CN111040358A - 一种提高pp材料表面极性的功能母粒及其制备方法和应用 - Google Patents

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CN111040358A CN201911371438.XA CN201911371438A CN111040358A CN 111040358 A CN111040358 A CN 111040358A CN 201911371438 A CN201911371438 A CN 201911371438A CN 111040358 A CN111040358 A CN 111040358A
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Abstract

本发明提供一种提高PP材料表面极性的功能母粒及其制备方法和应用。所述功能母粒的制备原料按重量份数计包括：苯乙烯‑顺丁烯二酸酐共聚物30‑70份、聚乙二醇单甲醚30‑70份和催化剂0.01‑0.03份。所述功能母粒不仅能够改善PP材料的极性，省去后续繁琐的电晕处理工作，还能使PP材料表面极性能够长时间保持，PP材料表面极性分布均匀，各项机械强度得到增强。

Description

一种提高PP材料表面极性的功能母粒及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于高分子材料加工领域，具体涉及一种功能母料及其制备方法，尤其涉及一种提高PP材料表面极性的功能母粒及其制备方法和应用。
背景技术
聚丙烯(PP)是一种性能优良的通用塑料，具有密度低、强度高、电绝缘性能优异等特点，广泛应用于汽车、家电、建筑、纺织、包装等领域。但是PP的非极性结晶结构导致其制品的表面能较差，黏结、涂装和抗静电性能也较差。如PP薄膜依然存在印刷困难的问题。由于PP本身的非极性特点使其在印刷方面存在天生的缺陷。目前PP薄膜印刷多采用电晕处理，该方法有一定的效果，但是存在诸多问题：1、电晕处理后薄膜表面极性保持时间短；2、电晕处理对薄膜厚度均匀性要求高，易出现局部电晕处理不到或者电晕击穿的问题，导致印刷不均匀。
CN109749236A公开了一种改性PP薄膜的制作方法，其步骤包括：选取合理重量份数的配料进行配制，即PP聚丙烯、无规共聚聚丙烯、MPE茂金属、防火剂、增钢型成核剂、PA66耐磨尼龙、环保白矿油，使用电晕机使材料的表面达因值达到42达因以上，该发明采取电晕处理方法提高PP薄膜的极性，虽然能使PP薄膜表面的因值得到提升，但是薄膜表面极性保持时间短，局部电晕处理不到位，导致后期印刷不均匀。
CN108976602A公开了一种适用于PP的仿大理石纹母粒，包括母粒，所述母粒包括以下重量份的组分：60-80份PA6、5-15份PP、3-8份填充剂、2-8份增韧剂、1-5份颜料、1-5份复合高分子蜡、0.3-1份阻燃剂，该发明PP薄膜的纹路清晰、表面光泽好，但是印刷性能不好，制品表面涂层容易掉色、影响了制品的外观。
因此，开发一种能够改善PP材料表面极性，使薄膜表面自带极性的功能母粒是本领域目前研究的重点。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种提高PP材料表面极性的功能母粒及其制备方法和应用，所述功能母粒能够改善PP材料表面极性，使PP材料表面极性长时间维持不变，且PP材料表面极性分布均匀，从而使PP材料的各项机械强度得到一定的增强。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种提高PP材料表面极性的功能母粒，所述功能母粒的制备原料按重量份数计包括：苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物30-70份、聚乙二醇单甲醚30-70份和催化剂0.01-0.03份。
本发明中，所述苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物的重量份数为30-70份，例如可以是30份、32份、34份、36份、38份、40份、42份、44份、46份、48份、50份、52份、54份、56份、58份、60份、62份、64份、66份、68份、70份。
本发明中，所述聚乙二醇单甲醚的重量份数为30-70份，例如可以是30份、32份、34份、36份、38份、40份、42份、44份、46份、48份、50份、52份、54份、56份、58份、60份、62份、64份、66份、68份、70份。
本发明中，所述催化剂的重量份数为0.01-0.03份，例如可以是0.01份、0.015份、0.02份、0.025份、0.03份。
本发明所述功能母粒利用两亲性大分子与聚合物进行共混是改善PP材料的表面性能。其中，苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物(SMA)中含有较多的酸酐基团，分子链上亲水、疏水基团呈现有规律的交替分布。聚乙二醇单甲醚(MPEG)是分子链中含有羟基和醚键的亲水性聚合物。苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物和聚乙二醇单甲醚相互配合后，使PP链段锚固在PP材料的内部，极性亲水链段迁移扩散到PP材料的表面并在表面富集，既可以改善PP材料的表面极性和亲水性，使改性效果持久保持，还能够改善PP材料整体的机械强度。所述PP材料包括PP薄膜、PP无纺布、PP管材或PP板材中的任意一种。
优选地，所述苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物和聚乙二醇单甲醚的质量比为(1.0-1.5):1，例如可以是1.0:1、1.1:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1、1.5:1。
优选地，所述苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物的重均分子量为1000-4000，例如可以是1000、1200、1400、1600、1800、2000、2200、2400、2600、2800、3000、3200、3400、3600、3800、4000。
优选地，所述聚乙二醇单甲醚的重均分子量为400-2000，例如可以是400、600、1000、2000。
优选地，所述催化剂为对甲苯磺酸。
第二方面，本发明提供一种如第一方面所述提高PP材料表面极性的功能母粒的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将聚乙二醇单甲醚加热熔融，得到聚乙二醇单甲醚熔融液；
(2)向步骤(1)得到的聚乙二醇单甲醚熔融液中加入苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物和催化剂，加热搅拌，得到所述提高PP材料表面极性的功能母粒。
优选地，步骤(1)所述加热搅拌的温度为60-140℃，例如可以是60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃。
优选地，步骤(1)所述加热搅拌的时间为5-10min，例如可以是5min、6min、7min、8min、9min、10min。
优选地，步骤(2)所述苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物分3-5次加入，例如可以分3次加入、分4次加入、分5次加入。
优选地，步骤(2)所述苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物每次的添加量为苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物总质量的20-40％，例如可以是20％、22％、24％、26％、28％、30％、32％、34％、36％、38％、40％。
优选地，步骤(2)所述加热搅拌的温度为120-180℃，例如可以是120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃。
优选地，步骤(2)所述加热搅拌的时间为60-240min，例如可以是60min、80min、100min、120min、140min、160min、180min、200min、220min、240min，优选为120-180min；
优选地，步骤(2)所述加热搅拌在真空或保护性气体保护下进行；
优选地，所述保护性气体为氮气。
优选地，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将聚乙二醇单甲醚在60-140℃加热搅拌5-10min后，得到聚乙二醇单甲醚熔融液；
(2)向步骤(1)得到的聚乙二醇单甲醚熔融液中分3-5次加入苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物，每次的添加量为苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物总质量的20-40％，并加入对甲苯磺酸，在真空或保护性气体保护下，120-180℃加热搅拌60-240min，得到所述提高PP材料表面极性的功能母粒。
第三方面，本发明提供一种如第一方面所述提高PP材料表面极性的功能母粒在制备PP薄膜材料中的应用。
第四方面，本发明提供一种PP薄膜材料，所述PP薄膜材料包括如第一方面所述的提高PP材料表面极性的功能母粒。
优选地，所述提高PP材料表面极性的功能母粒的添加量为所述PP薄膜材料总质量的1-5％，例如可以是1％、1.2％、1.4％、1.6％、1.8％、2％、2.2％、2.4％、2.6％、2.8％、3％、3.2％、3.4％、3.6％、3.8％、4％、4.2％、4.4％、4.6％、4.8％、5％。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明所述功能母粒能够改善PP材料的表面极性，使PP材料表面自带极性，不但可以省去后续繁琐的电晕处理工作，极性能够长时间保持，还能使PP材料表面极性分布均匀，进而增强PP材料的各项机械强度。
(2)本发明所述功能母粒制备的PP薄膜材料的达因值在34以上，拉伸强度在80MPa以上，抗弯强度在90MPa以上，弯曲模量在4000MPa以上，缺口冲击强度在7KJ/m2以上。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供一种提高PP材料表面极性的功能母粒，所述功能母粒的制备原料按重量份数计包括：苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物(重均分子量为2000)54份、聚乙二醇单甲醚(重均分子量为1000)46份和对苯甲磺酸0.02份。
本实施例提供的PP材料表面极性的功能母粒的制备方法包括以下步骤：
(1)将聚乙二醇单甲醚在100℃加热搅拌8min后，得到聚乙二醇单甲醚熔融液；
(2)向步骤(1)得到的聚乙二醇单甲醚熔融液中分5次加入苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物，每次的添加量均为苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物总质量的20％，并加入对甲苯磺酸，在氮气保护下，120℃加热搅拌180min，得到所述提高PP材料表面极性的功能母粒。
实施例2
本实施例提供一种提高PP材料表面极性的功能母粒，所述功能母粒的制备原料按重量份数计包括：苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物(重均分子量为3000)58份、聚乙二醇单甲醚(重均分子量为400)42份和对苯甲磺酸0.02份。
本实施例提供的PP材料表面极性的功能母粒的制备方法包括以下步骤：
(1)将聚乙二醇单甲醚在120℃加热搅拌8min后，得到聚乙二醇单甲醚熔融液；
(2)向步骤(1)得到的聚乙二醇单甲醚熔融液中分4次加入苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物，每次的添加量均为苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物总质量的25％，并加入对甲苯磺酸，在氮气保护下，150℃加热搅拌140min，得到所述提高PP材料表面极性的功能母粒。
实施例3
本实施例提供一种提高PP材料表面极性的功能母粒，所述功能母粒的制备原料按重量份数计包括：苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物(重均分子量为1000)60份、聚乙二醇单甲醚(重均分子量为2000)40份和对苯甲磺酸0.02份。
本实施例提供的PP材料表面极性的功能母粒的制备方法包括以下步骤：
(1)将聚乙二醇单甲醚在140℃加热搅拌5min后，得到聚乙二醇单甲醚熔融液；
(2)向步骤(1)得到的聚乙二醇单甲醚熔融液中分3次加入苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物，第一次和第一次次的添加量为苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物总质量的30％，第三次的添加量为剩余的40％苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物，并加入对甲苯磺酸，在氮气保护下，180℃加热搅拌120min，得到所述提高PP材料表面极性的功能母粒。
实施例4
本实施例提供一种提高PP材料表面极性的功能母粒，所述功能母粒的制备原料按重量份数计包括：苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物(重均分子量为2000)70份、聚乙二醇单甲醚(重均分子量为1000)30份和对苯甲磺酸0.02份。
本实施例提供的PP材料表面极性的功能母粒的制备方法包括以下步骤：
(1)将聚乙二醇单甲醚在100℃加热搅拌8min后，得到聚乙二醇单甲醚熔融液；
(2)向步骤(1)得到的聚乙二醇单甲醚熔融液中分5次加入苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物，每次的添加量均为苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物总质量的20％，并加入对甲苯磺酸，在氮气保护下，120℃加热搅拌180min，得到所述提高PP材料表面极性的功能母粒。
实施例5
本实施例提供一种提高PP材料表面极性的功能母粒，所述功能母粒的制备原料按重量份数计包括：苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物(重均分子量为2000)68份、聚乙二醇单甲醚(重均分子量为1000)32份和对苯甲磺酸0.02份。
本实施例提供的PP材料表面极性的功能母粒的制备方法包括以下步骤：
(1)将聚乙二醇单甲醚在100℃加热搅拌8min后，得到聚乙二醇单甲醚熔融液；
(2)向步骤(1)得到的聚乙二醇单甲醚熔融液中分5次加入苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物，每次的添加量均为苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物总质量的20％，并加入对甲苯磺酸，在氮气保护下，120℃加热搅拌180min，得到所述提高PP材料表面极性的功能母粒。
实施例6
本实施例提供一种提高PP材料表面极性的功能母粒，与实施例1的区别仅在于所述苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物的重均分子量为800，组分含量及制备方法同实施例1。
实施例7
本实施例提供一种提高PP材料表面极性的功能母粒，与实施例1的区别仅在于所述苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物的重均分子量为5000，组分含量及制备方法同实施例1。
实施例8
本实施例提供一种提高PP材料表面极性的功能母粒，与实施例1的区别仅在于所述聚乙二醇单甲醚的重均分子量为200，组分含量及制备方法同实施例1。
实施例9
本实施例提供一种提高PP材料表面极性的功能母粒，与实施例1的区别仅在于所述聚乙二醇单甲醚的重均分子量为3000，组分含量及制备方法同实施例1。
对比例1
本对比例提供一种功能母粒，所述功能母粒仅包括苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物(重均分子量为2000)100份。
对比例2
本对比例提供一种功能母粒，所述功能母粒仅包括苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物(重均分子量为1000)100份。
对比例3
本对比例提供一种功能母粒，所述功能母粒的制备原料按重量份数计包括：苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物(重均分子量为2000)20份和聚乙二醇单甲醚(重均分子量为1000)80份，本对比例所述功能母粒的制备方法同实施例1。
对比例4
本对比例提供一种功能母粒，所述功能母粒的制备原料按重量份数计包括：苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物(重均分子量为2000)80份和聚乙二醇单甲醚(重均分子量为1000)20份，本对比例所述功能母粒的制备方法同实施例1。
应用实施例1
本应用实施例提供一种PP薄膜，所述PP薄膜按重量百分比计包括：PP(燕山化石1300)70％、玻璃纤维(GF30-02)20％、云母粉5％和实施例1制备的功能母粒5％。
本应用实施例提供的PP薄膜的制备方法为：将PP、玻璃纤维、云母粉和实施例1制备的功能母粒通过高速分散机，在300r/min的转速下搅拌混合10min，再将混合物加入到卧式直压注塑机直接注塑打板，加工温度一区温度185℃、二区温度190℃、三区温度195℃，注塑成型，得到所述PP薄膜。
应用实施例2
本应用实施例提供一种PP薄膜，与应用实施例1的区别仅在于：将实施例1制备的功能母粒替换为实施例2制备的功能母粒，实施例2制备的功能母粒添加量仍为5％，其他组分含量及制备方法同应用实施例1。
应用实施例3
本应用实施例提供一种PP薄膜，与应用实施例1的区别仅在于：将实施例1制备的功能母粒替换为实施例3制备的功能母粒，实施例3制备的功能母粒添加量仍为5％，其他组分含量及制备方法同应用实施例1。
应用实施例4
本应用实施例提供一种PP薄膜，与应用实施例1的区别仅在于：将实施例1制备的功能母粒替换为实施例4制备的功能母粒，实施例4制备的功能母粒添加量仍为5％，其他组分含量及制备方法同应用实施例1。
应用实施例5
本应用实施例提供一种PP薄膜，与应用实施例1的区别仅在于：将实施例1制备的功能母粒替换为实施例5制备的功能母粒，实施例5制备的功能母粒添加量仍为5％，其他组分含量及制备方法同应用实施例1。
应用实施例6
本应用实施例提供一种PP薄膜，与应用实施例1的区别仅在于：将实施例1制备的功能母粒替换为实施例6制备的功能母粒，实施例6制备的功能母粒添加量仍为5％，其他组分含量及制备方法同应用实施例1。
应用实施例7
本应用实施例提供一种PP薄膜，与应用实施例1的区别仅在于：将实施例1制备的功能母粒替换为实施例7制备的功能母粒，实施例7制备的功能母粒添加量仍为5％，其他组分含量及制备方法同应用实施例1。
应用实施例8
本应用实施例提供一种PP薄膜，与应用实施例1的区别仅在于：将实施例1制备的功能母粒替换为实施例8制备的功能母粒，实施例8制备的功能母粒添加量仍为5％，其他组分含量及制备方法同应用实施例1。
应用实施例9
本应用实施例提供一种PP薄膜，与应用实施例1的区别仅在于：将实施例1制备的功能母粒替换为实施例9制备的功能母粒，实施例9制备的功能母粒添加量仍为5％，其他组分含量及制备方法同应用实施例1。
应用对比例1
本应用对比例提供一种PP薄膜，与应用实施例1的区别仅在于：将实施例1制备的功能母粒替换为对比例1制备的功能母粒，对比例1制备的功能母粒添加量仍为5％，其他组分含量及制备方法同应用实施例1。
应用对比例2
本应用对比例提供一种PP薄膜，与应用实施例1的区别仅在于：将实施例1制备的功能母粒替换为对比例2制备的功能母粒，对比例2制备的功能母粒添加量仍为5％，其他组分含量及制备方法同应用实施例1。
应用对比例3
本应用对比例提供一种PP薄膜，与应用实施例1的区别仅在于：将实施例1制备的功能母粒替换为对比例3制备的功能母粒，对比例3制备的功能母粒添加量仍为5％，其他组分含量及制备方法同应用实施例1。
应用对比例4
本应用对比例提供一种PP薄膜，与应用实施例1的区别仅在于：将实施例1制备的功能母粒替换为对比例4制备的功能母粒，对比例4制备的功能母粒添加量仍为5％，其他组分含量及制备方法同应用实施例1。
对上述应用实施例1-9制备的PP薄膜和应用对比例1-4制备的PP薄膜的达因值及各项机械性能进行测试，其中，表面极性和亲水性通过达因值体现，水滴在固体表面就可以越好的润湿，接触角就越小，达因值越大，固体表面极性和亲水性越好。具体测试方法及测试结果如表1所示：
表1
Figure BDA0002339728470000121
由上述测试数据可知，添加本实施例1-10制备的功能母粒的pp薄膜，达因值在34以上，拉伸强度在80MPa以上，抗弯强度在90MPa以上，弯曲模量在4000MPa以上，缺口冲击强度在7KJ/m2以上，这充分说明了本发明所述功能母粒不仅能够改善PP材料表面极性，使薄膜表面自带极性，极性能够长时间保持，还能使薄膜表面极性分布均匀，进一步使各项机械强度得到增强。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明所述的提高PP材料表面极性的功能母粒及其制备方法和应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种提高PP材料表面极性的功能母粒，其特征在于，所述功能母粒的制备原料按重量份数计包括：苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物30-70份、聚乙二醇单甲醚30-70份和催化剂0.01-0.03份。
2.根据权利要求1所述提高PP材料表面极性的功能母粒，其特征在于，所述苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物和聚乙二醇单甲醚的质量比为(1.0-1.5):1。
3.根据权利要求1或2所述提高PP材料表面极性的功能母粒，其特征在于，所述苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物的重均分子量为1000-4000。
4.根据权利要求1-3中任一项所述提高PP材料表面极性的功能母粒，其特征在于，所述聚乙二醇单甲醚的重均分子量为400-2000。
5.根据权利要求1-4中任一项所述提高PP材料表面极性的功能母粒，其特征在于，所述催化剂为对甲苯磺酸。
6.根据权利要求1-5中任一项所述提高PP材料表面极性的功能母粒的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将聚乙二醇单甲醚加热熔融，得到聚乙二醇单甲醚熔融液；
(2)向步骤(1)得到的聚乙二醇单甲醚熔融液中加入苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物和催化剂，加热搅拌，得到所述提高PP材料表面极性的功能母粒。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述加热的温度为60-140℃；
优选地，步骤(1)所述加热熔融在搅拌下进行，所述搅拌的时间为5-10min；
优选地，步骤(2)所述苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物分3-5次加入；
优选地，步骤(2)所述苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物每次的添加量为苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物总质量的20-40％；
优选地，步骤(2)所述加热搅拌的温度为120-180℃；
优选地，步骤(2)所述加热搅拌的时间为60-240min，优选为120-180min；
优选地，步骤(2)所述加热搅拌在真空或保护性气体保护下进行；
优选地，所述保护性气体为氮气。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将聚乙二醇单甲醚在60-140℃加热搅拌5-10min后，得到聚乙二醇单甲醚熔融液；
(2)向步骤(1)得到的聚乙二醇单甲醚熔融液中分3-5次加入苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物，每次的添加量为苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物总质量的20-40％，并加入对甲苯磺酸，在真空或保护性气体保护下，120-180℃加热搅拌60-240min，得到所述提高PP材料表面极性的功能母粒。
9.根据权利要求1-5中任一项所述提高PP材料表面极性的功能母粒在制备PP薄膜材料中的应用。
10.一种PP薄膜材料，其特征在于，所述PP薄膜材料包括如权利要求1-5中任一项所述的提高PP材料表面极性的功能母粒；
优选地，所述提高PP材料表面极性的功能母粒的添加量为所述PP薄膜材料总质量的1-5％。
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