CN111187468A - 一种耐水煮变色聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐水煮变色聚丙烯复合材料，其原料按重量份包括：聚丙烯树脂47‑90份、丙烯腈‑苯乙烯共聚物2‑15份、相容剂2‑10份、填料改性剂1‑8份、填料5‑20份、抗氧剂0.2‑1.0份、耐候剂0.2‑1.0份、耐热改性剂0.1‑2.0份、润滑剂0.5‑2.0份。本发明还公开了上述耐水煮变色聚丙烯复合材料的制备方法。本发明相对于现有的聚丙烯复合材料，具有较高的耐水煮变色性能、较高的硬度、耐热性能，同时兼具有良好的光泽，可广泛应用于日用品餐具、电饭煲、电水壶、电磁炉等家电外壳部件，市场应用前景广阔。

Description

一种耐水煮变色聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚丙烯材料技术领域，尤其涉及一种耐水煮变色聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯树脂原料是一种性价比高的合成树脂，应用广泛，聚丙烯材料是部分结晶聚合物，具有较高的强度、刚度、硬度和耐热性能，熔点可达165℃以上，具有无毒、无味、密度小、强度、刚度、硬度、耐热性能优异，具有良好的电性能和绝缘性能，常见的酸、碱有机溶剂对它也几乎不起作用。
目前为了降低成本，市场上许多餐盘，碗具，碟子，电磁炉，电水壶，电饭煲外壳等采用聚丙烯复合材料进行生产。由于上述制品在使用过程中，经常与热水接触，在热水的作用下，制件接触热水部位经常出现颜色明显变色现象，影响消费者使用感受，造成抱怨。因此针对性的研制耐水煮变色聚丙烯复合材料是业内人士一直希望攻关解决的难题。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种耐水煮变色聚丙烯复合材料及其制备方法，本发明相对于现有的聚丙烯复合材料，具有较高的耐水煮变色性能、较高的硬度、耐热性能，同时兼具有良好的光泽，可广泛应用于日用品餐具、电饭煲、电水壶、电磁炉等家电外壳部件，市场应用前景广阔。
本发明提出了一种耐水煮变色聚丙烯复合材料，其原料按重量份包括：聚丙烯树脂47-90份、丙烯腈-苯乙烯共聚物2-15份、相容剂2-10份、填料改性剂1-8份、填料5-20份、抗氧剂0.2-1.0份、耐候剂0.2-1.0份、耐热改性剂0.1-2.0份、润滑剂0.5-2.0份。
优选地，聚丙烯树脂为均聚聚丙烯树脂，在230℃/2.16Kg条件下的熔体流动速率为2-90g/10min，如武汉石化的PP SV30G。
优选地，丙烯腈-苯乙烯共聚物在220℃/10Kg条件下的熔体流动速率为2.0-5.0g/10min，如LG化学的AS 80HF。
优选地，相容剂为聚丙烯接枝苯乙烯接枝马来酸酐PP-PS-MAH，其中，马来酸酐接枝率为0.5-1.2％。
优选地，在聚丙烯接枝苯乙烯接枝马来酸酐PP-PS-MAH的制备过程中，将过氧化二异丙苯溶于苯乙烯中，然后与聚丙烯、马来酸酐混匀，再熔融挤出得到聚丙烯接枝苯乙烯接枝马来酸酐PP-PS-MAH。
优选地，在聚丙烯接枝苯乙烯接枝马来酸酐PP-PS-MAH的制备过程中，聚丙烯、苯乙烯、马来酸酐、过氧化二异丙苯的重量比为89.0-94.5：3.0-6.5：1.4-3.5：0.2-0.9。
优选地，填料改性剂为丙烯乙烯共聚形成的半结晶共聚物，如埃克森美孚化学的威达美VISTAMAXX 6202。
优选地，填料为超微细硫酸钡，其粒径为20-200nm，如佛山成吉化工的LC330。
优选地，抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、硫代酯类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种。
优选地，抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂，其中，受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的重量比为2：1。
优选地，耐候剂为二苯甲酮、苯并三唑、受阻胺中的至少一种，如氰特化工的受阻胺3808PP5。
优选地，耐热改性剂为山梨醇类耐热剂、磷酸金属盐类耐热剂、二元羧酸盐类耐热剂中至少一种。
优选地，耐热改性剂为2，2′-亚甲基双(4，6-特丁基苯酚)膦铝盐。
优选地，润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸盐、褐煤蜡、戊四醇硬脂酸酯中的至少一种。
优选地，润滑剂为聚乙烯蜡和硬脂酸钙，其中，聚乙烯蜡和硬脂酸钙的重量比为1：2。
本发明还提出了上述耐水煮变色聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：将聚丙烯树脂、丙烯腈-苯乙烯共聚物、相容剂混合，然后加入填料改性剂、填料、抗氧剂、耐候剂、耐热改性剂和润滑剂继续混合，经双螺杆挤出机熔融，挤出，造粒得到耐水煮变色聚丙烯复合材料。
优选地，熔融段采用2节90°旋转角捏合元件和2节小导程输送元件嵌段安装。
上述90°旋转角捏合元件、小导程输送元件均为本领域常规原件，二者通过嵌段安装在一起。
优选地，挤出温度为220-235℃，螺杆转速为450-550r/min，真空度为-0.04至-0.08MPa。
优选地，聚丙烯树脂、丙烯腈-苯乙烯共聚物、相容剂于80-90℃混合5-8min。
优选地，继续混合5-10min。
有益效果：
1.聚丙烯树脂通过与丙烯腈-苯乙烯共聚物共混成复合材料，在相容剂聚丙烯接枝苯乙烯接枝马来酸酐PP-PS-MAH的增容作用下，丙烯腈-苯乙烯共聚物形成岛相结构，聚丙烯材料起到连续相作用，材料的力学性能，耐热性能得到明显提高，另外由于丙烯腈-苯乙烯共聚物中刚硬的苯环，丙烯腈侧基，水煮时可以阻止水、热、氧的攻击，起到耐水煮变色作用。
2、加入耐热改性剂可使聚丙烯分子链排布更加规整，结晶度提高；同时发现，当与耐候剂受阻胺3808PP5复配使用时，材料耐水煮变色性能不是简单的加和性能，出现了协同作用。
3、采用特殊工艺螺杆组合，熔融段采用二节90°旋转角捏合元件和二节小导程输送元件嵌段安装，具备低生热强分散能力，避免材料出现局部过热而影响材料性能。
4、将本发明注塑制成色板，进行水煮测试(水浴槽中加入去离子水，加热至100℃，水煮时间48H)实验后，测试水煮前后颜色色差变化，其色差变化小，色差值ΔE可以达到0.8，优于对比例常规材料的色差值5.2。
本发明具有耐水煮变色、高强度、高光泽等特点，适用于日用品餐盘、碗具、碟子、电磁炉、电水壶、电饭煲外壳用材料要求。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
以下实施例中，聚丙烯树脂为武汉石化的PP SV30G；丙烯腈-苯乙烯共聚物为LG化学的AS 80HF，填料改性剂为埃克森美孚化学的威达美VISTAMAXX 6202，填料为佛山成吉化工的LC330；抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂按重量份2：1复配组成的混合物；耐候剂为氰特化工的受阻胺3808PP5；耐热改性剂为2，2′-亚甲基双(4，6-特丁基苯酚)膦铝盐；润滑剂为聚乙烯蜡和硬脂酸钙按重量份1：2复配组成的混合物；钛白粉为美国杜邦的R105。
实施例1
一种耐水煮变色聚丙烯复合材料，其原料按重量份包括：聚丙烯树脂90份、丙烯腈-苯乙烯共聚物2份、相容剂2份、填料改性剂1份、填料5份、抗氧剂0.2份、耐候剂0.2份、耐热改性剂0.1份、润滑剂0.5份；
其中，相容剂为聚丙烯接枝苯乙烯接枝马来酸酐PP-PS-MAH，其中，马来酸酐接枝率为0.5％；
在聚丙烯接枝苯乙烯接枝马来酸酐PP-PS-MAH的制备过程中，将过氧化二异丙苯溶于苯乙烯中，然后与聚丙烯、马来酸酐混匀，再熔融挤出得到聚丙烯接枝苯乙烯接枝马来酸酐PP-PS-MAH，其中，聚丙烯、苯乙烯、马来酸酐、过氧化二异丙苯的重量比为93.6：5.0：1.4：0.2。
上述耐水煮变色聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：将聚丙烯树脂、丙烯腈-苯乙烯共聚物、相容剂于80℃混合5min，然后加入填料改性剂、填料、抗氧剂、耐候剂、耐热改性剂和润滑剂继续混合5min，经双螺杆挤出机熔融，挤出，造粒得到耐水煮变色聚丙烯复合材料，其中，双螺杆挤出机挤出造粒，采用特殊工艺螺杆组合，熔融段采用2节90°旋转角捏合元件和2节小导程输送元件嵌段安装，挤出温度为220℃，螺杆转速为450r/min，真空度为-0.04MPa。
实施例2
一种耐水煮变色聚丙烯复合材料，其原料按重量份包括：聚丙烯树脂77份、丙烯腈-苯乙烯共聚物6份、相容剂4份、填料改性剂3份、填料10份、抗氧剂0.3份、耐候剂0.3份、润滑剂0.7份；
其中，相容剂为聚丙烯接枝苯乙烯接枝马来酸酐PP-PS-MAH，其中，马来酸酐接枝率为0.8％；
在聚丙烯接枝苯乙烯接枝马来酸酐PP-PS-MAH的制备过程中，将过氧化二异丙苯溶于苯乙烯中，然后与聚丙烯、马来酸酐混匀，再熔融挤出得到聚丙烯接枝苯乙烯接枝马来酸酐PP-PS-MAH，其中，聚丙烯、苯乙烯、马来酸酐、过氧化二异丙苯的重量比为94.5：3.2：1.8：0.5。
上述耐水煮变色聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：将聚丙烯树脂、丙烯腈-苯乙烯共聚物、相容剂于85℃混合6min，然后加入填料改性剂、填料、抗氧剂、耐候剂和润滑剂继续混合5min，经双螺杆挤出机熔融，挤出，造粒得到耐水煮变色聚丙烯复合材料，其中，双螺杆挤出机挤出造粒，采用特殊工艺螺杆组合，熔融段采用2节90°旋转角捏合元件和2节小导程输送元件嵌段安装，挤出温度为225℃，螺杆转速为470r/min，真空度为-0.05MPa。
实施例3
将耐候剂替换成耐热改性剂，其他同实施例2。
实施例4
添加耐热改性剂0.3份，其他同实施例2。
实施例5
一种耐水煮变色聚丙烯复合材料，其原料按重量份包括：聚丙烯树脂47份、丙烯腈-苯乙烯共聚物15份、相容剂10份、填料改性剂8份、填料20份、抗氧剂0.6份、耐候剂0.8份、耐热改性剂1.0份、润滑剂1.5份；
其中，相容剂为聚丙烯接枝苯乙烯接枝马来酸酐PP-PS-MAH，其中，马来酸酐接枝率为1.2％；
在聚丙烯接枝苯乙烯接枝马来酸酐PP-PS-MAH的制备过程中，将过氧化二异丙苯溶于苯乙烯中，然后与聚丙烯、马来酸酐混匀，再熔融挤出得到聚丙烯接枝苯乙烯接枝马来酸酐PP-PS-MAH，其中，聚丙烯、苯乙烯、马来酸酐、过氧化二异丙苯的重量比为89.1:6.5：3.5：0.9。
上述耐水煮变色聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：将聚丙烯树脂、丙烯腈-苯乙烯共聚物、相容剂于87℃混合8min，然后加入填料改性剂、填料、抗氧剂、耐候剂、耐热改性剂和润滑剂继续混合7min，经双螺杆挤出机熔融，挤出，造粒得到耐水煮变色聚丙烯复合材料，其中，双螺杆挤出机挤出造粒，采用特殊工艺螺杆组合，熔融段采用2节90°旋转角捏合元件和2节小导程输送元件嵌段安装，挤出温度为235℃，螺杆转速为550r/min，真空度为-0.08MPa。
对比例1
一种聚丙烯复合材料，其原料按重量份包括：聚丙烯树脂81份、相容剂6份、无丙烯腈-苯乙烯共聚物，其他同实施例4。
对比例2
一种聚丙烯复合材料，其原料按重量份包括：聚丙烯树脂87份、无丙烯腈-苯乙烯共聚物和相容剂，其他同实施例4。
对比例3
一种聚丙烯复合材料，其原料按重量份包括：聚丙烯树脂80份、无填料改性剂，其他同实施例4。
对比例4
双螺杆挤出机挤出造粒，采用常规螺杆组合熔融段4节90°旋转角捏合元件和3节大导程输送元件嵌段安装，具有高生热，强剪切能力设计，其它同实施例4。
根据GB相关检测标准测试实施例1-5、对比例1-4，结果如表1和表2所示。
耐水煮变色测试方法为：实验前，测试样板的颜色L*a*b*，然后将样板放入水浴锅中，加入2000ml去离子水，加热至沸腾，水煮48h，然后取出样板，测试其颜色L*a*b*，对比水煮前后样板的颜色并计算色差值ΔE。色差仪采用KONICAMINOLTA CR400仪器，采用CIE1976(L*a*b*)色空间色差公式测试颜色。色差值ΔE越大说明变色越明显。
表1实施例1-5的性能检测结果
Figure BDA0002342938130000081
表2对比例1-4的性能检测结果
Figure BDA0002342938130000082
Figure BDA0002342938130000091
由表1-2可以看出：
1、通过对比例1-3，实施例1-5可以看出，通过引进刚性分子链丙烯腈-苯乙烯共聚物，明显提高了材料的耐水煮变色性能，另外由于聚丙烯接枝苯乙烯接枝马来酸酐PP-PS-MAH、填料改性剂的协效作用，材料的耐水煮变色性能有了进一步的改善；
2、通过实施例2-4可以看出，耐热改性剂和耐候剂有协同功效，耐水煮变色性能有明显提高；
3、通过对比例4与实施例1-5可以得出，新型螺杆组合工艺设计改善了材料的相容性，同时降低了材料分子链降解，在提高材料的耐水煮变色性能同时，也提高了材料的力学性能。
如在本发明的制备组份中添加抗静电剂、着色剂等功能助剂，使复合材料具有相应特性亦受本发明保护。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种耐水煮变色聚丙烯复合材料，其特征在于，其原料按重量份包括：聚丙烯树脂47-90份、丙烯腈-苯乙烯共聚物2-15份、相容剂2-10份、填料改性剂1-8份、填料5-20份、抗氧剂0.2-1.0份、耐候剂0.2-1.0份、耐热改性剂0.1-2.0份、润滑剂0.5-2.0份。
2.根据权利要求1所述耐水煮变色聚丙烯复合材料，其特征在于，聚丙烯树脂为均聚聚丙烯树脂，在230℃/2.16Kg条件下的熔体流动速率为2-90g/10min；优选地，丙烯腈-苯乙烯共聚物在220℃/10Kg条件下的熔体流动速率为2.0-5.0g/10min。
3.根据权利要求1或2所述耐水煮变色聚丙烯复合材料，其特征在于，相容剂为聚丙烯接枝苯乙烯接枝马来酸酐PP-PS-MAH，其中，马来酸酐接枝率为0.5-1.2％。
4.根据权利要求3所述耐水煮变色聚丙烯复合材料，其特征在于，在聚丙烯接枝苯乙烯接枝马来酸酐PP-PS-MAH的制备过程中，将过氧化二异丙苯溶于苯乙烯中，然后与聚丙烯、马来酸酐混匀，再熔融挤出得到聚丙烯接枝苯乙烯接枝马来酸酐PP-PS-MAH；优选地，在聚丙烯接枝苯乙烯接枝马来酸酐PP-PS-MAH的制备过程中，聚丙烯、苯乙烯、马来酸酐、过氧化二异丙苯的重量比为89.0-94.5：3.0-6.5：1.4-3.5：0.2-0.9。
5.根据权利要求1-4任一项所述耐水煮变色聚丙烯复合材料，其特征在于，填料改性剂为丙烯乙烯共聚形成的半结晶共聚物；优选地，填料为超微细硫酸钡，其粒径为20-200nm。
6.根据权利要求1所述耐水煮变色聚丙烯复合材料，其特征在于，抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、硫代酯类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种；优选地，抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂，其中，受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的重量比为2：1。
7.根据权利要求1所述耐水煮变色聚丙烯复合材料，其特征在于，耐候剂为二苯甲酮、苯并三唑、受阻胺中的至少一种。
8.根据权利要求1所述耐水煮变色聚丙烯复合材料，其特征在于，耐热改性剂为山梨醇类耐热剂、磷酸金属盐类耐热剂、二元羧酸盐类耐热剂中至少一种；优选地，耐热改性剂为2，2′-亚甲基双(4，6-特丁基苯酚)膦铝盐。
9.根据权利要求1所述耐水煮变色聚丙烯复合材料，其特征在于，润滑剂为聚乙烯蜡、硬脂酸盐、褐煤蜡、戊四醇硬脂酸酯中的至少一种；优选地，润滑剂为聚乙烯蜡和硬脂酸钙，其中，聚乙烯蜡和硬脂酸钙的重量比为1：2。
10.一种如权利要求1-9任一项所述耐水煮变色聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将聚丙烯树脂、丙烯腈-苯乙烯共聚物、相容剂混合，然后加入填料改性剂、填料、抗氧剂、耐候剂、耐热改性剂和润滑剂继续混合，经双螺杆挤出机熔融，挤出，造粒得到耐水煮变色聚丙烯复合材料；优选地，熔融段采用2节90°旋转角捏合元件和2节小导程输送元件嵌段安装；优选地，挤出温度为210-235℃，螺杆转速为450-550r/min，真空度为-0.04至-0.08MPa；优选地，聚丙烯树脂、丙烯腈-苯乙烯共聚物、相容剂于80-90℃混合5-8min；优选地，继续混合5-10min。
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