CN111253655A - 一种高耐候聚乙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及复合材料技术领域，针对现有技术的滚塑制品耐候剂析出较多的问题，公开了提供一种高耐候聚乙烯复合材料及其制备方法，所述复合材料包含下列质量百分比的组分：UV1164母粒1%‑10%，UV3346母粒1%‑10%，其余均为聚乙烯。其制备步骤为：a.制备UV1164母粒：将UV‑1146、交联剂及聚乙烯制造成UV1164母粒；b.制备UV3346母粒：将UV‑3364、交联剂及聚乙烯制造成UV3346母粒；c.研磨；d.造粒等四个步骤。本发明所制得的滚塑制品具备超高耐候特征，在接触水、化学溶剂的环境时，耐候剂具备极低的析出量的特点，滚塑制品使用寿命长，制备工艺简单，优质成品率高。

Description

一种高耐候聚乙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种高耐候聚乙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚乙烯滚塑制品的使用范围日趋广泛，如水箱、皮划艇、船、保温箱等，在户外使用的时候大部分滚塑制品要求的使用年限长达5-20年，所以对滚塑制品的耐候性能要求较高。通常情况下，在聚乙烯中添加耐候剂可大幅提高材料的耐候性能，但是滚塑制品在使用过程中，当材料在接触水、化学溶剂的环境中使用时，也面临耐候剂加速析出导致耐候失效的问题，进而降低滚塑制品的耐候性能，极大缩短滚塑制品的使用寿命。
专利号CN201410388007.5，专利名称“一种高耐候滚塑聚乙烯材料及其制备方法”，本发明涉及一种改性聚乙烯复合材料，特别涉及一种高耐候滚塑聚乙烯材料，原料配方按质量百分比计为：(A)95％-98.8％的线型低密度聚乙烯，(B)1.2％-5％的复合耐候剂，所述的复合耐候剂组分为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂AO1790、抗紫外线剂THT4611、抗紫外线剂UV3346和高岭土。
其不足之处在于，滚塑制品在使用过程中，在接触水、化学溶剂的环境的时候，材料中的耐候剂析出量较多，材料耐候性能会衰减较快。
发明内容
本发明是为了克服现有技术的滚塑制品耐候剂析出较多的问题，提供一种高耐候聚乙烯复合材料及其制备方法，所制得的滚塑制品具备超高耐候特征，在接触水、化学溶剂的环境时，耐候剂具备极低的析出量的特点，滚塑制品使用寿命长，制备工艺简单，优质成品率高。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高耐候聚乙烯复合材料，所述复合材料包含下列质量百分比的组分：UV1164母粒1％-10％，UV3346母粒1％-10％，其余均为聚乙烯。
所述UV1164和UV3346为抗老化剂的型号代称，又名紫外吸收剂，由常山利诚化学有限公司提供。本发明中复合材料的高耐候原理为，利用UV1164的辛烷端，及UV3346链中的己烷段，在过氧化物的存在下，可通过自由基引发将UV1164或UV3346接枝到聚乙烯上，形成化学键相连的接枝物而不破坏吸收紫外线的主体三嗪结构，同时，过氧化物的存在也引发了聚乙烯基体的交联，形成了三维网状结构能够阻碍了耐候剂的析出和迁移。
作为优选，所述UV1164母粒，接枝率0.1-2％，交联度1-90％。
作为优选，所述UV3346母粒，接枝率0.1-2％，交联度1-90％。
通过接枝将高耐候剂UV1164和UV3346分别接到聚乙烯支链上，使得高耐候剂不易脱出，然后再使接有高耐候剂的聚乙烯发生交联反应，其交联度控制在合适范围内，交联所形成的的三维网状结构将高耐候剂包围在三维网状结构内部，进一步防止高耐候剂的脱出，加强复合材料的稳定性，延长该复合材料所制备的滚塑制品的使用寿命。
作为优选，所述UV1164母粒包含下列质量百分比的组分：UV1164 0.5-5％，0.05％-1％交联剂，其余为聚乙烯。
作为优选，所述UV3346母粒包含下列质量百分比的组分：UV3346 0.5-5％，0.05％-1％交联剂，其余为聚乙烯。
作为优选，聚乙烯的密度0.900-0.960g/cm3，熔体流动速率5-20g/10min。
作为优选，交联剂为：1,1-二(叔丁基过氧)-3,3,5三甲基环己烷、2,7-二甲基-2,7-二(叔丁基过氧)辛二炔-3,5、2,7-二甲基-2,7-二(碳酸过氧乙酯)辛二炔-3,5、3,6-二甲基-3,6-二(碳酸过氧乙酯)辛炔-4、3,6-二甲基-3,6-二(叔丁基过氧)辛炔-4、2,5-二甲基-2,5-二(苯甲酸过氧酯)己炔-3、2,5-二甲基-2,5-二(碳酸过氧正丙酯)己炔-3、2,5-二甲基-2,5-二(碳酸过氧异丁酯)己炔-3、2,5-二甲基-2,5-二(碳酸过氧乙酯)己炔-3、2,5-二甲基-2,5-二(α-枯基过氧)己炔-3、2,5-二甲基-2,5-二(碳酸过氧β-氯乙酯)己炔-3、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧)己炔-3、丁基4,4-二(叔丁基过氧)戊酸酯、过氧化二(2,4-二氯苯甲酰)、过氧化二(4-甲基苯甲酰)、二(叔丁基过氧异丙基)苯、过氧化二苯甲酰、过氧化二枯基、过氧化二叔丁基、过氧化叔丁基枯基、叔丁基过氧-3,5,5三甲基己酸酯、苯甲酸叔丁基过氧酯、和/或碳酸叔丁基过氧2-乙己酯、或它们的衍生物。
所选取的交联剂能够较好的将高耐候剂接枝在聚乙烯支链上及保证聚乙烯的交联度，同时能将接枝率和交联度控制在合适的范围之内。
所述高耐候聚乙烯复合材料的制备方法，其制备步骤为：
a.制备UV1164母粒：将UV1164、交联剂及聚乙烯在双螺杆造粒机中制造成UV1164母粒，工艺参数为：温度150-200℃，转速200-400rpm，机头压力0.1-20MPa；
b.制备UV3346母粒：将UV3346、交联剂及聚乙烯在双螺杆造粒机中制造成UV3346母粒，工艺参数为：温度150-200℃，转速200-400rpm，机头压力0.1-20MPa；
c.研磨：将UV1164母粒和UV3346母粒分别在塑料磨粉机上研磨成粉末，粒径D98≤500um；
d.造粒：将UV1164母粒粉末、UV3346母粒粉及聚乙烯末在双螺杆造粒机中制造成颗粒，工艺参数为：温度150-200℃，转速400-600rpm，机头压力0.1-20MPa。
因此，本发明具有如下有益效果：
(1)提供一种高耐候聚乙烯复合材料及其制备方法，UV1164母粒和UV3346母粒中的高分子交联度为不饱和交联，接枝率较低；
(2)所制得的滚塑制品具备超高耐候特征，在接触水、化学溶剂的环境时，耐候剂具备极低的析出量的特点；
(3)所制备得到的滚塑制品使用寿命长，制备工艺简单，优质成品率高。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述。
实施例1
一种高耐候聚乙烯复合材料的制备步骤为：
a.制备UV1164母粒：将99.45％聚乙烯、0.5％UV1164、0.05％交联剂二(叔丁基过氧异丙基)苯在双螺杆造粒机中制造成UV1164母粒，工艺参数为：温度150℃，转速200rpm，机头压力0.1MPa；
b.制备UV3346母粒：将99.45％聚乙烯、0.5％UV3346、0.05％交联剂1,1-二(叔丁基过氧)-3,3,5三甲基环己烷在双螺杆造粒机中制造成UV3346母粒，工艺参数为：温度150℃，转速200rpm，机头压力0.1MPa；
c.研磨：将UV1164母粒和UV3346母粒分别在塑料磨粉机上研磨成粉末，粒径D98≤500um；
d.造粒：将1KgUV1164母粒粉末、1KgUV3346母粒粉末及98Kg聚乙烯在双螺杆造粒机中制造成颗粒，工艺参数为：温度150℃，转速400rpm，机头压力0.1MPa。
所使用的聚乙烯的密度0.900g/cm3，熔体流动速率5g/10min。
实施例2
一种高耐候聚乙烯复合材料的制备步骤为：
a.制备UV1164母粒：1％UV1164、0.1％交联剂2,7-二甲基-2,7-二(叔丁基过氧)辛二炔-3,5及98.9％聚乙烯在双螺杆造粒机中制造成UV1164母粒，工艺参数为：温度160℃，转速250rpm，机头压力5MPa；
b.制备UV3346母粒：将1.5％UV3346、0.2％交联剂2,7-二甲基-2,7-二(碳酸过氧乙酯)辛二炔-3,5及98.3％聚乙烯在双螺杆造粒机中制造成UV3346母粒，工艺参数为：温度160℃，转速250rpm，机头压力5MPa；
c.研磨：将UV1164母粒和UV3346母粒分别在塑料磨粉机上研磨成粉末，粒径D98≤500um；
d.造粒：将2KgUV1164母粒粉末、2KgUV3346母粒粉末及96Kg聚乙烯在双螺杆造粒机中制造成颗粒，工艺参数为：温度160℃，转速450rpm，机头压力5MPa。
所使用的聚乙烯的密度0.920g/cm3，熔体流动速率8g/10min。
实施例3
一种高耐候聚乙烯复合材料的制备步骤为：
a.制备UV1164母粒：2％UV1164、0.5％交联剂3,6-二甲基-3,6-二(叔丁基过氧)辛炔-4及97.5％聚乙烯在双螺杆造粒机中制造成UV1164母粒，工艺参数为：温度170℃，转速300rpm，机头压力10MPa；
b.制备UV3346母粒：将2.5％UV3346、0.5％交联剂3,6-二甲基-3,6-二(叔丁基过氧)辛炔-4及97％聚乙烯在双螺杆造粒机中制造成UV3346母粒，工艺参数为：温度150-200℃，转速300rpm，机头压力10MPa；
c.研磨：将UV1164母粒和UV3346母粒分别在塑料磨粉机上研磨成粉末，粒径D98≤500um；
d.造粒：将5KgUV1164母粒粉末、5KgUV3346母粒粉末及90Kg聚乙烯在双螺杆造粒机中制造成颗粒，工艺参数为：温度175℃，转速300rpm，机头压力10MPa。
所使用的聚乙烯的密度0.940g/cm3，熔体流动速率12g/10min。
实施例4
一种高耐候聚乙烯复合材料的制备步骤为：
a.制备UV1164母粒：3％UV1164、0.8％交联剂2,5-二甲基-2,5-二(苯甲酸过氧酯)己炔-3及96.2％聚乙烯在双螺杆造粒机中制造成UV1164母粒，工艺参数为：温度180℃，转速350rpm，机头压力15MPa；
b.制备UV3346母粒：将3.5％UV3346、0.7％交联剂2,7-二甲基-2,7-二(碳酸过氧乙酯)辛二炔-3,5及95.8％聚乙烯在双螺杆造粒机中制造成UV3346母粒，工艺参数为：温度175℃，转速350rpm，机头压力15MPa；
c.研磨：将UV1164母粒和UV3346母粒分别在塑料磨粉机上研磨成粉末，粒径D98≤500um；
d.造粒：将8KgUV1164母粒粉末、8KgUV3346母粒粉末及84Kg聚乙烯在双螺杆造粒机中制造成颗粒，工艺参数为：温度190℃，转速550rpm，机头压力15MPa。
所使用的聚乙烯的密度0.940g/cm3，熔体流动速率18g/10min。
实施例5
一种高耐候聚乙烯复合材料的制备步骤为：
a.制备UV1164母粒：5％UV1164、1％交联剂3,6-二甲基-3,6-二(碳酸过氧乙酯)辛炔-4及94％聚乙烯在双螺杆造粒机中制造成UV1164母粒，工艺参数为：温度200℃，转速400rpm，机头压力20MPa；
b.制备UV3346母粒：将5％UV3346、1％交联剂2,5-二甲基-2,5-二(α-枯基过氧)己炔-3及94％聚乙烯在双螺杆造粒机中制造成UV3346母粒，工艺参数为：温度200℃，转速400rpm，机头压力20MPa；
c.研磨：将UV1164母粒和UV3346母粒分别在塑料磨粉机上研磨成粉末，粒径D98≤500um；
d.造粒：将10KgUV1164母粒粉末、10KgUV3346母粒粉末及80Kg聚乙烯在双螺杆造粒机中制造成颗粒，工艺参数为：温度200℃，转速600rpm，机头压力20MPa。
所使用的聚乙烯的密度0.960g/cm3，熔体流动速率20g/10min。
对比例1
与实施例3的区别在于，UV1164母粒制备过程中所添加交联剂含量为0.01％。
对比例2
与实施例3的区别在于，UV3346母粒制备过程中未添加交联剂。
对比例3
与实施例3的区别在于，UV1164母粒和UV3346母粒制备过程中机头压力过小均为0.01MPa。
对比例4
与实施例3的区别在于，UV1164母粒和UV3346母粒的粉末粒径D98≤3mm。
将制得的材料通过注塑机制作成标准哑铃型样条和60mm×60mm样块，进行比较，结果见表1。
表1各项目与对比例中成品相关性能指标
Figure BDA0002332161670000051
结论分析：
通过分析以上实施例与对比例得出：实施例1-5可制备出性能优异的高耐候聚乙烯复合材料，制得的滚塑制品具备超高耐候特征，在接触水、化学溶剂的环境时，耐候剂具备极低的析出量的特点，滚塑制品使用寿命长，制备工艺简单，优质成品率高。
对于对比例1-4的相关数据，对比例1中UV1164母粒制备过程中所添加交联剂含量为0.01％，交联剂含量太低，其接枝率和交联度过低，所以耐候剂的固定和包覆效果未达到较佳状态，所以所得材料性能偏低；
对比例2中UV3346母粒制备过程中未添加交联剂，未添加交联剂耐候剂无法接枝在聚乙烯上，聚乙烯分子链之间无法形成交联反应，所以耐候剂的迁移率和析出率高，制品的使用寿命显著缩短；
对比例3中UV1164母粒和UV3346母粒制备过程中机头压力过小均为0.01MPa，由于压力太小导致材料相互之间的连接力不够，所以材料结构之间较为松散，所以材料性能较差，迁移率和析出率高；
对比例4中的UV1164母粒和UV3346母粒的粉末粒径D98≤3mm，由于母粒的直径增大，所以其比表面积减小，母粒与聚乙烯材料的整体接触面减小，材料的整体均匀分散性变差，所得材料的整体性能下降。
由实施例1-5以及对比例1-4的数据可知，只有在本发明权利要求范围内的方案，才能够在各方面均能满足上述要求，得出最优化的方案，得到最优的性能的高耐候聚乙烯复合材料。而对于配比的改动、原料的替换/加减，或者加料顺序的改变，均会带来相应的负面影响。
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种高耐候聚乙烯复合材料，其特征在于，所述复合材料包含下列质量百分比的组分： UV1164母粒1%-10%，UV3346母粒1%-10%，其余均为聚乙烯。
2.根据权利要求1所述高耐候聚乙烯复合材料，其特征在于，所述UV1164母粒，接枝率0.1%-2%，交联度1-90%。
3.根据权利要求1所述高耐候聚乙烯复合材料，其特征在于，所述UV3346母粒，接枝率0.1%-2%，交联度1-90%。
4.根据权利要求2所述高耐候聚乙烯复合材料，其特征在于，所述UV1164母粒包含下列质量百分比的组分：UV1164 0.5-5%，0.05%-1%交联剂，其余为聚乙烯。
5.根据权利要求3所述高耐候乙聚烯复合材料，其特征在于，所述UV3346母粒包含下列质量百分比的组分：UV3346 0.5-5%，0.05%-1%交联剂，其余为聚乙烯。
6.根据权利要求1或4或5所述高耐候聚乙烯复合材料，其特征在于，聚乙烯的密度0.900-0.960g/cm3，熔体流动速率5-20g/10min。
7.根据权利要求4或5所述高耐候聚乙烯复合材料，其特征在于，交联剂为：1 ,1-二(叔丁基过氧)-3 ,3 ,5三甲基环己烷、2 ,7-二甲基-2 ,7-二(叔丁基过氧)辛二炔-3 ,5、2 ,7-二甲基-2 ,7-二(碳酸过氧乙酯)辛二炔-3 ,5、3 ,6-二甲基-3 ,6-二(碳酸过氧乙酯)辛炔-4、3 ,6-二甲基-3 ,6-二(叔丁基过氧)辛炔-4、2 ,5-二甲基-2 ,5-二(苯甲酸过氧酯)己炔-3、2 ,5-二甲基-2 ,5-二(碳酸过氧正丙酯)己炔-3、2 ,5-二甲基-2 ,5-二(碳酸过氧异丁酯)己炔-3、2 ,5-二甲基-2 ,5-二(碳酸过氧乙酯)己炔-3、2 ,5-二甲基-2 ,5-二(α-枯基过氧)己炔-3、2 ,5-二甲基-2 ,5-二(碳酸过氧β-氯乙酯)己炔-3、2 ,5-二甲基-2 ,5-二(叔丁基过氧)己炔-3、丁基4 ,4-二(叔丁基过氧)戊酸酯、过氧化二(2 ,4-二氯苯甲酰)、过氧化二(4-甲基苯甲酰)、二(叔丁基过氧异丙基)苯、过氧化二苯甲酰、过氧化二枯基、过氧化二叔丁基、过氧化叔丁基枯基、叔丁基过氧-3 ,5 ,5三甲基己酸酯、苯甲酸叔丁基过氧酯、和/或碳酸叔丁基过氧2-乙己酯、或它们的衍生物。
8.如权利要求1-7任一所述的高耐候聚乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，其制备步骤为：
a. 制备UV1164母粒：将UV1164、交联剂及聚乙烯在双螺杆造粒机中制造成UV1164母粒，工艺参数为：温度150-200℃，转速200-400rpm，机头压力0.1-20MPa；
b. 制备UV3346母粒：将UV3346、交联剂及聚乙烯在双螺杆造粒机中制造成UV3346母粒，工艺参数为：温度150-200℃，转速200-400rpm，机头压力0.1-20MPa；
c. 研磨：将UV1164母粒和UV3346母粒分别在塑料磨粉机上研磨成粉末，粒径D98≤500um；
d. 造粒：将UV1164母粒粉末、UV3346母粒粉末及聚乙烯在双螺杆造粒机中制造成颗粒，工艺参数为：温度150-200℃，转速400-600rpm，机头压力0.1-20MPa。
CN201911340604.XA 2019-12-23 2019-12-23 一种高耐候聚乙烯复合材料及其制备方法 Pending CN111253655A (zh)

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