CN109535545A - 一种新型高刚聚丙烯改性材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种新型高刚聚丙烯改性材料，由包括以下组分的原料制备而成：均聚聚丙烯10000重量份；抗氧剂10重量份～20重量份；成核剂5重量份～20重量份；润滑剂5重量份～15重量份；所述均聚聚丙烯的重均分子量为200000～300000，数均分子量为40000～60000，分子量分布为4～6。与现有技术相比，本发明提供的新型高刚聚丙烯改性材料以特定分子量及分子量分布的均聚聚丙烯为基础材料，配合其他特定含量组分，实现较好的相互作用，得到的新型高刚聚丙烯改性材料同时具有高强度、高模量及高耐热性。实验结果表明，本发明提供的新型高刚聚丙烯改性材料的热变形温度在105℃以上，悬臂梁冲击强度在3kJ/m2以上，弯曲应力最大值在39MPa以上，弯曲弹性模量在1680MPa以上，拉伸弹性模量在1750MPa以上。

Description

一种新型高刚聚丙烯改性材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，更具体地说，是涉及一种新型高刚聚丙烯改性材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯作为通用的塑料材料，具有良好的化学稳定性、加工性能和相对便宜的价格；但是聚丙烯也存在着强度、模量、硬度低，耐低温冲击强度小等问题，因此需要对其进行改性，以满足下游市场的需求。
高刚性聚丙烯与一般聚丙烯相比，具有刚性高、拉伸强度高、耐热性良好、成型周期短等特点，如高刚性聚丙烯的热变形温度相比一般聚丙烯可提高10％以上，热变形温度为80℃～100℃，悬臂梁冲击强度为2.50kJ/m2～2.63kJ/m2，弯曲应力最大值为20MPa～30MPa，弯曲弹性模量1000MPa～1300MPa，拉伸弹性模量1200MPa～1500MPa；可应用于高温环境以及对制品有高强度、高刚性要求的领域，如制作洗碗机、咖啡壶、电风扇、烤面包机、电饭煲、电水壶等小家电制品。
但是，随着人们对高刚性聚丙烯性能的要求越来越高，现有技术中的高刚性聚丙烯的力学性能和耐热性能在很多方面已不能满足要求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种新型高刚聚丙烯改性材料及其制备方法，本发明提供的新型高刚聚丙烯改性材料同时具有高强度、高模量及高耐热性。
本发明提供了一种新型高刚聚丙烯改性材料，由包括以下组分的原料制备而成：
均聚聚丙烯10000重量份；
抗氧剂10重量份～20重量份；
成核剂5重量份～20重量份；
润滑剂5重量份～15重量份；
所述均聚聚丙烯的重均分子量为200000～300000，数均分子量为40000～60000，分子量分布为4～6。
优选的，所述抗氧剂选自抗氧剂1010和/或抗氧剂168。
优选的，所述成核剂选自NA-21和/或TMP-6。
优选的，所述润滑剂选自硬脂酸锌和/或硬脂酸钙。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的新型高刚聚丙烯改性材料的制备方法，包括以下步骤：
a)将均聚聚丙烯、抗氧剂、成核剂和润滑剂进行混合，得到原料混合物；
b)将步骤a)得到的原料混合物在双螺杆挤出机中进行熔融共混，再挤出造粒，得到新型高刚聚丙烯改性材料。
优选的，步骤a)中所述混合的方式为高速搅拌。
优选的，所述高速搅拌的转速为270r/min～300r/min，时间为25min～40min。
优选的，步骤b)中所述熔融共混的温度为190℃～230℃。
优选的，步骤b)中所述挤出造粒的过程中，螺杆转速为220r/min～250r/min。
优选的，步骤b)中所述挤出造粒的喂料频率为4.5Hz～5Hz，切料频率为13Hz～15Hz。
本发明提供了一种新型高刚聚丙烯改性材料，由包括以下组分的原料制备而成：均聚聚丙烯10000重量份；抗氧剂10重量份～20重量份；成核剂5重量份～20重量份；润滑剂5重量份～15重量份；所述均聚聚丙烯的重均分子量为200000～300000，数均分子量为40000～60000，分子量分布为4～6。与现有技术相比，本发明提供的新型高刚聚丙烯改性材料以特定分子量及分子量分布的均聚聚丙烯为基础材料，配合其他特定含量组分，实现较好的相互作用，得到的新型高刚聚丙烯改性材料同时具有高强度、高模量及高耐热性。实验结果表明，本发明提供的新型高刚聚丙烯改性材料的热变形温度在105℃以上，悬臂梁冲击强度在3kJ/m2以上，弯曲应力最大值在39MPa以上，弯曲弹性模量在1680MPa以上，拉伸弹性模量在1750MPa以上；可应用于高温环境以及对制品有高强度、高刚性要求的领域。
此外，本发明提供的制备方法工艺简单，易操作、控制，适合大规模工业生产。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种新型高刚聚丙烯改性材料，由包括以下组分的原料制备而成：
均聚聚丙烯10000重量份；
抗氧剂10重量份～20重量份；
成核剂5重量份～20重量份；
润滑剂5重量份～15重量份；
所述均聚聚丙烯的重均分子量为200000～300000，数均分子量为40000～60000，分子量分布为4～6。
在本发明中，所述均聚聚丙烯的重均分子量(Mw)为200000～300000，优选为238137～273357；所述均聚聚丙烯的数均分子量(Mn)为40000～60000，优选为46714～57281；所述均聚聚丙烯的分子量分布(Pd)为4～6，优选为4.4170～5.0955。本发明对所述均聚聚丙烯的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本发明中，所述新型高刚聚丙烯改性材料包括10000重量份的均聚聚丙烯。
在本发明中，所述抗氧剂优选选自抗氧剂1010和/或抗氧剂168，更优选为抗氧剂1010和抗氧剂168。在本发明优选的实施例中，所述抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168；所述抗氧剂1010和抗氧剂168的质量比优选为1：(1～1.2)，更优选为1：1。本发明对所述抗氧剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述抗氧剂1010和抗氧剂168的市售商品即可。在本发明中，所述新型高刚聚丙烯改性材料包括10重量份～20重量份的抗氧剂，优选为14重量份。
在本发明中，所述成核剂优选选自NA-21和/或TMP-6，更优选为NA-21或TMP-6。本发明对所述成核剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述NA-21和TMP-6的市售商品即可。在本发明中，所述新型高刚聚丙烯改性材料包括5重量份～20重量份的成核剂，优选为5重量份～15重量份。
在本发明中，所述润滑剂优选选自硬脂酸锌和/或硬脂酸钙，更优选为硬脂酸锌。本发明对所述润滑剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述硬脂酸锌和硬脂酸钙的市售商品即可。在本发明中，所述新型高刚聚丙烯改性材料包括5重量份～15重量份的成核剂，优选为6重量份。
本发明提供的新型高刚聚丙烯改性材料以特定分子量及分子量分布的均聚聚丙烯为基础材料，配合其他特定含量组分，实现较好的相互作用，得到的新型高刚聚丙烯改性材料同时具有高强度、高模量及高耐热性。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的新型高刚聚丙烯改性材料的制备方法，包括以下步骤：
a)将均聚聚丙烯、抗氧剂、成核剂和润滑剂进行混合，得到原料混合物；
b)将步骤a)得到的原料混合物在双螺杆挤出机中进行熔融共混，再挤出造粒，得到新型高刚聚丙烯改性材料。
本发明首先将均聚聚丙烯、抗氧剂、成核剂和润滑剂进行混合，得到原料混合物。在本发明中，所述均聚聚丙烯、抗氧剂、成核剂和润滑剂与上述技术方案中所述的相同，在此不再赘述。
在本发明中，所述混合的方式优选为高速搅拌；本发明对所述高速搅拌的设备没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的高速混合机即可。在本发明中，所述高速搅拌的转速优选为270r/min～300r/min，更优选为280r/min～285r/min；所述高速搅拌的时间优选为25min～40min，更优选为30min～35min。
得到所述原料混合物后，本发明将得到的原料混合物在双螺杆挤出机中进行熔融共混，再挤出造粒，得到新型高刚聚丙烯改性材料。在本发明中，所述熔融共混的温度优选为190℃～230℃，更优选为200℃～220℃。
在本发明中，所述挤出造粒的过程中，螺杆转速优选为220r/min～250r/min，更优选为230r/min～240r/min。
在本发明中，所述挤出造粒的喂料频率优选为4.5Hz～5Hz，更优选为4.8Hz～4.9Hz；所述挤出造粒的切料频率优选为13Hz～15Hz，更优选为14Hz～14.5Hz。
发明提供的制备方法工艺简单，易操作、控制，适合大规模工业生产。
本发明提供了一种新型高刚聚丙烯改性材料，由包括以下组分的原料制备而成：均聚聚丙烯10000重量份；抗氧剂10重量份～20重量份；成核剂5重量份～20重量份；润滑剂5重量份～15重量份；所述均聚聚丙烯的重均分子量为200000～300000，数均分子量为40000～60000，分子量分布为4～6。与现有技术相比，本发明提供的新型高刚聚丙烯改性材料以特定分子量及分子量分布的均聚聚丙烯为基础材料，配合其他特定含量组分，实现较好的相互作用，得到的新型高刚聚丙烯改性材料同时具有高强度、高模量及高耐热性。实验结果表明，本发明提供的新型高刚聚丙烯改性材料的热变形温度在105℃以上，悬臂梁冲击强度在3kJ/m2以上，弯曲应力最大值在39MPa以上，弯曲弹性模量在1680MPa以上，拉伸弹性模量在1750MPa以上；可应用于高温环境以及对制品有高强度、高刚性要求的领域。
此外，本发明提供的制备方法工艺简单，易操作、控制，适合大规模工业生产。
为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。本发明以下实施例所用的高刚性聚丙烯来自于山东京博石油化工有限公司产2017021503批号的均聚聚丙烯，重均分子量(Mw)为238137～273357，数均分子量(Mn)为46714～57281，分子量分布(Pd)为4.4170～5.0955；所用的抗氧剂1010和抗氧剂168由北京极易化工有限公司提供；所用的成核剂Na-21由日本旭电化公司提供；所用的成核剂TMP-6由山西化工研究院有限公司提供；所用的硬脂酸锌由江苏太湖新材料有限公司提供。
实施例1
(1)将10000重量份的高刚性聚丙烯、7重量份的抗氧剂1010、7重量份的抗氧剂168、10重量份的成核剂Na-21和6重量份的硬脂酸锌置于高速混合机中，在280r/min～285r/min的转速下搅拌30min～35min至均匀，得到原料混合物。
(2)将步骤(1)得到的原料混合物加入双螺杆挤出机，在200℃～220℃下进行熔融共混，再挤出造粒，所述挤出造粒的过程调整螺杆转速为230r/min～240r/min，喂料频率为4.8Hz～4.9Hz，切料频率为14Hz～14.5Hz，得到新型高刚聚丙烯改性材料。
实施例2
(1)将10000重量份的高刚性聚丙烯、7重量份的抗氧剂1010、7重量份的抗氧剂168、5重量份的成核剂Na-21和6重量份的硬脂酸锌置于高速混合机中，在280r/min～285r/min的转速下搅拌30min～35min至均匀，得到原料混合物。
(2)将步骤(1)得到的原料混合物加入双螺杆挤出机，在200℃～220℃下进行熔融共混，再挤出造粒，所述挤出造粒的过程调整螺杆转速为230r/min～240r/min，喂料频率为4.8Hz～4.9Hz，切料频率为14Hz～14.5Hz，得到新型高刚聚丙烯改性材料。
实施例3
(1)将10000重量份的高刚性聚丙烯、7重量份的抗氧剂1010、7重量份的抗氧剂168、15重量份的成核剂Na-21和6重量份的硬脂酸锌置于高速混合机中，在280r/min～285r/min的转速下搅拌30min～35min至均匀，得到原料混合物。
(2)将步骤(1)得到的原料混合物加入双螺杆挤出机，在200℃～220℃下进行熔融共混，再挤出造粒，所述挤出造粒的过程调整螺杆转速为230r/min～240r/min，喂料频率为4.8Hz～4.9Hz，切料频率为14Hz～14.5Hz，得到新型高刚聚丙烯改性材料。
实施例4
(1)将10000重量份的高刚性聚丙烯、7重量份的抗氧剂1010、7重量份的抗氧剂168、10重量份的成核剂TMP-6和6重量份的硬脂酸锌置于高速混合机中，在280r/min～285r/min的转速下搅拌30min～35min至均匀，得到原料混合物。
(2)将步骤(1)得到的原料混合物加入双螺杆挤出机，在200℃～220℃下进行熔融共混，再挤出造粒，所述挤出造粒的过程调整螺杆转速为230r/min～240r/min，喂料频率为4.8Hz～4.9Hz，切料频率为14Hz～14.5Hz，得到新型高刚聚丙烯改性材料。
实施例5
(1)将10000重量份的高刚性聚丙烯、7重量份的抗氧剂1010、7重量份的抗氧剂168、5重量份的成核剂TMP-6和6重量份的硬脂酸锌置于高速混合机中，在280r/min～285r/min的转速下搅拌30min～35min至均匀，得到原料混合物。
(2)将步骤(1)得到的原料混合物加入双螺杆挤出机，在200℃～220℃下进行熔融共混，再挤出造粒，所述挤出造粒的过程调整螺杆转速为230r/min～240r/min，喂料频率为4.8Hz～4.9Hz，切料频率为14Hz～14.5Hz，得到新型高刚聚丙烯改性材料。
实施例6
(1)将10000重量份的高刚性聚丙烯、7重量份的抗氧剂1010、7重量份的抗氧剂168、15重量份的成核剂TMP-6和6重量份的硬脂酸锌置于高速混合机中，在280r/min～285r/min的转速下搅拌30min～35min至均匀，得到原料混合物。
(2)将步骤(1)得到的原料混合物加入双螺杆挤出机，在200℃～220℃下进行熔融共混，再挤出造粒，所述挤出造粒的过程调整螺杆转速为230r/min～240r/min，喂料频率为4.8Hz～4.9Hz，切料频率为14Hz～14.5Hz，得到新型高刚聚丙烯改性材料。
实施例7
(1)将10000重量份的高刚性聚丙烯、14重量份的抗氧剂1010、10重量份的成核剂Na-21和6重量份的硬脂酸锌置于高速混合机中，在280r/min～285r/min的转速下搅拌30min～35min至均匀，得到原料混合物。
(2)将步骤(1)得到的原料混合物加入双螺杆挤出机，在200℃～220℃下进行熔融共混，再挤出造粒，所述挤出造粒的过程调整螺杆转速为230r/min～240r/min，喂料频率为4.8Hz～4.9Hz，切料频率为14Hz～14.5Hz，得到新型高刚聚丙烯改性材料。
实施例8
(1)将10000重量份的高刚性聚丙烯、14重量份的抗氧剂168、10重量份的成核剂Na-21和6重量份的硬脂酸锌置于高速混合机中，在280r/min～285r/min的转速下搅拌30min～35min至均匀，得到原料混合物。
(2)将步骤(1)得到的原料混合物加入双螺杆挤出机，在200℃～220℃下进行熔融共混，再挤出造粒，所述挤出造粒的过程调整螺杆转速为230r/min～240r/min，喂料频率为4.8Hz～4.9Hz，切料频率为14Hz～14.5Hz，得到新型高刚聚丙烯改性材料。
对比例1
高刚性聚丙烯。
对实施例1～6提供的新型高刚聚丙烯改性材料及对比例1的高刚性聚丙烯的各项性能进行测试(制作标准样条)，测试方法如下：
硬度：按照《GB/T 2411-2008塑料和硬橡胶使用硬度计测定压痕硬度(邵氏硬度)》测定；
热变形温度：按照《GB/T 1633-2000热塑性塑料维卡软化温度(VST)的测定》测定；
断裂拉伸应变、拉伸断裂应力、拉伸弹性模量、拉伸屈服强度：按照《GB/T1040.2-2006塑料拉伸性能的测定》测定；
弯曲应力最大值、弯曲弹性模量：按照《GB/T 9341-2008塑料弯曲性能的测定》测定；
悬臂梁冲击强度：按照《GB/T 1843-2008塑料悬臂梁冲击强度的测定》测定。
测试结果参见表1所示。
表1实施例1～6提供的新型高刚聚丙烯改性材料及对比例1的高刚性聚丙烯的各项性能数据
由表1可知，本发明实施例1～6提供的新型高刚聚丙烯改性材料相比对比例1的高刚性聚丙烯，热变形温度由80.2℃提高到105.1℃以上，悬臂梁冲击强度由2.63kJ/m2提高到3.01kJ/m2以上，弯曲应力最大值由31MPa提高到39.8MPa以上，弯曲弹性模量由1348提高到1689MPa以上，断裂拉伸应变由15.2％下降到14.3以下，拉伸断裂应力由27.6MPa提高到27.9以上，拉伸弹性模量由1543MPa提高到1756MPa以上，拉伸屈服强度由32.6MPa提高到35.6MPa以上；更加适用于在高温环境以及对制品有高强度、高刚性要求的领域应用。
所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种新型高刚聚丙烯改性材料，由包括以下组分的原料制备而成：
均聚聚丙烯10000重量份；
抗氧剂10重量份～20重量份；
成核剂5重量份～20重量份；
润滑剂5重量份～15重量份；
所述均聚聚丙烯的重均分子量为200000～300000，数均分子量为40000～60000，分子量分布为4～6。
2.根据权利要求1所述的新型高刚聚丙烯改性材料，其特征在于，所述抗氧剂选自抗氧剂1010和/或抗氧剂168。
3.根据权利要求1所述的新型高刚聚丙烯改性材料，其特征在于，所述成核剂选自NA-21和/或TMP-6。
4.根据权利要求1所述的新型高刚聚丙烯改性材料，其特征在于，所述润滑剂选自硬脂酸锌和/或硬脂酸钙。
5.一种权利要求1～4任一项所述的新型高刚聚丙烯改性材料的制备方法，包括以下步骤：
a)将均聚聚丙烯、抗氧剂、成核剂和润滑剂进行混合，得到原料混合物；
b)将步骤a)得到的原料混合物在双螺杆挤出机中进行熔融共混，再挤出造粒，得到新型高刚聚丙烯改性材料。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述混合的方式为高速搅拌。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述高速搅拌的转速为270r/min～300r/min，时间为25min～40min。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中所述熔融共混的温度为190℃～230℃。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中所述挤出造粒的过程中，螺杆转速为220r/min～250r/min。
10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中所述挤出造粒的喂料频率为4.5Hz～5Hz，切料频率为13Hz～15Hz。
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