CN113292787A - 一种β晶型成核剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种β晶型成核剂及其制备方法和应用。本发明的β晶型成核剂由芳香酰胺酸、芳香酰胺酸的金属盐和等规聚丙烯复合而成,其制备方法包括以下步骤:1)将酸酐和对苯二胺分散在溶剂中,进行反应,得到芳香酰胺酸;2)将芳香酰胺酸和金属盐分散在溶剂中,进行反应,得到芳香酰胺酸的金属盐;3)将芳香酰胺酸和芳香酰胺酸的金属盐混合,再分散在等规聚丙烯中,即得β晶型成核剂。本发明的β晶型成核剂属于负载型成核剂,对加工条件不敏感,结构稳定,成核效率稳定,不会随着基体树脂种类的变化而发生较大的变化,具有一定的通用性,用于无规共聚聚丙烯可以生成β晶型含量大于50%的无规共聚聚丙烯材料。
Description
技术领域
本发明涉及功能助剂技术领域,具体涉及一种β晶型成核剂及其制备方法和应用。
背景技术
聚丙烯树脂是五大工程塑料中发展最快、品种最为丰富、应用范围最为广泛的塑料之一,其原料来源丰富,成本较低且易于成型加工,但聚丙烯制品的脆性较高、抗冲击性能较差,应用受到了限制。无规共聚聚丙烯(PPR)是利用丙烯和少量乙烯在一定的温度、压力和催化剂的作用下共聚得到的综合性能良好的材料。PPR中加入了乙烯单体,无规则分布的乙烯单体阻碍了聚丙烯分子的结晶排列,故PPR的结晶度较低,但抗冲击性能显著提升,聚合物的刚性得到明显改善,且通过调节乙烯单体的含量可以对PPR的性能进行调节。然而,随着人们对PPR的耐热性、抗冲击性能等的要求越来越高,现有的PPR已经难以完全满足要求,需要对其进行改性。
聚丙烯是一种半结晶性物质,一般以α、β、γ、δ和拟六方这五种晶系为主。在通常加工条件下PPR会形成α晶,α晶型PPR具有较高的强度,但其抗冲击性能较差,且热变形温度较低,而β晶型PPR则正好可以弥补α晶型PPR的缺点,而且还可以赋予PPR较高的延展性和韧性,所以有必要合成高β晶型含量PPR。
合成高β晶型含量PPR最为有效的途径是添加β晶型成核剂,而目前在等规聚丙烯中使用的成核剂主要包括以下几种:
1)无机类成核剂:成核剂效率较低,与聚丙烯的相容性较差,且添加量较大,容易团聚而造成聚丙烯性能下降;
2)具有准平面结构的稠环化合物:一般作为染料使用,作为成核剂使用容易使制得的聚丙烯成品带有颜色,且成核效率较低,无法满足工业使用需求;
3)二元羧酸及其第ⅡA族金属盐:能够显著提高聚丙烯的冲击强度,但羧酸在高温条件下的稳定性较差,容易分解,最终会影响羧酸盐类成核剂的成核效率;
4)芳香族二酰胺:少量添加便可以诱导聚丙烯生成高β晶型含量聚丙烯,能够显著提高聚丙烯的冲击强度,但成核效率的稳定性较差,成核效率受工艺条件的影响大;
5)稀土化合物类成核剂:结构和成核机理不明,且制备成本较高。
综上可知,亟需开发性能更加优异的β晶型成核剂来满足日益增长的应用需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种β晶型成核剂及其制备方法和应用。
本发明所采取的技术方案是:
优选的,所述芳香酰胺酸、芳香酰胺酸的金属盐的质量比为0.8:1~1:1。
优选的,所述芳香酰胺酸和芳香酰胺酸的金属盐与等规聚丙烯的质量比为0.7:20~1.2:20。
优选的,所述等规聚丙烯的数均分子量为80000~100000。
上述β晶型成核剂的制备方法包括以下步骤:
1)将酸酐和对苯二胺分散在溶剂中,进行反应,得到芳香酰胺酸;
2)将芳香酰胺酸和金属盐分散在溶剂中,进行反应,得到芳香酰胺酸的金属盐;
3)将芳香酰胺酸和芳香酰胺酸的金属盐混合,再分散在等规聚丙烯中,即得β晶型成核剂。
优选的,步骤1)所述酸酐、对苯二胺的摩尔比为1:0.25~1:0.5。
优选的,步骤1)所述酸酐为马来酸酐、1,2,5,6-四氢苯酐、苯酐中的至少一种。
进一步优选的,步骤1)所述酸酐为1,2,5,6-四氢苯酐。
优选的,步骤1)所述溶剂为四氢呋喃、苯、甲苯中的至少一种。
优选的,步骤1)所述反应在室温(15℃~30℃)下进行,反应时间为2h~3h。
优选的,步骤2)所述芳香酰胺酸、金属盐的摩尔比为1:0.6~1:1.1。
优选的,步骤2)所述金属盐为氯化钙、氯化锌、硝酸锌、氯化镧、硝酸镧中的至少一种。
优选的,步骤2)所述溶剂为水、乙醇中的至少一种。
优选的,步骤2)所述反应在室温(15℃~30℃)下进行,反应时间为1h~2h。
本发明的有益效果是:本发明的β晶型成核剂属于负载型成核剂,对加工条件不敏感,结构稳定,成核效率稳定,不会随着基体树脂种类的变化而发生较大的变化,具有一定的通用性,用于无规共聚聚丙烯可以生成β晶型含量大于50%的无规共聚聚丙烯材料。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释和说明。
实施例1:
一种β晶型成核剂,其制备方法包括以下步骤:
1)将0.2mol的1,2,5,6-四氢苯酐和0.1mol的对苯二胺加入三口烧瓶中,再加入400mL的甲苯,混合均匀,室温下反应3h,减压抽滤,得到6,6'-[(1,4-苯氨基甲酰基)双-3-环己烯甲酸](白色粉末);
2)将0.05mol的6,6'-[(1,4-苯氨基甲酰基)双-3-环己烯甲酸]加入三口烧瓶中,再加入200mL的水,搅拌至溶液澄清,再将0.05mol的氯化钙溶于200mL的水后缓慢加入三口烧瓶,加完后在室温下反应1h,减压抽滤,得到6,6'-[(1,4-苯氨基甲酰基)双-3-环己烯甲酸]钙盐(白色粉末);
3)将1.25g的6,6'-[(1,4-苯氨基甲酰基)双-3-环己烯甲酸]和1.25g的6,6'-[(1,4-苯氨基甲酰基)双-3-环己烯甲酸]钙盐混合,再与50g的等规聚丙烯(东莞巨正源科技有限公司的T30S,数均分子量90460)一并加入RM-200A型转矩流变仪中,转矩流变仪的操作参数如下:一区温度为190℃,二区温度为190℃,三区温度为190℃,转子转速为60r/min,即得β晶型成核剂。
实施例2:
一种β晶型成核剂,其制备方法包括以下步骤:
1)将0.2mol的1,2,5,6-四氢苯酐和0.1mol的对苯二胺加入三口烧瓶中,再加入400mL的四氢呋喃,混合均匀,室温下反应3h,减压抽滤,得到6,6'-[(1,4-苯氨基甲酰基)双-3-环己烯甲酸](白色粉末);
2)将0.05mol的6,6'-[(1,4-苯氨基甲酰基)双-3-环己烯甲酸]加入三口烧瓶中,再加入100mL的乙醇,搅拌至溶液澄清,再将0.05mol的硝酸锌溶于150mL的乙醇后缓慢加入三口烧瓶,加完后在室温下反应1.5h,减压抽滤,得到6,6'-[(1,4-苯氨基甲酰基)双-3-环己烯甲酸]锌盐(白色粉末);
3)将1.25g的6,6'-[(1,4-苯氨基甲酰基)双-3-环己烯甲酸]和1.25g的6,6'-[(1,4-苯氨基甲酰基)双-3-环己烯甲酸]锌盐混合,再与50g的等规聚丙烯(东莞巨正源科技有限公司的T30S,数均分子量90460)一并加入RM-200A型转矩流变仪中,转矩流变仪的操作参数如下:一区温度为190℃,二区温度为190℃,三区温度为190℃,转子转速为60r/min,即得β晶型成核剂。
实施例3:
一种β晶型成核剂,其制备方法包括以下步骤:
1)将0.2mol的1,2,5,6-四氢苯酐和0.1mol的对苯二胺加入三口烧瓶中,再加入400mL的四氢呋喃,混合均匀,室温下反应3h,减压抽滤,得到6,6'-[(1,4-苯氨基甲酰基)双-3-环己烯甲酸](白色粉末);
2)将0.06mol的6,6'-[(1,4-苯氨基甲酰基)双-3-环己烯甲酸]加入三口烧瓶中,再加入250mL的水,搅拌至溶液澄清,再将0.04mol的硝酸镧溶于200mL的水后缓慢加入三口烧瓶,加完后在室温下反应2h,减压抽滤,得到6,6'-[(1,4-苯氨基甲酰基)双-3-环己烯甲酸]镧盐(白色粉末);
3)将1.25g的6,6'-[(1,4-苯氨基甲酰基)双-3-环己烯甲酸]和1.25g的6,6'-[(1,4-苯氨基甲酰基)双-3-环己烯甲酸]镧盐混合,再与50g的等规聚丙烯(东莞巨正源科技有限公司的T30S,数均分子量90460)一并加入RM-200A型转矩流变仪中,转矩流变仪的操作参数如下:一区温度为190℃,二区温度为190℃,三区温度为190℃,转子转速为60r/min,即得β晶型成核剂。
实施例4:
一种β晶型成核剂,其制备方法包括以下步骤:
1)将0.2mol的1,2,5,6-四氢苯酐和0.1mol的对苯二胺加入三口烧瓶中,再加入400mL的四氢呋喃,混合均匀,室温下反应3h,减压抽滤,得到6,6'-[(1,4-苯氨基甲酰基)双-3-环己烯甲酸](白色粉末);
2)将0.05mol的6,6'-[(1,4-苯氨基甲酰基)双-3-环己烯甲酸]加入三口烧瓶中,再加入200mL的水,搅拌至溶液澄清,再将0.05mol的氯化钙溶于200mL的水后缓慢加入三口烧瓶,加完后在室温下反应1h,减压抽滤,得到6,6'-[(1,4-苯氨基甲酰基)双-3-环己烯甲酸]钙盐(白色粉末);
3)将1.25g的6,6'-[(1,4-苯氨基甲酰基)双-3-环己烯甲酸]和1.25g的6,6'-[(1,4-苯氨基甲酰基)双-3-环己烯甲酸]钙盐混合,再与50g的等规聚丙烯(东莞巨正源科技有限公司的Z30S,数均分子量95874)一并加入RM-200A型转矩流变仪中,转矩流变仪的操作参数如下:一区温度为190℃,二区温度为190℃,三区温度为190℃,转子转速为60r/min,即得β晶型成核剂。
实施例5:
一种β晶型成核剂,其制备方法包括以下步骤:
1)将0.2mol的1,2,5,6-四氢苯酐和0.1mol的对苯二胺加入三口烧瓶中,再加入400mL的苯,混合均匀,室温下反应3h,减压抽滤,得到6,6'-[(1,4-苯氨基甲酰基)双-3-环己烯甲酸](白色粉末);
2)将0.05mol的6,6'-[(1,4-苯氨基甲酰基)双-3-环己烯甲酸]加入三口烧瓶中,再加入200mL的水,搅拌至溶液澄清,再将0.05mol的氯化锌溶于150mL的水后缓慢加入三口烧瓶,加完后在室温下反应2h,减压抽滤,得到6,6'-[(1,4-苯氨基甲酰基)双-3-环己烯甲酸]锌盐(白色粉末);
3)将1.25g的6,6'-[(1,4-苯氨基甲酰基)双-3-环己烯甲酸]和1.25g的6,6'-[(1,4-苯氨基甲酰基)双-3-环己烯甲酸]锌盐混合,再与50g的等规聚丙烯(东莞巨正源科技有限公司的Z30S,数均分子量95874)一并加入RM-200A型转矩流变仪中,转矩流变仪的操作参数如下:一区温度为190℃,二区温度为190℃,三区温度为190℃,转子转速为60r/min,即得β晶型成核剂。
实施例6:
一种β晶型成核剂,其制备方法包括以下步骤:
1)将0.2mol的1,2,5,6-四氢苯酐和0.1mol的对苯二胺加入三口烧瓶中,再加入400mL的甲苯,混合均匀,室温下反应3h,减压抽滤,得到6,6'-[(1,4-苯氨基甲酰基)双-3-环己烯甲酸](白色粉末);
2)将0.06mol的6,6'-[(1,4-苯氨基甲酰基)双-3-环己烯甲酸]加入三口烧瓶中,再加入250mL的水,搅拌至溶液澄清,再将0.04mol的硝酸镧溶于200mL的水后缓慢加入三口烧瓶,加完后在室温下反应2h,减压抽滤,得到6,6'-[(1,4-苯氨基甲酰基)双-3-环己烯甲酸]镧盐(白色粉末);
3)将1.25g的6,6'-[(1,4-苯氨基甲酰基)双-3-环己烯甲酸]和1.25g的6,6'-[(1,4-苯氨基甲酰基)双-3-环己烯甲酸]镧盐混合,再与50g的等规聚丙烯(东莞巨正源科技有限公司的Z30S,数均分子量95874)一并加入RM-200A型转矩流变仪中,转矩流变仪的操作参数如下:一区温度为190℃,二区温度为190℃,三区温度为190℃,转子转速为60r/min,即得β晶型成核剂。
性能测试:
将无规共聚聚丙烯R200P(韩国晓星,数均分子量80386)或C4220(广州石化,数均分子量85703)与实施例1~6的β晶型成核剂混合加入RM-200A型转矩流变仪中,转矩流变仪的操作参数如下:一区温度为190℃,二区温度为190℃,三区温度为190℃,转子转速为60r/min,β晶型成核剂的添加量为无规共聚聚丙烯质量的0.05%、0.1%、0.2%和0.3%,得到无规共聚聚丙烯样品,再在氮气氛围(流速为30mL/min)中用TA60型差示扫描量热仪对样品的β晶含量进行测试,样品重量为5mg~10mg,首先在50℃下恒温2min,再以10℃/min的速率升温至230℃,230℃恒温2min后消除热历史,再以10℃/min的速率降温至50℃,获取样品的非等温结晶曲线,再50℃恒温2min,再以10℃/min的速率升温至230℃,获得样品的熔融曲线,根据样品的熔融曲线,分别计算不同β晶型成核剂添加量的样品中β晶的相对含量Kβ,测试得到的不同添加量的β晶型成核剂在R200P和C4220中的诱导效率如表1和表2所示:
表1不同添加量的β晶型成核剂在R200P中的诱导效率
β晶含量(%) | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 |
K<sub>β</sub>(0.05%) | 41.00 | 44.22 | 38.96 | 48.68 | 45.43 | 42.96 |
K<sub>β</sub>(0.1%) | 44.74 | 47.25 | 43.80 | 49.71 | 46.46 | 44.87 |
K<sub>β</sub>(0.2%) | 53.14 | 53.89 | 50.70 | 50.87 | 49.77 | 48.63 |
K<sub>β</sub>(0.3%) | 53.56 | 51.35 | 46.08 | 50.52 | 46.91 | 47.16 |
表2不同添加量的β晶型成核剂在C4220中的诱导效率
由表1和表2可知:本发明的β晶型成核剂的成核效率均在50%左右,且成核效率稳定,不会随着基体树脂种类的变化而发生较大的变化,具有一定的通用性。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
2.根据权利要求1所述的β晶型成核剂,其特征在于:所述芳香酰胺酸、芳香酰胺酸的金属盐的质量比为0.8:1~1:1。
3.根据权利要求1或2所述的β晶型成核剂,其特征在于:所述芳香酰胺酸和芳香酰胺酸的金属盐与等规聚丙烯的质量比为0.7:20~1.2:20。
4.根据权利要求1或2所述的β晶型成核剂,其特征在于:所述等规聚丙烯的数均分子量为80000~100000。
5.权利要求1~4中任意一项所述的β晶型成核剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)将酸酐和对苯二胺分散在溶剂中,进行反应,得到芳香酰胺酸;
2)将芳香酰胺酸和金属盐分散在溶剂中,进行反应,得到芳香酰胺酸的金属盐;
3)将芳香酰胺酸和芳香酰胺酸的金属盐混合,再分散在等规聚丙烯中,即得β晶型成核剂。
6.根据权利要求5所述的β晶型成核剂的制备方法,其特征在于:步骤1)所述酸酐、对苯二胺的摩尔比为1:0.25~1:0.5。
7.根据权利要求5或6所述的β晶型成核剂的制备方法,其特征在于:步骤1)所述酸酐为马来酸酐、1,2,5,6-四氢苯酐、苯酐中的至少一种;步骤2)所述金属盐为氯化钙、氯化锌、硝酸锌、氯化镧、硝酸镧中的至少一种。
8.根据权利要求5或6所述的β晶型成核剂的制备方法,其特征在于:步骤1)所述反应在室温下进行,反应时间为2h~3h;步骤2)所述反应在室温下进行,反应时间为1h~2h。
9.根据权利要求5或6所述的β晶型成核剂的制备方法,其特征在于:步骤2)所述芳香酰胺酸、金属盐的摩尔比为1:0.6~1:1.1。
10.权利要求1~4中任意一项所述的β晶型成核剂在制备无规共聚聚丙烯材料中的应用。
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