CN112759833A - 一种高刚高韧聚丙烯复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高刚高韧聚丙烯复合材料及其制备方法和应用。本发明的高刚高韧聚丙烯复合材料，包括如下按重量份计算的组分：聚丙烯树脂60～80份；聚乙烯树脂0～5份；高长径比滑石粉5～15份；高目数滑石粉母粒10～20份；增韧剂5～10份；相容剂0.2～1份；加工助剂0.2～1份；其中，所述高长径比滑石粉的片层指数为2～6；所述增韧剂为乙烯‑辛烯共聚物或乙烯‑丁烯共聚物中的一种或几种的组合。本发明通过加入高长径比滑石粉提高材料的刚性，并与聚乙烯和增韧剂协同增韧，可以使聚丙烯材料同时具有较好的刚性和韧性，且对材料本身的力学性能影响较小。

Description

一种高刚高韧聚丙烯复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，具体涉及一种高刚高韧聚丙烯复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
随着洗碗机在国内家庭的普及以及嵌入式洗碗机市场占有率逐步提高，对于洗碗机底盘材料，尤其对于材料的刚性和韧性提出了更高的要求，因此，需要对聚丙烯材料的刚性和韧性以及力学性能进行改性。
目前对于聚丙烯材料的增刚增韧改性，应用最为广泛的方案为添加填料(如滑石粉、硫酸镁晶须、云母等)和弹性体增韧剂来提高聚丙烯的刚性和韧性，如中国专利CN106273350A通过加入高目数滑石粉和硫酸镁晶须进行复配，同时加入增韧剂，虽然材料冲击性能达到45kJ/m2，但其拉伸强度和弯曲强度仅有21MPa和31MPa，又如中国专利CN109777025通过加入超细填料、环状聚烯烃以及增韧剂，材料悬臂梁缺口冲击强度达到22kJ/m2，但其弯曲模量只有2200MPa，很难达到刚性和韧性俱优的性能。
现有的改性方法中，虽然可以改善材料的刚性和韧性，但是改性剂的加入同时还会降低材料的力学性能，因此，需要寻找一种可以同时改善聚丙烯材料刚性和韧性，并且对材料力学性能影响较小的改性方法。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术中聚丙烯材料刚性和韧性无法同时提高，且力学性能下降的缺陷，提供一种高刚高韧聚丙烯复合材料。本发明的高刚高韧聚丙烯复合材料，通过加入高长径比滑石粉提高材料的刚性，并与聚乙烯和增韧剂协同增韧，可以使聚丙烯材料同时具有较好的刚性和韧性，且对材料本身的力学性能影响较小。
本发明的另一目的在于，提供所述高刚高韧聚丙烯复合材料的制备方法。
本发明的另一目的在于，提供所述高刚高韧聚丙烯复合材料在制备洗碗机中的应用。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高刚高韧聚丙烯复合材料，其特征在于，包括如下按重量份计算的组分：
Figure BDA0002870204960000021
其中，所述高长径比滑石粉的片层指数为2～6。
需要说明的是，高长径比滑石粉的长径比用片层指数来表示，高长径比滑石粉的片层指数定义为：片层指数＝(D50激光-D50沉降)/D50沉降，其中，D50激光为激光粒度仪法测得的D50直径，D50沉降为沉降法测得的D50直径。
目前通常用滑石粉类改性剂来对聚丙烯材料进行刚性和韧性的改性，但是，这些添加剂的加入，并不能同时提高材料的刚性和韧性，而且还会降低材料本身的力学性能。
本发明的发明人通过大量试验研究发现，通过加入高长径比的滑石粉，可以为聚丙烯提供优良的刚性，同时加入高目数滑石粉母粒可以提升材料的加工性能；增韧剂中的乙烯-辛烯共聚物或乙烯-丁烯共聚物与高长径比滑石粉间的协同增韧作用赋予材料优良的韧性，同时其还可与聚乙烯形成核壳结构进行协同增韧。本发明人通过进一步研究还发现，通过控制高长径比滑石粉的片层指数为2～6，可以减小对聚丙烯材料力学性能的影响。
优选地，所述聚丙烯为高结晶均聚聚丙烯或高结晶共聚聚丙烯中的一种或几种的组合。高结晶的聚丙烯具有较好的刚性。其中高结晶共聚聚丙烯的共聚单体为乙烯，且乙烯的含量为4～10wt％。
进一步优选地，所述聚丙烯的结晶度为35％-60％。结晶度的测试按照PN C89425-1992标准进行测试。
优选地，所述聚乙烯树脂为高密度聚乙烯HDPE、中密度聚乙烯MDPE、低密度聚乙烯LDPE或线性低密度聚乙烯LLDPE中的一种或几种的组合。
进一步优选地，所述聚乙烯为高密度聚乙烯。
高目数滑石粉母粒的加入是为了提高聚丙烯材料的加工性能，若不添加所述高目数滑石粉母粒，则在加工过程中容易出现高长径比滑石粉在聚丙烯树脂中分散不均匀，无法下料。
优选地，所述高目数滑石粉母粒通过高目数滑石粉与增韧剂以8:2的比例混合后，经熔融共混、挤出、造粒得到。
优选地，所述高目数滑石粉母粒的目数为5000～10000。
优选地，所述增韧剂中的乙烯-辛烯共聚物或乙烯-丁烯共聚物可以是无规共聚物，也可以是嵌段共聚物。
进一步优选地，所述增韧剂为乙烯-丁烯共聚物。
优选地，所述相容剂为树枝状聚合物。
进一步优选地，所述树枝状聚合物为单点开花型树枝状聚合物或长链分枝型树枝状聚合物中的一种或几种的组合，其中，分枝的末端具有端基，端基种类包括烷基、羟基或酯基中的一种或几种的组合，但是不能仅含有烷基。
进一步优选地，所述树枝状聚合物为CYD-P218或CYD-P214中的一种或两种的组合。
优选地，所述加工助剂为抗氧剂或润滑剂中的一种或几种的组合。
优选地，所述抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂或受阻酚类抗氧剂中的一种或几种的组合。
优选地，所述润滑剂为金属皂类润滑剂、硬脂酸复合酯类润滑剂或酰胺类润滑剂中的一种或几种的组合。
所述高刚高韧聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
S1.将聚乙烯树脂、增韧剂和加工助剂混合均匀后，得到混合物料1；
S2.将S1得到的混合物料1、聚丙烯树脂、滑石粉母粒和相容剂组成的混合物2与高长径比滑石粉加入到挤出机的不同喂料口，进行挤出造粒，即得所述高刚高韧聚丙烯复合材料。
优选地，所述挤出可选用双螺杆挤出机。
优选地，所述挤出的温度为从喂料段到模头温度分别为170℃，180℃，200℃，210℃，210℃，220℃，210℃，210℃，210℃，200℃。
优选地，所述双螺杆挤出机的螺杆的长径比为40～48:1
优选地，所述双螺杆挤出机的螺杆的转速为450-550rpm。
所述高刚高韧聚丙烯复合材料在制备洗碗机中的应用也在本发明的保护范围之内。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明的高刚高韧聚丙烯复合材料，通过加入高长径比滑石粉提高材料的刚性，并与聚乙烯和增韧剂协同增韧，可以使聚丙烯材料同时具有较好的刚性和韧性，且对材料本身的力学性能影响较小；其中，材料的缺口冲击强度(韧性)保持在20-45kJ/m2，材料的弯曲模量(刚性)保持在2070-3220MPa；与纯聚丙烯材料相比，复合材料的拉伸强度下降了32％～25％，复合材料的弯曲强度下降了20％～10％。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。除非特别说明，本发明所用试剂和材料均为市购。
本发明的实施例采用以下原料：
聚丙烯树脂1：均聚聚丙烯，结晶度为58％，PPHC9012D，购自中石化；
聚丙烯树脂2：共聚聚丙烯，结晶度为35％，乙烯含量为8wt％，PPBX3800，购自韩国SK；
聚乙烯树脂：高密度聚乙烯，密度为0.95g/cm3,HDPE 5000S，购自兰州石化；
高长径比滑石粉1：片层指数为4，HART84，购自imerys；
高长径比滑石粉2：片层指数为3，HAR 3G 77L，购自imerys；
高长径比滑石粉3：片层指数为2，HART77，购自imerys；；
高目数滑石粉母粒1：滑石粉目数为5000，购自东莞三至；
高目数滑石粉母粒2：滑石粉目数为10000，购自东莞三至；
增韧剂1：乙烯-辛烯共聚物，购自陶氏化学；
增韧剂2：乙烯-丁烯共聚物，购自陶氏化学；
相容剂：树枝状聚合物CYD-P218，购自威海晨源；
抗氧剂：抗氧剂1010，购自巴斯夫(中国)有限公司；
润滑剂：硬脂酸钙，购自江西宏远化工有限公司。
实施例1～10
按照表1中的配方，按照如下制备方法制备所述高刚高韧聚丙烯复合材料：
S1.将聚乙烯树脂、增韧剂和加工助剂加入到高速混合机中混合均匀后，得到混合物料1；
S2.将S1得到的混合物料1、聚丙烯树脂、滑石粉母粒和相容剂组成的混合物2加入到双螺杆挤出机中，高长径比滑石粉采用侧喂方式下料，温度为喂料段到模头温度分别为170℃，180℃，200℃，210℃，210℃，220℃，210℃，210℃，210℃，200℃，进行挤出造粒，其中，双螺杆挤出机的参数为，螺杆长径比为48:1，螺杆转速为500rpm。
表1实施例中各高刚高韧聚丙烯复合材料的各组分含量(重量份)
Figure BDA0002870204960000051
对比例1
本对比例与实施例4相比，不同之处在于，未添加高目数滑石粉母粒，采用等量的高径厚比滑石粉替代。
对比例2
本对比例与实施例4相比，不同之处在于，未添加增韧剂。
对比例3
本对比例与实施例4相比，不同之处在于，将高长径比滑石粉替换为10000目滑石粉。
对比例4
纯聚丙烯树脂1。
对上述实施例和对比例制备得到的聚丙烯复合材料的性能进行测试，具体测试项目及测试方法如下：
1.韧性测试：缺口冲击强度
按照《ISO 180：2019》标准在23℃下进行测试，其中缺口类型为A型缺口。
2.刚性测试：弯曲强度
按照ISO 178-2016标准测试，弯曲速度为2mm/min；
3.力学性能测试：
3.1拉伸性能：按照ISO 527-2-2012标准测试，拉伸速度为10mm/min；
3.2弯曲性能：按照ISO 178-2016标准测试，弯曲速度为2mm/min。
测试结果如表2所示。
表2实施例及对比例制备得到的聚丙烯复合材料的性能测试结果
Figure BDA0002870204960000061
从表1和表2的数据结果表明，本发明各实施例制备得到的高刚高韧聚丙烯复合材料同时具有较好的韧性和刚性。其中，材料的缺口冲击强度(韧性)保持在20-45kJ/m2，材料的弯曲模量(刚性)保持在2070-3220MPa；与纯聚丙烯材料相比，复合材料的拉伸强度下降了32％～25％，复合材料的弯曲强度下降了20％～10％。
对比例1中，由于未添加高目数滑石粉母粒，而采用等量的高径厚比滑石粉替代，加工性能不好，出现分散不均匀，无法下料的情况；对比例2中未添加增韧剂，制备得到的复合材料的韧性提高不明显；对比例3选用现有常规的滑石粉改性剂，制备得到的复合材料刚性提高，但韧性以及复合材料的力学性能有所下降。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，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 (10)

1.一种高刚高韧聚丙烯复合材料，其特征在于，包括如下按重量份计算的组分：
Figure FDA0002870204950000011
其中，所述高长径比滑石粉的片层指数为2～6；
所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物或乙烯-丁烯共聚物中的一种或几种的组合。
2.根据权利要求1所述高刚高韧聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯为高结晶均聚聚丙烯或高结晶共聚聚丙烯中的一种或几种的组合。
3.根据权利要求1所述高刚高韧聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯的结晶度为35-60％。
4.根据权利要求1所述高刚高韧聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚乙烯树脂为高密度聚乙烯HDPE、中密度聚乙烯MDPE、低密度聚乙烯LDPE或线性低密度聚乙烯LLDPE中的一种或几种的组合。
5.根据权利要求1所述高刚高韧聚丙烯复合材料，其特征在于，所述高目数滑石粉母粒的目数为5000～10000。
6.根据权利要求1所述高刚高韧聚丙烯复合材料，其特征在于，所述增韧剂为乙烯-丁烯共聚物。
7.根据权利要求1所述高刚高韧聚丙烯复合材料，其特征在于，所述相容剂为树枝状聚合物，具体为单点开花型树枝状聚合物或长链分枝型树枝状聚合物中的一种或几种的组合。
8.根据权利要求1所述高刚高韧聚丙烯复合材料，其特征在于，所述加工助剂为抗氧剂或润滑剂中的一种或几种的组合。
9.权利要求1～8任一项所述高刚高韧聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
S1.将聚乙烯树脂、增韧剂和加工助剂混合均匀后，得到混合物料1；
S2.将S1得到的混合物料1、聚丙烯树脂、滑石粉母粒和相容剂组成的混合物2与高长径比滑石粉加入到挤出机的不同喂料口，进行挤出造粒，即得所述高刚高韧聚丙烯复合材料。
10.所述高刚高韧聚丙烯复合材料在制备洗碗机中的应用。
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