CN111423689A - 一种改性聚丙烯材料及其制备方法与应用 - Google Patents

一种改性聚丙烯材料及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于改性高分子材料领域，公开了一种改性聚丙烯材料，按重量份数计，主要由以下组分制得：嵌段共聚聚丙烯40‑56份，线性低密度聚乙烯10‑14份，矿物粉体30‑40份，大分子偶联剂2‑8份，耐老化助剂0.5‑1.5份；润滑剂0.4‑0.6份。本发明所述改性聚丙烯材料具备优异的强度与韧性，以及良好的耐户外老化、耐热性能，适用于作为周装箱的材料。

Description

一种改性聚丙烯材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于改性高分子材料领域，特别涉及一种改性聚丙烯材料及其制备方法与应用。
背景技术
聚丙烯材料是一种热塑性高分子材料，注塑加工可以一次成型复杂的产品结构，节省工时，不产生边角废料，另外聚丙烯材料具有质轻，强韧，耐化学腐蚀，保温隔热等特点。
为了进一步提高聚丙烯材料的性能，因而人们会针对聚丙烯材料在不同领域中的用途，对聚丙烯材料采用不同方式的改性处理。
目前在周转箱行业中所使用的大多为木板箱，但木板箱在使用前需经过高温灭菌处理，到达运输目的地后，木板箱一般会做废弃垃圾处理，这种状况造成在木板箱的成产过程中树木被大量砍伐，浪费燃料，造成废弃物污染，给生态环境造成的破坏等情况。因此，人们希望采用聚丙烯材料用于生产新型周转箱，然而现有的聚丙烯及改性聚丙烯材料的性能仍存在一些的不足，如受热易变形、耐户外老化能力差和强度与韧性不够等，故不能完全满足作为周装箱材料的实际需要。
因此，希望提出一种强度与韧性好、耐热、耐户外老化的改性聚丙烯材料。
发明内容
本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种改性聚丙烯材料，其具备优异的强度与韧性，以及良好的耐户外老化、耐热性能。
本发明还公开了该改性聚丙烯材料的制备方法及其应用。
一种改性聚丙烯材料，按重量份数计，主要由以下组分制得：
Figure BDA0002434637030000011
Figure BDA0002434637030000021
线性低密度聚乙烯(LLDPE)为无毒、无味、无臭的乳白色颗粒，密度为0.91-0.935g/cm3。除具有一般聚烯烃树脂的性能外，其抗张强度、抗撕裂强度、耐环境应力开裂性、耐低温性、耐热性和耐穿刺性较为优秀，因此获得了注目的发展。
嵌段共聚聚丙烯(PPB)又为Ⅱ型聚丙烯。它的乙烯含量较高，一般为7-15％。在分子序列中，两个乙烯单体及三个单体连接在一起的概率非常高，说明乙烯单体仅存在嵌段相中。以嵌段形式存在的乙烯链段使材料的冲击强度得到了很大的改善，但由于不能将分子链的等规度降低，因此材料的结晶度、熔点和耐热性能还不能得到根本改善。
因而本发明希望获取一种结合上述两种聚烯烃树脂优点的树脂材料，但在研发过程中发现，在材料的改性中，对原料的使用及其配比具有较严苛的要求。经反复试验，最终证实在上述配方的范围内，才能获取性能优良的改性聚丙烯材料。
优选的，所述矿物粉体为2500-5000目。
优选的，所述嵌段共聚聚丙烯与所述线性低密度聚乙烯的用量比为4:1。试验表明，当嵌段共聚聚丙烯与线性低密度聚乙烯的用量比为4:1时，制得的改性聚丙烯材料的性能明显更优。
优选的，所述矿物粉体包括碳酸钙、滑石粉或立德粉中的至少一种。
优选的，所述大分子偶联剂选自马来酸酐接枝聚丙烯和/或马来酸酐接枝POE弹性体。虽然市面上的大分子偶联剂(相容剂)远不止上述两种选择，其他文献也大多未对大分子偶联剂进行过多限制。但在本发明的改性步骤中，却发现采用上述两种特定大分子偶联剂所取得的效果更佳。
优选的，所述耐老化助剂包括抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂DSTP、光稳定剂940、光稳定剂770、紫外线吸收剂UV-326或紫外线吸收剂UV-P中的至少一种。
更优选的，所述耐老化助剂包括抗氧剂1010 0.3份、抗氧剂168 0.3份、抗氧剂DSTP 0.3份、光稳定剂770 0.2份和紫外线吸收剂UV-326 0.2份。
优选的，所述润滑剂包括硬脂酸钙、硬脂酸镁或乙撑双硬脂酰胺中的至少一种。
优选的，所述改性聚丙烯材料中还包含色粉。
上述改性聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照配方量称取各组分，混合，得到配混物料；
(2)将步骤(1)制得的配混物料投入挤出设备，经熔融挤出，冷却，制得改性聚丙烯材料。
优选的，步骤(2)中所述挤出设备为双螺杆挤出造粒机。
优选的，步骤(2)中所述熔融挤出的温度为160-240℃。
更优选的，所述熔融挤出的温度为：一区温度170℃，二区温度为190℃，三区温度190℃，四区温度190℃，五区温度190℃，六区温度190℃，七区温度190℃，八区温度190℃，九区温度200℃，机头温度220℃。
优选的，步骤(2)中所述挤出设备的主机转速为330-360r/min。
优选的，步骤(2)中所述挤出设备的加料转速为10-16r/min。
优选的，步骤(2)中所述挤出设备的真空度为-0.1至-0.06MPa。
一种周转箱，包括上述改性聚丙烯材料。由于本发明制得的改性聚丙烯材料的抗老化耐热性能好，且具有良好的韧性和冲击强度，因此相当适用于作为制备周装箱的材料。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
(1)本发明所述改性聚丙烯材料的耐老化和耐热性能好，可延长制品的使用寿命；
(2)本发明所述改性聚丙烯材料的强度高，冲击强度高和韧性好；
(3)本发明所述改性聚丙烯材料的加工工艺简单，生产效率高；且可回收利用，减少了资源的浪费。
具体实施方式
为了让本领域技术人员更加清楚明白本发明所述技术方案，现列举以下实施例进行说明。需要指出的是，以下实施例对本发明要求的保护范围不构成限制作用。
以下实施例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有已知方法得到。
实施例1
一种改性聚丙烯材料，按重量份数计，主要由以下组分制得：
Figure BDA0002434637030000031
Figure BDA0002434637030000041
其中嵌段共聚聚丙烯的牌号(型号)为K7726H；线性低密度聚乙烯的牌号(型号)为7042；矿物粉体为滑石粉，3000目；大分子偶联剂为丙烯酸接枝聚乙烯；耐老化助剂包括抗氧剂1010 0.2份，光稳定剂940 0.2份，紫外线吸收剂UV-P 0.3份；润滑剂为硬脂酸钙。
上述改性聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照配方量称取各组分，投入混料机进行混合10min，得到配混物料；
(2)将步骤(1)制得的配混物料投入双螺杆挤出机，经熔融挤出，冷却，制得改性聚丙烯材料。
其中双螺杆挤出机(南京瑞亚挤出机械制造有限公司，TSE-65)的主机转速为340r/min，加料转速为12r/min，真空度为-0.06MPa。
双螺杆挤出机的温度设置为：一区温度180℃，二区温度为190℃，三区温度195℃，四区温度195℃，五区温度195℃，六区温度195℃，七区温度195℃，八区温度200℃，九区温度210℃，机头温度225℃。
实施例2
一种改性聚丙烯材料，按重量份数计，主要由以下组分制得：
Figure BDA0002434637030000042
其中嵌段共聚聚丙烯的牌号(型号)为K9920；线性低密度聚乙烯的牌号(型号)为9042；矿物粉体为碳酸钙，2500目；大分子偶联剂包括马来酸酐接枝聚丙烯2份和马来酸酐接枝POE弹性体2份；耐老化助剂包括抗氧剂1010 0.3份、抗氧剂168 0.3份、抗氧剂DSTP0.3份、光稳定剂770 0.2份和紫外线吸收剂UV-326 0.2份；润滑剂为硬脂酸镁。
上述改性聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照配方量称取各组分，投入混料机进行混合10min，得到配混物料；
(2)将步骤(1)制得的配混物料投入双螺杆挤出机，经熔融挤出，冷却，制得改性聚丙烯材料。
其中双螺杆挤出机(南京瑞亚挤出机械制造有限公司，TSE-65)的主机转速为350r/min，加料转速为15r/min，真空度为-0.08MPa。
双螺杆挤出机的温度设置为：一区温度170℃，二区温度为190℃，三区温度190℃，四区温度190℃，五区温度190℃，六区温度190℃，七区温度190℃，八区温度190℃，九区温度200℃，机头温度220℃。
实施例3
一种改性聚丙烯材料，与实施例2的区别之处仅在于，其配方还包括用于增色的深灰色色粉，按重量份数计，该深灰色色粉的用量为2份。
实施例4
一种周转箱，其所用材质为实施例4中的改性聚丙烯材料。
对比例1
与实施例2相比，对比例1中所用组分原料和制备方法相同，区别之处在于各组分的用量比例，具体由以下组分制得：
Figure BDA0002434637030000051
对比例2
与实施例2相比，对比例2中所用组分原料和制备方法相同，区别之处在于各组分的用量比例，具体由以下组分制得：
Figure BDA0002434637030000061
其中大分子偶联剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
对比例3
与实施例2相比，对比例3中所用组分相同，区别之处在于制备方法的工艺参数，具体为：
其中双螺杆挤出机(请给出双螺杆挤出机的厂家及型号)的主机转速为300r/min，加料转速为15r/min，真空度为-0.08MPa。
双螺杆挤出机的温度设置为：一区温度215℃，二区温度为230℃，三区温度240℃，四区温度240℃，五区温度240℃，六区温度240℃，七区温度240℃，八区温度240℃，九区温度250℃，机头温度260℃。
产品效果测试
对上述实施例1-2和对比例1-3所制得的改性聚丙烯材料分别从下述方面进行性能测试，测试结果参见表1。
表1
测试项目 单位 测试标准 实施例1 实施例2 对比例1 对比例2 对比例3
拉伸强度 MPa GB/T 1040 21.2 23.1 18.8 19.1 20.3
断裂伸长率 ％ GB/T 1040 18.1 25.1 22.5 18.9 12.5
弯曲强度 MPa GB/T 9341 30.1 35.1 28.7 26.3 31.3
弯曲模量 MPa GB/T 9341 688 860 608 587 671
悬臂梁缺口冲击强度 KJ/m<sup>2</sup> GB/T 1843 14.3 15.1 14.8 14.5 10.1
热变形温度 ℃ GB/T 1634 96.2 99.1 83.9 92.6 85.8
如表1所示，在各项测试项目中，与对比例1-3相比，实施例1-2所制得的改性聚丙烯材料的测试结果更好，证实本发明所制得的改性聚丙烯材料具备良好的机械强度、冲击强度、韧性和耐热性能。
采用实施例1-2和对比例1-3所制得的改性聚丙烯材料，经疝灯加速老化(GB/T16422)1000小时后，测试材料各主要性能(拉伸强度、弯曲强度和悬臂梁缺口冲击强度)的老化程度，测试结果如表2所示。
表2
Figure BDA0002434637030000071
如表2所示，与对比例1-3相比，实施例1-2所制得的改性聚丙烯材料经老化后的性能保留率明显更高，证实本发明所制得的改性聚丙烯材料具备优良的耐老化性能。

Claims (10)

1.一种改性聚丙烯材料，其特征在于，按重量份数计，主要由以下组分制得：
Figure FDA0002434637020000011
2.根据权利要求1所述的改性聚丙烯材料，其特征在于，所述嵌段共聚聚丙烯与所述线性低密度聚乙烯的用量比为4:1。
3.根据权利要求1所述的改性聚丙烯材料，其特征在于，所述矿物粉体包括碳酸钙、滑石粉或立德粉中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的改性聚丙烯材料，其特征在于，所述大分子偶联剂选自马来酸酐接枝聚丙烯和/或马来酸酐接枝POE弹性体。
5.根据权利要求1所述的改性聚丙烯材料，其特征在于，所述耐老化助剂包括抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂DSTP、光稳定剂940、光稳定剂770、紫外线吸收剂UV-326或紫外线吸收剂UV-P中的至少一种。
6.权利要求1-5中任一项所述的改性聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按照配方量称取各组分，混合，得到配混物料；
(2)将步骤(1)制得的配混物料投入挤出设备，经熔融挤出，冷却，制得改性聚丙烯材料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述熔融挤出的温度为160-240℃。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述挤出设备的主机转速为330-360r/min。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述挤出设备的加料转速为10-16r/min。
10.一种周转箱，其特征在于，包括权利要求1-5中任一项所述的改性聚丙烯材料。
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