CN110452469B - 一种改性聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

一种改性聚丙烯材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种改性聚丙烯材料，由以下重量份数的组分制成：聚丙烯100‑150份、超支化聚缩水甘油醚5‑10份、聚己内酯纳米纤维3‑5份、偶联剂3‑5份、抗氧化剂3‑5份。本发明还提供了上述改性聚丙烯材料的制备方法。本发明中添加的超支化聚缩水甘油醚以共价键的形式在混合原料中形成空间网架结构，聚丙烯均匀分散在空间网架结构之间，在丙烯酸与超支化聚缩水甘油醚之间产生较强的分子间力，提高了材料的冲击强度和拉伸强度。聚己内酯纳米纤维在体系中相当于微弹簧，能够增强材料耐冲击强度，避免材料收缩和老化。本发明制备出的改性聚丙烯材料强度高，耐冲击强度好，具备广泛应用前景。

Description

一种改性聚丙烯材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种改性聚丙烯材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯是塑料行业里应用最为广泛的基体树脂，其具有来源丰富、价格低廉、综合性好的优点，与其他通用塑料相比，还具有力学性能好、密度低、刚性好、强度高以及电绝缘性能好等特点，目前在家电、汽车领域应用广泛。
聚丙烯为碳氢长链高分子，主链及支链上均不含其他杂原子，因此在聚丙烯中不能产生强的分子间力，其本质上属于柔性链段，存在表面硬度低、抗冲击性差、低温韧性差的缺点，使其应用受到很大限制。因此，很有必要对聚丙烯进行改性，以提高其性能，拓宽其应用领域。
发明内容
本发明提供了一种改性聚丙烯材料及其制备方法，解决了现有技术中存在的问题。
本发明的第一个目的是提供一种改性聚丙烯材料，由以下重量份数的组分制成：聚丙烯100-150份、超支化聚缩水甘油醚5-10份、聚己内酯纳米纤维3-5份、偶联剂3-5份、抗氧化剂1-2份。
优选的，所述改性聚丙烯材料由以下重量份数的组分制成：聚丙烯120份、超支化聚缩水甘油醚8份、聚己内酯纳米纤维4份、偶联剂4份、抗氧化剂1份。
优选的，所述聚丙烯为均聚聚丙烯，且在230℃、2160g负荷下的熔融指数为10-12g/10min。
优选的，所述超支化聚缩水甘油醚的分子量为2000-3000，支化度为0.6。
优选的，所述偶联剂为硅烷偶联剂。
优选的，所述抗氧化剂为为抗氧剂1010。
优选的，所述聚己内酯纳米纤维的直径为100-150nm。
本发明的第二个目的是提供上述改性聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
S1，按重量份数称取聚丙烯100-150份、超支化聚缩水甘油醚5-10份、聚己内酯纳米纤维3-5份、偶联剂3-5份、抗氧化剂1-2份；
S2，将S1中称取的偶联剂与丙酮按照1：8的质量比混合溶解，得到偶联剂溶液；将S1中称取的聚己内酯纳米纤维加入到偶联剂溶液溶液中，混合均匀后得到偶联剂改性聚己内酯纳米纤维；
S3，将S1中称取的聚丙烯、超支化聚缩水甘油醚、抗氧化剂以及S2中的偶联剂改性聚己内酯纳米纤维混合均匀后置于双螺杆挤出机中熔融挤出，然后冷却造粒，得到改性聚丙烯材料。
优选的，双螺杆挤出机的挤出温度为：一区200℃、二区210℃、三区220℃、四区210℃，设置挤出速率为600r/min。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明提供了一种改性聚丙烯材料，其中添加的超支化聚缩水甘油醚是一种分子内部为醚键、分子周围具有大量羟基的超支化聚合物，其与聚丙烯混合后，能够以共价键的形式在混合原料中形成空间网架结构，聚丙烯均匀的分散在空间网架结构之间，在超支化聚缩水甘油醚中官能团的作用下，聚丙烯与超支化聚缩水甘油醚之间结合紧密，在聚丙烯之间以及丙烯酸与超支化聚缩水甘油醚之间产生较强的分子间力，从而提高了材料的冲击强度和拉伸强度。
聚己内酯纳米纤维强度高，还具有一定的弹性，在体系中的作用相当于微弹簧，能够增强材料的耐冲击强度，避免材料收缩和老化。此外，聚己内酯纳米纤维强度高，能够显著提高聚丙烯的表面强度和冲击强度。
本发明制备出的改性聚丙烯材料强度高，耐冲击强度好，具备广泛应用前景。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。
需要说明的是，本发明中超支化聚缩水甘油醚的分子量为2000-3000，支化度为0.6，具体制备方法参照此文件：Wang X L,Chen J J,Hong L,et al.J Polym Sci Part B:polymer physics,2001,39:2225。
聚己内酯纳米纤维的制备方法如下：将氯仿和N,N-二甲基酰胺按照2：1的体积比混合，得到混合溶液；将聚己内酯加入混合溶液中溶解，得到质量浓度为10％的聚己内酯溶液；将聚己内酯溶液加入到不锈钢医用无菌注射器中，并将注射器针头通过金属夹与高压电源正极连接，以铝箔作为纤维接收器并与高压电源的负极连接，在电压为18kV，针头与铝箔之间的距离为20cm的条件下进行高压静电纺丝，即得到聚己内酯纳米纤维，将其在60℃下于真空烘箱中干燥24h，即可。
下述各实施例中所述实验方法如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可在市场上购买得到。
实施例1
一种改性聚丙烯材料，由以下重量份数的组分制成：聚丙烯120份、超支化聚缩水甘油醚8份、直径为100nm的聚己内酯纳米纤维4份、硅烷偶联剂kh550 4份、抗氧化剂1010 1份，其中，聚丙烯为均聚聚丙烯，在230℃、2160g负荷下的熔融指数为10g/10min。
具体制备步骤如下：
S1，按重量份数称取聚丙烯120份、超支化聚缩水甘油醚8份、聚己内酯纳米纤维4份、硅烷偶联kh550 4份、抗氧化剂1010 1份；
S2，将S1中称取的硅烷偶联剂kh550与丙酮按照1：8的质量比混合溶解，得到偶联剂溶液；将S1中称取的聚己内酯纳米纤维加入到偶联剂溶液溶液中，混合均匀后得到偶联剂改性聚己内酯纳米纤维；
S3，将S1中称取的聚丙烯、超支化聚缩水甘油醚、抗氧化剂1010以及S2中的偶联剂改性聚己内酯纳米纤维混合均匀后置于双螺杆挤出机中熔融挤出，设置双螺杆挤出机的挤出温度为：一区200℃、二区210℃、三区220℃、四区210℃，挤出速率为600r/min中，挤出后冷却造粒，得到改性聚丙烯材料。
实施例2
一种改性聚丙烯材料，由以下重量份数的组分制成：聚丙烯100份、超支化聚缩水甘油醚5份、直径为150nm的聚己内酯纳米纤维3份、硅烷偶联剂kh550 5份、抗氧化剂10101.5份，其中，聚丙烯为均聚聚丙烯，在230℃、2160g负荷下的熔融指数为12g/10min。
制备方法和实施例1相同，不同之处在于将实施例1中的配方换成本实施例2的。
实施例3
一种改性聚丙烯材料，由以下重量份数的组分制成：聚丙烯150份、超支化聚缩水甘油醚10份、直径为120nm的聚己内酯纳米纤维5份、硅烷偶联剂kh550 3份、抗氧化剂10102份，其中，聚丙烯为均聚聚丙烯，在230℃、2160g负荷下的熔融指数为10.5g/10min。
制备方法和实施例1相同，不同之处在于将实施例1中的配方换成本实施例3的。
为了进一步说明效果，本发明还设置了对比例，具体如下。
对比例1
一种改性聚丙烯材料，由以下重量份数的组分制成：聚丙烯120份、超支化聚缩水甘油醚8份、抗氧化剂1010 1份，其中，聚丙烯为均聚聚丙烯，在230℃、2160g负荷下的熔融指数为10g/10min。
具体制备步骤如下：
S1，按重量份数称取聚丙烯120份、超支化聚缩水甘油醚8份、抗氧化剂1010 1份；
S2，将S1中称取的聚丙烯、超支化聚缩水甘油醚、抗氧化剂1010混合均匀后置于双螺杆挤出机中熔融挤出，设置双螺杆挤出机的挤出温度为：一区200℃、二区210℃、三区220℃、四区210℃，挤出速率为600r/min中，挤出后冷却造粒，得到改性聚丙烯材料。
对比例2
一种改性聚丙烯材料，由以下重量份数的组分制成：聚丙烯120份、直径为100nm的聚己内酯纳米纤维4份、硅烷偶联剂kh550 4份、抗氧化剂1010 1份，其中，聚丙烯为均聚聚丙烯，在230℃、2160g负荷下的熔融指数为10g/10min。
具体制备步骤如下：
S1，按重量份数称取聚丙烯120份、聚己内酯纳米纤维4份、硅烷偶联剂kh550 4份、抗氧化剂1010 1份；
S2，将S1中称取的硅烷偶联剂kh550与丙酮按照1：8的质量比混合溶解，得到偶联剂溶液；将S1中称取的聚己内酯纳米纤维加入到偶联剂溶液溶液中，混合均匀后得到偶联剂改性聚己内酯纳米纤维；
S3，将S1中称取的聚丙烯、抗氧化剂1010以及S2中的偶联剂改性聚己内酯纳米纤维混合均匀后置于双螺杆挤出机中熔融挤出，设置双螺杆挤出机的挤出温度为：一区200℃、二区210℃、三区220℃、四区210℃，挤出速率为600r/min中，挤出后冷却造粒，得到改性聚丙烯材料。
对比例3
实施例1中所用聚丙烯原料。
对实施例1-3和对比例1-3中得到的改性聚丙烯材料进行标准样条制作并测试，具体结果见表1。
表1性能测试结果
Figure BDA0002215053120000071
从表1可以看出，相对于对比例1-3来说，实施例1-3制备出的改性聚丙烯材料的各项性能均较为优越。
对比例1中没有添加聚己内酯纳米纤维，由于聚己内酯纳米纤维强度高，还具有一定的弹性，因此，对比文件1没有添加聚己内酯纳米纤维，制备出的产品的力学性能以及耐冲击强度均不及实施例1-3。
对比例2中没有添加超支化聚缩水甘油醚，在没有超支化聚缩水甘油醚的条件下，聚丙烯与其他原料之间难以产生强的分子间力，从而使其与其他原料之间结合的紧密程度不如实施例1-3和对比例1，从而使产品的耐冲击强度和力学性能受到影响。
对比例3检测的是聚丙烯原料，在没有经过改性的条件下，其各项性能指标均不如实施例1-3和对比例1-2，充分说明了本发明的改性方法能够提高产品的力学性能和耐冲击性能。
此外，本发明的方法对产品表面硬度改善效果虽不显著，但也有一定的改善作用。
本发明的描述了优选的实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种改性聚丙烯材料，其特征在于，由以下重量份数的组分制成：聚丙烯100-150份、超支化聚缩水甘油醚5-10份、聚己内酯纳米纤维3-5份、偶联剂3-5份、抗氧化剂1-2份；
改性聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
S1，按重量份数称取聚丙烯100-150份、超支化聚缩水甘油醚5-10份、聚己内酯纳米纤维3-5份、偶联剂3-5份、抗氧化剂1-2份；
S2，将S1中称取的偶联剂与丙酮按照1：8的质量比混合溶解，得到偶联剂溶液；将S1中称取的聚己内酯纳米纤维加入到偶联剂溶液中，混合均匀后得到偶联剂改性聚己内酯纳米纤维；
S3，将S1中称取的聚丙烯、超支化聚缩水甘油醚、抗氧化剂以及S2中的偶联剂改性聚己内酯纳米纤维混合均匀后置于双螺杆挤出机中熔融挤出，然后冷却造粒，得到改性聚丙烯材料；
所述超支化聚缩水甘油醚的分子量为2000-3000，支化度为0.6。
2.根据权利要求1所述的改性聚丙烯材料，其特征在于，由以下重量份数的组分制成：聚丙烯120份、超支化聚缩水甘油醚8份、聚己内酯纳米纤维4份、偶联剂4份、抗氧化剂1份。
3.根据权利要求1或2所述的改性聚丙烯材料，其特征在于，所述聚丙烯为均聚聚丙烯，且在230℃、2160g负荷下的熔融指数为10-12g/10min。
4.根据权利要求1或2所述的改性聚丙烯材料，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂。
5.根据权利要求1或2所述的改性聚丙烯材料，其特征在于，所述抗氧化剂为抗氧剂1010。
6.根据权利要求1或2所述的改性聚丙烯材料，其特征在于，所述聚己内酯纳米纤维的直径为100-150nm。
7.根据权利要求1所述的改性聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，双螺杆挤出机的挤出温度为：一区200℃、二区210℃、三区220℃、四区210℃，设置挤出速率为600r/min。
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