CN109749238A - 一种提高冲击强度的聚丙烯改性材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高冲击强度的聚丙烯改性材料及其制备方法，所述改性材料是由以下组分按重量百分比制备而成：聚合物基体70wt％、刚性粒子增强剂1‑20wt％、增容剂5‑28wt％、稳定剂0.1‑5wt％、其他添加剂0‑5wt％，本发明提高了聚丙烯材料的生产效率，因此这种聚丙烯改性材料及其制备方法值得推广。

Description

一种提高冲击强度的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，具体为一种提高冲击强度的聚丙烯改性材料及其制备方法。

背景技术

我国幅员辽阔，各地气候差异巨大，高分子材料的使用不仅需要考虑常温环境，也要考虑低温环境，特别是应用于农业、建筑、医疗、交通等领域的PP、PVC、尼龙等热塑性树脂，因此，有效改善这些材料的低温韧性，获得能满足北方大部分地区和高寒地区使用要求的热塑性树脂材料，就变得极为重要与迫切。

与低温及超低温增韧相比较，高分子的普通增韧在1950年主要是以橡胶增韧热塑性树脂为主的常温增韧，并在增韧方法与工艺、增韧品种以及增韧机理等方面取得了一系列进展。

然而现有的聚丙烯材料的制备一般都是采用二步法进行制备，在二步法对聚丙烯改性材料进行制备时因此需要消耗较多的电能，增强了工作人员的工作强度，降低了生产效率，现有的采用一步法制备聚丙烯材料时，难以达到两步法制备聚丙烯材料的性能，因此不便投入生产。

所以，提供一种能够解决二步法进行制备问题的提高冲击强度的聚丙烯改性材料及其制备方法成为我们要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高冲击强度的聚丙烯改性材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出二步法进行制备问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种提高冲击强度的聚丙烯改性材料，其特征在于：所述改性材料是由以下组分按重量百分比制备而成：

作为优选，所述聚合物基体为共聚聚丙烯、均聚聚丙烯中的至少一种。

作为优选，所述增容剂为马来酸酐化聚烯烃，所述马来酸酐化聚烯烃的玻璃化转变温度<-30℃，密度为0.750-0.880g/cm³。

作为优选，所述马来酸酐化聚烯烃为马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、马来酸酐接枝氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、聚乙烯接枝马来酸酐、聚丙烯接枝马来酸酐、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝马来酸酐中的一种。

作为优选，所述刚性粒子增强剂为有机刚性粒子增强剂或氨基化无机刚性粒子增强剂；

所述有机刚性粒子增强剂为聚酰胺6、聚酰胺66、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸二醇酯、聚甲醛、聚苯乙烯中的至少一种；

所述氨基化无机刚性粒子增强剂由无机刚性粒子经过表面处理剂制备而成。

作为优选，所述无机刚性粒子增强剂为二氧化硅、二氧化钛、碳酸钙中的至少一种；

作为优选，所述表面处理剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、乙二胺、多巴胺中的一种。

作为优选，所述其他添加剂为聚二甲基硅氧烷。

作为优选，所述稳定剂为1,3,5-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)异氰尿酸、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、硫代二丙酸双十八醇酯、亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯中的至少一种。

一种提高冲击强度的聚丙烯改性材料的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

(1)、将聚合物基体和刚性粒子增强剂放置在温度为80-100℃的鼓风干燥箱中干燥5-12小时；

(2)、将(1)中干燥后的聚合物基体和刚性粒子增强剂放入转矩流变仪中，同时在转矩流变仪中一并加入增容剂、稳定剂和其他添加剂，然后将转矩流变仪的温度设定为230～245℃，转子转速为80～100rpm，通过转矩流变仪进行混合2-8min得到混合物；

(3)、将混合物放入温度为200～220℃的活塞型微型注塑机中注塑成型，且活塞型微型注塑机的保压时间为4～6s，冷却时间为8～13s，模具温度为20～30℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

由于刚性粒子增强剂的加入，与增容剂和聚合物基体混合，形成聚丙烯基三元共混体系，不仅解决了增容剂用量过高导致的材料强度下降问题，更好的平衡了材料的冲击强度和拉伸强度性能，进一步提高了聚丙烯的综合性能，并对0-50℃低温冲击性能有一定的优势，并具有较低的生产成本，可广泛应用于一些耐低温性能的制件，如汽车保险杆、仪表盘、健身器材等。

本发明制备聚丙烯改性材料采用一步法相对现有传统制备聚丙烯材料采用两步法相比，明显缩短了生产周期，节约了能耗，因此降低了生产成本，可广泛应用于一些耐低温性能的制件，如汽车保险杆、仪表盘、健身器材等。

附图说明

图1为本发明聚丙烯改性材料的淬断面图；

图2为本发明聚丙烯改性材料刻蚀后的淬断面图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1

本发明提供一种技术方案：一种提高冲击强度的聚丙烯改性材料及其制备方法，改性材料是由以下组分按重量百分比制备而成：

一种提高冲击强度的聚丙烯改性材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)、将聚合物基体和聚酰胺6放置在温度为80℃的鼓风干燥箱中干燥12小时；

(2)、将(1)中干燥后的聚合物基体和聚酰胺6放入转矩流变仪中，同时在转矩流变仪中一并加入马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物和稳定剂，然后通过转矩流变仪进行混合得到混合物；

(3)、将混合物放入温度为205℃的活塞型微型注塑机中注塑成型。

步骤(2)中，转矩流变仪的设定温度为235℃，转子转速为100rpm，混合时间为5min；

步骤(3)中，活塞型微型注塑机的保压时间为6s，冷却时间为12s，模具温度为25℃。

实施例2

本发明提供一种技术方案：一种提高冲击强度的聚丙烯改性材料及其制备方法，改性材料是由以下组分按重量百分比制备而成：

一种提高冲击强度的聚丙烯改性材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)、将聚合物基体和聚酰胺6放置在温度为80℃的鼓风干燥箱中干燥12小时；

(2)、将(1)中干燥后的聚合物基体和聚酰胺6放入转矩流变仪中，同时在转矩流变仪中一并加入马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物和稳定剂，然后通过转矩流变仪进行混合得到混合物；

(3)、将混合物放入温度为205℃的活塞型微型注塑机中注塑成型。

步骤(2)中，转矩流变仪的设定温度为235℃，转子转速为100rpm，混合时间为5min；

步骤(3)中，活塞型微型注塑机的保压时间为6s，冷却时间为12s，模具温度为25℃。

实施例3

本发明提供一种技术方案：一种提高冲击强度的聚丙烯改性材料及其制备方法，改性材料是由以下组分按重量百分比制备而成：

一种提高冲击强度的聚丙烯改性材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)、将聚合物基体和聚酰胺6放置在温度为80℃的鼓风干燥箱中干燥12小时；

(2)、将(1)中干燥后的聚合物基体和聚酰胺6放入转矩流变仪中，同时在转矩流变仪中一并加入马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物和稳定剂，然后通过转矩流变仪进行混合得到混合物；

(3)、将混合物放入温度为200℃的活塞型微型注塑机中注塑成型。

步骤(2)中，转矩流变仪的设定温度为235℃，转子转速为100rpm，混合时间为5min；

步骤(3)中，活塞型微型注塑机的保压时间为6s，冷却时间为12s，模具温度为25℃。

实施例4

本发明提供一种技术方案：一种提高冲击强度的聚丙烯改性材料及其制备方法，改性材料是由以下组分按重量百分比制备而成：

一种提高冲击强度的聚丙烯改性材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)、将聚合物基体和氨基化二氧化硅放置在温度为80℃的鼓风干燥箱中干燥5小时；

(2)、将(1)中干燥后的聚合物基体和氨基化二氧化硅放入转矩流变仪中，同时在转矩流变仪中一并加入马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物和稳定剂，然后通过转矩流变仪进行混合得到混合物；

(3)、将混合物放入温度为21℃的活塞型微型注塑机中注塑成型。

步骤(2)中，转矩流变仪的设定温度为235℃，转子转速为100rpm，混合时间为5min；

步骤(3)中，活塞型微型注塑机的保压时间为6s，冷却时间为12s，模具温度为25℃。

实施例5

本发明提供一种技术方案：一种提高冲击强度的聚丙烯改性材料及其制备方法，改性材料是由以下组分按重量百分比制备而成：

一种提高冲击强度的聚丙烯改性材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)、将聚合物基体和氨基化二氧化硅放置在温度为80℃的鼓风干燥箱中干燥5小时；

(2)、将(1)中干燥后的聚合物基体和氨基化二氧化硅放入转矩流变仪中，同时在转矩流变仪中一并加入马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物和稳定剂，然后通过转矩流变仪进行混合得到混合物；

(3)、将混合物放入温度为200℃的活塞型微型注塑机中注塑成型。

步骤(2)中，转矩流变仪的设定温度为235℃，转子转速为100rpm，混合时间为5min；

步骤(3)中，活塞型微型注塑机的保压时间为6s，冷却时间为12s，模具温度为25℃。

实施例6

本发明提供一种技术方案：一种提高冲击强度的聚丙烯改性材料及其制备方法，改性材料是由以下组分按重量百分比制备而成：

一种提高冲击强度的聚丙烯改性材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)、将聚合物基体和氨基化二氧化硅放置在温度为80℃的鼓风干燥箱中干燥5小时；

(2)、将(1)中干燥后的聚合物基体和氨基化二氧化硅放入转矩流变仪中，同时在转矩流变仪中一并加入马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物和稳定剂，然后通过转矩流变仪进行混合得到混合物；

(3)、将混合物放入温度为205℃的活塞型微型注塑机中注塑成型。

步骤(2)中，转矩流变仪的设定温度为235℃，转子转速为100rpm，混合时间为5min；

步骤(3)中，活塞型微型注塑机的保压时间为6s，冷却时间为12s，模具温度为25℃。

对比例1

一种提高冲击强度的聚丙烯改性材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)、将聚丙烯和聚酰胺6放置在温度为80℃的鼓风干燥箱中干燥12小时；

(2)、将干燥后的聚丙烯和聚酰胺6放置在高速混合器中进行混合，混合时间为5min后放入转矩流变仪中，此时转矩流变仪的设定温度为235℃，转子转速为100rpm，混合时间为5min，经转矩流变仪混合后得到混合物，再进行破碎，将破碎后的混合物、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物和稳定剂干混5分钟后再放入转矩流变仪中，此时转矩流变仪的设定温度为235℃，转子转速为100rpm，混合时间为5min，通过转矩流变仪进行混合得到中间体；

(3)、将中间体放入温度为205℃的活塞型微型注塑机中注塑成型。

步骤(3)中，活塞型微型注塑机的保压时间为6s，冷却时间为12s，模具温度为25℃。

实施例、对比例的测试结果，如表一：

表一

改性材料样品在常温和-20℃的冲击强度测试按悬臂梁缺口冲击ISO180进行测试，试样尺寸为80*10*4mm，缺口深度2mm深V型缺口；样品拉伸强度测试按ISO527进行测试。

本发明采用一步法制备聚丙烯改性材料，在一定程度上缩短了生产周期，提高了生产效率，同时减少了工作人员的劳动强度，由于本发明一步法合成聚丙烯材料，相对传统两步法合成聚丙烯材料相比，减少了电能能耗，一步法合成聚丙烯的能耗相对两步法合成聚丙烯的能耗大概减少了15％；值得惊喜的是，采用一步法合成后的聚丙烯改性材料的性能与现有两步法合成聚丙烯材料的性能相当，甚至部分合成聚丙烯改性材料的性能优于两步法合成聚丙烯材料的性能。

图2为聚丙烯改性材料刻蚀后的淬断面图，刻蚀是将聚丙烯改性材样品淬断面放置在温度为80℃条件下的正庚烷溶剂中，用索式提取器萃取3小时，之后用无水乙醇超声清洗2次，从而形成刻蚀后聚丙烯改性材料。

在熔融共混过程中，马来酸酐化聚烯烃中的马酐基团可以与刚性粒子增强剂中的端氨基发生反应，能够有效的降低聚合物基体与刚性粒子增强剂之间的界面张力，提高界面粘性，附图2是聚丙烯改性材料经过正庚烷刻蚀后的焠断面样品微观形貌示意图，从图中可以看出刚性粒子增强剂和马来酸酐化聚烯烃在聚合物基体中具有不同的分散形态，主要为分散的弹性体和刚性粒子增强剂颗粒，延长共混时间，进一步形成弹性体包裹刚性粒子的簇聚体，主要是多个核壳结构聚集体相互联通的结构，与“沙袋结构”相似。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种提高冲击强度的聚丙烯改性材料，其特征在于：所述改性材料是由以下组分按重量百分比制备而成：

2.根据权利要求1所述的一种提高冲击强度的聚丙烯改性材料，其特征在于：所述聚合物基体为共聚聚丙烯、均聚聚丙烯中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种提高冲击强度的聚丙烯改性材料，其特征在于：所述增容剂为马来酸酐化聚烯烃，所述马来酸酐化聚烯烃的玻璃化转变温度<-30℃，密度为0.750-0.880g/cm³。

4.根据权利要求3所述的一种提高冲击强度的聚丙烯改性材料，其特征在于：所述马来酸酐化聚烯烃为马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、马来酸酐接枝氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、聚乙烯接枝马来酸酐、聚丙烯接枝马来酸酐、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝马来酸酐中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种提高冲击强度的聚丙烯改性材料，其特征在于：所述刚性粒子增强剂为有机刚性粒子增强剂或氨基化无机刚性粒子增强剂。

6.根据权利要求5所述的一种提高冲击强度的聚丙烯改性材料，其特征在于：所述有机刚性粒子增强剂为聚酰胺6、聚酰胺66、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸二醇酯、聚甲醛、聚苯乙烯中的至少一种；

所述氨基化无机刚性粒子增强剂由无机刚性粒子经过表面处理剂制备而成。

7.根据权利要求6所述的一种提高冲击强度的聚丙烯改性材料，其特征在于：所述无机刚性粒子为二氧化硅、二氧化钛、碳酸钙中的一种；

所述表面处理剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、乙二胺、多巴胺中的一种。

8.根据权利要求1所述的一种提高冲击强度的聚丙烯改性材料，其特征在于：所述其他添加剂为聚二甲基硅氧烷。

9.根据权利要求1所述的一种提高冲击强度的聚丙烯改性材料，其特征在于：所述稳定剂为1,3,5-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)异氰尿酸、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、硫代二丙酸双十八醇酯、亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯中的至少一种。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的提高冲击强度的聚丙烯改性材料的制备方法，其特征在于:该方法包括以下步骤：

(1)、将聚合物基体和刚性粒子增强剂放置在温度为80-100℃的鼓风干燥箱中干燥5-12小时；

(2)、将(1)中干燥后的聚合物基体和刚性粒子增强剂放入转矩流变仪中，同时在转矩流变仪中一并加入增容剂、稳定剂和其他添加剂，然后将转矩流变仪的温度设定为230～245℃，转子转速为80～100rpm，通过转矩流变仪进行混合2-8min得到混合物；

(3)、将混合物放入温度为200～220℃的活塞型微型注塑机中注塑成型，且活塞型微型注塑机的保压时间为4～6s，冷却时间为8～13s，模具温度为20～30℃。