CN107163403A - 一种低正己烷溶出的透明聚丙烯材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低正己烷溶出的透明聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：(1)丙烯与共聚单体1‑丁烯，于环管反应器中在催化剂、助催化剂、给电子体和抗静电剂存在下进行共聚获得丙丁无规共聚聚丙烯树脂，其中反应温度70±1℃，反应压力为3.4~3.8MPa，氢气浓度为2500~2700ppm，1‑丁烯浓度为4%‑6%；(2)取丙丁无规共聚聚丙烯树脂、透明剂、主抗氧剂、辅助抗氧剂和卤素吸收剂，在常温常压下混合均匀后，加入挤出机挤出造粒，颗粒在冷却水中冷却，得到低正己烷溶出透明聚丙烯材料。本发明所制得的材料具有良好的加工性能、透明度、刚韧平衡性以及低正己烷溶出物，其光学性能、机械性能和食品安全性的等综合性能最优，可以满足食品包装和医用领域市场对透明PP的需求。

Description

一种低正己烷溶出的透明聚丙烯材料的制备方法
技术领域
本发明涉及聚丙烯材料的制备方法，尤其涉及一种低正己烷溶出的透明聚丙烯材料的制备方法。
背景技术
透明聚丙烯是目前发展最快的材料之一，在包装、家用品、医疗、食品等行业有着广泛的应用。但等规聚丙烯脆性大，存在透明性不佳，限制了其用途。 为拓展聚丙烯的应用范围，提高它的抗冲性能和光学性能。通过与其它烯烃的共聚合，制成无规共聚物可以改善产品的上述性能，使丙烯共聚物的应用范围更加广泛。同聚丙烯均聚物相比，引入乙烯或其它ɑ-烯烃共聚单体会破坏聚丙烯分子主链结构，降低结晶度，从而提高制品的冲击强度和透明度。
无规共聚聚丙烯产品中，主要采用乙烯作为共聚单体。然而，当乙烯含量超过0.5wt％时，材料有变软、拉伸模量下降的趋势，这对材料的应用是不利的。同时乙丙无规共聚聚丙烯中低分子量部分往往乙烯含量过高，从而增加了产品中低分子无规物的含量，导致产品的正己烷提取物始终较高，限制了其应用范围，尤其是食品包装和医用领域。而且含有乙烯组分的无规共聚物低分子量物质容易向材料表面迁移，影响材料的透明度和表面光泽度。因此，有必要寻找其它的烯烃同丙烯共聚合，来提高产品的性能。
发明内容
本发明目的在于提供提供一种低正己烷溶出的透明聚丙烯材料的制备方法。该方法所制得的材料具有良好的加工性能、透明度、刚韧平衡性以及低正己烷溶出物，其光学性能、机械性能和食品安全性的等综合性能最优，特别适合于要求较高的食品或药品容器、器具，如注射器、婴儿用具、药品包装等，可以满足食品包装和医用领域市场对透明PP的需求。
具体地，本发明提供的低正己烷溶出的透明聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
(1) 丙烯与共聚单体1-丁烯，于环管反应器中在催化剂、助催化剂、给电子体和抗静电剂存在下进行共聚获得键合1-丁烯含量为4%-6%的丙丁无规共聚聚丙烯树脂，其中反应温度70±1℃，反应压力为3.4~3.8MPa，氢气浓度为2500~2700ppm，1-丁烯浓度为4%-6%；
(2) 取丙丁无规共聚聚丙烯树脂、透明剂、主抗氧剂、辅助抗氧剂和卤素吸收剂，在常温常压下混合均匀后，加入挤出机挤出造粒，颗粒在冷却水中冷却，得到低正己烷溶出透明聚丙烯材料。
所述的聚丙烯材料雾度（1mm）≤15%，弯曲模量≥1200MPa，简支梁缺口冲击强度≥3.5 kJ/m2，热变形温度≥65℃，正己熔提取物≤1.2%。
所述催化剂为DQC-401，所述助催化剂为TEAL，所述给电子体为DONOR-C，所述抗静电剂为Atmer163。
本发明所述聚丙烯材料中各组分的质量百分比如下：
丙丁无规共聚聚丙烯树脂 99.27%～99.71%
透明剂 0.18%～0.40%
主抗氧剂 0.03%～0.10%
辅助抗氧剂 0.05%～0.15%
卤素吸收剂 0.03%～0.08%。
本发明所述的透明剂采用美利肯最新一代增透剂NX8000K。
本发明中所述的抗氧剂用于提高材料的加工稳定性和热氧老化性，而所述的抗氧剂采用酚类抗氧剂，或采用亚磷酸酯类抗氧剂，或者是酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的混合使用。当酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂混合使用时，以酚类抗氧剂为主抗氧剂，亚磷酸酯类抗氧剂为辅助抗氧剂。采用该抗氧剂体系可为提供材料足够的加工稳定性和热氧老化性。所述的酚类抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八烷醇酯，所述的亚磷酸酯类抗氧剂为双（2,4-二叔丁基苯酚）季戊四醇二亚磷酸酯、三［2,4-二叔丁基苯基］亚磷酸酯。酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂之间的质量比为1:1~2:1。
本发明中所述的卤素吸收剂采用硬脂酸钙。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1.本发明制得的透明聚丙烯材料的等规度高，聚合物中低分子量无规物的量少，正己烷可溶出物少，有效地解决了聚丙烯制品中正己烷提取物过多的问题，向材料表面迁移的低分子量无规物减少。
2.本发明制得的透明聚丙烯材料的片晶厚度均匀、弯曲模量高、透明度和表面光泽度高，并具有良好的熔体流动性和刚性，可以满足包装材料和医用材料的加工性能和力学性能。
3. 本发明采用Z-N催化剂，通过在丙烯聚合阶段加入一定量1-丁烯单体，可在工艺不用做很大调整的基础上，直接进行丙烯/丁烯共聚物产品的生产，操作简单，充分利用了1-丁烯资源，提高碳四烃类副产物的利用率和附加值。
4.本发明制得的透明聚丙烯材料满足聚丙烯制品的卫生要求，特别适合于要求较高的食品或药品容器、器具，如注射器、婴儿用具、药品包装等，满足食品包装和医用领域市场对透明PP的需求。
具体实施方式
本发明以下实施例1-6和对比例1-4中的抗氧剂用于提高材料的加工稳定性和热氧老化性，由酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂组合使用，以酚类抗氧剂为主抗氧剂，亚磷酸酯类抗氧剂为辅助抗氧剂。酚类抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八烷醇酯，亚磷酸酯类抗氧剂为双（2,4-二叔丁基苯酚）季戊四醇二亚磷酸酯、三［2,4-二叔丁基苯基］亚磷酸酯。酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂之间的质量比为1:1。透明剂采用美利肯最新一代增透剂NX8000K。卤素吸收剂采用硬脂酸钙。
实施例1
将丙烯和1-丁烯加入环管反应器中，并加入催化剂DQC-401，助催化剂三乙基铝(TEAL)，给电子体DONOR-C，抗静电剂Atmer163。其中：催化剂DQC-401按照产量40kg/吨加入； TEAL/C3（丙烯）= 0.16；TEAL/DONOR=5；抗静电剂Atmer163为2~3kg/h。搅拌均匀，控制环管反应器中的反应温度70±1℃，反应压力为3.5MPa，氢气浓度为2540ppm，键合1-丁烯含量为4.3%，从而得到丙丁无规共聚聚丙烯基础树脂。
按配比，丙丁无规共聚聚丙烯基础树脂99.6%、透明剂0.20%、主辅抗氧剂0.15%和卤素吸收剂0.05%，在常温常压下进行混合，混合时间2~4分钟，然后采用双螺杆挤出机进行造粒，温度控制在160-230℃，得到低正己烷溶出的透明聚丙烯材料。
实施例2
将丙烯和1-丁烯加入环管反应器中，并加入催化剂DQC-401，助催化剂三乙基铝(TEAL)，给电子体DONOR-C，抗静电剂Atmer163。其中：催化剂DQC-401按照产量40kg/吨加入； TEAL/C3（丙烯）= 0.16；TEAL/DONOR=5；抗静电剂Atmer163为2~3kg/h。搅拌均匀，控制环管反应器中的反应温度70±1℃，反应压力为3.7MPa，氢气浓度为2680ppm，键合1-丁烯含量为4.7%，从而得到丙丁无规共聚聚丙烯基础树脂。
按配比，丙丁无规共聚聚丙烯基础树脂99.6%、透明剂0.20%、主辅抗氧剂0.15%和卤素吸收剂0.05%，在常温常压下进行混合，混合时间2~4分钟，然后采用双螺杆挤出机进行造粒，温度控制在160-230℃，得到低正己烷溶出的透明聚丙烯材料。
实施例3
将丙烯和1-丁烯加入环管反应器中，并加入催化剂DQC-401，助催化剂三乙基铝(TEAL)，给电子体DONOR-C，抗静电剂Atmer163。其中：催化剂DQC-401按照产量40kg/吨加入； TEAL/C3（丙烯）= 0.16 ； TEAL/DONOR=5；抗静电剂Atmer163为2~3kg/h。搅拌均匀，控制环管反应器中的反应温度70±1℃，反应压力为3.7MPa，氢气浓度为2620ppm，键合1-丁烯含量为5.1%，从而得到丙丁无规共聚聚丙烯基础树脂。
按配比，丙丁无规共聚聚丙烯基础树脂99.6%、透明剂0.20%、主辅抗氧剂0.15%和卤素吸收剂0.05%，在常温常压下进行混合，混合时间2~4分钟，然后采用双螺杆挤出机进行造粒，温度控制在160-230℃，得到低正己烷溶出的透明聚丙烯材料。
实施例4
将丙烯和1-丁烯加入环管反应器中，并加入催化剂DQC-401，助催化剂三乙基铝(TEAL)，给电子体DONOR-C，抗静电剂Atmer163。其中：催化剂DQC-401按照产量40kg/吨加入； TEAL/C3（丙烯）= 0.16；TEAL/DONOR=5；抗静电剂Atmer163为2~3kg/h。搅拌均匀，控制环管反应器中的反应温度70±1℃，反应压力为3.5MPa，氢气浓度为2630ppm，键合1-丁烯含量为5.4%，从而得到丙丁无规共聚聚丙烯基础树脂。
按配比，丙丁无规共聚聚丙烯基础树脂99.6%、透明剂0.20%、主辅抗氧剂0.15%和卤素吸收剂0.05%，在常温常压下进行混合，混合时间2~4分钟，然后采用双螺杆挤出机进行造粒，温度控制在160-230℃，得到低正己烷溶出的透明聚丙烯材料。
实施例5
将丙烯和1-丁烯加入环管反应器中，并加入催化剂DQC-401，助催化剂三乙基铝(TEAL)，给电子体DONOR-C，抗静电剂Atmer163。其中：催化剂DQC-401按照产量40kg/吨加入； TEAL/C3（丙烯）= 0.16；TEAL/DONOR=5；抗静电剂Atmer163为2~3kg/h。搅拌均匀，控制环管反应器中的反应温度70±1℃，反应压力为3.7MPa，氢气浓度为2590ppm，键合1-丁烯含量为5.8%，从而得到丙丁无规共聚聚丙烯基础树脂。
按配比，丙丁无规共聚聚丙烯基础树脂99.6%、透明剂0.20%、主辅抗氧剂0.15%和卤素吸收剂0.05%，在常温常压下进行混合，混合时间2~4分钟，然后采用双螺杆挤出机进行造粒，温度控制在160-230℃，得到低正己烷溶出的透明聚丙烯材料。
实施例6
将丙烯和1-丁烯加入环管反应器中，并加入催化剂DQC-401，助催化剂三乙基铝(TEAL)，给电子体DONOR-C，抗静电剂Atmer163。其中：催化剂DQC-401按照产量40kg/吨加入； TEAL/C3（丙烯）= 0.16；TEAL/DONOR=5；抗静电剂Atmer163为2~3kg/h。搅拌均匀，控制环管反应器中的反应温度70±1℃，反应压力为3.7MPa，氢气浓度为2640ppm，键合1-丁烯含量为5.3%，从而得到丙丁无规共聚聚丙烯基础树脂。
按配比，丙丁无规共聚聚丙烯基础树脂99.4%、透明剂0.40%、主辅抗氧剂0.15%和卤素吸收剂0.05%，在常温常压下进行混合，混合时间2~4分钟，然后采用双螺杆挤出机进行造粒，温度控制在160-230℃，得到低正己烷溶出的超高透明聚丙烯材料。
对比例1
将丙烯和1-丁烯加入环管反应器中，并加入催化剂DQC-401，助催化剂三乙基铝(TEAL)，给电子体DONOR-C，抗静电剂Atmer163。其中：催化剂DQC-401按照产量40kg/吨加入； TEAL/C3（丙烯）= 0.16；TEAL/DONOR=5；抗静电剂Atmer163为2~3kg/h。搅拌均匀，控制环管反应器中的反应温度70±1℃，反应压力为3.6MPa，氢气浓度为2700ppm，键合1-丁烯含量为3.1%，从而得到丙丁无规共聚聚丙烯基础树脂。
按配比，丙丁无规共聚聚丙烯基础树脂99.6%、透明剂0.20%、主辅抗氧剂0.15%和卤素吸收剂0.05%，在常温常压下进行混合，混合时间2~4分钟，然后采用双螺杆挤出机进行造粒，温度控制在160-230℃，得到刚韧性平衡性较差的低正己烷溶出的超高透明聚丙烯材料。
对比例2
将丙烯和1-丁烯加入环管反应器中，并加入催化剂DQC-401，助催化剂三乙基铝(TEAL)，给电子体DONOR-C，抗静电剂Atmer163。其中：催化剂DQC-401按照产量40kg/吨加入； TEAL/C3（丙烯）= 0.16；TEAL/DONOR=5；抗静电剂Atmer163为2~3kg/h。搅拌均匀，控制环管反应器中的反应温度70±1℃，反应压力为3.8MPa，氢气浓度为2640ppm，键合1-丁烯含量为5.0%，从而得到丙丁无规共聚聚丙烯基础树脂。
按配比，丙丁无规共聚聚丙烯基础树脂99.8%，加入主辅抗氧剂0.15%和卤素吸收剂0.05%，在常温常压下进行混合，混合时间2~4分钟，然后采用双螺杆挤出机进行造粒，温度控制在160-230℃，得到透明性较差的低正己烷溶出的超高透明聚丙烯材料。
对比例3
将丙烯和乙烯加入环管反应器中，并加入催化剂DQC-401，助催化剂三乙基铝(TEAL)，给电子体DONOR-C，抗静电剂Atmer163。其中：催化剂DQC-401按照产量40kg/吨加入； TEAL/C3（丙烯）= 0.16；TEAL/DONOR=5；抗静电剂Atmer163为2~3kg/h。搅拌均匀，控制环管反应器中的反应温度70±1℃，反应压力为3.7MPa，氢气浓度为2660ppm，键合乙烯含量为3.1%，从而得到乙丙无规共聚聚丙烯基础树脂。
按配比，乙丙无规共聚聚丙烯基础树脂99.6%、透明剂0.20%、主辅抗氧剂0.15%和卤素吸收剂0.05%，在常温常压下进行混合，混合时间2~4分钟，然后采用双螺杆挤出机进行造粒，温度控制在160-230℃，得到正己烷溶出物较高的透明聚丙烯材料。
对比例4
将丙烯和乙烯加入环管反应器中，并加入催化剂DQC-401，助催化剂三乙基铝(TEAL)，给电子体DONOR-C，抗静电剂Atmer163。其中：催化剂DQC-401按照产量40kg/吨加入； TEAL/C3（丙烯）= 0.16；TEAL/DONOR=5；抗静电剂Atmer163为2~3kg/h。搅拌均匀，控制环管反应器中的反应温度70±1℃，反应压力为3.7MPa，氢气浓度为2653ppm，键合乙烯含量为3.6%，从而得到乙丙无规共聚聚丙烯基础树脂。
按配比，乙丙无规共聚聚丙烯基础树脂99.6%、透明剂0.20%、主辅抗氧剂0.15%和卤素吸收剂0.05%，在常温常压下进行混合，混合时间2~4分钟，然后采用双螺杆挤出机进行造粒，温度控制在160-230℃，得到正己烷溶出物较高的透明聚丙烯材料。
表上数据可以看出，实施例1-6与对比例1-4相比，采用Z-N催化剂，通过控制氢气浓度为2500~2700ppm，键合1-丁烯含量为4%-6%，得到丙丁无规共聚聚丙烯基础树脂，再辅以透明剂、抗氧剂和吸酸剂挤出造粒，可得满足性能要求的低溶出物透明聚丙烯。该材料性能要求已达到：雾度（1mm）≤15%；弯曲模量≥1200MPa；简支梁缺口冲击强度≥3.5 kJ/m2；热变形温度≥65℃；正己熔提取物≤1.2%。材料具有透明性好，弯曲模量高，刚韧平衡性好，产品中正己烷提取物少，完全满足食品包装和医用领域市场对透明PP的需求。
本发明可用其他的不违背本发明的精神或主要特征的具体形式来概述。本发明的上述实施例都只能认为是对本发明的说明而不是限制，凡是依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种低正己烷溶出的透明聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1) 丙烯与共聚单体1-丁烯，于环管反应器中在催化剂、助催化剂、给电子体和抗静电剂存在下进行共聚获得键合1-丁烯含量为4%-6%的丙丁无规共聚聚丙烯树脂，其中反应温度70±1℃，反应压力为3.4~3.8MPa，氢气浓度为2500~2700ppm，1-丁烯浓度为4%-6%；
(2) 取丙丁无规共聚聚丙烯树脂、透明剂、主抗氧剂、辅助抗氧剂和卤素吸收剂，在常温常压下混合均匀后，加入挤出机挤出造粒，颗粒在冷却水中冷却，得到低正己烷溶出透明聚丙烯材料。
2.根据权利要求1所述的低正己烷溶出的透明聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，所述的聚丙烯材料雾度≤15%，弯曲模量≥1200MPa，简支梁缺口冲击强度≥3.5 kJ/m2，热变形温度≥65℃，正己熔提取物≤1.2%。
3.根据权利要求1所述的低正己烷溶出的透明聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，所述催化剂为DQC-401，所述助催化剂为TEAL，所述给电子体为DONOR-C，所述抗静电剂为Atmer163。
4.根据权利要求1或2所述的低正己烷溶出的透明聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，本发明所述聚丙烯材料中各组分的质量百分比如下：
丙丁无规共聚聚丙烯树脂 99.27%～99.71%
透明剂 0.18%～0.40%
主抗氧剂 0.03%～0.10%
辅助抗氧剂 0.05%～0.15%
卤素吸收剂 0.03%～0.08%。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的低正己烷溶出的透明聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，所述的透明剂采用美利肯增透剂NX8000K。
6.根据权利要求5所述的低正己烷溶出的透明聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，所述主抗氧剂采用酚类抗氧剂，所述辅助抗氧剂采用亚磷酸酯类抗氧剂。
7.根据权利要求6所述的低正己烷溶出的透明聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，所述的酚类抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八烷醇酯，所述的亚磷酸酯类抗氧剂为双（2,4-二叔丁基苯酚）季戊四醇二亚磷酸酯、三［2,4-二叔丁基苯基］亚磷酸酯。
8.根据权利要求5所述的低正己烷溶出的透明聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，所述的卤素吸收剂采用硬脂酸钙。
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