CN109517268A - 一种高极性聚烯烃材料及其制备方法 - Google Patents

一种高极性聚烯烃材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高极性聚烯烃材料及其制备方法，属于材料技术领域。本发明的材料包括以下重量份数的组分：聚烯烃70‑90份，填充剂6‑20份，极性添加剂1‑15份，相容剂2‑10份，纳米协效剂0.5‑2份，其他助剂0.5‑2份。并公开了制备方法。本发明材料具有优良的加工流动性、良好的机械性能、高的尺寸稳定性等特点，成型周期短，制品外观好，也可满足注塑等产品进行更加轻量化薄壁化设计，降低产品的材料和制造成本；同时，本发明材料制备方法工艺操作易行、生产效率高、易于实现工业化。

Description

一种高极性聚烯烃材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高极性聚烯烃材料及其制备方法，属于材料技术领域。
背景技术
聚烯烃是石化行业乃是国民工业经济非常重要的原材料，但通常，聚烯烃属于非极性材料,表面能非常低,与大多数极性物质相容性差,不易润湿，附着或粘接力差，影响产品的表观质量，一般是在后期增大表面处理工作，但是会延长了产品流程，亦会带来环境等问题。
为了改善聚烯烃与极性物质的相容性, 一般是通过在聚烯烃上引入极性基团来解决。在聚烯烃分子链上接枝马来酸酐等官能基团，但此类方法面临的问题很突出，比如：1、在接枝反应发生过程中，很容易产生严重的分子链降解，导致材料本身机械、耐热等性能下降，同时还会造成残留，产生毒性危害；2、此种方法接枝率有限，最多不超过1%，很难有效改善聚烯烃本身极性。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种高极性聚烯烃材料，使非极性聚烯烃材料获得了高极性特征，且材料具有优良的加工流动性、良好的机械性能、高的尺寸稳定性等特点。
为解决以上问题，本发明采用如下技术方案：
一种高极性聚烯烃材料，包括以下重量份数的组分：
聚烯烃70-90份
极性添加剂1-15份
纳米协效剂0.5-2份
相容剂2-10份
填充剂6-20份
其他助剂0.5-2份。
进一步的技术方案，所述聚烯烃为α-烯烃和环烯烃单独聚合或共聚合而得到的热塑性树脂中的一种,其中α-烯烃包括乙烯、丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、4-甲基-1-戊烯，聚烯烃优选聚丙烯。
进一步的技术方案，所述极性添加剂为聚乙烯醇、离子型聚合物、酰胺化聚烯烃、羧酸化聚烯烃、乙烯乙烯醇共聚物、活性硅醇中的一种，优选离子型聚合物，例如：2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸钠，乙烯-甲基丙烯酸钠，聚苯乙烯磺酸钾等。
进一步的技术方案，所述纳米协效剂为纳米稀土化合物。
进一步的技术方案，所述的纳米稀土化合物为纳米氧化铈、纳米氧化镧、纳米氧化钕中一种，优选纳米氧化铈。
进一步的技术方案，所述填充剂为滑石粉、碳酸钙、硫酸钡、玻璃微珠中的一种，优选滑石粉;
所述相容剂为马来酸酐接枝聚烯烃、聚烯烃酯型环氧树脂、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚烯烃中的一种，优选聚烯烃酯型环氧树脂。
进一步的技术方案，所述其他助剂为抗氧剂、润滑剂中的一种或者两种。
进一步的技术方案，抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂624中的一种或两种以上的组合，优选抗氧剂1010；
润滑剂为硬脂酸钙、EBS、聚乙烯蜡中的一种，优选硬脂酸钙。
一种高极性聚烯烃材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照重量份数，将极性添加剂1-15份，相容剂2-10份，纳米协效剂0.5-2份，其他助剂0.5-2份，加入到混料机中，预混3-6min， 得到混合物；然后进入密炼机，在175-205℃温度下进行充分混炼3-5min，得混炼物。
（2）将步骤（1）得到的混炼物和聚烯烃70-90份，通过料斗加入双螺杆挤出机中，将填充剂6-20份，通过侧喂料机引入挤出机中，经塑化、挤出、拉条、风干、造粒，得到具有高极性特征的聚烯烃复合材料。
进一步的技术方案， 所述的步骤（2）中挤出机温度设置一区至机头：180-230℃。
有益效果
与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：
1、本发明采用本身具有大量极性官能团的高极性大分子聚合物使非极性聚烯烃材料获得了高极性特征，解决了现有接枝改性方法中，分子链容易降解问题，同时环保无害；借助纳米协效剂特有的纳米效应，有效降低实现极性添加剂和聚烯烃材料界面粘接的表面能逾渗阈值，与相容剂的协效作用，显著改善两种极性差别大的材料的润湿效果，有效增强二者界面结合强度，使得高极性材料在聚烯烃材料中实现有效分散，获得内外部极性均匀的极性聚烯烃材料，同时，极性添加剂的高分子长链结构使得其迁移速度大幅下降，使复合材料极性保留时间更长，实现长期稳定的极性效果，满足产品使用和实验要求。
2、本发明材料具有优良的加工流动性、良好的机械性能、高的尺寸稳定性等特点，成型周期短，制品外观好，也可满足注塑等产品进行更加轻量化薄壁化设计，降低产品的材料和制造成本；
3、本发明材料制备方法工艺操作易行、生产效率高、易于实现工业化。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例
一种高极性聚烯烃材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照重量份数，将极性添加剂1-15份，相容剂2-10份，纳米协效剂0.5-2份，其他助剂0.5-2份，加入到混料机中，预混3-6min， 得到混合物；然后进入密炼机，在175-205℃温度下进行充分混炼3-5min，得混炼物。
（2）将步骤（1）得到的混炼物和聚烯烃70-90份，通过料斗加入双螺杆挤出机中，将填充剂6-20份，通过侧喂料机引入挤出机中，经塑化、挤出、拉条、风干、造粒，得到具有高极性特征的聚烯烃复合材料；其中，挤出机温度设置一区至机头：180-230℃。
所述聚烯烃为α-烯烃和环烯烃单独聚合或共聚合而得到的热塑性树脂中的一种,其中α-烯烃包括乙烯、丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、4-甲基-1-戊烯，聚烯烃优选聚丙烯。
所述极性添加剂为聚乙烯醇、离子型聚合物、酰胺化聚烯烃、羧酸化聚烯烃、乙烯乙烯醇共聚物、活性硅醇中的一种，优选离子型聚合物，例如：2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸钠，乙烯-甲基丙烯酸钠，聚苯乙烯磺酸钾等。
所述纳米协效剂为纳米稀土化合物。所述的纳米稀土化合物为纳米氧化铈、纳米氧化镧、纳米氧化钕中一种，优选纳米氧化铈。
所述填充剂为滑石粉、碳酸钙、硫酸钡、玻璃微珠中的一种，优选滑石粉;
所述相容剂为马来酸酐接枝聚烯烃、聚烯烃酯型环氧树脂、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚烯烃中的一种，优选聚烯烃酯型环氧树脂。
所述其他助剂为抗氧剂、润滑剂中的一种或者两种。抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂624中的一种或两种以上的组合，优选抗氧剂1010；
润滑剂为硬脂酸钙、EBS、聚乙烯蜡中的一种，优选硬脂酸钙。
根据上述制备方法，对比例1、实施例1、实施例2、实施例3、实施例4，具体配方如下表所示：
组分 对比例1 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
聚丙烯 70 70 90 75
聚乙烯 80
聚乙烯醇 15
2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸钠 5
酰胺化聚丙烯 10
活性硅醇 1
聚乙烯酯型环氧树脂 0.5 2
马来酸酐接枝聚乙烯 8 5
甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯 3
纳米氧化钕 1
纳米氧化铈 0.5 1
纳米氧化镧 2
滑石粉 20 20 10
碳酸钙 6 15
硬脂酸钙 0.3 0.3 0.4
聚乙烯蜡 1 0.5
抗氧剂1010 0.3 0.1 0.5 0.3 0.2
抗氧剂168 0.2 0.1 0.5 0.3 0.4
对上表中的对比例和实施例进行检测，性能结果如下表所示：
本发明产品对比例与实施例性能表
检测项目 标准 对比例1 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
熔体流动速率/g/10min ISO 1133 15 32 24 43 32
拉伸强度/MPa ISO 527 19 21 20 23 18
弯曲模量/MPa ISO 178 1700 2450 1850 1910 2320
悬臂梁缺口冲击强度/kJ/m2（23℃） ISO 179 10 15 22 28 18
收缩率/% JL法 1.2 0.62 0.72 0.51 0.56
表面张力/达因 达因笔法 30 62 56 60 50
通过以上表格，可以看出，与对比例1相比，本发明聚烯烃材料具有高达因值，意味着本发明聚烯烃材料具有更高极性；另外，与对比例1相比，本发明材料具有更高强度、更高流动性、更高模量和更低收缩率，这些特点使得本发明材料有利于产品尺寸稳定以及产品结构进一步优化。
以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高极性聚烯烃材料，其特征在于，包括以下重量份数的组分：
聚烯烃70-90份
极性添加剂1-15份
纳米协效剂0.5-2份
相容剂2-10份
填充剂6-20份
其他助剂0.5-2份。
2.根据权利要求1所述一种高极性聚烯烃材料，其特征在于：所述聚烯烃为α-烯烃和环烯烃单独聚合或共聚合而得到的热塑性树脂中的一种,其中α-烯烃包括乙烯、丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、4-甲基-1-戊烯。
3.根据权利要求2所述一种高极性聚烯烃材料，其特征在于：所述聚烯烃为聚丙烯。
4.根据权利要求1所述一种高极性聚烯烃材料，其特征在于：所述极性添加剂为聚乙烯醇、离子型聚合物、酰胺化聚烯烃、羧酸化聚烯烃、乙烯乙烯醇共聚物、活性硅醇中的一种；
所述纳米协效剂为纳米稀土化合物。
5.根据权利要求4所述一种高极性聚烯烃材料，其特征在于：所述极性添加剂为离子型聚合物，离子型聚合物为2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸钠、乙烯-甲基丙烯酸钠、聚苯乙烯磺酸钾中一种；
所述纳米稀土化合物为纳米氧化铈、纳米氧化镧、纳米氧化钕中一种。
6.根据权利要求5所述一种高极性聚烯烃材料，其特征在于：所述纳米稀土化合物为纳米氧化铈。
7.根据权利要求1所述一种高极性聚烯烃材料，其特征在于：所述填充剂为滑石粉、碳酸钙、硫酸钡、玻璃微珠中的一种;
所述相容剂为马来酸酐接枝聚烯烃、聚烯烃酯型环氧树脂、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚烯烃中的一种；
所述其他助剂为抗氧剂、润滑剂；其中，抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂624中的一种或两种以上的组合；
润滑剂为硬脂酸钙、EBS、聚乙烯蜡中的一种。
8.根据权利要求7所述一种高极性聚烯烃材料，其特征在于：所述填充剂为滑石粉；
所述相容剂为聚烯烃酯型环氧树脂；
所述抗氧剂为抗氧剂1010；
所述润滑剂为硬脂酸钙；
所述其他助剂为抗氧剂、润滑剂；抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂624中的一种或两种以上的组合；
润滑剂为硬脂酸钙、EBS、聚乙烯蜡中的一种，优选硬脂酸钙。
9.权利要求1-8任一项所述一种高极性聚烯烃材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）按照重量份数，将极性添加剂1-15份，相容剂2-10份，纳米协效剂0.5-2份，其他助剂0.5-2份，加入到混料机中，预混3-6min， 得到混合物；然后进入密炼机，在175-205℃温度下进行充分混炼3-5min，得混炼物；
（2）将步骤（1）得到的混炼物和聚烯烃70-90份，通过料斗加入双螺杆挤出机中，将填充剂6-20份，通过侧喂料机引入挤出机中，经塑化、挤出、拉条、风干、造粒，得到具有高极性特征的聚烯烃复合材料。
10.根据权利要求9所述一种高极性聚烯烃材料的制备方法，其特征在于： 所述的步骤（2）中挤出机温度设置一区至机头：180-230℃。
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