CN111218071A - 一种高强度聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高强度聚丙烯材料及其制备方法,其原料包含:聚氯乙烯树脂、改性纳米二氧化硅、马来酸酐接枝聚丙烯均聚物、钛白粉、抗氧剂、马来酸二丁基锡、全芳香族共聚酯、改性玻璃纤维;所述马来酸酐接枝聚丙烯通过在100质量份的聚丙烯中添加10质量份的马来酸酐反应性挤出制备得到;所述改性纳米二氧化硅通过4,4'‑二羟基二苯醚改性纳米二氧化硅表面制备得到;所述改性玻璃纤维通过对苯二甲酸改性玻璃纤维表面制备得到;所述改性纳米二氧化硅、马来酸酐接枝聚丙烯均聚物、改性玻璃纤维的质量比为20‑30:10‑15:5‑15;所属制备方法包括混合,挤压等步骤。本发明提供了一种高强度聚丙烯环保无毒,且力学强度与热变形温度得到了提高,收缩率实现了降低。
Description
技术领域
本发明属于改性塑料领域,特别是涉及一种高强度聚丙烯材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯,是由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂。按甲基排列位置分为等规聚丙烯(isotactic polypropylene)、无规聚丙烯(atactic polypropylene)和间规聚丙烯(syndiotactic polypropylene)三种。
甲基排列在分子主链的同一侧称等规聚丙烯,若甲基无秩序的排列在分子主链的两侧称无规聚丙烯,当甲基交替排列在分子主链的两侧称间规聚丙烯。一般工业生产的聚丙烯树脂中,等规结构含量约为95%,其余为无规或间规聚丙烯。工业产品以等规物为主要成分。聚丙烯也包括丙烯与少量乙烯的共聚物在内。通常为半透明无色固体,无臭无毒。由于结构规整而高度结晶化,故熔点可高达167℃。耐热、耐腐蚀,制品可用蒸汽消毒是其突出优点。密度小,是最轻的通用塑料。缺点是耐低温冲击性差,较易老化,但可分别通过改性予以克服。
共聚物型的PP材料有较低的热变形温度(100℃)、低透明度、低光泽度、低刚性,但是有更强的抗冲击强度,PP的冲击强度随着乙烯含量的增加而增大。PP的维卡软化温度为150℃。由于结晶度较高,这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好。PP不存在环境应力开裂问题。
CN1098307C 公开了一种改性硬聚氯乙烯塑料管材及其制备工艺,其采用加入PE树脂、工程树脂以及其他助剂,能取得良好的高强度效果,但其力学性能还有进一步提升空间。
发明内容
本发明提供了一种高强度聚丙烯材料及其制备方法,通过添加改性二氧化硅、改性玻璃纤维、全芳香族共聚酯,使制备得到的聚丙烯的强度高,硬度强,热变形温度得到了提高,收缩率实现了降低并且环保无毒。
本发明目的是通过如下技术方案实现的:
一种高强度聚丙烯材料,其原料包含:聚氯乙烯树脂、改性纳米二氧化硅、马来酸酐接枝聚丙烯均聚物、钛白粉、抗氧剂、马来酸二丁基锡、全芳香族共聚酯、改性玻璃纤维;所述马来酸酐接枝聚丙烯通过在100质量份的聚丙烯中添加10质量份的马来酸酐反应性挤出制备得到;所述改性纳米二氧化硅通过4,4'-二羟基二苯醚改性纳米二氧化硅表面制备得到;所述改性玻璃纤维通过对苯二甲酸改性玻璃纤维表面制备得到;所述改性纳米二氧化硅、马来酸酐接枝聚丙烯均聚物、改性玻璃纤维的质量比为20-30:10-15:5-15。
进一步地,所述的高强度聚丙烯材料,其特征在于其原料包含:100质量份的聚氯乙烯树脂、20-30质量份的改性纳米二氧化硅、10-15质量份的马来酸酐接枝聚丙烯均聚物、0.5-1.5质量份的钛白粉、0.1-0.5质量份的抗氧剂、0.1-0.5质量份的马来酸二丁基锡、5-15质量份的全芳香族聚酯、5-15质量份的改性玻璃纤维。
进一步地,所述的高强度聚丙烯材料,其特征在于所述改性纳米二氧化硅、马来酸酐接枝聚丙烯均聚物、改性玻璃纤维的质量比为25:12.5:10。
进一步地,所述的高强度聚丙烯材料,其特征在于所述改性纳米二氧化硅为将平均粒径为50nm的二氧化硅分散在10摩尔%的4,4'-二羟基二苯醚乙醇溶液中回流30分钟制备得到。
进一步地,所述的高强度聚丙烯材料,其特征在于所述改性玻璃纤维为将玻璃纤维分散在10摩尔%的对苯二甲酸的水溶液回流30分钟制备得到。
进一步地,所述的高强度聚丙烯材料,其特征在于所述全芳香族聚酯为苯甲酸60-70摩尔百分比、对苯二甲酸以及4,4’-二羟二苯共计40-30摩尔百分比、间苯二甲酸及/或对苯二酚0-5摩尔百分比的单体共聚得到。
本发明还提供一种上述高强度聚丙烯材料的制备方法,包括如下步骤:
(1)按重量配比称取聚氯乙烯树脂、改性纳米二氧化硅、马来酸酐接枝聚丙烯均聚物、钛白粉、抗氧剂、马来酸二丁基锡、全芳香族共聚酯和改性玻璃纤维于高速混合机中混合3-5分钟;
(2)将混好的各组分置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒。
聚丙烯经反应挤出接枝马来酸酐制得。非极性的分子主链上引入了强极性的侧基,马来酸酐接枝聚丙烯可以成为增进极性材料与非极性材料粘接性和相容性的桥梁。在生产填充聚丙烯时添加马来酸酐接枝聚丙烯,可极大地改善填料和聚丙烯亲和性和填料的分散性。故能有效地增强填料在聚丙烯中的分散,从而提高填充聚丙烯的拉伸和冲击强度。本发明中添加的增强材料为改性纳米二氧化硅和改性玻璃纤维,经过改性后都具有较强的极性,并且具有一定亲脂性,从而可以与马来酸酐接枝聚丙烯进行配合,因此更容易分散到聚合物体系中。马来酸酐的接枝量根据添加马来酸酐的量来决定,优选为10%,过多的添加也不能实现性能更好的优化,过小的添加将不能实现很好的分散效果。
纳米二氧化硅表面具有丰富的羟基等极性基团,通过与4,4'-二羟基二苯醚反应性改性,可以修饰部分有机基团;同时玻璃纤维也可通过与对苯二甲酸反应性改性,可以修饰部分对苯二甲酸基团。将二者添加到聚合物体系中,可以与全芳香族聚酯的分子链发生进一步的结合,从而实现增强无机填料与聚合物分子链的结合强度,从而增强力学强度,并且全芳香族聚酯具有高结晶温度,两者结合增强整个聚合物体系的热变形温度。改性纳米二氧化硅与改性玻璃纤维也可以与马来酸酐接枝聚丙烯进行配合,从而增强整体的体系的分子链刚性,从而进一步增强力学性能。
本发明的有益技术效果:
本发明提供了一种高强度聚丙烯材料及其制备方法,通过添加改性二氧化硅、改性玻璃纤维、全芳香族共聚酯,使制备得到的聚丙烯的强度高,硬度强,热变形温度得到了提高,收缩率实现了降低并且环保无毒。
具体实施方式
下面结合实施例进一步描述本发明,本发明的范围不受这些实施例的限制。本发明的范围在权利要求书中提出。
一种高强度聚丙烯材料,其特征在于其原料包含:100质量份的聚氯乙烯树脂、20-30质量份的改性纳米二氧化硅、10-15质量份的马来酸酐接枝聚丙烯均聚物、0.5-1.5质量份的钛白粉、0.1-0.5质量份的抗氧剂、0.1-0.5质量份的马来酸二丁基锡、5-15质量份的全芳香族聚酯、5-15质量份的改性玻璃纤维。
均聚聚丙烯树脂购自李长荣化工(福聚)的6331型号的注塑级均聚聚丙烯。
聚氯乙烯树脂购自上海氯碱的聚氯乙烯P440 。
钛白粉购自济南裕兴的BA01-01 A1锐钛型钛白粉。
改性纳米二氧化硅为将平均粒径为50nm的二氧化硅分散在10摩尔%的4,4'-二羟基二苯醚乙醇溶液中60℃回流30分钟制备得到。
改性玻璃纤维为将玻璃纤维分散在10摩尔%的对苯二甲酸的水溶液80℃回流30分钟制备得到。玻璃纤维:旭玻璃纤维(fiber glass)股份有限公司制造的玻璃纤维PX-1 (细切的玻璃纤维)。(长径比350、平均纤维径10微米、平均纤维长度3.5mm、比重2.54)。
高强度聚丙烯材料的制备方法,包括如下步骤:
(1)按重量配比称取聚氯乙烯树脂、改性纳米二氧化硅、马来酸酐接枝聚丙烯均聚物、钛白粉、抗氧剂、马来酸二丁基锡、全芳香族共聚酯和改性玻璃纤维于高速混合机中混合3-5分钟;
(2)将混好的各组分置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒;挤出工艺为:一区170℃、二区180℃、三区180℃、四区175℃,螺杆转速300r/min,喂料频率15Hz,熔体压力3.0MPa,真空度-0.03Mpa。
实施例1
一种高强度聚丙烯材料,其特征在于其原料包含:100质量份的聚氯乙烯树脂、25质量份的改性纳米二氧化硅、12.5质量份的马来酸酐接枝聚丙烯均聚物、1质量份的钛白粉、0.3质量份的抗氧剂、0.3质量份的马来酸二丁基锡、10质量份的全芳香族聚酯、10质量份的改性玻璃纤维。
高强度聚丙烯材料的制备方法,包括如下步骤:
(1)按重量配比称取聚氯乙烯树脂、改性纳米二氧化硅、马来酸酐接枝聚丙烯均聚物、钛白粉、抗氧剂、马来酸二丁基锡、全芳香族共聚酯和改性玻璃纤维于高速混合机中混合3-5分钟;
(2)将混好的各组分置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒;挤出工艺为:一区170℃、二区180℃、三区180℃、四区175℃,螺杆转速300r/min,喂料频率15Hz,熔体压力3.0MPa,真空度-0.03Mpa。
实施例2
一种高强度聚丙烯材料,其特征在于其原料包含:100质量份的聚氯乙烯树脂、30质量份的改性纳米二氧化硅、10质量份的马来酸酐接枝聚丙烯均聚物、1.5质量份的钛白粉、0.1质量份的抗氧剂、0.5质量份的马来酸二丁基锡、5质量份的全芳香族聚酯、15质量份的改性玻璃纤维。
高强度聚丙烯材料的制备方法,包括如下步骤:
(1)按重量配比称取聚氯乙烯树脂、改性纳米二氧化硅、马来酸酐接枝聚丙烯均聚物、钛白粉、抗氧剂、马来酸二丁基锡、全芳香族共聚酯和改性玻璃纤维于高速混合机中混合3-5分钟;
(2)将混好的各组分置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒;挤出工艺为:一区170℃、二区180℃、三区180℃、四区175℃,螺杆转速300r/min,喂料频率15Hz,熔体压力3.0MPa,真空度-0.03Mpa。
实施例3
一种高强度聚丙烯材料,其特征在于其原料包含:100质量份的聚氯乙烯树脂、20质量份的改性纳米二氧化硅、15质量份的马来酸酐接枝聚丙烯均聚物、0.5质量份的钛白粉、0.5质量份的抗氧剂、0.1质量份的马来酸二丁基锡、15质量份的全芳香族聚酯、5质量份的改性玻璃纤维。
高强度聚丙烯材料的制备方法,包括如下步骤:
(1)按重量配比称取聚氯乙烯树脂、改性纳米二氧化硅、马来酸酐接枝聚丙烯均聚物、钛白粉、抗氧剂、马来酸二丁基锡、全芳香族共聚酯和改性玻璃纤维于高速混合机中混合3-5分钟;
(2)将混好的各组分置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒;挤出工艺为:一区170℃、二区180℃、三区180℃、四区175℃,螺杆转速300r/min,喂料频率15Hz,熔体压力3.0MPa,真空度-0.03Mpa。
对比例1
与实施例1相同方法制备,除了纳米二氧化硅和玻璃纤维均不进行改性。
对比例2
与实施例1相同方法制备,除了纳米二氧化硅不进行改性。
对比例3
与实施例1相同方法制备,除了玻璃纤维不进行改性。
对比例4
与实施例1相同方法制备,除了聚丙烯均聚物不接枝马来酸酐。
对比例5
与实施例1相同方法制备,除了不添加改性纳米二氧化硅。
对比例6
与实施例1相同方法制备,除了不添加改性玻璃纤维。
对比例7
根据 CN1098307C 公开的实施例2的方法制备。
将上述实施例与对比例制备得到的产品压制成板材,制成50mm×50mm的塑料样品,进行高强度测试,测试数据见表1。高强度测试标准:QB/T2591-2003A《高强度塑料高强度性能试验方法和高强度效果》。拉伸性能按ISO527-93要求进行测试、条件为50mm/min。热变形温度使用FYWK-300维卡温度测定仪,升温速率:速度5℃/6min,根据GB/T1633-2000《热塑性塑料维卡软化点温度的测定》进行测定。
表1 实施例与对比例的高强度性
拉伸强度Mpa | 热变形温度℃ | 收缩率(%) | |
实施例1 | 47 | 164 | 0.7 |
实施例2 | 45 | 157 | 0.8 |
实施例3 | 44 | 154 | 0.8 |
对比例1 | 35 | 118 | 1.9 |
对比例2 | 40 | 136 | 1.3 |
对比例3 | 38 | 127 | 1.8 |
对比例4 | 42 | 124 | 1.1 |
对比例5 | 32 | 104 | 2.1 |
对比例6 | 29 | 110 | 2.3 |
对比例7 | 33 | 116 | 2.0 |
通过对比上述性能,发现按一定比例添加改性玻璃纤维、改性纳米二氧化硅和马来酸酐改性聚丙烯均聚物,可以增强聚丙烯材料的力学性能,并且可以同时提高热变形温度,降低收缩率,实施例1的配方能实现最优的性能效果。
所属领域的普通技术人员应当理解:以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种高强度聚丙烯材料,其原料包含:聚氯乙烯树脂、改性纳米二氧化硅、马来酸酐接枝聚丙烯均聚物、钛白粉、抗氧剂、马来酸二丁基锡、全芳香族共聚酯、改性玻璃纤维;所述马来酸酐接枝聚丙烯通过在100质量份的聚丙烯中添加10质量份的马来酸酐反应性挤出制备得到;所述改性纳米二氧化硅通过4,4'-二羟基二苯醚改性纳米二氧化硅表面制备得到;所述改性玻璃纤维通过对苯二甲酸改性玻璃纤维表面制备得到;所述改性纳米二氧化硅、马来酸酐接枝聚丙烯均聚物、改性玻璃纤维的质量比为20-30:10-15:5-15。
2.根据权利要求1所述的高强度聚丙烯材料,其特征在于其原料包含:100质量份的聚氯乙烯树脂、20-30质量份的改性纳米二氧化硅、10-15质量份的马来酸酐接枝聚丙烯均聚物、0.5-1.5质量份的钛白粉、0.1-0.5质量份的抗氧剂、0.1-0.5质量份的马来酸二丁基锡、5-15质量份的全芳香族聚酯、5-15质量份的改性玻璃纤维。
3.根据权利要求1所述的高强度聚丙烯材料,其特征在于所述改性纳米二氧化硅、马来酸酐接枝聚丙烯均聚物、改性玻璃纤维的质量比为25:12.5:10。
4.根据权利要求1所述的高强度聚丙烯材料,其特征在于所述改性纳米二氧化硅为将平均粒径为50nm的二氧化硅分散在10摩尔%的4,4'-二羟基二苯醚乙醇溶液中回流30分钟制备得到。
5.根据权利要求1所述的高强度聚丙烯材料,其特征在于所述改性玻璃纤维为将玻璃纤维分散在10摩尔%的对苯二甲酸的水溶液回流30分钟制备得到。
6.根据权利要求1所述的高强度聚丙烯材料,其特征在于所述全芳香族聚酯为苯甲酸60-70摩尔百分比、对苯二甲酸以及4,4’-二羟二苯共计40-30摩尔百分比、间苯二甲酸及/或对苯二酚0-5摩尔百分比的单体共聚得到。
7.一种如权利要求1-6所述的高强度聚丙烯材料的制备方法,包括如下步骤:
(1)按重量配比称取聚氯乙烯树脂、改性纳米二氧化硅、马来酸酐接枝聚丙烯均聚物、钛白粉、抗氧剂、马来酸二丁基锡、全芳香族共聚酯和改性玻璃纤维于高速混合机中混合3-5分钟;
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