CN106589652B - 一种矿泉水瓶的高强度瓶盖的制备方法 - Google Patents

一种矿泉水瓶的高强度瓶盖的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种矿泉水瓶的高强度瓶盖的制备方法，所述方法采用的主料为经聚丁基橡胶改性的聚苯乙烯树脂，其耐磨性能、力学性能以及抗冲击性能都很优异；所述方法通过纳米石墨微片的添加，使得聚丁基橡胶和聚苯乙烯树脂的性能协同促进，并提高了复合材料的耐候性；所述方法通过抗氧剂、增塑剂和增韧剂的选择及其配比，增强了塑料的加工性能，并进一步提升了塑料瓶盖的机械性能。本发明采用压塑加工制备瓶盖，温度较低，收缩量小，制盖尺寸较为精确；本发明通过纳米氮化钛的加入降低了材料的表面电阻率，进一步提升了瓶盖的抗静电性能，改善了用户的体验。

Description

一种矿泉水瓶的高强度瓶盖的制备方法
技术领域
本发明涉及塑料加工领域，尤其涉及一种矿泉水瓶的高强度瓶盖的制备方法。
背景技术
矿泉水是当今具有巨大市场的快消产品。市售的矿泉水多用塑料瓶灌装，并用塑料瓶盖密封。目前，适用于矿泉水灌装工艺的塑料瓶盖的材料，一般采用均聚聚丙烯瓶盖专用料或者共聚聚丙烯瓶盖专用料。但是这两种材料均存在着一定的缺点。
均聚聚丙烯瓶盖专用料在国外生产矿泉水塑料瓶盖时普遍使用，但是由于该材料脆性大，低温冲击性能较差，在瓶盖制备的工序中(如切环、加垫片等工序)以及在饮料灌装厂的使用过程中，容易出现瓶盖脆裂的情况。因此国内很少有瓶盖生产厂家使用。
共聚聚丙烯瓶盖专用料的物理机械性能较好，因此国内在生产矿泉水塑料瓶盖时，普遍使用共聚聚丙烯。但是该材料在应力作用下产生大量银纹，银纹区内由于折光指数降低而呈现一片银白色。由于瓶盖压塑工艺的特点，瓶盖的螺纹位置在脱模时会产生应力，因此造成瓶盖螺纹处会与瓶盖其他部位产生明显的色差，从而影响产品的外观。从该材料生产的瓶盖外观看，螺纹处发白较为严重，限制了该材料在高端产品上的应用。
传统HIPS材料(即高抗冲聚苯乙烯，high impact polystyrene)是采用本体聚合法将作为增韧剂的橡胶与苯乙烯单体进行热聚合(或自由基聚合)而得到。HIPS最大的优点是冲击强度很高，比ABS高4倍以上。抗冲击性聚苯乙烯(HIPS)是通过在聚苯乙烯中添加聚丁基橡胶颗粒的办法生产的一种抗冲击的聚苯乙烯产品。是可用于制作高强度矿泉水瓶盖的优质材料。
但HIPS材料也存在非常明显的缺点，HIPS材料的光泽性比较差，综合性能也相对差一些，因为HIPS是由PS加丁二烯改性而成的，因为PS的冲击强度很低，做出的产品很脆。添加增韧剂改性聚苯乙烯产虽然能改善聚苯乙烯材料的冲击性能，但是过多的增韧剂的加入会使聚苯乙烯产的熔融粘度增大，从而使聚苯乙烯产加工困难，造成耗能提高和制品劣化。目前的改性方法中，抗冲击性与加工性能之间很难达到平衡。
现有技术中，塑料瓶盖的生产工艺大致分为两种：压塑盖生产工艺与注塑盖生产工艺。压塑盖的生产工艺：吸料机将混合好的材料吸进压塑机炮筒，在炮筒内加热到半熔融塑化状态后，定量挤出到模具型腔内，上下模具合模、压塑并冷却定型、脱模，再经过切环、加垫，完成压塑盖生产。注塑盖的生产工艺：吸料机将混合好的材料吸进注塑机炮筒，在炮筒内加热到熔融塑化状态后，注射到模具型腔，在型腔内冷却定型、脱模，再经过切环、加垫，完成注塑盖生产。压塑成型是近10年才出现的新工艺，但它对具有百年传统的注塑工艺发出了强有力的挑战，并取得了压倒性优势。
发明内容
本发明提供了一种矿泉水瓶的高强度瓶盖的制备方法，解决了现有塑料瓶盖的不足，本发明得到的瓶盖机械强度高，耐磨性能以及抗冲击性能都很优异，适合高端矿泉水的包装。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种矿泉水瓶的高强度瓶盖的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照如下重量份配料：
其中所述改性抗冲击树脂是采用如下工艺制备而成：
将聚丁基橡胶颗粒，加入微射流均质机中，室温反应50-100min，然后，放入真空烘箱进行干燥，干燥至恒重，备用；然后在反应釜中，加入聚苯乙烯树脂，再加入溶剂对聚苯乙烯树脂进行溶解，溶剂的加入量与聚苯乙烯树脂加入量的质量比为(4-8)∶1，调整搅拌速率为80-100r/min，加热温度为45-55℃，溶解时间为10-15h；然后在反应釜中加入上述干燥至恒重的聚丁基橡胶颗粒，聚丁基橡胶颗粒与聚苯乙烯的质量比为(0.1-0.15)∶1，调整搅拌速率为100-180r/min，加热温度为45-55℃，搅拌时间为10-14h，然后采用湿法凝聚后处理工艺进行后处理，然后在烘箱中烘干至恒重，得到所述改性抗冲击树脂；
(2)将上述所有配料在125-135℃下搅拌60-90分钟，搅拌速度为400-500r/min，使其混合均匀；
在双螺杆挤出机中熔融塑化造粒，所述双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度145-155℃，二区温度165-175℃，三区温度185-195℃，四区温度205-215℃，五区温度225-235℃，六区温度245-255℃，机头温度245-255℃，螺杆转速140-160r/min，得到熔融的混合物料；
(3)将上述熔融的混合物料经挤出机挤出到连接的压盖设备中，上下模具合模、压塑并冷却定型、脱模，再经过切环，得到所述用于矿泉水的高强度瓶盖。
优选的，所述改性纳米石墨微片按照以下工艺进行制备：按重量份将55-75份纳米石墨微片加入刚玉反应器中，加入5-15份硅烷偶联剂后置于微波设备中进行微波反应，其中微波反应的频率为2-3GHz，微波反应的时间为5-10s，反应结束后经抽提、干燥得到中间产物；将25-30份中间产物和8-12份聚氯乙烯加入反应装置中，超声30-40min，固化得到所述改性纳米石墨微片。
优选的，所述增塑剂选自环己烷-1，2-二羧基二异壬脂、领苯二甲酸二苯脂或葵二酸二丁酯中的一种或一种以上。
优选的，所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯、N，N-已撑双硬脂酰胺、酰胺类、硅酮类中的一种或几种的混合物。
优选的，所述增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(MBS)型增韧剂、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯接枝共聚物(ASA)型增韧剂、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)型增韧剂中的一种或两种以上。
优选的，所述纳米氮化钛为经过偶联剂处理的纳米氮化钛，处理方法为，将纳米氮化钛加入偶联剂的乙醇溶液中超声分散，过滤后进行干燥，得到处理的纳米氮化钛。
优选的，所述抗氧剂选自硫代二丙酸十八脂、季戍四醇酯或硫代二丙酸二月桂脂中的一种或以上一种。
本发明提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：(1)主料为经聚丁基橡胶改性的聚苯乙烯树脂，其耐磨性能、力学性能以及抗冲击性能都很优异；(2)纳米石墨微片的添加，使得聚丁基橡胶和聚苯乙烯树脂的性能协同促进，并提高了复合材料的耐候性；(3)抗氧剂、增塑剂和增韧剂的选择及其配比，增强了塑料的加工性能，并进一步提升了塑料瓶盖的机械性能；(4)本发明采用压塑加工制备瓶盖，温度较低，收缩量小，制盖尺寸较为精确；(5)纳米氮化钛的加入降低了材料的表面电阻率，进一步提升了瓶盖的抗静电性能，改善了用户的体验。
具体实施方式
实施例一
按照如下重量份配料：
其中所述改性抗冲击树脂是采用如下工艺制备而成：
将聚丁基橡胶颗粒，加入微射流均质机中，室温反应50min，然后，放入真空烘箱进行干燥，干燥至恒重，备用；然后在反应釜中，加入聚苯乙烯树脂，再加入溶剂对聚苯乙烯树脂进行溶解，溶剂的加入量与聚苯乙烯树脂加入量的质量比为4∶1，调整搅拌速率为80r/min，加热温度为45℃，溶解时间为10h；然后在反应釜中加入上述干燥至恒重的聚丁基橡胶颗粒，聚丁基橡胶颗粒与聚苯乙烯的质量比为0.1∶1，调整搅拌速率为100r/min，加热温度为45℃，搅拌时间为10h，然后采用湿法凝聚后处理工艺进行后处理，然后在烘箱中烘干至恒重，得到所述改性抗冲击树脂。
所述改性纳米石墨微片按照以下工艺进行制备：按重量份将55份纳米石墨微片加入刚玉反应器中，加入5份硅烷偶联剂后置于微波设备中进行微波反应，其中微波反应的频率为2GHz，微波反应的时间为5s，反应结束后经抽提、干燥得到中间产物；将25份中间产物和8份聚氯乙烯加入反应装置中，超声30min，固化得到所述改性纳米石墨微片。
所述增塑剂为环己烷-1，2-二羧基二异壬脂。所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯。所述增韧剂为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(MBS)型增韧剂。
所述纳米氮化钛为经过偶联剂处理的纳米氮化钛，处理方法为，将纳米氮化钛加入偶联剂的乙醇溶液中超声分散，过滤后进行干燥，得到处理的纳米氮化钛。
所述抗氧剂选自硫代二丙酸十八脂、季戍四醇酯或硫代二丙酸二月桂脂中的一种或以上一种。
将上述所有配料在125℃下搅拌60分钟，搅拌速度为400r/min，使其混合均匀。在双螺杆挤出机中熔融塑化造粒，所述双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度145℃，二区温度165℃，三区温度185℃，四区温度205℃，五区温度225℃，六区温度245℃，机头温度245℃，螺杆转速140r/min，得到熔融的混合物料。
将上述熔融的混合物料经挤出机挤出到连接的压盖设备中，上下模具合模、压塑并冷却定型、脱模，再经过切环，得到所述用于矿泉水的高强度瓶盖。
实施例二
按照如下重量份配料：
其中所述改性抗冲击树脂是采用如下工艺制备而成：
将聚丁基橡胶颗粒，加入微射流均质机中，室温反应80min，然后，放入真空烘箱进行干燥，干燥至恒重，备用；然后在反应釜中，加入聚苯乙烯树脂，再加入溶剂对聚苯乙烯树脂进行溶解，溶剂的加入量与聚苯乙烯树脂加入量的质量比为5∶1，调整搅拌速率为90r/min，加热温度为50℃，溶解时间为12h；然后在反应釜中加入上述干燥至恒重的聚丁基橡胶颗粒，聚丁基橡胶颗粒与聚苯乙烯的质量比为0.12∶1，调整搅拌速率为150r/min，加热温度为50℃，搅拌时间为12h，然后采用湿法凝聚后处理工艺进行后处理，然后在烘箱中烘干至恒重，得到所述改性抗冲击树脂。
所述改性纳米石墨微片按照以下工艺进行制备：按重量份将65份纳米石墨微片加入刚玉反应器中，加入10份硅烷偶联剂后置于微波设备中进行微波反应，其中微波反应的频率为3GHz，微波反应的时间为8s，反应结束后经抽提、干燥得到中间产物；将28份中间产物和9份聚氯乙烯加入反应装置中，超声35min，固化得到所述改性纳米石墨微片。
所述增塑剂为领苯二甲酸二苯脂。所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯。
所述增韧剂为丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯接枝共聚物(ASA)型增韧剂。
所述纳米氮化钛为经过偶联剂处理的纳米氮化钛，处理方法为，将纳米氮化钛加入偶联剂的乙醇溶液中超声分散，过滤后进行干燥，得到处理的纳米氮化钛。
所述抗氧剂选自硫代二丙酸十八脂、季戍四醇酯或硫代二丙酸二月桂脂中的一种或以上一种。
将上述所有配料在130℃下搅拌80分钟，搅拌速度为450r/min，使其混合均匀。在双螺杆挤出机中熔融塑化造粒，所述双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度150℃，二区温度170℃，三区温度190℃，四区温度210℃，五区温度230℃，六区温度250℃，机头温度250℃，螺杆转速150r/min，得到熔融的混合物料。
将上述熔融的混合物料经挤出机挤出到连接的压盖设备中，上下模具合模、压塑并冷却定型、脱模，再经过切环，得到所述用于矿泉水的高强度瓶盖。
实施例三
按照如下重量份配料：
其中所述改性抗冲击树脂是采用如下工艺制备而成：
将聚丁基橡胶颗粒，加入微射流均质机中，室温反应100min，然后，放入真空烘箱进行干燥，干燥至恒重，备用；然后在反应釜中，加入聚苯乙烯树脂，再加入溶剂对聚苯乙烯树脂进行溶解，溶剂的加入量与聚苯乙烯树脂加入量的质量比为8∶1，调整搅拌速率为100r/min，加热温度为55℃，溶解时间为15h；然后在反应釜中加入上述干燥至恒重的聚丁基橡胶颗粒，聚丁基橡胶颗粒与聚苯乙烯的质量比为0.15∶1，调整搅拌速率为180r/min，加热温度为55℃，搅拌时间为14h，然后采用湿法凝聚后处理工艺进行后处理，然后在烘箱中烘干至恒重，得到所述改性抗冲击树脂。
所述改性纳米石墨微片按照以下工艺进行制备：按重量份将75份纳米石墨微片加入刚玉反应器中，加入15份硅烷偶联剂后置于微波设备中进行微波反应，其中微波反应的频率为3GHz，微波反应的时间为10s，反应结束后经抽提、干燥得到中间产物；将30份中间产物和12份聚氯乙烯加入反应装置中，超声40min，固化得到所述改性纳米石墨微片。
所述增塑剂为葵二酸二丁酯。所述润滑剂为N，N-已撑双硬脂酰胺。
所述增韧剂为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)型增韧剂。
所述纳米氮化钛为经过偶联剂处理的纳米氮化钛，处理方法为，将纳米氮化钛加入偶联剂的乙醇溶液中超声分散，过滤后进行干燥，得到处理的纳米氮化钛。
所述抗氧剂为硫代二丙酸二月桂脂。
将上述所有配料在135℃下搅拌90分钟，搅拌速度为500r/min，使其混合均匀。在双螺杆挤出机中熔融塑化造粒，所述双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度155℃，二区温度175℃，三区温度195℃，四区温度215℃，五区温度235℃，六区温度255℃，机头温度255℃，螺杆转速160r/min，得到熔融的混合物料。
将上述熔融的混合物料经挤出机挤出到连接的压盖设备中，上下模具合模、压塑并冷却定型、脱模，再经过切环，得到所述用于矿泉水的高强度瓶盖。
经测试，本发明各实例中的实施例的瓶盖(瓶盖直径为30mm，壁厚为1.5mm，高度为15mm)，主要技术指标如下表所示：
由上表可知，本发明得到的瓶盖的力学性能好，具备较好的韧性和耐候性，且抗静电性能强。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而在客观上存在无限的具体实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种矿泉水瓶的高强度瓶盖的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照如下重量份配料：
其中所述改性抗冲击树脂是采用如下工艺制备而成：
将聚丁基橡胶颗粒，加入微射流均质机中，室温反应50-100min，然后，放入真空烘箱进行干燥，干燥至恒重，备用；然后在反应釜中，加入聚苯乙烯树脂，再加入溶剂对聚苯乙烯树脂进行溶解，溶剂的加入量与聚苯乙烯树脂加入量的质量比为(4-8):1，调整搅拌速率为80-100r/min，加热温度为45-55℃，溶解时间为10-15h；然后在反应釜中加入上述干燥至恒重的聚丁基橡胶颗粒，聚丁基橡胶颗粒与聚苯乙烯的质量比为(0.1-0.15)：1，调整搅拌速率为100-180r/min，加热温度为45-55℃，搅拌时间为10-14h，然后采用湿法凝聚后处理工艺进行后处理，然后在烘箱中烘干至恒重，得到所述改性抗冲击树脂；
(2)将上述所有配料在125-135℃下搅拌60-90分钟，搅拌速度为400-500r/min，使其混合均匀；
在双螺杆挤出机中熔融塑化造粒，所述双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度145-155℃，二区温度165-175℃，三区温度185-195℃，四区温度205-215℃，五区温度225-235℃，六区温度245-255℃，机头温度245-255℃，螺杆转速140-160r/min，得到熔融的混合物料；
(3)将上述熔融的混合物料经挤出机挤出到连接的压盖设备中，上下模具合模、压塑并冷却定型、脱模，再经过切环，得到所述用于矿泉水瓶的高强度瓶盖；
所述改性纳米石墨微片按照以下工艺进行制备：按重量份将55-75份纳米石墨微片加入刚玉反应器中，加入5-15份硅烷偶联剂后置于微波设备中进行微波反应，其中微波反应的频率为2-3GHz，微波反应的时间为5-10s，反应结束后经抽提、干燥得到中间产物；将25-30份中间产物和8-12份聚氯乙烯加入反应装置中，超声30-40min，固化得到所述改性纳米石墨微片。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述增塑剂选自环己烷-1，2-二羧基二异壬酯、邻苯二甲酸二苯酯或癸二酸二丁酯中的一种或一种以上。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯、N,N-乙撑双硬脂酰胺、硅酮类中的一种或几种的混合物。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述增韧剂为甲基丙烯酸甲酯—丁二烯—苯乙烯三元共聚物(MBS)型增韧剂、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯接枝共聚物(ASA)型增韧剂、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)型增韧剂中的一种或两种以上。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，原料组分中还包括纳米氮化钛，所述纳米氮化钛为经过偶联剂处理的纳米氮化钛，处理方法为，将纳米氮化钛加入偶联剂的乙醇溶液中超声分散，过滤后进行干燥，得到处理的纳米氮化钛。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述抗氧剂选自硫代二丙酸双十八酯、季戊四醇酯或硫代二丙酸二月桂酯中的一种或一种以上。
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