CN113234241B - 一种高性能聚丙烯母粒的制备方法 - Google Patents

一种高性能聚丙烯母粒的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高性能聚丙烯母粒的制备方法，具体为：将PP、热塑性弹性体、碱式硫酸镁晶须及一系列添加剂在双螺杆挤出机中熔融共混并挤出造粒得到初级聚丙烯母粒，并将这些聚丙烯母粒在硅烷偶联剂中进行浸渍、烘干，得到高性能聚丙烯母粒，将它和PP原料以不同比例共混挤出造粒可以得到不同填充分数的改性聚丙烯产品。本发明所制得的复合材料具有高强度、低收缩率、高韧性性价比高的特点，可注塑成汽车外饰材料，在其他对材料力学性能要求较高的行业中也有广阔的应用前景。

Description

一种高性能聚丙烯母粒的制备方法
技术领域
本发明涉及高分子复合材料技术领域，尤其涉及一种高性能聚丙烯母粒的制备方法。
背景技术
聚丙烯(PP)是一种综合性能优异的通用塑料，由于其化学稳定性强、电绝缘性好、密度低、价格低廉等优点，广泛被用作制造汽车内外饰塑料件。但是聚丙烯其本身也存在一些缺点，例如其抗冲击强度较低、使用温度低、收缩率较大，限制了聚丙烯塑料的应用。
目前，人民生活水平越来越高，塑料在生活中的应用越来越广泛，对于塑料性能的要求也随之提高。“以塑代钢”技术正在不断发展，塑料使用场景不断扩展到生活的各个角落，塑料尤其是聚丙烯材料在汽车上的应用非常广泛，绝大部分汽车的内饰门板、仪表板，外饰保险杠、底护板等均为聚丙烯塑料材质，汽车在行动过程中如果受到撞击，需要内外饰材料均具有一定的机械强度，才能更好的抵抗变形，保护驾驶员，将伤害降到最低，同时，由于汽车使用的环境温差较大，需要内外饰材料具备一定的抵抗收缩的能力，才能防止在极端环境下发生变形，常规的聚丙烯材料不能直接满足要求，必须对其进行改性。
本发明采取一种较为简单的方法，经过共混、挤出、浸渍、烘干的方法，制备出了一种高性能聚丙烯母粒，工艺简单，和聚丙烯原料进行复合挤出后生产的复合材料力学性能十分优异，拉伸、冲击强度高，材料填充量可以通过加入母粒的多少决定，可以作为汽车外饰用保险杠、底护板、边梁的原材料使用，极大的增强保险杠等塑料件的力学强度，且可以降低材料在极端环境下的后收缩问题，防止材料发生变形，生产过程绿色环保，能够满足非常多的应用需要，具有很好的应用前景。
发明内容
本发明解决的技术问题是：提供一种高性能聚丙烯母粒的制备方法，该方法简单、绿色环保，使用该母粒后续复合生产的聚丙烯复合材料，具有优异的力学性能。
为实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供的高性能聚丙烯母粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)高性能聚丙烯母粒的制备：
将PP粒料、热塑性弹性体、碱式硫酸镁晶须、润滑剂、复配抗氧剂按质量比为(20％-30％)；(20％-40％)；(30％-50％)；(0.1％-1％)；(0.1％-1％)配料，采用高速混合机将上述原料及助剂均匀混合3～5分钟，将所得混合物经主喂料口加入到同向旋转双螺杆挤出机中，熔融共混，挤出温度为180-220℃，主机转速300-600rpm，喂料速度40-80rpm，挤出后经过水浴及风干机进入切粒机，切粒机转速30-60rpm得到聚丙烯母粒。
(2)高性能聚丙烯母粒处理
将上一步制备的聚丙烯母粒浸入质量分数10％-20％的硅烷偶联剂中，浸渍1-2h，后取出，快速放入已经恒温到120℃的烘箱中进行烘烤0.5-1h，取出，得到经表面处理的高性能聚丙烯母粒产品。
(3)将高性能聚丙烯母粒与聚丙烯原料混合制备改性PP产品
将PP粒料、高性能聚丙烯母粒按质量比为(40％-60％)；(40％-60％)配料，采用高速混合机将上述原料及助剂均匀混合3～5分钟，将所得混合物经主喂料口加入到同向旋转双螺杆挤出机中，熔融共混，挤出温度为180-220℃，主机转速300-600rpm，喂料速度40-80rpm，挤出后经过水浴及风干机进入切粒机，切粒机转速30-60rpm得到最终所需产品。
所述的PP粒料可以是均聚PP或共聚PP或两者的混合物，分子量大于8万，熔点150-170℃。
所述的热塑性弹性体指可以用热塑性设备加工的一类弹性体，例如苯乙烯类、聚氨酯类、聚烯烃类弹性体等。
所述的硅烷偶联剂为KH550、KH560等带有氨基或环氧基的硅烷偶联剂中的一种或他们的混合物。经过硅烷偶联剂改性过的聚丙烯母粒可以极大的提高其表面极性，提高在后续PP中的分散能力。
所述复配抗氧剂为抗氧剂168和抗氧剂1010复配物，质量比为1-4∶1，优选1-3∶1，更优选2∶1。
所述的同向双螺杆挤出机直径为20-45mm，长径比为25-60∶1。
本方法在制备出高性能聚丙烯母粒后，采用硅烷偶联剂浸渍烘干的方法，最大程度使偶联剂与聚丙烯母粒表面的碱式硫酸镁晶须反应并包覆，在后续与聚丙烯原料进行共混后，增加两相界面的相容性，提高最终产品的性能。
和现有技术相比，本发明具有以下的优点
1.本发明的高性能聚丙烯母粒，通过共混、挤出、造粒、浸渍、烘干的方法制备，设备和操作工艺简单，生产过程绿色无污染、成本低廉，最终所制得的复合材料力学性能好、收缩率低、强度高、密度轻、性价比高。
2.本发明的高性能聚丙烯母粒，经过浸渍方法与硅烷偶联剂充分反应，表面的碱式硫酸镁晶须界面相容性更好，后续与聚丙烯原料的混合效果更好。
3.本发明采取热塑性弹性体及碱式硫酸镁晶须作为填充材料，使得后续生产产品具有较高的冲击强度、弯曲模量、耐形变能力。
具体实施方式
下面结合一些实施例与对比例对本发明作进一步说明。以下实施案例只是本发明的典型例，本发明的保护范围并不局限于此。拉伸性能按照ASTM D638进行测试(拉伸速度为20mm/min)，悬臂梁冲击性能按照ASTM D256进行测试。
实施例1：
步骤一：将PP粒料、热塑性弹性体、碱式硫酸镁晶须、润滑剂、复配抗氧剂按质量比为20∶40∶40∶0.2∶0.1配料，采用高速混合机将上述原料及助剂均匀混合3分钟，将所得混合物经主喂料口加入到同向旋转双螺杆挤出机中，熔融共混，挤出温度为180-220℃，主机转速300-600rpm，喂料速度40-80rpm，挤出后经过水浴及风干机进入切粒机，切粒机转速30-60rpm得到聚丙烯母粒。
步骤二：将上一步制备的聚丙烯母粒浸入质量分数10％的硅烷偶联剂中，浸渍1h，后取出，快速放入已经恒温到120℃的烘箱中进行烘烤0.5h，取出，得到经表面处理的高性能聚丙烯母粒产品。
步骤三：将PP粒料、高性能聚丙烯母粒按质量比为40∶60配料，采用高速混合机将上述原料及助剂均匀混合3分钟，将所得混合物经主喂料口加入到同向旋转双螺杆挤出机中，熔融共混，挤出温度为180-220℃，主机转速300-600rpm，喂料速度40-80rpm，挤出后经过水浴及风干机进入切粒机，切粒机转速30-60rpm得到最终所需产品。
实施例2：
步骤一：将PP粒料、热塑性弹性体、碱式硫酸镁晶须、润滑剂、复配抗氧剂按质量比为10∶50∶40∶0.2∶0.1配料，采用高速混合机将上述原料及助剂均匀混合3分钟，将所得混合物经主喂料口加入到同向旋转双螺杆挤出机中，熔融共混，挤出温度为180-220℃，主机转速300-600rpm，喂料速度40-80rpm，挤出后经过水浴及风干机进入切粒机，切粒机转速30-60rpm得到聚丙烯母粒。
步骤二：将上一步制备的聚丙烯母粒浸入质量分数15％的硅烷偶联剂中，浸渍2h，后取出，快速放入已经恒温到120℃的烘箱中进行烘烤1h，取出，得到经表面处理的高性能聚丙烯母粒产品。
步骤三：将PP粒料、高性能聚丙烯母粒按质量比为40∶60配料，采用高速混合机将上述原料及助剂均匀混合3分钟，将所得混合物经主喂料口加入到同向旋转双螺杆挤出机中，熔融共混，挤出温度为180-220℃，主机转速300-600rpm，喂料速度40-80rpm，挤出后经过水浴及风干机进入切粒机，切粒机转速30-60rpm得到最终所需产品。
实施例3：
步骤一：将PP粒料、热塑性弹性体、碱式硫酸镁晶须、润滑剂、复配抗氧剂按质量比为10∶40∶50∶0.2∶0.1配料，采用高速混合机将上述原料及助剂均匀混合3分钟，将所得混合物经主喂料口加入到同向旋转双螺杆挤出机中，熔融共混，挤出温度为180-220℃，主机转速300-600rpm，喂料速度40-80rpm，挤出后经过水浴及风干机进入切粒机，切粒机转速30-60rpm得到聚丙烯母粒。
步骤二：将上一步制备的聚丙烯母粒浸入质量分数20％的硅烷偶联剂中，浸渍1h，后取出，快速放入已经恒温到120℃的烘箱中进行烘烤1h，取出，得到经表面处理的高性能聚丙烯母粒产品。
步骤三：将PP粒料、高性能聚丙烯母粒按质量比为40∶60配料，采用高速混合机将上述原料及助剂均匀混合3分钟，将所得混合物经主喂料口加入到同向旋转双螺杆挤出机中，熔融共混，挤出温度为180-220℃，主机转速300-600rpm，喂料速度40-80rpm，挤出后经过水浴及风干机进入切粒机，切粒机转速30-60rpm得到最终所需产品。
实施例4：
步骤一：将PP粒料、热塑性弹性体、碱式硫酸镁晶须、润滑剂、复配抗氧剂按质量比为20∶40∶40∶0.2∶0.1配料，采用高速混合机将上述原料及助剂均匀混合3分钟，将所得混合物经主喂料口加入到同向旋转双螺杆挤出机中，熔融共混，挤出温度为180-220℃，主机转速300-600rpm，喂料速度40-80rpm，挤出后经过水浴及风干机进入切粒机，切粒机转速30-60rpm得到聚丙烯母粒。
步骤二：将上一步制备的聚丙烯母粒浸入质量分数10％的硅烷偶联剂中，浸渍1h，后取出，快速放入已经恒温到120℃的烘箱中进行烘烤0.5h，取出，得到经表面处理的高性能聚丙烯母粒产品。
步骤三：将PP粒料、高性能聚丙烯母粒按质量比为60∶40配料，采用高速混合机将上述原料及助剂均匀混合3分钟，将所得混合物经主喂料口加入到同向旋转双螺杆挤出机中，熔融共混，挤出温度为180-220℃，主机转速300-600rpm，喂料速度40-80rpm，挤出后经过水浴及风干机进入切粒机，切粒机转速30-60rpm得到最终所需产品。
对上述实施例1-4所得产品的拉伸强度和悬臂梁缺口冲击强度进行了测试，测试结果如表1所示。
Figure BSA0000243407960000051

Claims (8)

1.一种经表面处理的高性能聚丙烯母粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
高性能聚丙烯母粒的制备：
将PP粒料、热塑性弹性体、碱式硫酸镁晶须、润滑剂、复配抗氧剂按质量比为（20%-30%）：（20%-40%）：（30%-50%）：（0.1%-1%）：（0.1%-1%）配料，采用高速混合机将上述原料及助剂均匀混合3~5分钟，将所得混合物经主喂料口加入到同向旋转双螺杆挤出机中，熔融共混，挤出温度为180-220℃，主机转速300-600rpm，喂料速度40-80rpm，挤出后经过水浴及风干机进入切粒机，切粒机转速30-60rpm得到聚丙烯母粒；所述的复配抗氧剂为抗氧剂168和抗氧剂1010复配物，质量比为1-4:1；
高性能聚丙烯母粒处理
将上一步制备的聚丙烯母粒浸入质量分数10%-20%的硅烷偶联剂中，浸渍1-2h，后取出，快速放入已经恒温到120℃的烘箱中进行烘烤0.5-1h，取出，得到经表面处理的高性能聚丙烯母粒产品。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述PP粒料为均聚PP或共聚PP或两者的混合物，数均分子量大于8万，熔点150-170℃。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的热塑性弹性体为用热塑性设备加工的一类弹性体，选自聚氨酯类、聚烯烃类弹性体。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的硅烷偶联剂为带有氨基或环氧基的硅烷偶联剂中的一种或它们的混合物，包括KH550、KH560；经过硅烷偶联剂改性过的聚丙烯母粒可以极大的提高其表面极性，提高在后续PP中的分散能力。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，抗氧剂168和抗氧剂1010的质量比为1-3:1。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，抗氧剂168和抗氧剂1010的质量比为2:1。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的同向旋转双螺杆挤出机直径为20-45mm，长径比为25-60：1。
8.一种采用如权利要求1-7任意一项所述的制备方法得到的经表面处理的高性能聚丙烯母粒制备改性PP产品的方法，其特征在于，将PP粒料、权利要求1-7任意一项所述的制备方法得到的经表面处理的高性能聚丙烯母粒按质量比为（40%-60%）：（40%-60%）配料，采用高速混合机将上述原料及助剂均匀混合3~5分钟，将所得混合物经主喂料口加入到同向旋转双螺杆挤出机中，熔融共混，挤出温度为180-220℃，主机转速300-600rpm，喂料速度40-80rpm，挤出后经过水浴及风干机进入切粒机，切粒机转速30-60rpm得到最终所需产品。
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