CN106633412A - 一种高断裂伸长率聚丙烯组合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种高断裂伸长率的聚丙烯组合物及其制备方法，涉及一种聚丙烯复合材料，包含以下重量百分比含量的组分：聚丙烯25~99.4份，增韧剂0~20份，聚乙烯0~5份，矿物填料0~40份，热稳定剂0.2~1份；光稳定剂0.1~1份；纳米成核母粒0.1~5份，其它助剂0.2~3份；通过添加纳米成核母粒，使得在不同聚丙烯、填充物、增韧剂、助剂种类及比例下均可得到高断裂伸长率、高韧性、高耐热性、高模量的聚丙烯组合物，有效解决现有技术材料存在的成本高、模量及耐热性不足、加工困难的问题，使用灵活，制备的聚丙烯组合物性能优异，可更好的用于生产汽车内外饰与家用电器零部件等制品，并且制备方法简便易行，适用于工业化生产。

Description

一种高断裂伸长率聚丙烯组合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚丙烯复合材料，具体为一种高断裂伸长率聚丙烯组合物及其制备方法；属于聚合物改性和加工领域。
背景技术
聚丙烯改性材料作为通用塑料具有密度低、耐腐蚀、易加工、成本低、可回收、机械性能好等优点，因而其应用广泛，如可用于生产汽车内外饰及家用电器零部件等制品，但随着汽车家电行业的发展以及人们生活水平的提高，聚丙烯改性材料性能要求逐年提高，需要材料同时具备高刚性、高韧性、高耐热性、尤其是高断裂伸长率。目前越来越多的汽车主机厂及家电厂家开始把断裂伸长率列入改性PP关键指标，并提出了较高要求。
现有技术主要通过添加大量增韧剂或超细球形填料以获得高断裂伸长率的聚丙烯材料，但添加大量增韧剂不仅会大幅提升材料成本，而且会一定程度地损失材料的抗弯性能及耐热性能，对刚性与耐热性要求很高的部分如家电、汽车内饰产品无法适用；而采用超细球形填料方法提高材料断裂伸长率，只有当填料添加量在20~40%才可明显提高材料的断裂伸长率，超细填料使用量较大，易因粉体堆积密度小体积大导致生产加工不顺畅，出现如加料困难等问题，不利于应用。
目前提高聚丙烯材料断裂伸长率的常用方法为添加大量增韧剂或超细球形填料改性；比如公开号CN 102304249 A的中国专利公开了一种超韧高延展性聚丙烯复合物及其制备方法，其包括如下重量百分比的配料配制而成：聚丙烯10~80wt%,三组分复合增韧剂60~10wt%和矿物填充30~10wt%，制得的聚丙烯复合物具有良好的延展性能及耐热性能；但是添加了高比例复合增韧剂，不仅因增韧剂价格昂贵会引起材料成本大幅上升，而且用于增韧的大量复配增韧剂会一定程度地损失材料的抗弯性能及耐热性能，对刚性与耐热性要求很高的部分如家电、汽车内饰产品无法适用。
又如，公开号CN 103044769 A的中国专利公开了一种高强度、高断裂伸长率聚丙烯复合材料及其制备方法，其包含55-94%重量份聚丙烯、5-40%重量份粒径为0.5~10µm超细碳酸钙，0-20%重量份弹性体增韧剂，0.1-2%重量份稳定剂，通过使用超细碳酸钙球形填料填充改性获得高断裂伸长率的刚韧平衡材料，但只有当填料添加量在20~40%才可明显提高材料的断裂伸长率，超细填料使用量较大，易因粉体堆积密度小体积大导致生产加工不顺畅，出现如加料困难等问题，不利于应用。
发明内容
为克服现有技术缺陷，本发明提供一种高断裂伸长率聚丙烯组合物及其制备方法，本发明提供的聚丙烯组合物包含较少的纳米成核母粒，使所述聚丙烯组合物具有高断裂伸长率、高韧性、高耐热性、高模量特性，同时使用灵活、制备方法简便易行，可更好的用于生产汽车内外饰与家用电器零部件等制品。
为实现上述一种高断裂伸长率的聚丙烯组合物，本发明采用如下技术方案：
一种高断裂伸长率的聚丙烯组合物，该组合物包含以下重量百分比含量的组分为：
聚丙烯 25~99.4份
增韧剂 0~20份
聚乙烯 0~5份
矿物填料 0~40份
热稳定剂 0.2~1份
光稳定剂 0.1~1份
纳米成核母粒 0.1~5份
其它助剂 0.2~3份
其中，纳米成核母粒包括聚丙烯树脂、有机羧酸与金属盐的复合物、芳香族胺类化合物、二环结构的脂肪酸盐、具有平面结构的稠环类化合物、稀土类化合物中的一种或多种混合物制成。
进一步，纳米成核母粒重量百分比含量为0.3~3份。
进一步，聚丙烯为共聚聚丙烯、均聚聚丙烯中的一种或两种，其熔融指数在测试温度230℃负荷2.16kg条件下为1~50g/10min。
进一步，增韧剂为乙烯-丁烯共聚物、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物和三元乙苯橡胶中的一种或多种。
进一步，聚乙烯为低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、高密度聚乙烯中的一种或多种。
进一步，矿物填料为滑石粉、碳酸钙、硫酸钡、硫酸钙、硅灰石、云母中的一种或多种。
进一步，热稳定剂为受阻酚类、亚磷酸酯类、硫酯类抗氧化剂中的一种或多种。
进一步，光稳定剂为受阻胺类光稳定剂、苯丙三唑类紫外线吸收剂、水杨酸苯酯类紫外线吸收剂、二苯甲酮类紫外线吸收剂、苯甲酸酯类紫外线吸收剂、苯并三唑类紫外线吸收剂、取代丙烯腈类紫外线吸收剂的一种或多种。
进一步，其它助剂包括硬脂酸钙、硬脂酸锌、N,N’-乙撑双硬脂酰胺、环氧基脂肪族共聚物、白油、硅酮粉、聚乙烯蜡中的一种或多种。
本发明一种高断裂伸长率的聚丙烯组合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)按以下组分及重量百分比称取原材料：聚丙烯30~99.4份，增韧剂0~20份，聚乙烯0~5份，矿物填料0~40份，热稳定剂0.2~1份，光稳定剂0.1~1份，纳米成核母粒0.1~3份，其它助剂0.2~2份；
(2)将(1)称取的原材料按照粒料、液体助剂、粉末助剂、矿物填料顺序分别加入混合机进行混合，采取转速720rpm搅拌混合机混合，混合时间3~10min，获得混合料；
(3)将上述步骤（2）中获得的混合料通过喂料口，经长径比40~52:1的双螺杆挤出机充分塑化、熔融，再经挤出、冷却、切粒、均混，其工艺为：挤出温度180~230℃，机台真空度控制≤-0.06MPa，主机转速为500~600rpm，成品均混≥50min/0.5~3T，得到一种高断裂伸长率聚丙烯组合物。
有益效果：
1、纳米成核母粒在加工熔化时达到纳米级分散，在分子之间起到超级润滑作用，能高效地降低分子之间的缠结、剪切，同时能诱导生成存在大量扩展型链段的多孔结晶区域，使得材料在破坏时可吸收较多能量，从而使得材料显示较好的韧性、延展性、耐热性及模量。
2、本发明通过添加纳米成核母粒，即得到高断裂伸长率、高韧性、高耐热性、高模量的改性聚丙烯组合物，同时使用灵活、制备方法简便易行，适用于工业化生产，可更好的用于生产汽车内外饰与家用电器零部件等制品。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的阐述，但本发明的实施方式不限于此。
具体实施例1-8
本发明一种高断裂伸长率聚丙烯组合物及其制备方法，通过以下步骤制备得到高断裂伸长率聚丙烯组合物：
(1)按照表1具体实施例1-8选取重量百分比含量的组分；
(2)将(1)称取的原材料按照粒料、液体助剂、粉末助剂、矿物填料顺序分别加入混合机进行混合，采取转速720rpm搅拌混合机混合，混合时间3~10min，获得混合料；
(3)将上述步骤(2)中获得的混合料通过喂料口，经长径比40~52:1的双螺杆挤出机充分塑化、熔融，再经挤出、冷却、切粒、均混，其工艺为：挤出温度180-230℃，机台真空度控制≤-0.06MPa，主机转速为500~600rpm，成品均混≥50min/0.5~3T,得到一种高断裂伸长率聚丙烯组合物。
对比例1-2
对比例1-2按照表1中现有技术配比，选取原料后，按照本发明的制备方法制备得到。
表1 制备实施例、对比例的组分配比
组分 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 实施例7 实施例8 对比例1 对比例2
共聚PP 69.5 63.2 43.5 61.6 43.5
均聚PP 20 85.7 77 73 56 20 56
增韧剂 10 5 20 5
聚乙烯 4 3 3 3
矿物填料 5 20 25 10 10 20 25 40 25 40
纳米成核母粒 2.7 0.3 0.7 2.1 3 1.5 1 1.8
热稳定剂 0.5 0.8 0.6 0.5 0.4 0.5 0.5 1 0.6 1
光稳定剂 0.3 0.7 0.4 0.3 0.3 0.2 0.1 0.3 0.4 0.3
其它助剂 0.8 1 1.8 2.5 0.6 0.8 1 1.5 1.8 1.5
表2测试结果
检测项目 测试标准 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 实施例7 实施例8 对比例1 对比例2
断裂伸长率，% GB/T 1040 778.3 389.5 364.1 973.8 478.8 406.9 357.6 225.9 72.5 11.7
缺口冲击强度23℃，KJ/M2 GB/T 1843 41.3 49.7 8.5 NB（69.4） 5.9 5.3 4.7 4.2 7.3 3.7
热变形温度，℃ GB/T 1634 115.2 105.3 118.9 110.3 139.5 134.2 132.6 141.7 102.1 123.6
弯曲模量，MPa GB/T 9341 1956 1745 2335 1604 2897 2988 3045 3357 1536 2448
熔体流动速率，g/10min GB/T 3682 24.3 13.7 14.3 21 23.5 21.4 19.7 18.6 13.5 17.4
按照上述表1组分制备得到的高断裂伸长率聚丙烯组合物，经过检测断裂伸长率、缺口冲击强度23℃、热变形温度、弯曲模量、熔体流动速率等性能，检测结果见表2。由表2可知，相比对比例而言，在不同PP、填充物、增韧剂、助剂种类及比例下，本发明实施例制备的聚丙烯组合物经过注塑得到的标准样条的断裂伸长率、弯曲模量、热变形温度、冲击强度均大幅提升，断裂伸长率高达225-973%，弯曲模量高达1604-3357MPa、热变形温度高达100-142℃。表明本发明通过添加纳米成核母粒，使得在不同PP、填充物、增韧剂、助剂种类及比例下均可得到高断裂伸长率、高韧性、高耐热性、高模量的聚丙烯组合物，有效解决现有技术材料存在的成本高、模量及耐热性不足、加工困难的问题，使用灵活，制备的聚丙烯组合物性能优异，可更好的用于生产汽车内外饰与家用电器零部件等制品，并且制备方法简便易行，适用于工业化生产。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及核心思想。应当指出，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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明全力要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高断裂伸长率的聚丙烯组合物，其特征在于，该组合物包含以下重量百分比含量的组分为：
聚丙烯 25~99.4份
增韧剂 0~20份
聚乙烯 0~5份
矿物填料 0~40份
热稳定剂 0.2~1份
光稳定剂 0.1~1份
纳米成核母粒 0.1~5份
其它助剂 0.2~3份
所述纳米成核母粒包括聚丙烯树脂、有机羧酸与金属盐的复合物、芳香族胺类化合物、二环结构的脂肪酸盐、具有平面结构的稠环类化合物、稀土类化合物中的一种或多种混合物制成。
2.根据权利要求1所述的一种高断裂伸长率的聚丙烯组合物，其特征在于：所述纳米成核母粒重量百分比含量为0.3~3份。
3.根据权利要求1所述的一种高断裂伸长率的聚丙烯组合物，其特征在于：所述聚丙烯为共聚聚丙烯、均聚聚丙烯中的一种或两种，其熔融指数在测试温度230℃负荷2.16kg条件下为1~50g/10min。
4.根据权利要求1所述的一种高断裂伸长率的聚丙烯组合物，其特征在于：所述增韧剂为乙烯-丁烯共聚物、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物和三元乙苯橡胶中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种高断裂伸长率的聚丙烯组合物，其特征在于：所述聚乙烯为低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、高密度聚乙烯中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种高断裂伸长率的聚丙烯组合物，其特征在于：所述矿物填料为滑石粉、碳酸钙、硫酸钡、硫酸钙、硅灰石、云母中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种高断裂伸长率的聚丙烯组合物，其特征在于：所述热稳定剂为受阻酚类、亚磷酸酯类、硫酯类抗氧化剂中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的一种高断裂伸长率的聚丙烯组合物，其特征在于：所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂、苯丙三唑类紫外线吸收剂、水杨酸苯酯类紫外线吸收剂、二苯甲酮类紫外线吸收剂、苯甲酸酯类紫外线吸收剂、苯并三唑类紫外线吸收剂、取代丙烯腈类紫外线吸收剂的一种或多种。
9. 根据权利要求1所述的一种高断裂伸长率的聚丙烯组合物，其特征在于：所述的其它助剂包括硬脂酸钙、硬脂酸锌、N,N’-乙撑双硬脂酰胺、环氧基脂肪族共聚物、白油、硅酮粉、聚乙烯蜡中的一种或多种。
10.权利要求1-9所述的一种高断裂伸长率的聚丙烯组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按以下组分及重量百分比称取原材料：聚丙烯30~99.4份，增韧剂0~20份，聚乙烯0~5份，矿物填料0~40份，热稳定剂0.2~1份，光稳定剂0.1~1份，纳米成核母粒0.1~3份，其它助剂0.2~3份；
(2)将(1)称取的原材料按照粒料、液体助剂、粉末助剂、矿物填料顺序分别加入混合机进行混合，采取搅拌混合机转速720rpm混合，混合时间3~10min，获得混合料；
(3)将上述步骤（2）中获得的混合料通过喂料口，经长径比40~52:1的双螺杆挤出机充分塑化、熔融，再经挤出、冷却、切粒、均混，其工艺为：挤出温度180~230℃，机台真空度控制≤-0.06MPa，主机转速为500~600rpm，成品均混≥50min/0.5~3T，得到一种高断裂伸长率聚丙烯组合物。
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