CN106967249A - 一种提高聚丙烯耐低温能力的功能母粒 - Google Patents

一种提高聚丙烯耐低温能力的功能母粒 Download PDF

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Abstract

本发明涉及功能性母料领域，具体公开了一种提高聚丙烯耐低温能力的功能母粒，由载体树脂、高密度聚乙烯树脂、交联剂、纳米级氧化硅、纳米级氧化铝、纳米级高岭土粉、纳米级氧化镍、纳米级氧化铁、纳米级氧化钛、偶联剂、分散剂，载体树脂为聚丙烯树脂，交联剂优选氧化锌、醋酸锌或异丙醇铝中的一种，偶联剂优选KR‑41B或三异硬脂酰基钛酸酯中的一种，分散剂优选木质素纤维、氧化聚乙烯蜡、三硬脂酸甘油酯或硬脂酸钙中的一种。本发明的功能母粒添加到聚丙烯中，高密度聚乙烯树脂与聚丙烯树脂共混提高聚丙烯的耐低温能力，纳米氧化铝、纳米氧化硅和高岭土等熔融分散的过程中形成陶瓷化结构，强化聚丙烯树脂的耐低温能力。

Description

一种提高聚丙烯耐低温能力的功能母粒
技术领域
本发明涉及功能性母料领域，具体涉及一种用于提高聚丙烯耐低温能力的功能母粒。
背景技术
聚丙烯(PP)是由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂，无毒、无臭、无味，乳白色高结晶，按甲基排列位置分为等规聚丙烯、无规聚丙烯和间规聚丙烯三种，其中甲基排列在分子主链的同一侧的称为等规聚丙烯，若甲基无秩序的排列在分子主链的两侧称无规聚丙烯，当甲基交替排列在分子主链的两侧称间规聚丙烯。一般工业生产的聚丙烯树脂中，等规结构含量约为95％，其馀为无规或间规聚丙烯。由于结构规整而高度结晶化，聚丙烯的熔点可高达167℃，耐热、耐腐蚀，表面刚度和抗划痕特性很好，且聚丙烯不存在环境应力开裂问题。但是聚丙烯的耐寒性差，在-35℃时会发生脆化破裂，造成聚丙烯制品失效，从而限制了聚丙烯在低温领域的应用。中国专利CN201610400593.X，专利名称一种耐寒聚丙烯，公开日期2016年9月28日，公开了一种向无规共聚聚丙烯中添加耐寒剂、硅烷交联剂的耐寒聚丙烯。但该专利未公开耐寒剂是何种物质，无法通过专利中公开的内容制造出该耐寒聚丙烯。
母粒是将超常量改性化学助剂均匀负载在载体树脂中而得到的粒状聚集体。将母粒添加加在目标树脂中，母粒的分散效果好使目标树脂性能均匀，母粒的载体树脂与目标树脂的相容性好。而且与使用添加剂相比，母粒的使用更安全、功能全面，且不会出现粉尘污染。
发明内容
针对聚丙烯的耐寒性差而限制聚丙烯在低温领域应用的问题，本发明的目的在于提供一种用于提高聚丙烯耐低温能力的功能母粒，能够显著提高聚丙烯树脂的耐低温能力，且添加到聚丙烯树脂中分散均匀，保持树脂性能均匀。
本发明提供如下的技术方案：
一种提高聚丙烯耐低温能力的功能母粒，由以下重量份的组份制备而成：载体树脂100～120份、高密度聚乙烯树脂25～45份、交联剂2～5份、纳米氧化硅1.6～2.4份、纳米氧化铝1.2～1.8份、纳米级高岭土粉1.5～3份、纳米氧化镍0.5～0.8份、纳米氧化铁1.2～2.0份、纳米氧化钛0.4～0.8份、偶联剂0.8～1.2份、分散剂0.6～0.8份，其中载体树脂为聚丙烯树脂。
本发明的提高聚丙烯耐低温能力的功能母粒，采用聚丙烯树脂作为载体树脂使功能母粒添加到聚丙烯中与聚丙烯的相容性好，保证添加功能母粒的聚丙烯性能均匀一致。高密度聚乙烯树脂是指密度在0.94～0.96之间的聚乙烯树脂，结晶度高，具有良好的耐低温能力，在-40℃时仍具有较好的抗冲击性和韧性，其低温脆化温度为-70℃～-100℃。将功能母粒添加到聚乙烯树脂中，高密度聚乙烯树脂与聚丙烯树脂共混交联，高密度聚乙烯树脂作为强化剂提高聚丙烯树脂的耐低温能力。纳米氧化铝、纳米氧化硅和高岭土粉可以在聚丙烯树脂内部熔融分散过程中形成陶瓷化结构，协同高密度聚乙烯树脂共混交联聚丙烯，进而提升聚丙烯树脂的耐低温性能，纳米氧化镍、纳米氧化铁和纳米氧化钛通过进一步形成类似合金的结构强化陶瓷化结构耐温能力，使添加有功能母粒的聚丙烯树脂的耐低温性能极大提高。
作为本发明的一种改进，所述交联剂为氧化锌、醋酸锌或异丙醇铝中的一种。交联剂可以提高高密度聚乙烯树脂与聚丙烯树脂之间的共混交联程度，紧密化聚丙烯树脂内部的网状交联结构。
作为本发明的一种改进，所述偶联剂为KR-41B或三异硬脂酰基钛酸酯。偶联剂可以有效改善聚丙烯、高密度聚乙烯树脂与纳米氧化铝、高岭土、纳米氧化硅等无机材料之间的界面性能、分散效果及树脂之间的粘合性，提高树脂的机械性能。
作为本发明的一种改进，所述分散剂为木质素纤维、氧化聚乙烯蜡、三硬脂酸甘油酯或硬脂酸钙中的一种。分散剂使纳米氧化铝、纳米氧化硅粉和高岭土粉等在聚丙烯树脂中均匀分散，避免出现团结，保证聚丙烯树脂性能均匀。且木质素纤维具有良好的耐低温能力。
一种提高聚丙烯耐低温能力的功能母粒的制备方法，包括以下步骤：(1)将重量份的各原料组份混合搅拌均匀；(2)保持螺杆造粒机的搅拌速度100～140r/min、各段温度处于150～210℃内，将混合物料投入螺杆造粒机中挤出成粒；(3)将所得颗粒在125～145℃下通风干燥1～3小时；(4)将干燥后的颗粒经-18目～+22目的筛网过筛。
将原料在投料前搅拌均匀保证功能母粒性能一致。保持螺杆造粒机的搅拌速度为100～140r/min、各段温度处于140～200℃内挤出的颗粒的成分均匀，保证生产的稳定。经进一步风吹干燥后使颗粒表面结构均匀稳定，确保颗粒的功能稳定，便于长期存放。经筛网过筛的颗粒既保证功能母粒的粒径均匀分散，又避免出现粒径过大造成功能母粒添加到聚丙烯中的熔融分散效果受到影响。
作为本发明的一种改进，步骤(2)中螺杆造粒机各段的温度分别为：一段150～165℃、二段165～180℃、三段180～190℃、四段190～200℃、五段200～205℃、六段205～210℃，模头温度为200～205℃。通过设定螺杆造粒机的各段的操作温度逐渐上升，使物料均匀混合并逐渐熔融，保证功能母粒性能稳定。
作为本发明的一种改进，所述螺杆造粒机的长径比为11～13。螺杆加压充分，制品的物理机械性能均可提高。螺杆造粒机保持合适的长径比可确保物料塑化效果好，挤出物料过程平稳，而且挤出量高。
本发明的有益效果如下：
本发明的提高聚丙烯树脂耐低温能力的功能母粒添加到聚丙烯树脂中，高密度聚乙烯树脂通过与聚丙烯树脂共混交联的方式提高聚丙烯的耐低温能力，纳米氧化铝、纳米氧化硅和高岭土等在熔融分散的过程中形成陶瓷化结构，协同高密度聚乙烯树脂共混交联效果，提高聚丙烯树脂的耐低温能力。另外本发明的功能母粒添加到聚丙烯中的分散程度好，使用安全。
具体实施方式
下面就本发明的具体实施方式作进一步说明。
如无特别说明，本发明中所采用的原料均可从市场上购得或是本领域常用的，如无特别说明，下述实施例中的方法均为本领域的常规方法。
实施例1：
一种提高聚丙烯耐低温能力的功能母粒，由组份制备而成：载体树脂100g、高密度聚乙烯树脂25g、交联剂2g、增塑剂3g、纳米氧化硅1.6g、纳米氧化铝1.2g、纳米级高岭土粉1.5g、纳米氧化镍0.5g、纳米氧化铁1.2g、纳米氧化钛0.4g、偶联剂0.8g、分散剂0.6g，其中载体树脂为聚丙烯树脂，交联剂优选氧化锌、醋酸锌或异丙醇铝中的一种，偶联剂优选KR-41B或三异硬脂酰基钛酸酯中的一种，分散剂优选木质素纤维、氧化聚乙烯蜡、三硬脂酸甘油酯或硬脂酸钙中的一种。
一种提高聚丙烯耐低温能力的功能母粒的制备方法，包括以下步骤：(1)将各原料组份混合搅拌均匀，混合温度60℃，搅拌速度70r/min；(2)保持螺杆造粒机的搅拌速度100r/min、各段加热温度处于150～210℃内，螺杆造粒机的长径比优选为11，将混合物料投入螺杆造粒机中挤出成粒，步骤(2)中螺杆造粒机各段的加热温度分别为：一段150～165℃、二段165～180℃、三段180～190℃、四段190～200℃、五段200～205℃、六段205～210℃，模头温度为200～205℃；(3)将螺杆造粒机挤出的颗粒在125℃下通风干燥3小时；(4)将干燥后的颗粒经-18目～+22目的筛网过筛，制得所要的功能母粒。
实施例2：
一种提高聚丙烯耐低温能力的功能母粒，由以下组份制备而成：载体树脂110g、高密度聚乙烯树脂35g、交联剂3.5g、增塑剂4g、纳米氧化硅2g、纳米氧化铝1.5g、纳米级高岭土粉2.25g、纳米氧化镍0.65g、纳米氧化铁1.6g、纳米氧化钛0.6g、偶联剂1.0g、分散剂0.7g，其中载体树脂为聚丙烯树脂，交联剂优选氧化锌、醋酸锌或异丙醇铝中的一种，偶联剂优选KR-41B或三异硬脂酰基钛酸酯中的一种，分散剂优选木质素纤维、氧化聚乙烯蜡、三硬脂酸甘油酯或硬脂酸钙中的一种。
一种提高聚丙烯耐低温能力的功能母粒的制备方法，包括以下步骤：(1)将各原料组份混合搅拌均匀，混合温度60℃，搅拌速度70r/min；(2)保持螺杆造粒机的搅拌速度125r/min、各段加热温度处于150～210℃内，螺杆造粒机的长径比优选为12，将混合物料投入螺杆造粒机中挤出成粒，步骤(2)中螺杆造粒机各段的加热温度分别为：一段150～165℃、二段165～180℃、三段180～190℃、四段190～200℃、五段200～205℃、六段205～210℃，模头温度为200～205℃；(3)将螺杆造粒机挤出的颗粒在135℃下通风干燥2小时；(4)将干燥后的颗粒经-18目～+22目的筛网过筛，制得所要的功能母粒。
实施例3：
一种提高聚丙烯耐低温能力的功能母粒，由以下组份制备而成：载体树脂120g、高密度聚乙烯树脂45g、交联剂5g、增塑剂5g、纳米氧化硅2.4g、纳米氧化铝1.8g、纳米级高岭土粉3g、纳米氧化镍0.8g、纳米氧化铁2.0g、纳米氧化钛0.8g、偶联剂1.2g、分散剂0.8g，其中载体树脂为聚丙烯树脂，交联剂优选氧化锌、醋酸锌或异丙醇铝中的一种，偶联剂优选KR-41B或三异硬脂酰基钛酸酯中的一种，分散剂优选木质素纤维、氧化聚乙烯蜡、三硬脂酸甘油酯或硬脂酸钙中的一种。
一种提高聚丙烯耐低温能力的功能母粒的制备方法，包括以下步骤：(1)将各原料组份混合搅拌均匀，混合温度60℃，搅拌速度70r/min；(2)保持螺杆造粒机的搅拌速140r/min、各段加热温度处于150～210℃内，螺杆造粒机的长径比优选为13，将混合物料投入螺杆造粒机中挤出成粒，步骤(2)中螺杆造粒机各段的加热温度分别为：一段150～165℃、二段165～180℃、三段180～190℃、四段190～200℃、五段200～205℃、六段205～210℃，模头温度为200～205℃；(3)将螺杆造粒机挤出的颗粒在145℃下通风干燥1小时；(4)将干燥后的颗粒经-18目～+22目的筛网过筛，制得所要的功能母粒。
性能测试
向聚丙烯树脂中分别添加质量百分比为5％的本发明的实施例1、实施例2、实施例3功能母粒得到改性的聚丙烯树脂并制成符合试验要求的样件，分别为试验样1、试验样2和试验样3，未添加本发明的功能母粒的聚丙烯树脂制备的样件为对比样。对试验样1、试验样2和试验样3和对比样进行测试，试验结果如表1所示。
其中低温脆化温度测试标准：GB/T 5470-2008；拉伸强度测试标准：ASTM D882；弯曲强度测试标：ASTM D7264；冲击强度测试标准：GB/T 1843-2008。
表1测试结果
项目 试验样1 试验样2 试验样3 对比样
低温脆化温度 -56.9℃ -57.5℃ -57.2℃ -34.5℃
拉伸强度 25.1MPa 24.5MPa 24.2MPa 22.1MPa
弯曲强度 24.3MPa 23.5MPa 23.2MPa 23.2MPa
25℃冲击强度 20.1KJ/m2 19.9KJ/m2 21.2KJ/m2 19.5KJ/m2
本发明的提高聚丙烯树脂耐低温能力的功能母粒添加到聚丙烯中可有效提升其耐低温性能，低温脆化温度由-34.5℃降低至-57℃左右。

Claims (7)

1.一种提高聚丙烯耐低温能力的功能母粒，其特征在于，由以下重量份的组份制备而成：载体树脂100～120份、高密度聚乙烯树脂25～45份、交联剂2～5份、增塑剂3～5份、纳米氧化硅1.6～2.4份、纳米氧化铝1.2～1.8份、纳米级高岭土粉1.5～3份、纳米氧化镍0.5～0.8份、纳米氧化铁1.2～2.0份、纳米氧化钛0.4～0.8份、偶联剂0.8～1.2份、分散剂0.6～0.8份，其中载体树脂为聚丙烯树脂。
2.根据权利要求1所述的一种提高聚丙烯耐低温能力的功能母粒，其特征在于，所述交联剂为氧化锌、醋酸锌或异丙醇铝中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种提高聚丙烯耐低温能力的功能母粒，其特征在于，所述偶联剂为KR-41B或三异硬脂酰基钛酸酯中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种提高聚丙烯耐低温能力的功能母粒，其特征在于，所述分散剂为木质素纤维、氧化聚乙烯蜡、三硬脂酸甘油酯或硬脂酸钙中的一种。
5.一种如权利要求1至4任一所述的提高聚丙烯耐低温能力的功能母粒的制备方法，包括以下步骤：（1）将重量份的各原料组份混合搅拌均匀；（2）保持螺杆造粒机的搅拌速度100～140 r/min、各段温度处于150～210 ℃内，将混合物料投入螺杆造粒机中挤出成粒；（3）将所得颗粒在125～145 ℃下通风干燥1～3小时；（4）将干燥后的颗粒经-18目～+22目的筛网过筛。
6.根据权利要求5所述的一种提高聚丙烯耐低温能力的功能母粒的制备方法，其特征在于，步骤（2）中螺杆造粒机各段的温度分别为：一段150～165 ℃、二段165～180 ℃、三段180～190 ℃、四段190～200 ℃、五段200～205 ℃、六段205～210 ℃，模头温度为200～205 ℃。
7.根据权利要求5所述的一种提高聚丙烯耐低温能力的功能母粒的制备方法，其特征在于，所述螺杆造粒机的长径比为11～13。
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