CN110144083A - 一种耐冲击改性pp材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种耐冲击改性PP材料及其制备方法，先采用强酸溶液将无机粒子进行改性处理，再将有机成核剂与无机粒子复配制备微乳液，之后采用真空吸附法将微乳液吸附在PP颗粒的孔隙中，再经熔融挤出制备PP/复配成核剂母粒，对未吸附的微乳液进行喷雾干燥得到无机/有机复配成核剂粉末，最后将母粒、复配成核剂粉末与PP、EPDM熔融共混挤出，得到耐冲击改性PP材料。通过液态与固态两种方式将有机成核剂与无机粒子添加到树脂基体中，提高了复配成核剂在PP基体中的分散性，使有机成核剂和无机粒子在PP基体中实现良好分散，克服了有机磷酸盐成核剂在树脂基体内分散性差的问题。

Description

一种耐冲击改性PP材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚合物技术领域，具体涉及一种耐冲击改性PP材料及其制备方法。
背景技术
PP是种性能优良的通用树脂，但其韧性不理想，因而限制了应用。为了达到想要的高韧性聚丙烯，可以通过物理或化学的方法去改性聚丙烯，而在众多聚丙烯改性研究中，通过添加增韧剂对PP进行增韧改性是近来的研究热点，有研究结果表明，添加橡胶体或刚性粒子等增韧剂对PP整个共混体系的力学性能有不同影响。与EPDM共混是提高PP冲击强度的一种常用方法。
非结晶橡胶体EPDM的加入会影响PP结晶区结晶部分的熔融再结晶。这是因为在熔融再结晶过程中，由于无定型态的EPDM的加入，本身降低共混物结晶度的同时，分子内的柔性长链也会会妨碍PP大分子链的聚集与重排，从而使PP的结晶缺陷增多，结晶度下降。
但对于抗冲击共聚PP的力学性能及耐热性能与其结晶度、结晶形态紧密相关，如果将PP球晶尺寸微细化，则可以在很大程度上提高PP聚合物的抗冲击性能。通过添加适量的成核剂可改善抗冲击PP的结晶性能，从而提高其力学性能及耐热性能。
聚丙烯成核剂种类很多，主要可分为无机和有机两大类。无机主要有滑石粉、白炭黑和云母等，其应用最早且价格低廉，可较好地提高制品的刚性和热变形温度，但缺点是对PP的透明性和表面光泽度改善不大；有机成核剂种类繁多，应用较广。有机类成核剂可显著改善聚丙烯的透明度、刚性和耐热性等，并使成型周期缩短。其中有机磷酸盐系列成核剂用于PP时，制品透明性、刚性、结晶速度和热变形温度有较大幅度的提高，并得到了美国FDA、日本PL认可，且耐热性优异，可耐400℃以上的高温，加工条件选择范围宽，在成型过程中不分解也不会释放难闻的气味，同时，也较少产生对成型机械及螺杆的污染，有机磷酸盐的不足之处就是由于其多数品种的熔点过高，属分散型成核剂，与树脂的相容性有限，分散性差，通常条件下不易混配，容易导致制品表面出现疵点。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的不足，本发明提出一种耐冲击改性PP材料的制备方法，提高有机成核剂在PP中的分散性能，进而提高EPDM/PP复合材料的结晶温度，使晶粒细化、致密。
为实现上述技术目的，本发明公开了一种耐冲击改性PP材料的制备方法，先采用强酸溶液将无机粒子进行改性处理，再将有机成核剂与无机粒子复配制备微乳液，之后采用真空吸附法将微乳液吸附在PP颗粒的孔隙中，再经熔融挤出制备PP/复配成核剂母粒，对未吸附的微乳液进行喷雾干燥得到无机/有机复配成核剂粉末，最后将母粒、复配成核剂粉末与PP、EPDM熔融共混挤出，得到耐冲击改性PP材料。
进一步地，所述无机粒子的粒径在15-30nm，所述无机粒子选择纳米碳酸钙、滑石粉、云母粉、纳米二氧化硅或二氧化钛中的任意一种或多种组合。
进一步地，所述强酸溶液采用浓度在36-50％的硫酸溶液或硝酸溶液。
进一步地，所述PP颗粒是内部为多孔结构的球形等规PP颗粒，内部孔隙率在20-40％。
进一步地，所述有机成核剂为有机磷酸盐成核剂，具体选择有机磷酸盐成核剂NA-10、NA-11或NA-21中的一种。
进一步地，在所述耐冲击改性PP材料中EPDM的质量分数在10-18％，无机粒子的质量分数在5-8％，有机成核剂的质量分数在0.1-0.3％。
更进一步地，所述耐冲击改性PP材料的具体制备方法如下：
(1)向强酸溶液中添加无机粒子并搅拌混合，置于30-45℃条件下搅拌30-80min，静置5-10min后，过滤、冲洗数次后待用；
(2)将有机成核剂加入到50-70％的甲醇/乙醇的水溶液中，搅拌至其完全溶解，之后直接加入步骤(1)得到的无机粒子，边搅拌边缓慢加入酯溶液，搅拌混合得到均一的混合乳液；
(3)将PP颗粒干燥后加入到步骤(2)混合乳液中，搅拌混匀后，置于真空条件下静置20-30min后，泄压，再同时于真空条件下静置20-30min，反复2-3次后，将混合液静置10-20min后，大孔径筛网过滤，回收滤液，沉淀物水洗2-3次，同时回收洗涤水，合并至滤液中，将混匀后的滤液加入到喷雾干燥器内，制备得到喷雾干燥粉末，沉淀物置于120-140℃条件下干燥，得到成核剂/PP颗粒；
所述PP颗粒的使用量为无机粒子使用量的1.5-2倍；
(4)采用双螺杆挤出机将步骤(3)得到的成核剂/PP颗粒熔融挤出，并进行切粒，得到PP/复配成核剂母粒，螺杆转速在30-50r/min，熔体温度在225-230℃；
(5)将步骤(3)得到喷雾干燥粉末、步骤(4)得到的PP/复配成核剂母粒与一定量PP和EPDM混合，经双螺杆挤出机挤出、造粒，制备得到耐冲击改性PP材料。
更进一步地，步骤(3)中使用的所述大孔径筛网的孔径略小于所述PP颗粒的粒径。
本发明还公开了一种如上述制备方法制备得到的耐冲击改性PP材料。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
(1)EPDM、PP熔融挤出过程中，EPDM填充于PP晶球之间的空隙或PP晶球空隙内，一方面提高两者的相容性，提高分散效果，另一方面在晶体形成过程中，由于EPDM交联网络限制了PP晶体的生长，生成的PP晶体粒径小，同时有机成核剂与无机粒子的复配使用对PP具有异相成核作用，有效促进基体中PP晶体的形成，提高复合材料的结晶温度，晶粒更加细化、致密。
(2)在本申请中无机粒子作为作为成核剂属于异相成核，将无机粒子经强酸处理后，提高颗粒比表面积，从而提高无机粒子通过表面吸附聚合物分子链而结晶的能力，提高结晶速率。
(3)使用醇水溶液将有机成核剂溶解分散，采用微乳液方法与无机成核剂粒子混合，之后通过液态与固态两种方式将有机成核剂与无机粒子添加到树脂基体中，通过真空吸附法将乳液状的有机磷酸盐/无机粒子成核剂吸附至PP颗粒的孔道内，再经熔融挤出，提高复配成核剂在PP基体中的分散性；余下的液态复配成核剂经过喷雾干燥处理，使有机成核剂和无机粒子在PP基体中实现良好分散，克服了有机磷酸盐成核剂在树脂基体内分散性差的问题。
具体实施方式
实施例1
一种耐冲击改性PP材料的制备，具体方法如下：
(1)向37％的硫酸溶液中添加粒径在15-30nm的滑石粉并搅拌混合，置于45℃条件下搅拌60min，静置10min后，过滤、冲洗数次后待用；
(2)将有机磷酸盐成核剂NA-10加入到50％的乙醇水溶液中，搅拌至其完全溶解，之后直接加入步骤(1)得到的滑石粉，边搅拌边缓慢加入甲酸乙酯溶液，搅拌混合得到均一的混合乳液；
(3)将球形等规PP颗粒干燥后加入到步骤(2)混合乳液中，搅拌混匀后，置于真空条件下静置30min后，泄压，再同时于真空条件下静置30min，反复3次后，将混合液静置20min后，大孔径筛网过滤，回收滤液，沉淀物水洗3次，同时回收洗涤水，合并至滤液中，将混匀后的滤液加入到喷雾干燥器内，制备得到喷雾干燥粉末，沉淀物置于130℃条件下干燥，得到成核剂/PP颗粒；
(4)采用双螺杆挤出机将步骤(3)得到的成核剂/PP颗粒熔融挤出，并进行切粒，得到PP/复配成核剂母粒，螺杆转速在30r/min，熔体温度在230℃；
(5)将步骤(3)得到喷雾干燥粉末、步骤(4)得到的PP/复配成核剂母粒与一定量PP和EPDM混合，经双螺杆挤出机挤出、造粒，制备得到耐冲击改性PP材料。
实施例2
一种耐冲击改性PP材料的制备，具体方法如下：
(1)向37％的硫酸溶液中添加粒径在15-30nm的滑石粉并搅拌混合，置于45℃条件下搅拌60min，静置10min后，过滤、冲洗数次后待用；
(2)将有机磷酸盐成核剂NA-10加入到50％的乙醇水溶液中，搅拌至其完全溶解，之后直接加入步骤(1)得到的滑石粉，边搅拌边缓慢加入甲酸乙酯溶液，搅拌混合得到均一的混合乳液；
(3)将步骤(2)得到的混合乳液加入到喷雾干燥器内，制备得到复配成核剂喷雾干燥粉末；
(4)将步骤(3)得到喷雾干燥粉末、干燥后的球形等规PP颗粒与一定量PP和EPDM混合，经双螺杆挤出机挤出、造粒，制备得到耐冲击改性PP材料。
实施例3
一种耐冲击改性PP材料的制备，具体方法如下：
(1)添加粒径在15-30nm的滑石粉、有机磷酸盐成核剂NA-10，混合均匀；
(2)将步骤(1)混合物、干燥后的球形等规PP颗粒与一定量PP和EPDM混合，经双螺杆挤出机挤出、造粒，制备得到耐冲击改性PP材料。
实施例4
按照表1中的配方比例，分别按照实施例1、实施例2以及实施例3中的具体方法制备，分别得到A、B、C 3组不同改性PP材料，按照实施例1采用本发明制备方法得到A组改性PP材料，按照实施例2制备方法得到B组改性PP材料，按照实施例3采用直接混合的制备方法得到C组改性PP材料，并进行相应的性能检测。
表1试样配方
试样 ω(PP) PP颗粒质量分数 NA-10质量分数 滑石粉质量分数
纯PP 100 0 0 0
A1 59.7 25 0.3 15
A2 56.8 25 0.2 18
A3 54.9 25 0.1 20
B1 59.7 25 0.3 15
B2 56.8 25 0.2 18
B3 54.9 25 0.1 20
C1 59.7 25 0.3 15
C2 56.8 25 0.2 18
C3 54.9 25 0.1 20
拉伸强度按ASTM D-638标准，弯曲强度按ASTM D-790标准，进行制样测试。冲击强度测试：按照GB/T 1843—1996，采用摆锤冲击试验机测定样品的冲击强度。测试结果见表2。
表2改性PP材料的测试结果
由上表可知：在各组分含量相同的情况下，采用本发明方法制备的A组改性PP材料性能要优于B、C两组材料，通过液态与固态两种方式将有机成核剂与无机粒子添加到树脂基体中的方法得到的A组材料性能高于只通过固态方式添加方法得到的B组材料；B、C两组材料相比，通过喷雾干燥制备复配成核剂，再将复配成核剂添加至基体中的方法得到的B组材料性能高于直接混合制备得到的C组材料，可知，采用本发明制备方法有助于提高PP晶体的生长，提高PP材料的抗冲击性能。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (9)

1.一种耐冲击改性PP材料的制备方法，其特征在于，先采用强酸溶液将无机粒子进行改性处理，再将有机成核剂与无机粒子复配制备微乳液，之后采用真空吸附法将微乳液吸附在PP颗粒的孔隙中，再经熔融挤出制备PP/复配成核剂母粒，对未吸附的微乳液进行喷雾干燥得到无机/有机复配成核剂粉末，最后将母粒、复配成核剂粉末与PP、EPDM熔融共混挤出，得到耐冲击改性PP材料。
2.根据权利要求1所述的一种耐冲击改性PP材料的制备方法，其特征在于，所述无机粒子的粒径在15-30nm，所述无机粒子选择纳米碳酸钙、滑石粉、云母粉、纳米二氧化硅或二氧化钛中的任意一种或多种组合。
3.根据权利要求1所述的一种耐冲击改性PP材料的制备方法，其特征在于，所述强酸溶液采用浓度在36-50％的硫酸溶液或硝酸溶液。
4.根据权利要求1所述的一种耐冲击改性PP材料的制备方法，其特征在于，所述PP颗粒是内部为多孔结构的球形等规PP颗粒，内部孔隙率在20-40％。
5.根据权利要求1所述的一种耐冲击改性PP材料的制备方法，其特征在于，所述有机成核剂为有机磷酸盐成核剂，具体选择有机磷酸盐成核剂NA-10、NA-11或NA-21中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种耐冲击改性PP材料的制备方法，其特征在于，在所述耐冲击改性PP材料中EPDM的质量分数在10-18％，无机粒子的质量分数在5-8％，有机成核剂的质量分数在0.1-0.3％。
7.根据权利要求1-6任意所述的一种耐冲击改性PP材料的制备方法，其特征在于，具体方法如下：
(1)向强酸溶液中添加无机粒子并搅拌混合，置于30-45℃条件下搅拌30-80min，静置5-10min后，过滤、冲洗数次后待用；
(2)将有机成核剂加入到50-70％的甲醇/乙醇的水溶液中，搅拌至其完全溶解，之后直接加入步骤(1)得到的无机粒子，边搅拌边缓慢加入酯溶液，搅拌混合得到均一的混合乳液；
(3)将PP颗粒干燥后加入到步骤(2)混合乳液中，搅拌混匀后，置于真空条件下静置20-30min后，泄压，再同时于真空条件下静置20-30min，反复2-3次后，将混合液静置10-20min后，大孔径筛网过滤，回收滤液，沉淀物水洗2-3次，同时回收洗涤水，合并至滤液中，将混匀后的滤液加入到喷雾干燥器内，制备得到喷雾干燥粉末，沉淀物置于120-140℃条件下干燥，得到成核剂/PP颗粒；
所述PP颗粒的使用量为无机粒子使用量的1.5-2倍；
(4)采用双螺杆挤出机将步骤(3)得到的成核剂/PP颗粒熔融挤出，并进行切粒，得到PP/复配成核剂母粒，螺杆转速在30-50r/min，熔体温度在225-230℃；
(5)将步骤(3)得到喷雾干燥粉末、步骤(4)得到的PP/复配成核剂母粒与一定量PP和EPDM混合，经双螺杆挤出机挤出、造粒，制备得到耐冲击改性PP材料。
8.根据权利要求7所述的一种耐冲击改性PP材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中使用的所述大孔径筛网的孔径略小于所述PP颗粒的粒径。
9.一种如权利要求1-6所述制备方法制备得到的耐冲击改性PP材料。
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