CN112724578B - 一种聚丙烯复合物及其应用和制备方法 - Google Patents
一种聚丙烯复合物及其应用和制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及高分子聚合物技术领域,尤其涉及一种聚丙烯复合物及其应用和制备方法,该聚丙烯复合物包括以下重量份的原料:聚丙烯46.7~78.1重量份、甲基丙烯酸甲酯1~5重量份、自由基引发剂0.1~0.3重量份、聚甲基丙烯酸甲酯5~10重量份、弹性体5~15重量份、滑石粉10~20重量份、硅酮划伤剂0.5~2.0重量份、稳定剂0.2~0.5重量份、加工助剂0.1~0.5重量份,该聚丙烯复合物具有耐划伤性能和综合力学性能优异的优点;并且该聚丙烯复合物通过双螺杆挤出机的第一阶空间反应和双螺杆挤出机的第二空间共混反应,能制备出耐划伤性能和综合力学性能优异的聚丙烯复合物。
Description
技术领域
本发明涉及高分子聚合物技术领域,尤其涉及一种聚丙烯复合物及其应用和制备方法。
背景技术
聚丙烯由于无毒、环保、可回收,且具有耐化学性、耐热性、电绝缘性、高强度机械性能和良好的高耐磨加工等性能,因此聚丙烯问世以来,快速广泛地应用在汽车、电子电器、建筑、纺织、包装、农林渔业和食品工业等国民经济众多领域替代尼龙、ABS以及PBT等工程塑料。目前,聚丙烯材料仍存在不足之处:聚丙烯材料的表面硬度非常低,轻微的刮擦就会在聚丙烯材料造成严重表面划痕,这样对产品的外观造成严重影响,由此限制了聚丙烯在家用电器、电子器件以及汽车行业的应用。为解决聚丙烯材料的耐划伤性,传统方法会在聚丙烯材料中添加硅酮类、酰胺类耐划伤剂,但是这种方法仅仅改善了材料表面的爽滑性能,材料的表面硬度没有任何提升,因此对于改善耐划伤的效果有限,无法满足更高级别的耐划伤需求。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的缺点和不足,本发明的目的在于提供一种聚丙烯复合物及其应用和制备方法,该聚丙烯复合物具有耐划伤性能以及具有耐化学性、耐热性、电绝缘性、高强度机械性能和高耐磨加工性的优异综合力学性能的优点;该聚丙烯复合物能够在制备家用电器、电子器件以及汽车用品中应用;且该聚丙烯复合物的制备方法能制备出上述优点的聚丙烯复合物。
为实现上述目的,本发明采取的技术方案为:
提供一种聚丙烯复合物,包括以下重量份的原料:聚丙烯46.7~78.1重量份、甲基丙烯酸甲酯1~5重量份、自由基引发剂0.1~0.3重量份、聚甲基丙烯酸甲酯 5~10重量份、弹性体5~15重量份、滑石粉10~20重量份、硅酮划伤剂0.5~2.0 重量份、稳定剂0.2~0.5重量份、加工助剂0.1~0.5重量份。
聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)在热塑性塑料中表面硬度较高,但由于PMMA 与聚丙烯材料的极性相差太大,如果仅在聚丙烯材料中加入一定量的PMMA来提高聚丙烯的硬度,那么PMMA与聚丙烯材料二者是几乎没有任何相容性的,本申请聚丙烯复合物中正是不但加入了PMMA,还加入了甲基丙烯酸甲酯,使得甲基丙烯酸甲酯与聚丙烯生成聚丙烯接枝甲基丙烯酸甲酯共聚物,该聚丙烯接枝甲基丙烯酸甲酯共聚物能作为丙烯酸和PMMA的相容剂,从而提高了 PMMA与聚丙烯的相容性,进而使得PMMA在聚丙烯中发挥出硬度性能,以提升聚丙烯的耐划伤性能;此外,本申请中的弹性体、滑石粉、硅酮划伤剂份、稳定剂、加工助剂能较好地配合了整个聚丙烯复合物,使得聚丙烯复合在保持耐划性能的同时也能保持较好的力学综合性能。
优选地,包括以下重量份的原料:聚丙烯63重量份、甲基丙烯酸甲酯4重量份、自由基引发剂0.2重量份、聚甲基丙烯酸甲酯6重量份、弹性体10重量份、滑石粉15重量份、硅酮划伤剂1重量份、稳定剂0.4重量份、加工助剂0.4 重量份。
上述重量份的原料能进一步地提高了聚丙烯复合物的耐划伤性能和综合力学性能。
优选地,所述聚丙烯为共聚聚丙烯,所述共聚聚丙烯的熔融指数≥20g/10min,该熔融指数按照测试方法GB/T 3682-2000来测试,其中,测试条件为230℃、 2.16Kgf,该熔融指数使得聚丙烯较好地与各组分相容。
优选地,所述滑石粉为细度不少于3000目的滑石粉。
优选地,所述硅酮划伤剂为聚有机硅氧烷,所述硅酮划伤剂为分子量在 105~106之间的高分子量聚有机硅氧烷。
优选地,所述热稳定剂是受阻酚类、亚磷酸酯类和硫代酯类中的任意一种或两种以上的混合物,所述加工助剂为硬脂酸盐类加工助剂。
提供一种上述聚丙烯复合物的应用,所述聚丙烯复合物在制备家用电器、电子器件以及汽车用品中的应用。
提供一种上述聚丙烯复合物的制备方法,包括以下步骤:
1)反应挤出:将自由基引发剂溶于甲基丙烯酸甲酯中,然后将聚丙烯和溶有自由基引发剂的甲基丙烯酸甲酯加入到双螺杆挤出机的第一阶空间,使聚丙烯与甲基丙烯酸甲酯接枝反应,生成聚丙烯接枝甲基丙烯酸甲酯共聚物,将所得的聚丙烯接枝甲基丙烯酸甲酯共聚物挤出造粒;此步骤1)使得聚丙烯与甲基丙烯酸甲酯反应生产能用于相容剂的聚丙烯接枝甲基丙烯酸甲酯共聚物。
2)共混:将聚甲基丙烯酸甲酯、滑石粉、弹性体、硅酮划伤剂、热稳定剂和加工助剂混合均匀,得到混合物料,然后将所得的混合物料与步骤1)所得的所述聚丙烯接枝甲基丙烯酸甲酯共聚物加入到所述双螺杆挤出机的第二阶空间以继续进行共混,得到聚丙烯复合物;此步骤2)中,聚丙烯、步骤1)所得的作为相容剂的聚丙烯接枝甲基丙烯酸甲酯共聚物和其他原料较好地混合相容。
优选地,所述步骤1)中,所述聚丙烯通过主喂料口加入所述双螺杆挤出机的第一阶空间,所述溶有自由基引发剂的甲基丙烯酸甲酯通过液体计量泵加入到所述双螺杆挤出机的第一阶空间;所述步骤2)中,所述混合物料和所述聚丙烯接枝甲基丙烯酸甲酯共聚物均通过主喂料口加入到所述双螺杆挤出机的第二阶空间。
采用计量泵加入物料,能较好地控制反应。
优选地,所述双螺杆挤出机的第一阶空间中螺杆的长径比为56:1,所述双螺杆挤出机的第二阶空间中螺杆的长径比为30:1,这样的长径比能较好地控制反应。
与现有技术相比,本申请的有益效果在于:
(1)本申请的甲基丙烯酸甲酯与聚丙烯材料能生成相容剂,该相容剂又能促进聚丙烯与聚甲基丙烯酸甲酯相容,使得聚甲基丙烯酸甲酯在聚丙烯中发挥出硬度性能,以提升聚丙烯的耐划伤性能;本申请中的由甲基丙烯酸甲酯与聚丙烯组成的相容剂不但有相容剂效果,同时由于有甲基丙烯酸甲酯的结构,使得整个聚丙烯复合物产生较少副产物。
(2)本申请的弹性体、滑石粉、硅酮划伤剂份、稳定剂、加工助剂能较好地配合了整个聚丙烯复合物,使得聚丙烯复合在保持耐划性能的同时也能保持较好的力学综合性能。
(3)本申请的聚丙烯复合物能在家用电器、电子器件以及汽车用品中的应用,可有效防止家用电器、电子器件以及汽车用品容易划伤的问题。
(4)本申请在制备聚丙烯复合物的过程中,采用双阶反应型的双螺杆挤出机为反应器,在双螺杆挤出机的第一阶空间中,聚丙烯、甲基丙烯酸甲酯与自由基引发剂混合后进行接枝反应,生成聚丙烯接枝聚甲基丙烯酸甲酯;在第双螺杆挤出机的第二阶空间中,滑石粉、弹性体、硅酮、热稳定剂、光稳定剂、加工助剂混合后与第一阶空间反应完成的聚丙烯接枝甲基丙烯酸甲酯共聚物进行单纯的物理共混,而由于第一阶空间聚丙烯接枝聚甲基丙烯酸甲酯共聚物起到了相容剂作用,因此在第二阶空间的混料步骤中,聚丙烯和聚甲基丙烯酸甲酯能够实现很好的分散,所有的配方组分得到了均化,因此,由于聚丙烯和聚甲基丙烯酸甲酯形成了相容性优异的合金,最终得到的聚丙烯复合物,具有优异的耐划伤性能。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点,本发明通过下列实施例进一步说明。应理解,以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。
以下实施例以下面来源的原料为例进行说明,实际生产中还可以采用其他来源的原料,原料说明如下:
聚丙烯:共聚聚丙烯PPM60RH,镇海炼化,在GB/T3682-2000,230℃、 2.16Kgf的测试条件下,熔融指数为60g/10min。
过氧化物引发剂:偶氮二异丁腈AIBN,法国阿科玛;过氧化苯甲酰BPO,日本艾迪科;过氧化二异丙苯DCP,阿克苏诺贝尔。
甲基丙烯酸甲酯:赢创。
聚甲基丙烯酸甲酯:PMMACM-205,中国 台湾奇美。
滑石粉:TYT-899,广西桂林天成,3000目。
硅酮划伤剂:MB50-002,道康宁。
弹性体:乙烯/辛烯共聚物POE7467,美国陶氏化学。
热稳定剂:酚类抗氧剂Irganox1010,亚磷酸酯类抗氧剂Irganox168,巴斯夫。
加工助剂:硬脂酸锌ZN-ST,日本花王。
实施例1
制备所用挤出机为双阶双螺杆挤出机,在双螺杆挤出机的第一阶空间进行反应挤出,长径比为48:1,在双螺杆挤出机的第二阶空间为物理共混,长径比为30:1,当然,还可以是其他参数值的长径比。
1)反应挤出:将46.7重量份聚丙烯树脂PPM60RH从主喂料加入,0.1重量份偶氮二异丁腈AIBN自由基引发剂溶于1重量份甲基丙烯酸甲酯后通过液体计量泵加入,在双螺杆挤出机的第一阶空间中进行接枝反应生成聚丙烯接枝甲基丙烯酸甲酯共聚物,然后挤出造粒。
2)共混:将5重量份PMMACM-205、10重量份滑石粉TYT-899、5重量份弹性体POE7467、0.5重量份硅酮划伤剂MB50-002、0.1重量份受阻酚类主抗氧剂 Irganox1010、0.1重量份主辅助抗氧剂Irganox168、0.1重量份加工助剂硬脂酸锌 ZN-ST混合均匀混合后通过主喂料加入,与步骤1)的双螺杆挤出机的第一阶空间反应完成的物料进行单纯的物理共混。其中,双螺杆挤出机的第一阶空间挤出机生成的聚丙烯接枝甲基丙烯酸甲酯共聚物作为物理共混的相容剂,最终挤出造粒,而在双螺杆挤出机的第二阶空间共混挤出加工过程中,所有的配方组分得到了均化。
实施例2
制备所用挤出机为双阶双螺杆挤出机,在双螺杆挤出机的第一阶空间进行反应挤出,长径比为48:1,在双螺杆挤出机的第二阶空间为物理共混,长径比为30:1。
1)反应挤出:将78.1重量份聚丙烯树脂PPM60RH从主喂料加入,0.3重量份过氧化苯甲酰BPO自由基引发剂溶于5重量份甲基丙烯酸甲酯后通过液体计量泵加入,在双螺杆挤出机的第一阶空间中进行接枝反应生成聚丙烯接枝甲基丙烯酸甲酯共聚物,然后挤出造粒。
2)共混:将10重量份PMMACM-205、20重量份滑石粉TYT-899、15重量份弹性体POE7467、2重量份硅酮划伤剂MB50-002、0.25重量份受阻酚类主抗氧剂 Irganox1010、0.25重量份主辅助抗氧剂Irganox168、0.5重量份加工助剂硬脂酸锌 ZN-ST混合均匀混合后通过主喂料加入,与在双螺杆挤出机的第一阶空间中反应完成的物料进行单纯的物理共混。其中,双螺杆挤出机的第一阶空间挤出机生成的聚丙烯接枝甲基丙烯酸甲酯共聚物作为物理共混的相容剂,最终挤出造粒,而在双螺杆挤出机的第二阶空间共混挤出加工过程中,所有的配方组分得到了均化。
实施例3
制备所用挤出机为双阶双螺杆挤出机,在双螺杆挤出机的第一阶空间进行反应挤出,长径比为48:1,在双螺杆挤出机的第二阶空间为物理共混,长径比为30:1。
1)反应挤出:将63重量份聚丙烯树脂PPM60RH从主喂料加入,0.2重量份过氧化二异丙苯DCP自由基引发剂溶于4重量份甲基丙烯酸甲酯后通过液体计量泵加入,在双螺杆挤出机的第一阶空间中进行接枝反应生成聚丙烯接枝甲基丙烯酸甲酯共聚物,然后挤出造粒。
2)共混:将6重量份PMMACM-205、15重量份滑石粉TYT-899、10重量份弹性体POE7467、1重量份硅酮划伤剂MB50-002、0.2重量份受阻酚类主抗氧剂 Irganox1010、0.2重量份主辅助抗氧剂Irganox168、0.4重量份加工助剂硬脂酸锌 ZN-ST混合均匀混合后通过主喂料加入,与双螺杆挤出机的第一阶空间反应完成的物料进行单纯的物理共混其中,双螺杆挤出机的第一阶空间挤出机生成的聚丙烯接枝甲基丙烯酸甲酯共聚物作为物理共混的相容剂,最终挤出造粒,而在双螺杆挤出机的第二阶空间共混挤出加工过程中,所有的配方组分得到了均化。
对比例1
按照表1所示的重量比将73.2重量份聚丙烯PPM60RH、15重量份滑石粉 TYT-899、10重量份弹性体POE7467、1.0重量份硅酮类划伤剂MB50-002、0.2重量份受阻酚类主抗氧剂Irganox1010、0.2重量份主辅助抗氧剂Irganox168、0.4重量份加工助剂硬脂酸锌ZN-ST混合均匀,通过双螺杆挤出造粒。
对比例2
按照表1所示的重量比将63.2重量份聚丙烯PPM60RH、15重量份滑石粉 TYT-899、10重量份聚甲基丙烯酸甲酯PMMACM-205、10重量份弹性体 POE7467、1.0重量份硅酮类划伤剂MB50-002、0.2重量份受阻酚类主抗氧剂 Irganox1010、0.2重量份主辅助抗氧剂Irganox168、0.4重量份加工助剂硬脂酸锌 ZN-ST混合均匀,通过双螺杆挤出造粒。
表1实施例配方表(单位为重量份)
将实施例1-3和对比例1-2制得的聚合物进行以下性能测试,并将测试结果列于表2中:
性能测试方法说明
力学性能测试,采用注塑机将样料注塑成标准ISO样条,然后进行ISO相关标准的力学性能测试。
耐划伤测试按照大众汽车PV3952标准进行测试,采用十字划格仪10N的力进行划痕测试,然后进行划痕前后的色差值DL对比,DL值越低,说明耐划伤性能越好。
表2聚丙烯组合物性能测试
测试项目 | 对比例1 | 对比例2 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
拉伸强度/MPa | 19.2 | 19.6 | 20.9 | 21.2 | 21.5 |
伸长率/% | 125 | 11 | 138 | 129 | 147 |
弯曲强度/MPa | 26.1 | 25.9 | 26.6 | 28.2 | 27.9 |
弯曲模量/MPa | 1618 | 1567 | 1735 | 1747 | 1789 |
冲击/KJ/m2 | 31.2 | 5.1 | 32.3 | 31.7 | 33.1 |
耐划伤DL | 2.68 | 2.53 | 0.56 | 0.61 | 0.49 |
通过该实验,我们发现,最终的聚丙烯/PMMA合金材料具有优异的耐划伤性和综合力学性能,完全满足家电行业、电子电器行业和汽车行业的需求。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种聚丙烯复合物,其特征在于,包括以下重量份的原料:聚丙烯46.7~78.1重量份、甲基丙烯酸甲酯1~5重量份、自由基引发剂0.1~0.3重量份、聚甲基丙烯酸甲酯5~10重量份、弹性体5~15重量份、滑石粉10~20重量份、硅酮划伤剂0.5~2.0重量份、热稳定剂0.2~0.5重量份、加工助剂0.1~0.5重量份;
所述的聚丙烯复合物的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)反应挤出:将自由基引发剂溶于甲基丙烯酸甲酯中,然后将聚丙烯和溶有自由基引发剂的甲基丙烯酸甲酯加入到双螺杆挤出机的第一阶空间,使聚丙烯与甲基丙烯酸甲酯接枝反应,生成聚丙烯接枝甲基丙烯酸甲酯共聚物,将所得的聚丙烯接枝甲基丙烯酸甲酯共聚物挤出造粒;
2)共混:将聚甲基丙烯酸甲酯、滑石粉、弹性体、硅酮划伤剂、热稳定剂和加工助剂混合均匀,得到混合物料,然后将所得的混合物料与步骤1)所得的所述聚丙烯接枝甲基丙烯酸甲酯共聚物加入到所述双螺杆挤出机的第二阶空间以继续进行共混,得到聚丙烯复合物。
2.如权利要求1所述的聚丙烯复合物,其特征在于,包括以下重量份的原料:聚丙烯63重量份、甲基丙烯酸甲酯4重量份、自由基引发剂0.2重量份、聚甲基丙烯酸甲酯6重量份、弹性体10重量份、滑石粉15重量份、硅酮划伤剂1重量份、热稳定剂0.4重量份、加工助剂0.4重量份。
3.如权利要求1所述的聚丙烯复合物,其特征在于,所述聚丙烯为共聚聚丙烯,所述共聚聚丙烯的熔融指数≥20g/10min,该熔融指数按照测试方法GB/T3682-2000来测试,其中,测试条件为230℃、2.16Kgf。
4.如权利要求1所述的聚丙烯复合物,其特征在于,所述滑石粉的细度不少于3000目。
5.如权利要求1所述的聚丙烯复合物,其特征在于,所述硅酮划伤剂为分子量在105~106之间的高分子量聚有机硅氧烷。
6.如权利要求1所述的聚丙烯复合物,其特征在于,所述热稳定剂是受阻酚类、亚磷酸酯类和硫代酯类中的任意一种或两种以上的混合物,所述加工助剂为硬脂酸盐类加工助剂。
7.如权利要求1所述的聚丙烯复合物,其特征在于,所述步骤1)中,所述聚丙烯通过主喂料口加入所述双螺杆挤出机的第一阶空间,所述溶有自由基引发剂的甲基丙烯酸甲酯通过液体计量泵加入到所述双螺杆挤出机的第一阶空间;所述步骤2)中,所述混合物料和所述聚丙烯接枝甲基丙烯酸甲酯共聚物均通过主喂料口加入到所述双螺杆挤出机的第二阶空间。
8.如权利要求1所述的聚丙烯复合物,其特征在于,所述双螺杆挤出机的第一阶空间中螺杆的长径比为56:1,所述双螺杆挤出机的第二阶空间中螺杆的长径比为30:1。
9.一种权利要求1-6任一项所述的聚丙烯复合物的应用,其特征在于,所述聚丙烯复合物在制备家用电器、电子器件以及汽车用品中的应用。
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GR01 | Patent grant | ||
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