CN109486023A - 一种钢衬塑改性聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

一种钢衬塑改性聚丙烯材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于高分子复合材料技术领域,具体涉及一种钢衬塑改性聚丙烯材料及其制备方法。一种钢衬塑改性聚丙烯材料，由以下成分以重量份制备而成：复合聚丙烯100份、热稳定剂0.5‑3份、成核剂0.5‑1份、改性石墨烯0.5‑1份、增韧剂5‑15份、无机纳米填料10‑20份、分散剂1‑5份。本发明采用传统增韧剂提高无规共聚聚丙烯管的低温韧性，同时利用热稳定剂、成核剂、改性石墨烯和无机纳米填料协同作用，还极大提高了无规共聚聚丙烯管的强度和耐热性，增加制品尺寸稳定性；本发明制备方法简单，便于操作，效率高，成本低。

Description

一种钢衬塑改性聚丙烯材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子复合材料技术领域,具体涉及一种钢衬塑改性聚丙烯材料及其制备方法。
背景技术
随着我国经济的快速发展和人民生活质量的不断提高，城市的快速发展建设,很多场合需要大型管路输送气体、液体、甚至流态化固体。很多管路输送的气体，液体或液态化固体，本身就是易燃、易腐蚀、易爆物品，这种场合下，对传输管路有较高的要求，如抗燃、防静电、耐磨、耐腐蚀、抗渗漏等。因此，传统的工程规范只能使用铸铁管，或大口径钢管，它的重量大，锈蚀太快，如果考虑到摩擦损耗会导致使用成本太高，所以往往投资很大。钢塑复合管是近年来快速发展的一种新型管道,它以钢管、钢带或钢骨架为基体，与各种类型的塑料(如聚丙烯，聚乙烯，聚氯乙烯，尼龙等)经复合而成。一种优质、高效、高强度、绿色环保、价格适中的新型复合管材。这几年受国家产业政策支持和广大用户认同，发展迅速，市场潜力巨大。它是利用金属的刚性和塑料的耐化学腐蚀性以及塑料管材内壁光滑、积垢少、流体阻力小等优点。因此，钢塑复合管在工农业生产和日常生活以及城市建设中得到了广泛的应用。
无规共聚聚丙烯管材除了具有一般塑料管材质量轻、强度好、耐腐蚀和使用寿命长等优点外，还具有其它优点：内壁光滑；流动阻力小而且不结垢；安装操作简单方便；具有可焊性，可在几秒钟内焊接在一起；无规共聚聚丙烯管材在生产和施工工程中产生的废品可回收利用；能降低生产成本；不污染环境。无规共聚聚丙烯管材刚性低，在高温下易变形，因而在输送高温液体时易发生弯曲变形，另外无规共聚聚丙烯低温韧性差，当环境温度低于0℃时，低温韧性急剧下降。因此，怎么样在保持原料原有性能的基础上如何进一步提高无规共聚聚丙烯耐高温变形、耐低温增韧、增加制品尺寸稳定性、降低成型收缩率、提高刚性是摆在塑料加工行业面前的一道难题。
发明内容
基于上述背景和问题，本发明的目的在于提供一种钢衬塑改性聚丙烯材料及其制备方法。本发明采用传统增韧剂提高无规共聚聚丙烯管的低温韧性，同时利用热稳定剂、成核剂、改性石墨烯和无机纳米填料协同作用，还极大提高了无规共聚聚丙烯管的强度和耐热性。
为实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：
一种钢衬塑改性聚丙烯材料，由以下成分以重量份制备而成：
复合聚丙烯100份
热稳定剂0.5-3份
成核剂0.5-1份
改性石墨烯0.5-1份
增韧剂5-15份
无机纳米填料10-20份
分散剂1-5份。
进一步，上述的复合聚丙烯由以下组分的重量份数组成:
茂金属聚丙烯30-40份
无规共聚聚丙烯60-70份。
具体地，上述的热稳定剂为钙锌复合稳定剂、有机锡稳定剂、稀土类稳定剂中的一种或几种。
具体地，上述的成核剂为双(对特丁基苯氧基)磷酸钠、亚甲基双(2，4-二叔丁基苯基)磷酸酯钠、2，2-亚甲基双(4，6-二叔丁基苯氧基)磷酸铝中的一种或几种。
具体地，上述的改性石墨烯按如下方法制备：(1)先将1-3份二硫化钼分散在质量分数为60-70％的次氯酸钠溶液中，再加入3-8份石墨烯高速搅拌8-12h，抽滤，滤饼放入无水乙醇中超声20-30min，在60-80℃真空干燥3-5h，得到氧化改性的石墨烯；(2)将5-10份硅烷偶联剂KH 550和1-3份氧化改性的石墨烯分散在氨水中，在温度为50-70℃条件下超声3-5h，静置1-2h，过滤，在60-80℃真空干燥24h，即得到改性石墨烯。
具体地，上述的增韧剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三元嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯三元嵌段共聚物中的一种或两种。
具体地，上述的无机纳米填料为碳酸钙、二氧化硅、滑石粉中的一种或几种。
具体地，上述的分散剂为聚乙烯蜡、乙烯-醋酸乙烯蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌中的一种或几种。
进一步，一种钢衬塑改性聚丙烯材料的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)按照重量份配方，复合聚丙烯、热稳定剂、成核剂、改性石墨烯、增韧剂、无机纳米填料、分散剂置于高速分散机中，保持转速1200-1500r/min，高速分散20-30min；
(2)将混合均匀后的物料投放进锥形双螺杆挤出机，双螺杆挤出机进料段的温度为170-180℃，压缩段为180-210℃，塑化段为210-220℃，均化段为200-220℃，模口温度为190-200℃，双螺杆挤出机转速为200-300r/min；
(3)将步骤(2)得到的粒料冷却后用球磨机粉碎，转速为300-400r/min，球磨时间2-4h；
(4)将步骤(3)得到的物料加入到真空干燥箱中，在70-80℃条件下，干燥5-6h后得到钢衬塑改性聚丙烯材料。
本发明具有的有益效果：
(1)本发明的一种衬塑改性聚丙烯材料，将石墨预氧化处理，使石墨烯表面产生含氧活性基团，含氧基团可显著提高石墨烯于硅烷偶联剂的作用能力，使界面形成化学键，不但利于石墨烯在聚丙烯树脂材料的分散性，赋予材料诸多石墨烯优异的性能，而且大大改善了界面粘结强度，有利于增强材料之前的界面结合强度，其与热稳定剂、成核剂、无机纳米填料协同作用，极大的提高了无规共聚聚丙烯管的耐热性，增加制品尺寸稳定性。
(2)本发明的一种衬塑改性聚丙烯材料，采用传统增韧剂提高无规共聚聚丙烯管的低温韧性。
(3)本发明的一种衬塑改性聚丙烯材料制备方法简单，便于操作，效率高，成本低。
具体实施方式
现在结合实施例对本发明作进一步详细的说明：
实施例1
一种钢衬塑改性聚丙烯材料，由以下成分以重量份制备而成：
茂金属聚丙烯30份
无规共聚聚丙烯70份
钙锌复合稳定剂1.5份
双(对特丁基苯氧基)磷酸钠0.5份
改性石墨烯0.5份
苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三元嵌段共聚物10份
碳酸钙15份
聚乙烯蜡3份
其中，改性石墨烯按如下方法制备：(1)先将1-3份二硫化钼分散在质量分数为60-70％的次氯酸钠溶液中，再加入3-8份石墨烯高速搅拌8-12h，抽滤，滤饼放入无水乙醇中超声20-30min，在60-80℃真空干燥3-5h，得到氧化改性的石墨烯；(2)将5-10份硅烷偶联剂KH550和1-3份氧化改性的石墨烯分散在氨水中，在温度为50-70℃条件下超声3-5h，静置1-2h，过滤，在60-80℃真空干燥24h，即得到改性石墨烯。
所用茂金属聚丙烯选自日本三井化学，型号为PN0040；无规共聚聚丙烯选自扬子石化，型号PPR-C4220；热稳定剂钙锌复合稳定剂选自郑州冠达化工产品有限公司，型号4500；有机锡稳定剂选自郑州中润化工产品有限公司，型号181、稀土类稳定剂选自江阴市合力塑料助剂厂，型号103；成核剂双(对特丁基苯氧基)磷酸钠选自日本旭化电公司，型号：NA-10；亚甲基双(2，4-二叔丁基苯基)磷酸酯钠选自日本旭化电公司，型号：NA-11；2，2-亚甲基双(4，6-二叔丁基苯氧基)磷酸铝选自日本旭化电公司，型号：NA-21；石墨烯选自常州二维碳素科技公司；苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三元嵌段共聚物选自巴陵石化，型号：YH-815；苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯三元嵌段共聚物选自巴陵石化，型号：1126；无机纳米填料碳酸钙选自建德市和谐重钙厂，型号:HX-2000、二氧化硅选自寿光市恒泰新材料有限公司，型号：T-220X、滑石粉选自苏州名匠精细化工有限公司，型号M-2000；分散剂聚乙烯蜡、乙烯-醋酸乙烯蜡均选自广东巴斯夫公司，型号分别为AC-6，AC-7、硬脂酸钙、硬脂酸锌均选自上海慧罗贸易有限公司，型号分别为CZ-11，CZ-12。
一种钢衬塑改性聚丙烯材料的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)按照重量份配方，复合聚丙烯、热稳定剂、成核剂、改性石墨烯、增韧剂、无机纳米填料、分散剂置于高速分散机中，保持转速1200-1500r/min，高速分散20-30min；
(2)将混合均匀后的物料投放进锥形双螺杆挤出机，双螺杆挤出机进料段的温度为170-180℃，压缩段为180-210℃，塑化段为210-220℃，均化段为200-220℃，模口温度为190-200℃，双螺杆挤出机转速为200-300r/min；
(3)将步骤(2)得到的粒料冷却后用球磨机粉碎，转速为300-400r/min，球磨时间2-4h；
(4)将步骤(3)得到的物料加入到真空干燥箱中，在70-80℃条件下，干燥5-6h后得到钢衬塑改性聚丙烯材料。
实施例2-4和对比例1-2与实施例1基本相同，不同之处如表1所示：
表1
性能评价方式及实行标准：
将上述造粒好的粒子拿一部分出来在90-100℃的鼓风烘箱中干燥2-3h，然后在注塑成型机上注塑成型制样。
实施例1-4与对比例1-2各项性能测试结果如表2
表2
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种钢衬塑改性聚丙烯材料，其特征在于，由以下成分以重量份制备而成：
复合聚丙烯100份
热稳定剂0.5-3份
成核剂0.5-1份
改性石墨烯0.5-1份
增韧剂5-15份
无机纳米填料10-20份
分散剂1-5份。
2.如权利要求1所述的一种钢衬塑改性聚丙烯材料，其特征在于，所述的复合聚丙烯由以下组分的重量份数组成:
茂金属聚丙烯30-40份
无规共聚聚丙烯60-70份。
3.如权利要求1所述的一种钢衬塑改性聚丙烯材料，其特征在于，所述的热稳定剂为钙锌复合稳定剂、有机锡稳定剂、稀土类稳定剂中的一种或几种。
4.如权利要求1所述的一种钢衬塑改性聚丙烯材料，其特征在于，所述的成核剂为双(对特丁基苯氧基)磷酸钠、亚甲基双(2，4-二叔丁基苯基)磷酸酯钠、2，2-亚甲基双(4，6-二叔丁基苯氧基)磷酸铝中的一种或几种。
5.如权利要求1所述的一种钢衬塑改性聚丙烯材料，其特征在于，所述的改性石墨烯按如下方法制备：(1)先将1-3份二硫化钼分散在质量分数为60-70％的次氯酸钠溶液中，再加入3-8份石墨烯高速搅拌8-12h，抽滤，滤饼放入无水乙醇中超声20-30min，在60-80℃真空干燥3-5h，得到氧化改性的石墨烯；(2)将5-10份硅烷偶联剂KH 550和1-3份氧化改性的石墨烯分散在氨水中，在温度为50-70℃条件下超声3-5h，静置1-2h，过滤，在60-80℃真空干燥24h，即得到改性石墨烯。
6.如权利要求1所述的一种钢衬塑改性聚丙烯材料，其特征在于，所述的增韧剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三元嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯三元嵌段共聚物中的一种或两种。
7.如权利要求1所述的一种钢衬塑改性聚丙烯材料，其特征在于，所述的无机纳米填料为碳酸钙、二氧化硅、滑石粉中的一种或几种。
8.如权利要求1所述的一种钢衬塑改性聚丙烯材料，其特征在于，所述的分散剂为聚乙烯蜡、乙烯-醋酸乙烯蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌中的一种或几种。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的钢衬塑改性聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)按照重量份配方，复合聚丙烯、热稳定剂、成核剂、改性石墨烯、增韧剂、无机纳米填料、分散剂置于高速分散机中，保持转速1200-1500r/min，高速分散20-30min；
(2)将混合均匀后的物料投放进锥形双螺杆挤出机，双螺杆挤出机进料段的温度为170-180℃，压缩段为180-210℃，塑化段为210-220℃，均化段为200-220℃，模口温度为190-200℃，双螺杆挤出机转速为200-300r/min；
(3)将步骤(2)得到的粒料冷却后用球磨机粉碎，转速为300-400r/min，球磨时间2-4h；
(4)将步骤(3)得到的物料加入到真空干燥箱中，在70-80℃条件下，干燥5-6h后得到钢衬塑改性聚丙烯材料。
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