CN113429678A - 一种增韧改性聚丙烯复合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种增韧改性聚丙烯复合物及制备方法,该增韧改性聚丙烯复合物为热塑性酯化淀粉、马来酸酐接枝氢化苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯嵌段共聚物与聚丙烯的熔融共混物。热塑性酯化淀粉、马来酸酐接枝氢化苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯嵌段共聚物协同改性聚丙烯的过程中,形成以热塑性酯化淀粉为核、以马来酸酐接枝氢化苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯嵌段共聚物为壳的核‑壳包覆型结构,通过该核‑壳包覆型结构改性聚丙烯,使得改性聚丙烯具有较高的抗冲击强度。热塑性酯化淀粉具有生物可降解性、成本低廉,因而在增强聚丙烯韧性的同时,达到减少污染和降低成本的目的。本申请提供的增韧改性聚丙烯复合物的悬臂梁缺口冲击强度为58.0‑60.4kJ/m2

Description

一种增韧改性聚丙烯复合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子技术领域,尤其涉及一种增韧改性聚丙烯复合物及其制备方法。
背景技术
聚丙烯(英文全称:Polypropylene;简称:PP)是丙烯通过加聚反应而成的聚合物,是一种通用高分子材料,市场巨大。由于PP的韧性较差,尤其是缺口冲击强度低等缺点限制了其应用,因此,需要对其进行增韧改性。
目前,对于PP的增韧改性主要包括共聚改性和共混改性,其中,PP与弹性体的共混改性是一种经济而高效的方法。用于与PP共混改性的弹性体通常为橡胶或热塑性弹性体,但橡胶或热塑性弹性体都不可生物降解,且改性后的PP高冲击韧性较低、价格高昂。因此,选择一种经济而环保的可生物降解弹性体增韧聚丙烯具有重要意义。
发明内容
本发明提供一种增韧改性聚丙烯复合物及其制备方法,以解决现有改性聚丙烯高冲击韧性较低、价格高昂的问题。
本申请提供一种增韧改性聚丙烯复合物,该增韧改性聚丙烯复合物为热塑性酯化淀粉(英文全称:Thermoplastic esterified starch;简写:TPAS)、马来酸酐接枝氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(英文全称:Hydrogenated styrene-butadiene blockcopolymer Maleic anhydride;简写:SEBS-MAH)与聚丙烯的熔融共混物。其中,热塑性酯化淀粉、马来酸酐接枝氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物与聚丙烯的质量比为70:15:15。
热塑性酯化淀粉为改性淀粉。淀粉作为一种重要的天然高分子材料,具有来源广泛、价格低廉、易生物降解等优点,在生物降解材料领域中具有重要地位。但是,由于淀粉为多羟基化合物,邻近分子间通过氢键作用形成微晶结构,导致淀粉的分解温度低于熔融温度,不具有热塑加工性能,因此需要对其进行改性。本申请中通过对淀粉改性可以使淀粉表现出热可塑性,具有类似于弹性体的部分性质。较为具体的,本申请中通过甘油改性淀粉或通过甘油、甲酰胺改性淀粉,改性后的淀粉具有较强的可塑性。
氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物为热塑性弹性体SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)的加氢产物,其通过马来酸酐进行接枝,形成马来酸酐接枝氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物。
本申请中的聚丙烯、酯化淀粉、马来酸酐接枝氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物均可以通过市场购买。
本申请通过热塑性酯化淀粉、马来酸酐接枝氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物协同改性聚丙烯的过程中,形成以热塑性酯化淀粉为核、以马来酸酐接枝氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物为壳的核-壳包覆型结构,进而通过该核-壳包覆型结构改性聚丙烯,使得改性聚丙烯具有较高的抗冲击强度。由于热塑性酯化淀粉具有生物可降解性、成本低廉,因而能够在增强聚丙烯韧性的同时,达到减少污染和降低成本的目的。本申请提供的增韧改性聚丙烯复合物的悬臂梁缺口冲击强度为58.0-60.4kJ/m2
进一步,本申请还提供增韧改性聚丙烯复合物的制备方法,该方法包括:将聚丙烯、热塑性酯化淀粉、马来酸酐接枝氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物按照质量比70:15:15混合后放入密炼机或双螺杆挤出机内,在温度为180℃、混合时间为5min、转速为80rpm的条件下熔融共混,形成增韧改性聚丙烯复合物。
在增韧改性聚丙烯复合物的制备方法中,热塑性酯化淀粉的制备方法包括:将酯化淀粉与甘油按照质量比(40-60):(60-40)预混合后放入密炼机或双螺杆挤出机内,在温度为150℃、混合时间为8min、转速为80rpm的条件下熔融共混,形成热塑性酯化淀粉TPAS1。
在增韧改性聚丙烯复合物的制备方法中,热塑性酯化淀粉的制备方法包括:将酯化淀粉、甘油与甲酰胺按照质量比(40-60):(25-45):(5-15)预混合后密封保存24h,形成预混料;将所述预混料放入密炼机或双螺杆挤出机内,在温度为150℃、混合时间为8min、转速为80rpm的条件下熔融共混,形成热塑性酯化淀粉TPAS2。
对比热塑性酯化淀粉TPAS1、热塑性酯化淀粉TPAS2,热塑性酯化淀粉TPAS2的制备过程中加入了甲酰胺。仅使用甘油改性酯化淀粉时,虽然能够增强酯化淀粉的热塑性,但久置后易出现老化、变脆、力学性能下降的问题,导致热塑性酯化淀粉的使用寿命较短。而使用甘油和甲酰胺改性酯化淀粉时,甲酰胺能够有效抑制酯化淀粉的重结晶,进而提高热塑性酯化淀粉的稳定性,延长增韧改性聚丙烯复合物的使用寿命。
为验证甲酰胺相对于甘油具有更好的改性作用,本申请中分别采用甲酰胺、甘油对酯化淀粉进行改性。具体的,将甲酰胺与酯化淀粉、甘油与酯化淀粉均分别按照质量比60:40混合后放入密炼机内,其中,混炼温度均为150℃、混合时间均为8min、密炼机转速均为80rpm,最终形成甲酰胺改性酯化淀粉、甘油改性酯化淀粉。对刚炼制出以及放置15天的甲酰胺改性酯化淀粉、甘油改性酯化淀粉分别进行断裂伸长率测试,测试结果为:甲酰胺改性酯化淀粉/0天:98.6%;甲酰胺改性酯化淀粉/15天:80.5%;甘油改性酯化淀粉/0天:209.1%;甘油改性酯化淀粉/15天:157.5%,如附图1所示。由此可见,甘油改性酯化淀粉易发生断裂、质地较脆。
应当理解的是,以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的,并不能限制本发明。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,对于本领域普通技术人员而言,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的甲酰胺改性酯化淀粉的测试结果图;
图2为本发明实施例提供的甘油改性酯化淀粉的测试结果图。
具体实施方式
下述以具体实施例的方式描述本申请实施例提供的增韧改性聚丙烯复合物及其制备方法。下述具体实施例中,聚丙烯531P的理化参数为:Mw=33.33*104,MFR=2.3g/10min;聚丙烯5011J的理化参数为:Mw=54.53*104,MFR=0.5g/10min;聚丙烯V30G的理化参数为:Mw=30.25*104,MFR=15g/10min。
实施例1
将聚丙烯531P、热塑性酯化淀粉TPAS1、接枝马来酸酐的氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SEBS-MAH按质量比70:15:15放入密炼机内熔融共混,混合温度180℃,混合时间5min,转速为80rpm,形成增韧改性聚丙烯复合物1。
实施例2
将聚丙烯531P、热塑性酯化淀粉TPAS2、接枝马来酸酐的氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SEBS-MAH按质量比70:15:15放入密炼机内熔融共混,混合温度180℃,混合时间5min,转速为80rpm,形成增韧改性聚丙烯复合物2。
实施例3
将聚丙烯5100J、热塑性酯化淀粉TPAS1、接枝马来酸酐的氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SEBS-MAH按质量比70:15:15放入密炼机内熔融共混,混合温度180℃,混合时间5min,转速为80rpm,形成增韧改性聚丙烯复合物3。
对比例1
将聚丙烯531P和接枝马来酸酐的氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SEBS-MAH按85:15的质量比放入密炼机内熔融共混,混合温度180℃,混合时间5min,转速为80rpm,制得最终共混材料。
对比例2
将聚丙烯531P和接枝马来酸酐的氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SEBS-MAH按70:30的质量比放入密炼机内熔融共混,混合温度180℃,混合时间5min,转速为80rpm,制得最终共混材料。
对比例3
将聚丙烯531P和氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SEBS按70:30的质量比放入密炼机内熔融共混,混合温度180℃,混合时间5min,转速为80rpm,制得最终共混材料。
对比例4
将聚丙烯531P、热塑性酯化淀粉TPAS1、氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SEBS按70:15:15的质量比放入密炼机内熔融共混,混合温度180℃,混合时间5min,转速为80rpm,制得最终共混材料。
对比例5
将聚丙烯V30G、热塑性酯化淀粉TPAS1、接枝马来酸酐的氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SEBS-MAH按70:15:15的质量比放入密炼机内熔融共混,混合温度180℃,混合时间5min,转速为80rpm,制得最终共混材料。
将实施例1-3制备得到的增韧改性聚丙烯复合物以及对比例1-5制备得到的共混材料进行悬臂梁缺口冲击强度测试,测试结果如表1所示。
表1:实施例1-3、对比例1-5的悬臂梁缺口冲击强度测试结果
Figure BDA0003174493180000031
Figure BDA0003174493180000041
由表1可见,本申请提供的增韧改性聚丙烯复合物的悬臂梁缺口冲击强度为58.0-60.4kJ/m2,这明显高于对比例1-5制备得到的共混材料的悬臂梁缺口冲击强度。由此说明,本申请实施例提供的增韧改性聚丙烯复合物具有较高的抗冲击强度,且制备成本低廉。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后,将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化,这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的,本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是,诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构,并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种增韧改性聚丙烯复合物,其特征在于,所述增韧改性聚丙烯复合物为热塑性酯化淀粉、马来酸酐接枝氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物与聚丙烯的熔融共混物,其中,所述聚丙烯的熔融指数为0.5-2.3g/10min。
2.根据权利要求1所述的增韧改性聚丙烯复合物,其特征在于,所述热塑性酯化淀粉、所述马来酸酐接枝氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物与所述聚丙烯的质量比为70:15:15。
3.根据权利要求1所述的增韧改性聚丙烯复合物,其特征在于,所述热塑性酯化淀粉为酯化淀粉与甘油的熔融共混物。
4.根据权利要求1所述的增韧改性聚丙烯复合物,其特征在于,所述热塑性酯化淀粉为酯化淀粉、甘油与甲酰胺的熔融共混物。
5.根据权利要求1所述的增韧改性聚丙烯复合物,其特征在于,所述增韧改性聚丙烯复合物的悬臂梁缺口冲击强度为58.0-60.4kJ/m2
6.一种增韧改性聚丙烯复合物的制备方法,其特征在于,包括:将聚丙烯、热塑性酯化淀粉、马来酸酐接枝氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物放入密炼机内,在温度为180℃、混合时间为5min、转速为80rpm的条件下熔融共混,形成增韧改性聚丙烯复合物。
7.根据权利要求6所述的增韧改性聚丙烯复合物的制备方法,其特征在于,所述热塑性酯化淀粉的制备方法包括:将酯化淀粉与甘油预混合后放入密炼机内,在温度为150℃、混合时间为8min、转速为80rpm的条件下熔融共混,形成热塑性酯化淀粉。
8.根据权利要求7所述的增韧改性聚丙烯复合物的制备方法,其特征在于,所述酯化淀粉与所述甘油的质量比为(40-60):(60-40)。
9.根据权利要求6所述的增韧改性聚丙烯复合物的制备方法,其特征在于,所述热塑性酯化淀粉的制备方法包括:将酯化淀粉、甘油与甲酰胺预混合后密封保存24h,形成预混料;将所述预混料放入密炼机内,在温度为150℃、混合时间为8min、转速为80rpm的条件下熔融共混,形成热塑性酯化淀粉。
10.根据权利要求9所述的增韧改性聚丙烯复合物的制备方法,其特征在于,所述酯化淀粉、所述甘油与所述甲酰胺的质量比为(40-60):(25-45):(5-15)。
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