CN109054166A - 一种耐热抗冲聚丙烯材料的制备方法 - Google Patents

一种耐热抗冲聚丙烯材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐热抗冲聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：(1)丙烯在主催化剂、助催化剂和外给电子体的共同作用下，在预聚合反应器预聚合生成聚丙烯；(2)由步骤(1)得到的预聚合反应产物与新鲜丙烯和氢气进入第一环管反应器继续进行聚合反应；(3)由步骤(2)得到的聚合反应产物与新鲜丙烯和氢气进入第二环管反应器继续进行聚合，合成聚乙烯粉料；(4)聚丙烯粉料和纳米橡胶、抗氧剂、辅助抗氧剂、卤素吸收剂混合，然后加入挤出机中挤出造粒。所制备的聚丙烯材料可以无需改性直接用于家电制造业，从而减少中间环节，降低生产成本。

Description

一种耐热抗冲聚丙烯材料的制备方法
技术领域
本发明涉及聚丙烯专用料，具体涉及一种耐热抗冲聚丙烯材料的制备方法。
技术背景
与聚乙烯相比，聚丙烯的耐热性和刚性相对较好，在片材薄膜注塑等领域都有很好的应用，不过聚丙烯为半结晶性化合物，一般其结晶度在60％以下，如能提高其结晶度，进而提高其强度、弹性模量和耐热性，必将进一步拓宽其应用领域。因此，高耐热抗冲聚丙烯的制备已成为目前高分子材料研究中的一个热点问题。
高耐热抗冲聚丙烯可以通过改进聚合催化剂和聚合技术，提高聚丙烯的等规度和分子量分布的方法来制备，也可通过加入成核剂的方法来制备。通过聚合方法得到的高结晶聚丙烯的结晶度可达到70％～75％，而通过加入成核剂的方法制备的高结晶聚丙烯的结晶度可更高，且结晶细化材料的耐热抗冲击性能也同时提高。
电热水壶、电饭煲、豆浆机、饮水机、电吹风等小家电，越来越多地进入人们的生活。除了一些电子元件使用金属外，构成小家电的主要部件就是塑料，目前小家电塑料专用原料为聚丙烯。聚丙烯小家电专用料不但要求外观华丽、光泽度好、耐热性高，还要求满足容易加工，具有较强的弯曲强度、较高热变形温度和较好的冲击强度。高耐热抗冲聚丙烯由于其刚性指标接近ABS，PA等工程塑料,同时具有更易加工成形,耐热温度高，冲击强度高，密度小，耐水性好等优点，科广泛用于小家电(如电饭锅、电热水壶外壳、电熨斗底板等)等领域。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有良好的耐热性能和抗冲击性能且适用于小家电的聚丙烯材料的制备方法，所制备的聚丙烯材料可以无需改性直接用于家电制造业，从而减少中间环节，降低生产成本。
本发明采用以下技术方案实现目的，一种耐热抗冲聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)丙烯在主催化剂、助催化剂和外给电子体的共同作用下，在预聚合反应器预聚合生成聚丙烯，助催化剂与丙烯的物质的量比为0.15～0.25，助催化剂与外给电子体的物质的量比为5～15，反应温度为15-25℃，反应压力为3.4MPa，反应时间为8～15分钟；
(2)由步骤(1)得到的预聚合反应产物与新鲜丙烯和氢气进入第一环管反应器继续进行聚合反应，进入第一环管反应器的氢气浓度为800-1300ppm，反应温度为50-80℃，反应压力为3.4MPa，反应时间最好为45～50分钟；
(3)由步骤(2)得到的聚合反应产物与新鲜丙烯和氢气进入第二环管反应器继续进行聚合，进入第二环管反应器的氢气浓度为800-1300ppm，反应温度为50-80℃，反应压力为3.4MPa，反应时间最好为45～50分钟，合成聚乙烯粉料；
(4)聚丙烯粉料和纳米橡胶、抗氧剂、辅助抗氧剂、卤素吸收剂混合，然后加入挤出机中挤出造粒。
上述步骤(1)所述外给电子体为二环戊基二甲氧基硅烷。
上述步骤(1)所述主催化剂为大型球形催化剂(北京奥达催化剂公司提供)，助催化剂为三乙基铝。
上述步骤(4)所述挤出机中的负荷为30～35吨/小时，螺杆转速为160～250转/分钟，挤出筒体温度为180～230℃，冷却水温度为55～65℃。
上述的聚丙烯材料，所述的纳米橡胶为具有良好超细粒径，分散效果较好的硫化橡胶。
上述的聚丙烯材料，所述的卤素吸收剂为硬脂酸钙。
上述的聚丙烯材料，所述抗氧剂与辅助抗氧剂的比例为1﹕(0.5～2)。所述抗氧剂为酚类抗氧剂，包括但不限于3-(3,5双特丁基-4-羟基环己基)丙酸酯；所述辅助抗氧剂为磷酸酯类抗氧剂，包括但不限于三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯。
本发明所述步骤(4)中聚丙烯90.5～99.8份，纳米橡胶0.5～5份，抗氧剂0.1～2份，辅助抗氧剂0.1～2份，卤素吸收剂0.01～1份。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明是针对现有工艺合成聚丙烯产品存在的缺陷进行改进，发明人经研究发现通过在丙烯聚合过程中加入新外给电子体以及在挤出机中加入纳米橡胶，制得的产品与现有产品相比具有高的等规度、很好的刚性、优良的抗冲击性能和很高的耐热性能。
具体实施方式
下面结合实施例详细说明本发明的技术方案。实施例所使用的聚合装置为国产化第二代环管聚丙烯技术，采用本体法聚丙烯工艺，设计能力为30万吨/年；挤压造粒系统为日本JSW制造的型号为CMP335双螺杆挤压造粒机，设计能力达25～45吨/小时。
以下实施例中，纳米橡胶(VP101B，北京化工研究院提供)。
抗氧剂为3-(3,5双特丁基-4-羟基环己基)丙酸酯(1010)。辅助抗氧剂为三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(168)。
卤素吸收剂为硬脂酸钙。
实施例一
(1)丙烯在主催化剂、助催化剂和外给电子体的共同作用下，经预聚合反应器将丙烯聚合生成聚丙烯，助催化剂与丙烯的物质的量比为0.18，助催化剂与外给电子体的物质的量比为10，反应温度为20℃，反应压力为3.4MPa，反应时间为8分钟。
(2)由步骤(1)得到的预聚合反应产物与新鲜丙烯和氢气进入第一环管反应器继续进行聚合反应，控制进入第一环管反应器的氢气浓度为1100ppm，反应温度为70℃，反应压力为3.4MPa，反应时间为45分钟。
(3)由步骤(2)得到的聚合反应产物与新鲜丙烯和氢气进入第二环管反应器继续进行聚合，控制进入第二环管反应器的氢气浓度为1100ppm，反应温度为70℃，反应压力为3.4MPa，反应时间为25分钟。
(4)由步骤(3)得到的聚丙烯粉料与纳米橡胶0.3份、抗氧剂0.1份、辅助抗氧剂0.1份、卤素吸收剂0.05份，混合均匀后，经挤出机挤出，挤出机的负荷为32吨/小时，螺杆转速为244转/分钟，挤出机各段筒体温度为200℃，冷却水温度为58℃，制备得到的耐热抗冲聚丙烯专用料，其性能参见表1。
实施例二
(1)丙烯在主催化剂、助催化剂和外给电子体的共同作用下，经预聚合反应器将丙烯聚合生成聚丙烯，助催化剂与丙烯的物质的量比为0.22，助催化剂与外给电子体的物质的量比为8，反应温度为20℃，反应压力为3.4MPa，反应时间为10分钟。
(2)由步骤(1)得到的预聚合反应产物与新鲜丙烯和氢气进入第一环管反应器继续进行聚合反应，控制进入第一环管反应器的氢气浓度为1100ppm，反应温度为70℃，反应压力为3.4MPa，反应时间为48分钟。
(3)由步骤(2)得到的聚合反应产物与新鲜丙烯和氢气进入第二环管反应器继续进行聚合，控制进入第二环管反应器的氢气浓度为1100ppm，反应温度为70℃，反应压力为3.4MPa，反应时间为27分钟。
(4)由步骤(3)得到的聚丙烯粉料与纳米橡胶0.3份、抗氧剂0.1份、辅助抗氧剂0.1份、卤素吸收剂0.05份，混合均匀后，经挤出机挤出，挤出机的负荷为34吨/小时，螺杆转速为244转/分钟，挤出机各段筒体温度为200℃，冷却水温度为60℃，制备得到的耐热抗冲聚丙烯专用料，其性能参见表1。
实施例三
(1)丙烯在主催化剂、助催化剂和外给电子体的共同作用下，经预聚合反应器将丙烯聚合生成聚丙烯，助催化剂与丙烯的物质的量比为0.2，助催化剂与外给电子体的物质的量比为12，反应温度为20℃，反应压力为3.4MPa，反应时间为9分钟。
(2)由步骤(1)得到的预聚合反应产物与新鲜丙烯和氢气进入第一环管反应器继续进行聚合反应，控制进入第一环管反应器的氢气浓度为1100ppm，反应温度为70℃，反应压力为3.4MPa，反应时间为50分钟。
(3)由步骤(2)得到的聚合反应产物与新鲜丙烯和氢气进入第二环管反应器继续进行聚合，控制进入第二环管反应器的氢气浓度为1100ppm，反应温度为70℃，反应压力为3.4MPa，反应时间为26分钟。
(4)由步骤(3)得到的聚丙烯粉料与纳米橡胶0.3份、抗氧剂0.1份、辅助抗氧剂0.1份、卤素吸收剂0.05份，混合均匀后，经挤出机挤出，挤出机的负荷为35吨/小时，螺杆转速为244转/分钟，挤出机各段筒体温度为200℃，冷却水温度为62℃，制备得到的耐热抗冲聚丙烯专用料，其性能参见表1。
表1：
上表结果显示，本发明制得的聚丙烯材料具有高的等规度、很好的刚性、优良的抗冲击性能和很高的耐热性能，符合家电材料加工要求。
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)

1.一种耐热抗冲聚丙烯材料的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
(1)丙烯在主催化剂、助催化剂和外给电子体的共同作用下，在预聚合反应器预聚合生成聚丙烯，助催化剂与丙烯的物质的量比为0.15～0.25，助催化剂与外给电子体的物质的量比为5～15，反应温度为15-25℃，反应压力为3.4MPa，反应时间为8～15分钟；
(2)由步骤(1)得到的预聚合反应产物与新鲜丙烯和氢气进入第一环管反应器继续进行聚合反应，进入第一环管反应器的氢气浓度为800-1300ppm，反应温度为50-80℃，反应压力为3.4MPa，反应时间最好为45～50分钟；
(3)由步骤(2)得到的聚合反应产物与新鲜丙烯和氢气进入第二环管反应器继续进行聚合，进入第二环管反应器的氢气浓度为800-1300ppm，反应温度为50-80℃，反应压力为3.4MPa，反应时间最好为45～50分钟，合成聚乙烯粉料；
(4)聚丙烯粉料和纳米橡胶、抗氧剂、辅助抗氧剂、卤素吸收剂混合，然后加入挤出机中挤出造粒。
2.根据权利要求1所述的耐热抗冲聚丙烯材料的制备方法，其特征是，步骤(1)所述外给电子体为二环戊基二甲氧基硅烷；所述主催化剂为大型球形催化剂；助催化剂为三乙基铝。
3.根据权利要求1所述的耐热抗冲聚丙烯材料的制备方法，其特征是，步骤(4)所述挤出机中的负荷为30～35吨/小时，螺杆转速为160～250转/分钟，挤出筒体温度为180～230℃，冷却水温度为55～65℃。
4.根据权利要求1所述的耐热抗冲聚丙烯材料的制备方法，其特征是，所述步骤(4)的纳米橡胶为硫化橡胶。
5.根据权利要求1所述的耐热抗冲聚丙烯材料的制备方法，其特征是，所述步骤(4)的卤素吸收剂为硬脂酸钙。
6.根据权利要求1所述的耐热抗冲聚丙烯材料的制备方法，其特征是，所述步骤(4)的抗氧剂与辅助抗氧剂的比例为1﹕(0.5～2)。
7.根据权利要求6所述的耐热抗冲聚丙烯材料的制备方法，其特征是，所述抗氧剂为酚类抗氧剂，包括但不限于3-(3,5双特丁基-4-羟基环己基)丙酸酯；所述辅助抗氧剂为磷酸酯类抗氧剂，包括但不限于三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯。
8.根据权利要求1-7任一项所述的耐热抗冲聚丙烯材料的制备方法，其特征是，所述步骤(4)中聚丙烯90.5～99.8份，纳米橡胶0.5～5份，抗氧剂0.1～2份，辅助抗氧剂0.1～2份，卤素吸收剂0.01～1份。
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