图说明
图1 MAH接枝类增容PE/PET合金。
图2本发明增容PE/PET合金。
具体实施方式
下面对本发明进行进一步说明，特给出以下具体实施方案，需要特别说明的是以下具体实施方式不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明内容对本发明做的一些非本质的改进和调整仍属于本发明的保护范围。
一、以下实施例通过实验对马来酸酐（MAH）、甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）、引发剂（DCP）、热稳定剂（硬脂酸锌）用量作进一步说明。
实施例1。
取100份高密度聚乙烯、1.5份马来酸酐、1.5份甲基丙烯酸缩水甘油酯、0.4份硬脂酸锌，按表1分别取相应份数DCP，于高混机内混合均匀，投入到双螺杆挤出机中，挤出温度为200℃，主机转速为590r/min，反应时间3-5min，经牵条、冷却、切粒。结果见表1，结果分析得出，DCP增加到0.25份左右时，接枝率与熔指恰好同时达到最大，此时接枝效率高，流动性好。因此，引发剂用量0.2-0.3份为宜。
表1 DCP用量变化对接枝率的影响。
实施例2。
取100份高密度聚乙烯、0.25份引发剂、0.4份硬脂酸锌，按表2分别取相应份数马来酸酐和甲基丙烯酸缩水甘油酯，于高混机内混合均匀，投入到双螺杆挤出机中，挤出温度为200℃，主机转速为590r/min，反应时间3-5min，经牵条、冷却、切粒。结果见表2，结果分析得出，随着MAH与GMA的用量逐渐增大，熔指先减小后增大，熔指达到最小值时流动性差，不易于加工，综合接枝效率得出，马来酸酐和甲基丙烯酸缩水甘油酯量用量为1.2-1.5份为宜。
表2 MAH与GMA的用量对接枝率的影响。
实施例3。
取100份高密度聚乙烯、1.5份马来酸酐、1.5份甲基丙烯酸缩水甘油酯、0.25份引发剂、按表3分别取相应份数硬脂酸锌，于高混机内混合均匀，投入到双螺杆挤出机中，挤出温度为200℃，主机转速为590r/min，反应时间3-5min，经牵条、冷却、切粒。结果见表3， 结果分析得出，润滑剂硬脂酸锌含量对熔指基本无影响，随着硬脂酸锌用量的增加，相容剂颜色逐渐变浅直至接近无色，颜色越浅对产品颜色影响越小，同时考虑到原料用量成本，硬脂酸锌用量为0.3-0.5份为宜。
表3 硬脂酸锌的用量对熔融指数的影响。
二、以下实施例通过实验对高密度聚乙烯、对苯二甲酸乙二醇酯、界面相容剂、紫外线吸收剂（UV531）、抗氧剂（1010）用量作进一步说明。
实施例4。
取70份高密度聚乙烯、30份聚对苯二甲酸乙二醇酯、5份本发明的相容剂、0.2份1010、按表4分别取相应份数UV531，按顺序编号①②③④⑤，混合均匀，投入到双螺杆挤出机中，挤出温度为235℃，主机转速为300r/min，喂料频率15 r/min，反应时间3-5min，经牵条、冷却、切粒，分别经注塑机制成力学性能检测标准样，依次按顺序编号①②③④⑤，最后置于紫外线老化试验箱进行试验，老化前力学性能数据与老化后力学性能数据之差，即为力学性能降低值。
表4 老化试验中采用UV531的具体份数。
紫外线加速老化PE/PET复合材料力学性能，老化时间模拟值800小时，老化试验结果见表5，综合力学性能各项指标下降值，UV531用量在0.3-0.4份之间，各项力学性能下降值最小，说明老化最为缓慢。由此，紫外线吸收剂UV531用量为0.3-0.4份为宜。
表5 不同份数的UV531老化试验性能指标下降对比值。
实施例5。
取70份高密度聚乙烯、30份聚对苯二甲酸乙二醇酯、5份本发明的相容剂、0.3份UV531，按表6分别取相应份数1010，于高混机内混合均匀后，投入到双螺杆挤出机中，挤出温度为235℃，主机转速为300r/min，喂料频率15r/min，反应时间3-5min，经牵条、冷却、切粒。结果见表6，抗氧剂的加入防止物料反应过程中氧化变黄，抗氧剂用量越大，抗氧化效果越发明显。由此，抗氧剂用量为0.2-0.3份为宜。
表6 采用不同份数抗氧剂的实验结果。
三、以下实施例为不同MAH与GMA比例对高强抗紫外线PE/PET复合材料的力学性能影响。
实施例6。
将100份高密度聚乙烯、1份马来酸酐、2份甲基丙烯酸缩水甘油酯、0.25份过氧化二异丙苯、0.4份硬脂酸锌混合，于高速混合机内混合均匀；物料混合均匀后，投入到双螺杆挤出机中，挤出温度为200℃，主机转数为590r/min，喂料频率18r/min，反应3-5min，牵条、冷却、切粒。
将70份高密度聚乙烯、30份对苯二甲酸乙二醇酯、5份界面相容剂、0.3份紫外线吸收剂、0.2份抗氧剂混合，于高混机内混合均匀；经双螺杆挤出机，挤出温度为235℃，主机转数为300r/min，料频15r/min，经牵条、冷却、切粒。
实施例7。
将100份高密度聚乙烯、1.2份马来酸酐、1.8份甲基丙烯酸缩水甘油酯、0.25份过氧化二异丙苯、0.4份硬脂酸锌混合，于高速混合机内混合均匀；物料混合均匀后，投入到双螺杆挤出机中，挤出温度为200℃，主机转数为590r/min，喂料频率18r/min，反应3-5min，牵条、冷却、切粒。
将70份高密度聚乙烯、30份对苯二甲酸乙二醇酯、5份界面相容剂、0.3份紫外线吸收剂、0.2份抗氧剂混合，于高混机内混合均匀；物料混合均匀后，经双螺杆挤出机，挤出温度为235℃，主机转数为300r/min，料频15r/min，经牵条、冷却、切粒。
实施例8。
将100份高密度聚乙烯、1.5份马来酸酐、1.5份甲基丙烯酸缩水甘油酯、0.25份过氧化二异丙苯、0.4份硬脂酸锌混合，于高速混合机内混合均匀；物料混合均匀后，投入到双螺杆挤出机中，挤出温度为200℃，主机转数为590r/min，喂料频率18r/min，反应3-5min，牵条、冷却、切粒。
将70份高密度聚乙烯、30份对苯二甲酸乙二醇酯、5份界面相容剂、0.3份紫外线吸收剂、0.2份抗氧剂混合，于高混机内混合均匀；物料混合均匀后，经双螺杆挤出机，挤出温度为235℃，主机转数为300r/min，料频15r/min，经牵条、冷却、切粒。
实施例9。
将100份高密度聚乙烯、1.8份马来酸酐、1.2份甲基丙烯酸缩水甘油酯、0.25份过氧化二异丙苯、0.4份硬脂酸锌混合，于高速混合机内混合均匀；物料混合均匀后，投入到双螺杆挤出机中，挤出温度为200℃，主机转数为590r/min，喂料频率18r/min，反应3-5min，牵条、冷却、切粒。
将70份高密度聚乙烯、30份对苯二甲酸乙二醇酯、5份界面相容剂、0.3份紫外线吸收剂、0.2份抗氧剂混合，于高混机内混合均匀；物料混合均匀后，经双螺杆挤出机，挤出温度为235℃，主机转数为300r/min，料频15r/min，经牵条、冷却、切粒。
实施例10 。
将100份高密度聚乙烯、2份马来酸酐、1份甲基丙烯酸缩水甘油酯、0.25份过氧化二异丙苯、0.4份硬脂酸锌混合，于高速混合机内混合均匀；物料混合均匀后，投入到双螺杆挤出机中，挤出温度为200℃，主机转数为590r/min，喂料频率18r/min，反应3-5min，牵条、冷却、切粒。
将70份高密度聚乙烯、30份对苯二甲酸乙二醇酯、5份界面相容剂、0.3份紫外线吸收剂、0.2份抗氧剂混合，于高混机内混合均匀；物料混合均匀后，经双螺杆挤出机，挤出温度为235℃，主机转数为300r/min，料频15r/min，经牵条、冷却、切粒。
通过对实施例6-10中的力学性能进行检测，结果见表7。
表7 MAH与GMA的份数对高强抗紫外线PE/PET力学性能的影响。
综上所述，当马来酸酐与甲基丙烯酸甲酯的重量份数皆为1.5时，PE/PET复合材料拉伸强度和弯曲强度达到最大。
四、以下实施例为不同HDPE含量的高强抗紫外线PE/PET复合材料的力学性能，以下每个实施例中所用的界面相容剂为实施例8制备的界面相容剂。
实施例11。
将70份高密度聚乙烯、30份对苯二甲酸乙二醇酯、5份界面相容剂、0.3份紫外线吸收剂、0.2份抗氧剂混合，于高混机内混合均匀；物料混合均匀后，经双螺杆挤出机，挤出温度为235℃，主机转数为300r/min，料频15r/min，经牵条、冷却、切粒。
实施例12。
将80份高密度聚乙烯、20份对苯二甲酸乙二醇酯、5份界面相容剂、0.3份紫外线吸收剂、0.2份抗氧剂混合，于高混机内混合均匀；物料混合均匀后，经双螺杆挤出机，挤出温度为235℃，主机转数为300r/min，料频15r/min，经牵条、冷却、切粒。
实施例13。
将90份高密度聚乙烯、10份对苯二甲酸乙二醇酯、5份界面相容剂、0.3份紫外线吸收剂、0.2份抗氧剂混合，于高混机内混合均匀；物料混合均匀后，经双螺杆挤出机，挤出温度为235℃，主机转数为300r/min，料频15r/min，经牵条、冷却、切粒。
实施例14。
将100份高密度聚乙烯、0.3份UV531、0.2份抗氧剂混合，于高混机内混合均匀；物料混合均匀后，经双螺杆挤出机，挤出温度为235℃，主机转数为300r/min，料频15r/min，经牵条、冷却、切粒。
通过上述实施例11-14的力学性能进行检测，结果见表8。
表8不同份数HDPE含量对HDPE/PET力学性能的影响。
综上所述，当高密度聚乙烯、对苯二甲酸乙二醇酯的重量份数分别为70和30时，PE/PET复合材料悬臂梁冲击达到最大。
取MAH和MAH/GMA分别做界面相容剂的PE/PET复合材料，在扫描镜下观察其性状，具体见图1-2。MAH/GMA制成的界面相容剂接枝HDPE比单独任何一种接枝的效果要好，从扫描电镜图观察断面，裂痕较多，沟壑清晰，两相粘结较强，相粒子分散均一，体系的相形态结构得到明显改善。

Claims (2)

1.一种高强抗紫外线PE/PET复合材料，其特征在于，原料组成按重量份数配比如下：高密度聚乙烯70份、对苯二甲酸乙二醇酯30份、界面相容剂5份、UV531吸收剂0.3-0.4份、1010抗氧剂0.2-0.3份；
所述的界面相容剂的原料组成按重量份数配比如下：高密度聚乙烯100份、马来酸酐1.5份、甲基丙烯酸缩水甘油酯1.5份、过氧化二异丙苯0.25份、硬脂酸锌0.4份；
所述的界面相容剂的制备方法，包括以下步骤：（1）将高密度聚乙烯、马来酸酐 、甲基丙烯酸缩水甘油酯、过氧化二异丙苯、硬脂酸锌按质量份配比配料，于高混机内混合均匀；（2）物料混合均匀后，将物料投入到双螺杆挤出机的加料斗中，经双螺杆挤出机混炼塑化并挤出；挤出温度为170℃—200℃，主机转速为550r/min—600r/min，反应时间3-5min；（3）经牵条、冷却、切粒，粒料于60—80℃下真空干燥8—12h。
2.如权利要求1所述的高强抗紫外线PE/PET复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将高密度聚乙烯、对苯二甲酸乙二醇酯、界面相容剂、UV531吸收剂、 1010抗氧剂按质量份配比配料，于高混机内混合均匀；（2）物料混合均匀后，将物料投入到双螺杆挤出机的加料斗中，经双螺杆挤出机混炼塑化并挤出；挤出温度为200℃—250℃，主机转数为280r/min—320r/min，反应时间3-5min；（3）经牵条、冷却、切粒，粒料于60—80℃下真空干燥8—12h，即得。
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