CN111944240A - 一种聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种聚丙烯复合材料及其制备方法，涉及高分子材料领域。所述聚丙烯复合材料的制备原料按重量份组成如下：聚丙烯38.5‑90份，UHMWPE母粒4‑30份，滑石粉5‑25份，相容剂0.5‑5份，润滑剂0.1‑0.5份，抗氧剂0.2‑0.5份，光稳定剂0.2‑0.5份，制备方法包括UHMWPE母粒的制备和聚丙烯复合材料的制备。本发明利用相似相容原理，在加热条件下，使UHMWPE吸收白油充分溶胀，增加分子链的运动能力；此外，含氟助剂作为一种UHMWPE解缠结剂能够进一步促进大分子链的解缠结；利用白油与含氟助剂双重作用，通过线性低密度聚乙烯作为载体，能够制得一定解缠结的UHMWPE母粒，同时，与传统增韧相比，利用解缠结的UHMWPE增韧聚丙烯，能够提高材料韧性的同时提高材料的刚性，还能提高材料的耐划伤性。

Description

一种聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，具体的是一种聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯(PP)材料以其密度低、耐热性能好、耐化学试剂好、良好的电性能、易成型等优点，被广泛的应用在电子电器、汽车配件、包装材料、各种容器、医疗器械等领域。PP应用领域还在不断括宽，其产量与销量逐年递增。但是PP韧性较差、耐划伤差，限制了其应用范围。传统的弹性体增韧、无机刚性粒子增韧，要么以损失刚性为代价，要么增韧效果一般，都不是最佳的增韧手段。
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是指相对分子质量在150万以上的线性聚乙烯，具有优异的耐磨性、自润滑性、抗冲击性、刚性等特点。UHMWPE优异的特点能够很好的弥补PP材料韧性较差、耐划伤较差的问题。但是直接使用UHMWPE改性PP材料时，由于UHMWPE超长的分子量结构，具有许多缠结点，熔体粘度大等缺陷，使其难以较好的分散在PP基体中，不能展现出UHMWPE优异的性能。
含氟助剂表面能较低，是一种优异的内润滑与外润滑作用。含氟助剂的加入可以降低UHMWPE的粘度，增加UHMWPE分子链的运动能力，促进分子链解缠结。
发明内容
为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种聚丙烯复合材料及其制备方法，解决了PP材料韧性较差、耐划伤较差等问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种聚丙烯复合材料，所述聚丙烯复合材料的制备原料按重量份组成如下：聚丙烯38.5-90份，UHMWPE母粒4-30份，滑石粉5-25份，相容剂0.5-5份，润滑剂0.1-0.5份，抗氧剂0.2-0.5份，光稳定剂0.2-0.5份。
进一步地，所述聚丙烯为共聚聚丙烯，其熔融指数为2-100g/10min。
进一步地，所述滑石粉的目数为1000-5000目，硅含量＞90％。
进一步地，所述相容剂为丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸接枝聚丙烯、丙烯酸接枝聚丙烯或中的一种或多种。
进一步地，所述润滑剂为聚乙烯蜡、硬酯酸锌、硬酯酸钙、亚乙基双硬脂酰胺、季戊四醇硬脂酸酯中的一种或多种。
进一步地，所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(1010)、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯(1076)、三(2.4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(168)、双(2,4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯(626)中的一种或多种。
进一步地，所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂。
进一步地，所述UHMWPE母粒的制备原料按重量份组成如下：线性低密度聚乙烯39-55份，UHMWPE40-50份，白油5-10份，含氟助剂0-1份；
所述UHMWPE为粘均分子量大于100万的粉体或颗粒，含氟助剂为全氟烷烃、含氟有机硅中的一种或多种。
一种聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
一、UHMWPE母粒的制备：
将UHMWPE与白油按照比例加入自制的混合设备中，在100-120℃条件下，100-300r/min低速混合20-60min；随后冷却至室温，加入线性低密度聚乙烯、含氟助剂，1000-3000r/min高速混合均匀；通过主喂料口加入双螺杆挤出机中，经过熔融挤出，制得UHMWPE母粒；
二、聚丙烯复合材料的制备：
将聚丙烯、UHMWPE母粒、滑石粉、相容剂、润滑剂、抗氧剂和光稳定剂加入到高混机中混合均匀后，通过主喂料口加入双螺杆挤出机中，制得聚丙烯复合材料。
进一步地，所述双螺杆挤出机的长径比为40:1，从第一区到第十区，挤出机螺筒温度依次为110±10℃，130±10℃，160±10℃，190±10℃，200±10℃，210±10℃，210±10℃，210±10℃，200±10℃，200±10℃，螺杆转速为400～600r/min，真空度为-0.1～-0.05Mpa。
本发明的有益效果：
1、本发明利用相似相容原理，在加热条件下，使UHMWPE吸收白油充分溶胀，增加分子链的运动能力，此外，含氟助剂作为一种UHMWPE解缠结剂能够进一步促进大分子链的解缠结，利用白油与含氟助剂双重作用，通过线性低密度聚乙烯作为载体，能够制得一定解缠结的UHMWPE母粒；
2、本发明与传统弹性增韧、无机刚性粒子增韧相比，利用解缠结的UHMWPE增韧聚丙烯，能够提高材料韧性的同时提高材料的刚性，还能提高材料的耐划伤性。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种聚丙烯复合材料，制备原料按重量份组成如下：聚丙烯38.5-90份，UHMWPE母粒4-30份，滑石粉5-25份，相容剂0.5-5份，润滑剂0.1-0.5份，抗氧剂0.2-0.5份，光稳定剂0.2-0.5份。
其中，聚丙烯为共聚聚丙烯，其熔融指数为2-100g/10min。滑石粉的目数为1000-5000目，硅含量＞90％。相容剂为丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸接枝聚丙烯、丙烯酸接枝聚丙烯或中的一种或多种。润滑剂为聚乙烯蜡、硬酯酸锌、硬酯酸钙、亚乙基双硬脂酰胺、季戊四醇硬脂酸酯中的一种或多种。抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(1010)、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯(1076)、三(2.4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(168)、双(2,4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯(626)中的一种或多种。光稳定剂为受阻胺类光稳定剂。
其中，UHMWPE母粒的制备原料按重量份组成如下：线性低密度聚乙烯39-55份，UHMWPE40-50份，白油5-10份，含氟助剂0-1份。其中，UHMWPE为粘均分子量大于100万的粉体或颗粒，含氟助剂为全氟烷烃、含氟有机硅中的一种或多种。
一种聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
一、UHMWPE母粒的制备：
将UHMWPE与白油按照比例加入自制的混合设备中，在100-120℃条件下，100-300r/min低速混合20-60min；随后冷却至室温，加入线性低密度聚乙烯、含氟助剂，1000-3000r/min高速混合均匀；通过主喂料口加入双螺杆挤出机中，经过熔融挤出，制得UHMWPE母粒；
二、聚丙烯复合材料的制备：
将聚丙烯、UHMWPE母粒、滑石粉、相容剂、润滑剂、抗氧剂和光稳定剂加入到高混机中混合均匀后，通过主喂料口加入双螺杆挤出机中，制得聚丙烯复合材料。
其中，双螺杆挤出机的长径比为40:1，从第一区到第十区，挤出机螺筒温度依次为110±10℃，130±10℃，160±10℃，190±10℃，200±10℃，210±10℃，210±10℃，210±10℃，200±10℃，200±10℃，螺杆转速为400～600r/min，真空度为-0.1～-0.05Mpa。
实施例1：
按重量份称取50份UHMWPE、9份白油按照比例加入自制的混合设备中，在110℃条件下，低速混合60min；随后冷却至室温，加入40份线性低密度聚乙烯、1份含氟助剂，高速混合均匀；通过主喂料口加入双螺杆挤出机中，经过熔融挤出，制得UHMWPE母粒；从第一区到第十区，挤出机螺筒温度依次为100℃，130℃，150℃，180℃，200℃，210℃，210℃，210℃，190℃，190℃，螺杆转速为400r/min，真空度为-0.09Mpa。
按重量份称取76份聚丙烯、5份UHMWPE母粒、15份滑石粉、3份马来酸酐接枝聚丙烯、0.4份聚乙烯蜡、0.1份抗氧剂1010和0.1份抗氧剂168、0.4份光稳定剂加入到混合机中混合均匀；将充分混合的物料加入双螺杆挤出机中熔融、挤出造粒；从第一区到第十区，挤出机螺筒温度依次为110℃，130℃，160℃，190℃，200℃，210℃，210℃，210℃，200℃，200℃，螺杆转速为450r/min，真空度为-0.06Mpa。
实施例2：
按重量份称取40份UHMWPE、5份白油按照比例加入自制的混合设备中，在110℃条件下，低速混合40min；随后冷却至室温，加入54.9份线性低密度聚乙烯、0.1份含氟助剂，高速混合均匀；通过主喂料口加入双螺杆挤出机中，经过熔融挤出，制得UHMWPE母粒；从第一区到第十区，挤出机螺筒温度依次为100℃，120℃，155℃，195℃，195℃，200℃，200℃，200℃，190℃，190℃，螺杆转速为450r/min，真空度为-0.08Mpa。
按重量份称取88份聚丙烯、5份UHMWPE母粒、5份滑石粉、1份丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯、0.1份硬酯酸钙、0.3份抗氧剂1076和0.2抗氧剂168、0.4份光稳定剂加入到混合机中混合均匀；将充分混合的物料加入双螺杆挤出机中熔融、挤出造粒；从第一区到第十区，挤出机螺筒温度依次为110℃，135℃，160℃，190℃，205℃，210℃，215℃，215℃，205℃，205℃，螺杆转速为550r/min，真空度为-0.08Mpa。
实施例3：
按重量份称取45份UHMWPE、7份白油按照比例加入自制的混合设备中，在120℃条件下，低速混合30min；随后冷却至室温，加入47.5份线性低密度聚乙烯、0.5份含氟助剂，高速混合均匀；通过主喂料口加入双螺杆挤出机中，经过熔融挤出，制得UHMWPE母粒；从第一区到第十区，挤出机螺筒温度依次为110℃，125℃，160℃，190℃，195℃，210℃，210℃，210℃，200℃，200℃，螺杆转速为500r/min，真空度为-0.1Mpa。
按重量份称取39份聚丙烯、30份UHMWPE母粒、25份滑石粉、5份丙烯酸接枝聚丙烯、0.2份亚乙基双硬脂酰胺、0.2份抗氧剂1010和0.1抗氧剂626、0.5份光稳定剂加入到混合机中混合均匀；将充分混合的物料加入双螺杆挤出机中熔融、挤出造粒；从第一区到第十区，挤出机螺筒温度依次为110℃，140℃，165℃，190℃，205℃，210℃，220℃，220℃，205℃，205℃，螺杆转速为400r/min，真空度为-0.09Mpa。
实施例4：
按重量份称取50份UHMWPE、8份白油按照比例加入自制的混合设备中，在110℃条件下，低速混合50min；随后冷却至室温，加入41.2份线性低密度聚乙烯、0.8份含氟助剂，高速混合均匀；通过主喂料口加入双螺杆挤出机中，经过熔融挤出，制得UHMWPE母粒；从第一区到第十区，挤出机螺筒温度依次为110℃，125℃，160℃，200℃，200℃，220℃，220℃，220℃，210℃，210℃，螺杆转速为450r/min，真空度为-0.1Mpa。
按重量份称取60份聚丙烯、15份UHMWPE母粒，20份滑石粉、4份马来酸接枝聚丙烯、0.2份季戊四醇硬脂酸酯、0.2份抗氧剂1076和0.2抗氧剂626、0.4份光稳定剂加入到混合机中混合均匀；将充分混合的物料加入双螺杆挤出机中熔融、挤出造粒；从第一区到第十区，挤出机螺筒温度依次为110℃，140℃，165℃，190℃，200℃，210℃，210℃，210℃，205℃，205℃，螺杆转速为600r/min，真空度为-0.09Mpa。
对比例1：
按重量份称取67.5份聚丙烯、7.5份UHMWPE、20份滑石粉、4份马来酸接枝聚丙烯、0.2份季戊四醇硬脂酸酯、0.2份抗氧剂1076和0.2抗氧剂626、0.4份光稳定剂加入到混合机中混合均匀；将充分混合的物料加入双螺杆挤出机中熔融、挤出造粒；从第一区到第十区，挤出机螺筒温度依次为110℃，140℃，165℃，190℃，200℃，210℃，210℃，210℃，205℃，205℃，螺杆转速为600r/min，真空度为-0.09Mpa。
对比例2：
按重量份称取75份聚丙烯、20份滑石粉、4份马来酸接枝聚丙烯、0.2份季戊四醇硬脂酸酯、0.2份抗氧剂1076和0.2抗氧剂626、0.4份光稳定剂加入到混合机中混合均匀；将充分混合的物料加入双螺杆挤出机中熔融、挤出造粒；从第一区到第十区，挤出机螺筒温度依次为110℃，140℃，165℃，190℃，200℃，210℃，210℃，210℃，205℃，205℃，螺杆转速为600r/min，真空度为-0.09Mpa。
实施例1-4与对比例1-2中制备原料的组成如下表1所示：
原料组分 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例1 对比例2
聚丙烯 76 88 39 60 67.5 75
UHMWPE母粒 5 5 30 15 - -
UHMWPE - - - - 7.5 -
滑石粉 15 5 25 20 20 20
相容剂 3 1 5 4 4 4
润滑剂 0.4 0.1 0.2 0.2 0.2 0.2
抗氧剂 0.2 0.5 0.3 0.4 0.4 0.4
光稳定剂 0.4 0.4 0.5 0.4 0.4 0.4
针对实施例1-4与对比例1-2制得的聚丙烯复合材料，根据相关检测标准对其进行力学性能测试与刮擦性能，检测结果如下表2所示。
Figure BDA0002663563610000081
由实施例1-4与对比例1-2对比，对比例1和对比例2中制得的聚丙烯复合材料相较于实施例1-4中制得的聚丙烯复合材料，其拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、悬臂梁缺口冲击强度、耐划伤性等力学性能较弱。
从表2可以得出，直接使用UHMWPE改性聚丙烯材料时，复合材料的力学性能反而会下降，因为UHMWPE具非常多的缠解点，直接加入聚丙烯配方中时，这些缠解点难以打开，使得UHMWPE难以较好的分散在PP基体中，不但不能起到增韧增强作用，反而成为力学薄弱点。通过本发明专利制备的UHMWPE母粒，能够较好的打开UHMWPE缠解点，使得UHMWPE长分子链贯串聚丙烯基体，起到高强度的骨架结构，形成物理交联网络，同时达到增韧增强效果，并且具有优异的耐划伤性能。
本发明利用相似相容原理，在加热条件下，使UHMWPE吸收白油充分溶胀，增加分子链的运动能力，此外，含氟助剂作为一种UHMWPE解缠结剂能够进一步促进大分子链的解缠结，利用白油与含氟助剂双重作用，通过线性低密度聚乙烯作为载体，能够制得一定解缠结的UHMWPE母粒；
本发明与传统弹性增韧、无机刚性粒子增韧相比，利用解缠结的UHMWPE增韧聚丙烯，能够提高材料韧性的同时提高材料的刚性，还能提高材料的耐划伤性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (10)

1.一种聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯复合材料的制备原料按重量份组成如下：聚丙烯38.5-90份，UHMWPE母粒4-30份，滑石粉5-25份，相容剂0.5-5份，润滑剂0.1-0.5份，抗氧剂0.2-0.5份，光稳定剂0.2-0.5份。
2.根据权利要求1所述的一种聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯为共聚聚丙烯，其熔融指数为2-100g/10min。
3.根据权利要求1所述的一种聚丙烯复合材料，其特征在于，所述滑石粉的目数为1000-5000目，硅含量＞90％。
4.根据权利要求1所述的一种聚丙烯复合材料，其特征在于，所述相容剂为丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸接枝聚丙烯、丙烯酸接枝聚丙烯或中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种聚丙烯复合材料，其特征在于，所述润滑剂为聚乙烯蜡、硬酯酸锌、硬酯酸钙、亚乙基双硬脂酰胺、季戊四醇硬脂酸酯中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种聚丙烯复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(1010)、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯(1076)、三(2.4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(168)、双(2,4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯(626)中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种聚丙烯复合材料，其特征在于，所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂。
8.根据权利要求1所述的一种聚丙烯复合材料，其特征在于，所述UHMWPE母粒的制备原料按重量份组成如下：线性低密度聚乙烯39-55份，UHMWPE40-50份，白油5-10份，含氟助剂0-1份；
所述UHMWPE为粘均分子量大于100万的粉体或颗粒，含氟助剂为全氟烷烃、含氟有机硅中的一种或多种。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
一、UHMWPE母粒的制备：
将UHMWPE与白油按照比例加入自制的混合设备中，在100-120℃条件下，100-300r/min低速混合20-60min；随后冷却至室温，加入线性低密度聚乙烯、含氟助剂，1000-3000r/min高速混合均匀；通过主喂料口加入双螺杆挤出机中，经过熔融挤出，制得UHMWPE母粒；
二、聚丙烯复合材料的制备：
将聚丙烯、UHMWPE母粒、滑石粉、相容剂、润滑剂、抗氧剂和光稳定剂加入到高混机中混合均匀后，通过主喂料口加入双螺杆挤出机中，制得聚丙烯复合材料。
10.根据权利要求9所述的一种聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的长径比为40:1，从第一区到第十区，挤出机螺筒温度依次为110±10℃，130±10℃，160±10℃，190±10℃，200±10℃，210±10℃，210±10℃，210±10℃，200±10℃，200±10℃，螺杆转速为400～600r/min，真空度为-0.1～-0.05Mpa。
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