CN113135006A - 一种高强度塑料复合片材及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高强度塑料复合片材，包括基材层、设置在基材层上的强度层和设置在强度层上的阻隔层，按重量份计，强度层包括以下组分：聚苯乙烯树脂100份，马来酰亚胺基苯并环丁烯3‑5份；季戊四醇硬脂酸酯8‑14份，热稳定剂0.5‑3份；增强剂2‑4份。本发明的高强度塑料复合片材及其制备工艺，马来酰亚胺基苯并环丁烯与聚苯乙烯树脂产生协同效应，能显著提高材料的强度、韧性和耐韧性，能提高制得的塑料片材的综合性能；季戊四醇硬脂酸酯引入可使得塑料片材的柔韧性增强，并且容易加工；通过引入聚己内酯纤维丝和八氟异丁烯‑乙烯‑乙酸乙烯酯共聚物纤维丝，可协同降低片材的阻隔性能和强度。
Description
技术领域
本发明涉及塑料片材技术领域，具体涉及一种高强度塑料复合片材及其制备工艺。
背景技术
各种热成型容器，例如杯、碗、盆在日常生活中的使用越来越广泛，随着人们对生活质量的要求的提高，市场上对前述产品的档次要求也越来越高。用于食品包装的材料必须具有不同的强度，但目前片材强度小，整体性能较差。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种高强度塑料复合片材及其制备工艺，能够提高塑料片材的机械强度。本发明采用的技术方案是：
一种高强度塑料复合片材，其中：所述高强度塑料复合片材包括基材层、设置在基材层上的强度层和设置在强度层上的阻隔层，按重量份计，所述强度层包括以下组分：聚苯乙烯树脂100份，马来酰亚胺基苯并环丁烯3-5份；季戊四醇硬脂酸酯8-14份，热稳定剂0.5-3份；增强剂2-4份。基材层的材质为高抗冲聚苯乙烯，具有通用聚苯乙烯的尺寸稳定性，而且具有更好的冲击强度和刚性，其缺点主要是耐高温性差、阻隔氧气性差、相对低的紫外线稳定性和较低的耐化学品性。
优选的是，所述的高强度塑料复合片材，其中：所述热稳定剂包括2-乙基己酸锌和吡啶硫酮锌，2-乙基己酸锌和吡啶硫酮锌质量比为1～4:1。
优选的是，所述的高强度塑料复合片材，其中：所述增强剂为聚己内酯纤维丝和八氟异丁烯-乙烯-乙酸乙烯酯共聚物纤维丝，所述聚己内酯纤维丝和八氟异丁烯-乙烯-乙酸乙烯酯共聚物纤维丝的质量比为1:2～4。
优选的是，所述的高强度塑料复合片材，其中：所述强度层还包括4-6份双马来酰亚胺。
优选的是，所述的高强度塑料复合片材，其中：所述强度层还包括3-5份LiNixCo1- xO2，所述0.2≤x≤0.6。
优选的是，所述的高强度塑料复合片材，其中：所述聚苯乙烯树脂的数均分子量Mn为6000g/mol～10000g/mol。
优选的是，所述的高强度塑料复合片材，其中：所述阻隔层材质为丙烯腈树脂、聚酰胺、聚四氟乙烯的一种。
一种高强度塑料复合片材的制备工艺，其中：包括以下步骤：
S1.按强度层原料组成称取各原料，混合；
S2.将混合后的原料放入高速共混机中，在100-110℃温度下搅拌15-30min；
S3.将搅拌后的原料经挤出机在145-150℃温度下进行塑化，得到胶粒；
S4.将胶粒、基材层材料和阻隔层材料分别投入挤塑机内，在180～220℃进行熔融，输送，然后将各层原料挤出到同一分配器中，经模头挤出后吹涨、冷却定型，切边收卷，得到所述高强度塑料复合片材。
优选的是，所述的高强度塑料复合片材的制备工艺，其中：所述步骤S4的模头温度为160～250℃。
本发明的优点：本发明的高强度塑料复合片材及其制备工艺，马来酰亚胺基苯并环丁烯与聚苯乙烯树脂产生协同效应，能显著提高材料的强度、韧性和耐韧性，能提高制得的塑料片材的综合性能；季戊四醇硬脂酸酯引入可使得塑料片材的柔韧性增强，并且容易加工；通过引入聚己内酯纤维丝和八氟异丁烯-乙烯-乙酸乙烯酯共聚物纤维丝，可协同降低片材的阻隔性能和强度。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
一种高强度塑料复合片材，其中：所述高强度塑料复合片材包括基材层、设置在基材层上的强度层和设置在强度层上的阻隔层，按重量份计，所述强度层包括以下组分：聚苯乙烯树脂100份，马来酰亚胺基苯并环丁烯3-5份；季戊四醇硬脂酸酯8-14份，热稳定剂0.5-3份；增强剂2-4份。
聚苯乙烯树脂具有质硬、透明、电绝缘性、低吸湿性和优良的加工性能，聚亚烷基二醇具有优越的机械特性，包括高强度、高稳定性和耐热性，马来酰亚胺基苯并环丁烯与聚苯乙烯树脂产生协同效应，能显著提高材料的强度、韧性和耐韧性，能提高制得的塑料片材的综合性能；季戊四醇硬脂酸酯引入可使得塑料片材的柔韧性增强，并且容易加工。
其中：所述热稳定剂包括2-乙基己酸锌和吡啶硫酮锌，2-乙基己酸锌和吡啶硫酮锌质量比为1～4:1。2-乙基己酸锌可消除引起开始脱氯化氢的不稳定部位，吡啶硫酮锌可与自由基发生反应从而抑制材料的氧化分解，2-乙基己酸锌和吡啶硫酮锌协同作为热稳定剂，可阻止复合片材的颜色变化、分子链断裂和交联，从而提高其热稳定性能和光稳定性能。
其中：所述增强剂为聚己内酯纤维丝和八氟异丁烯-乙烯-乙酸乙烯酯共聚物纤维丝，所述聚己内酯纤维丝和八氟异丁烯-乙烯-乙酸乙烯酯共聚物纤维丝的质量比为1:2～4。八氟异丁烯-乙烯-乙酸乙烯酯共聚物纤维丝中乙烯含量占25～35wt％，八氟异丁烯含量占5～8wt％，其余为乙酸乙烯酯。
研究发现，当在传统的基材层和阻隔层之间设置一个强度层，可通过这个强度层的特点来对复合片材进行优化和升级；八氟异丁烯-乙烯-乙酸乙烯酯共聚物纤维丝是无规共聚物，其合成方法和聚乙酸乙烯酯的合成条件相同，只需在合成时将三者单体按设计比例混匀即可开始进行聚合，八氟异丁烯-乙烯-乙酸乙烯酯共聚物纤维丝不仅具有聚乙酸乙烯酯的优异的刚性和耐候性，还由于乙烯的改性，提高了纤维丝的韧性，增加了纤维丝的抗冲击强度，以降低纤维丝在高压下的形变幅度。此外，由于八氟异丁烯-乙烯-乙酸乙烯酯共聚物纤维丝中八氟异丁烯的引入，提高了片材的阻隔能力，使得片材具备了阻氧和水蒸气功能，聚己内酯纤维丝被首次发现与八氟异丁烯-乙烯-乙酸乙烯酯共聚物纤维丝混合使用后，可协同降低片材的阻隔性能和强度。
其中：所述强度层还包括4-6份双马来酰亚胺。
双马来酰亚胺的引入可使得塑料片材更加具有缓冲作用，用于“缓冲”高湿度和高温水下对塑料片材的冲击，以保证塑料片材的耐渗透性能和强度性能，提高塑料片材的阻隔特性和使用寿命。
其中：所述强度层还包括3-5份LiNixCo1-xO2，所述0.2≤x≤0.6。LiNixCo1-xO2的加入使得片材具有更高的稳定性能，综合强度高，能有效的提高其强度和阻隔性能，此外，由LiNixCo1-xO2与聚苯乙烯树脂结合后所形成的阻隔层能够有效降低塑料片材在使用时的耐渗透性能，从而可以实现提高阻隔的效果，因此，氧化锶的添加量应被限制，x的范围将决定所得片材的性能好坏，因此x的数值也应被限制，优选的范围为0.2≤x≤0.6，更优选的范围为0.3≤x≤0.5。
其中：所述聚苯乙烯树脂的数均分子量Mn为6000g/mol～10000g/mol。
其中：所述阻隔层材质为丙烯腈树脂、聚酰胺、聚四氟乙烯的一种。
一种高强度塑料复合片材的制备工艺，其中：包括以下步骤：
S1.按强度层原料组成称取各原料，混合；
S2.将混合后的原料放入高速共混机中，在100-110℃温度下搅拌15-30min；
S3.将搅拌后的原料经挤出机在145-150℃温度下进行塑化，得到胶粒；
S4.将胶粒、基材层材料和阻隔层材料分别投入挤塑机内，在180～220℃进行熔融，输送，然后将各层原料挤出到同一分配器中，经模头挤出后吹涨、冷却定型，切边收卷，得到所述高强度塑料复合片材。
其中：所述步骤S4的模头温度为160～250℃。
实施例1
一种高强度塑料复合片材，其中：所述高强度塑料复合片材包括基材层、设置在基材层上的强度层和设置在强度层上的阻隔层，按重量份计，所述强度层包括以下组分：聚苯乙烯树脂100份，马来酰亚胺基苯并环丁烯3份；季戊四醇硬脂酸酯8份，热稳定剂0.5份；增强剂2份，热稳定剂包括2-乙基己酸锌和吡啶硫酮锌，2-乙基己酸锌和吡啶硫酮锌质量比为1:1，增强剂为聚己内酯纤维丝和八氟异丁烯-乙烯-乙酸乙烯酯共聚物纤维丝，聚己内酯纤维丝和八氟异丁烯-乙烯-乙酸乙烯酯共聚物纤维丝的质量比为1:2，强度层还包括4份双马来酰亚胺，3份LiNixCo1-xO2，所述x＝0.2，聚苯乙烯树脂的数均分子量Mn为6000g/mol～10000g/mol，阻隔层材质为丙烯腈树脂。
一种高强度塑料复合片材的制备工艺，其中：包括以下步骤：
S1.按强度层原料组成称取各原料，混合；
S2.将混合后的原料放入高速共混机中，在100-110℃温度下搅拌15-30min；
S3.将搅拌后的原料经挤出机在145-150℃温度下进行塑化，得到胶粒；
S4.将胶粒、基材层材料和阻隔层材料分别投入挤塑机内，在180～220℃进行熔融，输送，然后将各层原料挤出到同一分配器中，经模头挤出后吹涨、冷却定型，切边收卷，模头温度为160℃，得到所述高强度塑料复合片材。
实施例2
一种高强度塑料复合片材，其中：所述高强度塑料复合片材包括基材层、设置在基材层上的强度层和设置在强度层上的阻隔层，按重量份计，所述强度层包括以下组分：聚苯乙烯树脂100份，马来酰亚胺基苯并环丁烯4份；季戊四醇硬脂酸酯12份，热稳定剂2份；增强剂3份。
热稳定剂包括2-乙基己酸锌和吡啶硫酮锌，2-乙基己酸锌和吡啶硫酮锌质量比为3:1，增强剂为聚己内酯纤维丝和八氟异丁烯-乙烯-乙酸乙烯酯共聚物纤维丝，所述聚己内酯纤维丝和八氟异丁烯-乙烯-乙酸乙烯酯共聚物纤维丝的质量比为1:3，强度层还包括5份双马来酰亚胺和4份LiNixCo1-xO2，所述x＝0.5，聚苯乙烯树脂的数均分子量Mn为8000g/mol，阻隔层材质为聚酰胺。
一种高强度塑料复合片材的制备工艺，其中：包括以下步骤：
S1.按强度层原料组成称取各原料，混合；
S2.将混合后的原料放入高速共混机中，在105℃温度下搅拌20min；
S3.将搅拌后的原料经挤出机在147℃温度下进行塑化，得到胶粒；
S4.将胶粒、基材层材料和阻隔层材料分别投入挤塑机内，在200℃进行熔融，输送，然后将各层原料挤出到同一分配器中，经模头挤出后吹涨、冷却定型，切边收卷，模头温度为220℃，得到所述高强度塑料复合片材。
实施例3
一种高强度塑料复合片材，其中：所述高强度塑料复合片材包括基材层、设置在基材层上的强度层和设置在强度层上的阻隔层，按重量份计，所述强度层包括以下组分：聚苯乙烯树脂100份，马来酰亚胺基苯并环丁烯4份；季戊四醇硬脂酸酯12份，热稳定剂2份；增强剂3份。
热稳定剂包括2-乙基己酸锌和吡啶硫酮锌，2-乙基己酸锌和吡啶硫酮锌质量比为4:1，增强剂为聚己内酯纤维丝和八氟异丁烯-乙烯-乙酸乙烯酯共聚物纤维丝，所述聚己内酯纤维丝和八氟异丁烯-乙烯-乙酸乙烯酯共聚物纤维丝的质量比为1:4，强度层还包括6份双马来酰亚胺和5份LiNixCo1-xO2，x＝0.6，聚苯乙烯树脂的数均分子量Mn为10000g/mol，阻隔层材质为聚四氟乙烯的一种。
一种高强度塑料复合片材的制备工艺，其中：包括以下步骤：
S1.按强度层原料组成称取各原料，混合；
S2.将混合后的原料放入高速共混机中，在100-110℃温度下搅拌15-30min；
S3.将搅拌后的原料经挤出机在145-150℃温度下进行塑化，得到胶粒；
S4.将胶粒、基材层材料和阻隔层材料分别投入挤塑机内，在180～220℃进行熔融，输送，然后将各层原料挤出到同一分配器中，经模头挤出后吹涨、冷却定型，切边收卷，模头温度为250℃，得到所述高强度塑料复合片材。
对比例1
一种高强度塑料复合片材，其中：所述高强度塑料复合片材包括基材层、设置在基材层上的强度层和设置在强度层上的阻隔层，按重量份计，所述强度层包括以下组分：聚苯乙烯树脂100份，季戊四醇硬脂酸酯8份，热稳定剂0.5份；增强剂2份，热稳定剂包括2-乙基己酸锌和吡啶硫酮锌，2-乙基己酸锌和吡啶硫酮锌质量比为1:1，增强剂为聚己内酯纤维丝和八氟异丁烯-乙烯-乙酸乙烯酯共聚物纤维丝，聚己内酯纤维丝和八氟异丁烯-乙烯-乙酸乙烯酯共聚物纤维丝的质量比为1:2，强度层还包括4份双马来酰亚胺，3份LiNixCo1-xO2，所述x＝0.2，聚苯乙烯树脂的数均分子量Mn为6000g/mol～10000g/mol，阻隔层材质为丙烯腈树脂。
一种高强度塑料复合片材的制备工艺，其中：包括以下步骤：
S1.按强度层原料组成称取各原料，混合；
S2.将混合后的原料放入高速共混机中，在100-110℃温度下搅拌15-30min；
S3.将搅拌后的原料经挤出机在145-150℃温度下进行塑化，得到胶粒；
S4.将胶粒、基材层材料和阻隔层材料分别投入挤塑机内，在180～220℃进行熔融，输送，然后将各层原料挤出到同一分配器中，经模头挤出后吹涨、冷却定型，切边收卷，模头温度为160℃，得到所述高强度塑料复合片材。
对比例2
一种高强度塑料复合片材，其中：所述高强度塑料复合片材包括基材层、设置在基材层上的强度层和设置在强度层上的阻隔层，按重量份计，所述强度层包括以下组分：聚苯乙烯树脂100份，马来酰亚胺基苯并环丁烯3份；季戊四醇硬脂酸酯8份，热稳定剂0.5份；增强剂2份，热稳定剂包括2-乙基己酸锌和吡啶硫酮锌，2-乙基己酸锌和吡啶硫酮锌质量比为1:1，增强剂为聚己内酯纤维丝，强度层还包括4份双马来酰亚胺，3份LiNixCo1-xO2，所述x＝0.2，聚苯乙烯树脂的数均分子量Mn为6000g/mol～10000g/mol，阻隔层材质为丙烯腈树脂。
一种高强度塑料复合片材的制备工艺，其中：包括以下步骤：
S1.按强度层原料组成称取各原料，混合；
S2.将混合后的原料放入高速共混机中，在100-110℃温度下搅拌15-30min；
S3.将搅拌后的原料经挤出机在145-150℃温度下进行塑化，得到胶粒；
S4.将胶粒、基材层材料和阻隔层材料分别投入挤塑机内，在180～220℃进行熔融，输送，然后将各层原料挤出到同一分配器中，经模头挤出后吹涨、冷却定型，切边收卷，模头温度为160℃，得到所述高强度塑料复合片材。
对比例3
一种高强度塑料复合片材，其中：所述高强度塑料复合片材包括基材层、设置在基材层上的强度层和设置在强度层上的阻隔层，按重量份计，所述强度层包括以下组分：聚苯乙烯树脂100份，马来酰亚胺基苯并环丁烯4份；季戊四醇硬脂酸酯12份，热稳定剂2份；增强剂3份。
热稳定剂包括2-乙基己酸锌和吡啶硫酮锌，2-乙基己酸锌和吡啶硫酮锌质量比为3:1，增强剂为八氟异丁烯-乙烯-乙酸乙烯酯共聚物纤维丝，强度层还包括5份双马来酰亚胺和4份LiNixCo1-xO2，所述x＝0.5，聚苯乙烯树脂的数均分子量Mn为8000g/mol，阻隔层材质为聚酰胺。
一种高强度塑料复合片材的制备工艺，其中：包括以下步骤：
S1.按强度层原料组成称取各原料，混合；
S2.将混合后的原料放入高速共混机中，在105℃温度下搅拌20min；
S3.将搅拌后的原料经挤出机在147℃温度下进行塑化，得到胶粒；
S4.将胶粒、基材层材料和阻隔层材料分别投入挤塑机内，在200℃进行熔融，输送，然后将各层原料挤出到同一分配器中，经模头挤出后吹涨、冷却定型，切边收卷，模头温度为220℃，得到所述高强度塑料复合片材。
对比例4
一种高强度塑料复合片材，其中：所述高强度塑料复合片材包括基材层、设置在基材层上的强度层和设置在强度层上的阻隔层，按重量份计，所述强度层包括以下组分：聚苯乙烯树脂100份，马来酰亚胺基苯并环丁烯4份；季戊四醇硬脂酸酯12份，热稳定剂2份；增强剂3份。
热稳定剂包括2-乙基己酸锌和吡啶硫酮锌，2-乙基己酸锌和吡啶硫酮锌质量比为4:1，增强剂为聚己内酯纤维丝和八氟异丁烯-乙烯-乙酸乙烯酯共聚物纤维丝，所述聚己内酯纤维丝和八氟异丁烯-乙烯-乙酸乙烯酯共聚物纤维丝的质量比为1:4，强度层还包括5份LiNixCo1-xO2，x＝0.6，聚苯乙烯树脂的数均分子量Mn为10000g/mol，阻隔层材质为聚四氟乙烯的一种。
一种高强度塑料复合片材的制备工艺，其中：包括以下步骤：
S1.按强度层原料组成称取各原料，混合；
S2.将混合后的原料放入高速共混机中，在100-110℃温度下搅拌15-30min；
S3.将搅拌后的原料经挤出机在145-150℃温度下进行塑化，得到胶粒；
S4.将胶粒、基材层材料和阻隔层材料分别投入挤塑机内，在180～220℃进行熔融，输送，然后将各层原料挤出到同一分配器中，经模头挤出后吹涨、冷却定型，切边收卷，模头温度为250℃，得到所述高强度塑料复合片材。
对比例5
一种高强度塑料复合片材，其中：所述高强度塑料复合片材包括基材层、设置在基材层上的强度层和设置在强度层上的阻隔层，按重量份计，所述强度层包括以下组分：聚苯乙烯树脂100份，马来酰亚胺基苯并环丁烯4份；季戊四醇硬脂酸酯12份，热稳定剂2份；增强剂3份。
热稳定剂包括2-乙基己酸锌和吡啶硫酮锌，2-乙基己酸锌和吡啶硫酮锌质量比为4:1，增强剂为聚己内酯纤维丝和八氟异丁烯-乙烯-乙酸乙烯酯共聚物纤维丝，所述聚己内酯纤维丝和八氟异丁烯-乙烯-乙酸乙烯酯共聚物纤维丝的质量比为1:4，强度层还包括6份双马来酰亚胺，聚苯乙烯树脂的数均分子量Mn为10000g/mol，阻隔层材质为聚四氟乙烯的一种。
一种高强度塑料复合片材的制备工艺，其中：包括以下步骤：
S1.按强度层原料组成称取各原料，混合；
S2.将混合后的原料放入高速共混机中，在100-110℃温度下搅拌15-30min；
S3.将搅拌后的原料经挤出机在145-150℃温度下进行塑化，得到胶粒；
S4.将胶粒、基材层材料和阻隔层材料分别投入挤塑机内，在180～220℃进行熔融，输送，然后将各层原料挤出到同一分配器中，经模头挤出后吹涨、冷却定型，切边收卷，模头温度为250℃，得到所述高强度塑料复合片材。
下面列出实施例1-3和对比例1-5的性能测试结果：
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种高强度塑料复合片材，其特征在于：所述高强度塑料复合片材包括基材层、设置在基材层上的强度层和设置在强度层上的阻隔层，按重量份计，所述强度层包括以下组分：聚苯乙烯树脂100份，马来酰亚胺基苯并环丁烯3-5份；季戊四醇硬脂酸酯8-14份，热稳定剂0.5-3份；增强剂2-4份。
2.根据权利要求1所述的高强度塑料复合片材，其特征在于：所述热稳定剂包括2-乙基己酸锌和吡啶硫酮锌，2-乙基己酸锌和吡啶硫酮锌质量比为1～4:1。
3.根据权利要求1所述的高强度塑料复合片材，其特征在于：所述增强剂为聚己内酯纤维丝和八氟异丁烯-乙烯-乙酸乙烯酯共聚物纤维丝，所述聚己内酯纤维丝和八氟异丁烯-乙烯-乙酸乙烯酯共聚物纤维丝的质量比为1:2～4。
4.根据权利要求1所述的高强度塑料复合片材，其特征在于：所述强度层还包括4-6份双马来酰亚胺。
5.根据权利要求1所述的高强度塑料复合片材，其特征在于：所述强度层还包括3-5份LiNixCo1-xO2，所述0.2≤x≤0.6。
6.根据权利要求1所述的高强度塑料复合片材，其特征在于：所述聚苯乙烯树脂的数均分子量Mn为6000g/mol～10000g/mol。
7.根据权利要求1所述的高强度塑料复合片材，其特征在于：所述阻隔层材质为丙烯腈树脂、聚酰胺、聚四氟乙烯的一种。
8.一种高强度塑料复合片材的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1.按强度层原料组成称取各原料，混合；
S2.将混合后的原料放入高速共混机中，在100-110℃温度下搅拌15-30min；
S3.将搅拌后的原料经挤出机在145-150℃温度下进行塑化，得到胶粒；
S4.将胶粒、基材层材料和阻隔层材料分别投入挤塑机内，在180～220℃进行熔融，输送，然后将各层原料挤出到同一分配器中，经模头挤出后吹涨、冷却定型，切边收卷，得到所述高强度塑料复合片材。
9.根据权利要求8所述的高强度塑料复合片材的制备工艺，其特征在于：所述步骤S4的模头温度为160～250℃。
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