CN110591270B - 一种自洁型聚丙烯塑料桶及其制备方法 - Google Patents

一种自洁型聚丙烯塑料桶及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于塑料包装桶技术领域，具体涉及一种自洁型聚丙烯塑料桶及其制备方法。所述聚丙烯塑料桶包括：有机硅改性聚丙烯树脂100份、马来酸酐接枝聚丙烯2‑8份疏水改性微纳米粉体1‑10份、石蜡油1‑3份和疏水改性剂0.5‑3份。本发明还提供了自洁型聚丙烯塑料桶的制备方法。本发明制备的自洁型聚丙烯塑料桶具备现有聚丙烯包装桶不具备的表面自洁性、不易粘附性以外，还具备较高力学性能、优异冲击性能和耐高低温性能。

Description

一种自洁型聚丙烯塑料桶及其制备方法
技术领域
本发明属于塑料包装桶技术领域，具体涉及一种聚丙烯塑料包装桶，尤其涉及一种自洁型聚丙烯塑料桶及其制备方法。
背景技术
聚丙烯塑料包装桶美观内外光滑、无焊无缝、重量轻、强度好、耐冲击、耐腐蚀、无毒无味、运输方便，用寿命长，广泛用于涂料，润滑油，食品，化工，危包等诸多行业。
聚丙烯包装桶在盛放物品尤其是涂料和润滑油等液体物质的过程当中，这些液体物质容易粘附在壁上，不但造成浪费，而且影响了塑料包装桶的二次使用。
高疏水不粘附透明聚丙烯具有比较低的表面张力，具有很高的疏水性能和不粘附性能，可以有效的防止涂料等液体物质润湿包装桶，从而防止其粘附在聚丙烯塑料包装桶的内壁，起到自清洁的作用。因此，提供一种自洁型的不粘附的聚丙烯塑料桶成为亟待解决的课题。
发明内容
为了解决现有技术存在的聚丙烯塑料桶易粘附的缺点，本发明的目的在于提供一种自洁型聚丙烯塑料桶及其制备方法，该聚丙烯塑料桶具有高疏水和不粘聚的优点。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种自洁型聚丙烯塑料桶，包括以下重量份的原料：
Figure BDA0002224974700000011
Figure BDA0002224974700000021
优选地，所述疏水改性剂为硬脂酸钙、硬脂酸钡、聚四氟乙烯微粉蜡、聚乙烯改性聚四氟乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡中的一种或多种。
进一步地，所述有机硅改性聚丙烯树脂为采用硅烷偶联剂对聚丙烯进行熔融改性得到，具体制备步骤为：
将过氧化苯甲酰(BPO)溶于甲苯，搅拌至溶解，然后加入硅烷偶联剂A-151，搅拌均匀，配成混合液；在高速混合机中加入聚丙烯树脂，然后将所述混合液加入，在105℃下混合10min，得到混合料；将所述混合料加入单螺杆挤出机造粒，得到有机硅改性聚丙烯树脂。
优选地，所述聚丙烯、过氧化苯甲酰(BPO)、硅烷偶联剂、甲苯的质量比为100：(0.2-0.4)：(2-10)：(1-3)；所述单螺杆挤出机的温度为：从下料部到口模为：160℃、180℃、190℃、195℃、200℃。
进一步地，所述疏水改性微纳米粉体为采用正硅酸乙酯在微米颜填料上原位生成纳米二氧化硅，形成微纳米粉体，再用硅烷偶联剂对得到的微纳米粉体进行表面处理，得到疏水改性微纳米粉体，具体制备步骤如下：
(1)微纳米粉体的制备
将正硅酸乙酯、乙醇、蒸馏水、颜填料按重量比1:3:0.87:2混合，控制水硅摩尔比为(6-10)：1，混合后的溶液用氢氧化钠调整pH值为8，然后在温度60℃下，搅拌反应2h，抽滤、洗涤、真空干燥，得到白色微纳米粉体；
(2)疏水改性微纳米粉体的制备
硅烷偶联剂与乙醇水溶液A按照质量比2:8进行混合，用稀盐酸调节PH值至3-4，搅拌下水解1h，配置成硅烷偶联剂水解液；
将步骤(1)得到的微纳米粉体和硅烷偶联剂水解液加入乙醇水溶液B中，再用氢氧化钠将pH值至8-9，60℃下搅拌反应2h，抽滤、洗涤、真空干燥，即制得疏水改性微纳米粉体。
优选地，所述乙醇水溶液A中乙醇和蒸馏水的质量比为9:1；所述硅烷偶联剂为KH550、KH560和KH570中的一种或多种；所述颜填料为滑石粉和/或云母粉；乙醇水溶液B中乙醇和蒸馏水的质量比为1:1；微纳米粉体和硅烷偶联剂水解液中的硅烷偶联剂的质量比为100:8。
本发明的另一个目的在于提供了一种所述的自洁型聚丙烯塑料桶的制备方法，包括如下步骤：
将有机硅改性聚丙烯树脂、疏水改性微纳米粉体、马来酸酐接枝聚丙烯、石蜡油和疏水改性剂按照所述重量份加入高速混合机，在120-135℃下搅拌10-20分钟，得到混合物料；将混合物料挤出造粒、注塑成型，即得到自洁型聚丙烯塑料桶。
优选地，所述挤出造粒，采用双螺杆挤出机挤出造粒，其温度参数设置为：从下料部到口模温度为160℃、180℃、190℃、200℃、200℃、260℃、280℃、300℃、300℃、300℃，主机转速300r/min，喂料转速30r/min，切粒转速15r/min；
所述注塑成型为将挤出造粒的颗粒料放入注塑机注塑成聚丙烯包装桶，注塑温度为220℃、230℃、240℃、250℃、260℃。
本发明的有益效果：
(1)本发明利用硅烷偶联剂A-151对聚丙烯树脂进行熔融接枝改性，在聚丙烯大分子上接枝一定的硅烷侧链，得到有机硅改性聚丙烯树脂。由于聚丙烯具有叔碳氢这样的弱键，在高温下容易产生大分子自由基。采用过氧化苯甲酰(BPO)作为引发剂，其分解温度较高，高温熔融挤出时，过氧化苯甲酰(BPO)半衰期适合，同时生成的烷氧自由基容易夺取活性氢，生成大分子自由基。硅烷偶联剂A-151含有双键，可以在引发剂的作用下容易接枝到聚丙烯大分子上。与同样具有双键的硅烷偶联剂A-171和A174相比，A-151比A-171和A-174沸点更高，挥发更少，因此硅烷偶联剂A-151的接枝活性更大。有机硅支链具有表面活性，可以明显降低聚丙烯的表面张力，疏水性增加，不粘附桶内的盛装物，提高桶璧自洁性；另外，有机硅支链还具有更好的韧性，同时使得聚丙烯的分子间距增加，使得硅烷接枝聚丙烯具有优异的抗冲击性能。硅烷单体可以使得聚丙烯产生部分交联，通过控制调节，可以使得聚丙烯包装桶的力学性能比如拉伸强度和弯曲强度得到提高。
(2)本发明利用正硅酸乙酯在颜填料(片状滑石粉和/或云母粉)上原位水解出纳米二氧化硅，然后沉积到片状颜填料上，形成具有微纳米结构的微纳米粉体；用硅烷偶联剂对微纳米粉体进行疏水处理后，其表面成为具有微纳米结构的疏水表面。如果通过现成的纳米二氧化硅和颜填料简单混合后，进行疏水处理得到的疏水纳米粉体，其在聚丙烯基体里添加量有限，不能在聚丙烯基体表面形成足够数量的纳米微表面，疏水效果不明显。而将纳米二氧化硅原位沉积到片状滑石粉或者云母粉上，可以大量添加，且具有很好的相容性，同时微纳米粉体的片层表面比较容易在聚丙烯基体表面排列，可以在聚丙烯基体上形成比较大量的微纳米疏水表面，起到很好的疏水效果，有效防止物质在聚丙烯基体表面粘附。
(3)疏水改性剂主要是微粉蜡类物质，它们加入聚丙烯基体中，与聚丙烯具有受限的相容性，可以析出到聚丙烯基体表面，在聚丙烯基体表面形成细小的“滚珠”，隔离聚丙烯基体与接触物质，防止粘附。硬脂酸钙、硬脂酸锌、氧化聚乙烯蜡熔点相对较低，聚四氟乙烯微粉蜡熔点很高，搭配使用可以形成更加连续的析出表面，具有协同作用。
(4)本发明除了具备现有聚丙烯包装桶不具备的表面自洁性、不易粘附性以外，还具备较高力学性能、优异冲击性能和耐高低温性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细的说明，但并不限于此。
实施例1
一种自洁型聚丙烯塑料桶，其原料组成及重量份数为：
Figure BDA0002224974700000051
Figure BDA0002224974700000061
一种自洁型聚丙烯塑料桶的制备方法，包括如下步骤：
(1)有机硅接枝改性聚丙烯(SMPP-1)的制备
(1-a)原料：聚丙烯100份、BPO(过氧化苯甲酰)0.2份、硅烷偶联剂A-151(乙烯基三乙氧基硅烷)5份和甲苯2份。
(1-b)制备：将BPO(过氧化苯甲酰)溶于甲苯，搅拌至溶解，然后加入硅烷偶联剂A-151中，搅拌均匀，配成混合液；在高速混合机中加入聚丙烯树脂，然后将混合液加入，在105℃混合10分钟；将混合好物料加入单螺杆挤出机造粒，挤出机的温度参数，从下料部到口模为：160℃、180℃、190℃、195℃、200℃，即得到有机硅接枝改性聚丙烯(SMPP-1)
(2)疏水改性微纳米粉体制备
采用正硅酸乙酯在乙醇水溶液中水解，控制反应条件，使得原位生成纳米二氧化硅并沉积到微米的片状云母粉上面，生成微纳米粉体，然后用硅烷偶联剂对微纳米粉体进行表面处理，得到疏水改性微纳米粉体。
(2-a)微纳米粉体的制备
在烧杯中加入重量比为1:3:0.87:2的正硅酸乙酯、乙醇、蒸馏水、云母粉(颜填料)，控制水硅摩尔比为10：1，得到的混合溶液用氢氧化钠调整pH值为8。将烧杯加入放入恒温加热磁力搅拌锅中，温度控制在60℃，搅拌反应2h。然后进行抽滤处理，抽滤的过程中分别蒸馏水和乙醇进行洗涤，进行三次。将抽滤、洗涤后得到的粉末放入真空干燥试验箱中，120℃下干燥两个小时得到白色微纳米粉体。
(2-b)疏水改性微纳米粉体的制备
在烧杯中配制乙醇水溶液A(乙醇水溶液A中乙醇和蒸馏水的质量比为9:1)，再向其中加入硅烷偶联剂KH570，乙醇水溶液A与硅烷偶联剂KH570的质量比保持20:80；然后用稀盐酸将溶液pH值调至3-4，磁力搅拌下室温水解1h，配置成KH570水解液。
另取烧杯，加入乙醇水溶液B(乙醇水溶液A中乙醇和蒸馏水的质量比为1:1)，然后加入微纳米粉体和KH570水解液(KH570水解液中KH570的质量是微纳米粉体质量的8wt％)。用氢氧化钠溶液将pH值调至8-9，60℃下磁力搅拌反应2h。将搅拌反应后的混合溶液做抽滤处理，抽滤的过程中分别蒸馏水和乙醇进行洗涤三次。抽滤完成后放入真空干燥箱中120℃干燥2h，即制得疏水改性微纳米粉体。
(3)自洁型聚丙烯塑料桶的制备
将步骤(1)得到的有机硅接枝改性聚丙烯、步骤(2)得到的疏水改性微纳米粉体、马来酸酐接枝聚丙烯和聚四氟乙烯微粉蜡(疏水改性剂)按照配方所述质量份加入高速混合机，在120-135℃下搅拌10-20分钟，得到混合物料；将混合好物料加入双螺杆挤出机造粒，挤出机的温度参数，从下料部到口模为：160℃、180℃、190℃、200℃、200℃、260℃、280℃、300℃、300℃、300℃，主机转速300r/min，喂料转速30r/min，切粒转速15r/min；将挤出造粒得到的颗粒料放入注塑机注塑成聚丙烯包装桶，注塑温度220℃、230℃、240℃、250℃、260℃，即得到自洁型聚丙烯塑料桶。
实施例2
一种自洁型聚丙烯塑料桶，其原料组成及重量份数为：
一种自洁型聚丙烯塑料桶，其原料组成及重量份数为：
Figure BDA0002224974700000081
其他制备方法同实施例1。
实施例3
一种自洁型聚丙烯塑料桶，其原料组成及重量份数为：
Figure BDA0002224974700000082
一种自洁型聚丙烯塑料桶的制备方法，包括如下步骤：
(1)有机硅接枝改性聚丙烯(SMPP-2)的制备
(1-a)原料配方与实施例1不同，具体配方如下：
聚丙烯100份、BPO(过氧化苯甲酰)0.4份、硅烷偶联剂A-151(乙烯基三乙氧基硅烷)10份和甲苯3份。
其他制备方法均同实施例1。
实施例4
一种自洁型聚丙烯塑料桶，其原料组成及重量份数为：
Figure BDA0002224974700000091
制备方法同实施例3。
实施例5
一种自洁型聚丙烯塑料桶，其原料组成及重量份数为：
Figure BDA0002224974700000092
其制备方法同实施例4。
实施例6
一种自洁型聚丙烯塑料桶，其原料组成及重量份数为：
Figure BDA0002224974700000093
Figure BDA0002224974700000101
制备方法同实施例4。
实施例7
一种自洁型聚丙烯塑料桶，其原料组成及重量份数为：
Figure BDA0002224974700000102
制备方法：
将实施例6中疏水改性微纳米粉体制备过程中的“云母粉”替换成等量的“滑石粉”，其他均同实施例6。
对比例1
纯聚丙烯塑料桶。
对比例2
原料与制备方法与实施例7基本相同，唯一不同的是：步骤(2)中疏水改性微纳米粉体制备过程中，采用现成的纳米二氧化硅与云母粉混合后直接进行(2-b)的表面疏水处理。
将实施例1-7与对比例1-2得到的聚丙烯塑料桶进行以下各项性能测试，结果如表1所示：
表1
Figure BDA0002224974700000111
由表1结果可知，本发明的自洁型聚丙烯塑料桶，具有优异的疏水性能，其表面具有自洁性和不易粘附性，而且具备较高的力学性能、优异的冲击性能和耐高低温性能。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种自洁型聚丙烯塑料桶，其特征在于，包括以下重量份的原料：
Figure FDA0003463030300000011
所述疏水改性微纳米粉体为采用正硅酸乙酯在颜填料上原位生成纳米二氧化硅，形成微纳米粉体，再用硅烷偶联剂对得到的微纳米粉体进行表面处理，得到疏水改性微纳米粉体。
2.根据权利要求1所述的自洁型聚丙烯塑料桶，其特征在于，所述疏水改性剂为硬脂酸钙、硬脂酸钡、聚四氟乙烯微粉蜡、聚乙烯改性聚四氟乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的自洁型聚丙烯塑料桶，其特征在于，所述有机硅改性聚丙烯树脂为采用硅烷偶联剂对聚丙烯进行熔融改性得到，具体制备步骤为：
将过氧化苯甲酰(BPO)溶于甲苯，搅拌至溶解，然后加入硅烷偶联剂A-151，搅拌均匀，配成混合液；在高速混合机中加入聚丙烯树脂，然后将所述混合液加入，在105℃下混合10min，得到混合料；将所述混合料加入单螺杆挤出机造粒，得到有机硅改性聚丙烯树脂。
4.根据权利要求3所述的自洁型聚丙烯塑料桶，其特征在于，所述聚丙烯树脂、过氧化苯甲酰(BPO)、硅烷偶联剂、甲苯的质量比为100：(0.2-0.4)：(2-10)：(1-3)；所述单螺杆挤出机的温度为：从下料部到口模为：160℃、180℃、190℃、195℃、200℃。
5.根据权利要求1所述的自洁型聚丙烯塑料桶，其特征在于，所述疏水改性微纳米粉体的具体制备步骤如下：
(1)微纳米粉体的制备
将正硅酸乙酯、乙醇、蒸馏水、颜填料按重量比1:3:(0.52-0.87):2混合，控制水硅摩尔比为(6-10)：1，混合后的溶液用氢氧化钠调整pH值为8，然后在温度60℃下，搅拌反应2h，抽滤、洗涤、真空干燥，得到白色微纳米粉体；
(2)疏水改性微纳米粉体的制备
硅烷偶联剂与乙醇水溶液A按照质量比2:8进行混合，用稀盐酸调节PH值至3-4，搅拌下水解1h，配置成硅烷偶联剂水解液；
将步骤(1)得到的微纳米粉体和硅烷偶联剂水解液加入乙醇水溶液B中，再用氢氧化钠将pH值至8-9，60℃下搅拌反应2h，抽滤、洗涤、真空干燥，即制得疏水改性微纳米粉体。
6.根据权利要求5所述的自洁型聚丙烯塑料桶，其特征在于，所述乙醇水溶液A中乙醇和蒸馏水的质量比为9:1；所述硅烷偶联剂为KH550、KH560和KH570中的一种或多种；所述颜填料为滑石粉和/或云母粉；乙醇水溶液B中乙醇和蒸馏水的质量比为1:1；微纳米粉体和硅烷偶联剂水解液中的硅烷偶联剂的质量比为100:8。
7.一种权利要求1-6任一项所述的自洁型聚丙烯塑料桶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将有机硅改性聚丙烯树脂、疏水改性微纳米粉体、马来酸酐接枝聚丙烯、石蜡油和疏水改性剂按照所述重量份加入高速混合机，在120-135℃下搅拌10-20分钟，得到混合物料；将混合物料挤出造粒、注塑成型，即得到自洁型聚丙烯塑料桶。
8.根据权利要求7所述的自洁型聚丙烯塑料桶的制备方法，其特征在于，所述挤出造粒，采用双螺杆挤出机挤出造粒，其温度参数设置为：从下料部到口模温度为160℃、180℃、190℃、200℃、200℃、260℃、280℃、300℃、300℃、300℃，主机转速300r/min，喂料转速30r/min，切粒转速15r/min；
所述注塑成型为将挤出造粒的颗粒料放入注塑机注塑成聚丙烯包装桶，注塑温度为220℃、230℃、240℃、250℃、260℃。
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