CN113801401A - 一种聚丙烯/聚酰胺合金及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚丙烯/聚酰胺合金及其制备方法与应用，涉及高分子材料技术领域。本发明所述聚丙烯/聚酰胺合金包含如下重量份的成分：聚丙烯41.3～74.3份、聚酰胺15～55份和相容剂3～10份；所述相容剂的结构式为

Description

一种聚丙烯/聚酰胺合金及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种聚丙烯/聚酰胺合金及其制备方法与应用。
背景技术
聚丙烯具有密度低、价格低廉、吸水率低与易加工等优点，在汽车、家电与电动工具等行业具有非常广泛的应用。然而与聚酰胺等工程塑料相比，聚丙烯也存在机械性能偏低与耐热性不足的缺点，因此难以应用于某些对机械性能与耐热性高要求的领域，如汽车发动机周边应用。为了克服聚丙烯的固有缺点，将聚丙烯与聚酰胺共混制备合金为一种理想的解决方案。然而聚丙烯与聚酰胺分别属于弱极性高分子与强极性高分子，两者存在相容性差的问题，导致制备的合金的机械性能与耐热性能较差。因此对于制备高性能的聚丙烯/聚酰胺合金，需要在两种树脂的相容性方面进行改善。
行业内提升聚丙烯与聚酰胺相容性的方法一般是添加相容剂，如马来酸酐接枝聚丙烯。例如专利CN 1290594 A公开了聚酰胺/聚丙烯合金的制备方法，将聚酰胺6、聚丙烯与马来酸酐接枝聚丙烯共混制备聚酰胺/聚丙烯合金。该产品综合了聚酰胺和聚丙烯的优点，具有较低的吸水率，同时具备较高的缺口冲击性能。该方法的原理为马来酸酐接枝聚丙烯分子中的马来酸酐部分能与聚酰胺进行反应形成共价键，其余的弱极性部分即聚丙烯链段与聚丙烯基体能够相似相容。
虽然上述聚丙烯/聚酰胺相容性改善技术能够起到正面的效果，但同时也存在一定的不足。相容剂分子中的弱极性部分与聚丙烯基体主要通过范德华力等非共价键作用结合，其结合力比较弱，对合金的机械性能与耐热性能的提升作用有限。因此在相容剂的选择方面需要进一步优化。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种具有优良的机械性能和耐热性能的聚丙烯/聚酰胺合金及其制备方法与应用。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：一种聚丙烯/聚酰胺合金，包含如下重量份的成分：聚丙烯41.3～74.3份、聚酰胺15～55份和相容剂3～10份；所述相容剂的结构式如下：
Figure BDA0003288846610000021
其中，n为0～8之间的整数，R为烷基或烷氧基。
本发明选用具有上述结构的材料作为相容剂，其对甲苯磺酰基部分可以与聚酰胺通过化学反应后的共价键连接，环糊精部分可以与聚丙烯通过主客体作用进行连接，并且这种主客体作用强于普通的烷基链之间的范德华力等弱分子间相互作用，从而显著地改善聚酰胺与聚丙烯的相容性，最终有效地提升合金的机械性能与耐热性能。
优选地，所述聚丙烯/聚酰胺合金包含如下重量份的成分：聚丙烯50.3～60.3份、聚酰胺35～45份和相容剂4～9份。
聚丙烯、聚酰胺、相容剂的配比对聚丙烯/聚酰胺合金的结构组成具有较大的影响，而结构影响性能，当三者的配比符合上述限定时，制备的聚丙烯/聚酰胺合金的拉伸强度均高于45MPa，弯曲模量均高于1800MPa，缺口冲击强度均高于6.5kJ/m2，热变形温度均高于120℃，具有优良的机械性能和耐热性能。
优选地，所述聚丙烯为均聚聚丙烯，其结晶度为40％～48％，所述结晶度采用DSC法进行测试，测试过程中的升温速率为10℃/min。在本发明中，只要聚丙烯的性能符合上述限定，任意聚酰胺均能满足本发明的要求。
优选地，其结晶度为42％～46％，所述结晶度采用DSC法进行测试，测试过程中的升温速率为10℃/min。
结晶度越高，分子链的排列越有序，制备出的产品的抗拉强度与模量越高，但是结晶度过高会造成相容剂的环糊精部分与聚丙烯的主客体作用减弱，聚酰胺与聚丙烯的相容性会受到负面影响，反而引起合金力学性能的下降。本发明申请人通过实验证实，在本发明中，聚丙烯的结晶度为42％～46％时可以保证制备出的聚丙烯/聚酰胺合金兼具良好的强度、刚度和韧性。
优选地，所述聚丙烯/聚酰胺合金还包含抗氧剂0.1～1份和润滑剂0.1～0.5份。添加抗氧剂可以提高产品的抗老化性能，添加润滑剂可以提高加工效率。
优选地，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、硫醚类抗氧剂中的至少一种，如抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂1520等；所述润滑剂为硬脂酸酯类润滑剂、硬脂酸盐类润滑剂、酰胺类润滑剂中的至少一种，如硬脂酸正丁酯、硬脂酸钙、油酸酰胺、TAF润滑剂等。
同时，本发明还公开了一种上述聚丙烯/聚酰胺合金的制备方法，包括如下步骤：
(1)按配比将各组分加入共混机中混合均匀；
(2)将混合好的物料从主喂料口喂入双螺杆挤出机中，挤出造粒，得到所述聚丙烯/聚酰胺合金。
优选地，所述双螺杆挤出机的加工温度为200～235℃，真空度≤-0.06MPa。
此外，本发明还公开了所述聚丙烯/聚酰胺合金在汽车零部件、家电、电动工具等领域的应用。
相比于现有技术，本发明的有益效果为：本发明通过选用具有特殊结构的相容剂，极大地改善了聚丙烯和聚酰胺的相容性，显著地提升了聚丙烯/聚酰胺合金的机械性能和耐热性能。此外，通过对三者的重量比进行选择、对聚丙烯的结晶度进行选择，进一步优化了聚丙烯/聚酰胺合金的结构组成，提高了聚丙烯/聚酰胺合金的综合性能。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明实施例及对比例选用的材料如下：
聚丙烯1：均聚聚丙烯，结晶度42％，生产厂家中海壳牌，牌号PP HP500N；
聚丙烯2：均聚聚丙烯，结晶度46％，生产厂家上海石化，牌号PP M1200HS；
聚丙烯3：均聚聚丙烯，结晶度43％，生产厂家神华集团，牌号PP 1100N；
聚丙烯4：均聚聚丙烯，结晶度48％，生产厂家天津石化，牌号PP 6012；
聚丙烯5：均聚聚丙烯，结晶度40％，生产厂家东华能源，牌号PP M151H；
聚丙烯6：共聚聚丙烯，结晶度43％，生产厂家镇海炼化，牌号PP M60RHC；
聚丙烯7：均聚聚丙烯，结晶度50％，生产厂家台塑，牌号PP 1124；
聚酰胺1：聚酰胺6，生产厂家广东新会美达，牌号PA6 M2400；
聚酰胺2：聚酰胺66，生产厂家神马，牌号PA66 EPR24。
相容剂1：单-6-O-(对甲苯磺酰基)-β-环糊精，纯度95％以上，生产厂家伊诺凯；
相容剂2：马来酸酐接枝聚丙烯，生产厂家阿科玛，牌号CA100；
相容剂3：β-环糊精，纯度95％以上，生产厂家伊诺凯；
抗氧剂：抗氧剂1010与抗氧剂168复配，重量比1:1，生产厂家天津利安隆；
润滑剂：酰胺类润滑剂，TAF润滑剂，生产厂家青岛赛诺。
实施例1～15
本发明所述聚丙烯/聚酰胺合金的实施例，实施例1～15的配方如表1所示，制备方法为：按比例将各组分加入共混机中混合均匀，从主喂料口喂入双螺杆挤出机中，经熔融挤出，造粒，得到所述聚丙烯/聚酰胺合金。其中，从喂料口到模头各加温区温度设置分别为：一区200℃，二区至三区215℃，四区至五区225℃，六区至九区235℃，十区230℃；真空度为-0.06MPa。
对比例1～6
对比例1～6为聚丙烯/聚酰胺合金，其配方如表1所示，制备方法与实施例1～15相同。
表1(重量份)
Figure BDA0003288846610000051
对实施例1～15和对比例1～6制备出的聚丙烯/聚酰胺合金的性能进行测试，拉伸强度参考ISO527-2-2012进行测试，试样类型为1A，拉伸速度为50mm/min；缺口冲击强度参考ISO 179-1-2010进行测试，试样尺寸为80×8×4mm，缺口类型为A型；热变形温度参考ISO75-2-2013进行测试，试样尺寸为80×8×4mm；测试结果如表2所示。
表2
项目 拉伸强度(MPa) 缺口冲击强度(kJ/m<sup>2</sup>) 热变形温度(℃)
实施例1 46.0 5.1 127
实施例2 42.5 5.5.1 120
实施例3 48.6 6.8 132
实施例4 49.4 6.9 133
实施例5 46.1 6.5 128
实施例6 47.2 6.7 131
实施例7 46.9 6.6 130
实施例8 40.2 4.6 118
实施例9 51.2 7.1 136
实施例10 50.0 6.9 134
实施例11 43.8 5.3 122
实施例12 43.0 5.6 119
实施例13 41.3 7.1 117
实施例14 40.5 4.5 119
实施例15 49.9 6.6 135
对比例1 39.8 4.3 115
对比例2 37.2 3.2 114
对比例3 39.1 3.0 117
对比例4 40.1 4.4 114
对比例5 38.0 3.4 114
对比例6 40.0 4.4 116
此外，本发明还参考ISO 178-2010对弯曲模量进行了测试，试样尺寸为80×10×4mm，测试速度为2mm/min；测试结果显示，实施例1～15的弯曲模量为1680～2110MPa，可以很好地满足在汽车零部件、家电或电动工具领域中的应用。
由上述测试结果可知，实施例1～15的综合性能均优于对比例1～2，表明相容剂的结构只有为
Figure BDA0003288846610000071
时才能保证聚丙烯和聚酰胺之间具有良好的相容性，从而使制备的聚丙烯/聚酰胺合金兼具聚丙烯和聚酰胺的优点，同时具备优良的机械性能和耐热性能。
对比实施例2和对比例3的测试结果可知，两者的配方仅存在极其细微的差距，但制备出的聚丙烯/聚酰胺合金的弯曲模量和缺口冲击强度却存在显著的差异。该结果表明，聚丙烯、聚酰胺和相容剂的配比对聚丙烯/聚酰胺合金的性能具有至关重要的作用。对比实施例5和对比例4、实施例8和对比例5、实施例4和对比例6的测试结果也可以得出同样的结论。
此外，从表2中可知，在实施例1～8所述聚丙烯/聚酰胺合金中，实施例1、3～7的综合性能明显高于实施例2、8，拉伸强度均高于45MPa，弯曲模量均高于1800MPa，缺口冲击强度均高于6.5kJ/m2，热变形温度均高于120℃，该结果表明，当聚丙烯、聚酰胺、相容剂的重量比为50.3～60.3:35～45:4～9时，综合性能更好。
对比实施例4和实施例9～14的测试结果可知，在本发明中，选用结晶度为42％～46％的均聚聚丙烯制备出的聚丙烯/聚酰胺合金的综合性能更好。因为结晶度的高低和聚丙烯的类型与分子链的有序度相关；分子链有序度高，聚丙烯/聚酰胺合金的抗拉强度和模量越高，但结晶度过高会造成相容剂的环糊精部分与聚丙烯的主客体作用减弱，聚酰胺与聚丙烯的相容性会受到负面影响，使机械性能变差。当聚丙烯的结晶度不在40％～48％的范围内时，聚丙烯/聚酰胺合金的机械性能和耐老化性能会显著降低。
对比实施例4和实施例15的测试结果可知，聚酰胺的种类对聚丙烯/聚酰胺合金的性能影响不大。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，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，但并不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (9)

1.一种聚丙烯/聚酰胺合金，其特征在于，包含如下重量份的成分：聚丙烯41.3-74.3份、聚酰胺15～55份和相容剂3～10份；所述相容剂的结构式如下：
Figure FDA0003288846600000011
n为0～8之间的整数，R为烷基或烷氧基。
2.如权利要求1所述的聚丙烯/聚酰胺合金，其特征在于，包含如下重量份的成分：聚丙烯50.3～60.3份、聚酰胺35～45份和相容剂4～9份。
3.如权利要求1所述的聚丙烯/聚酰胺合金，其特征在于，所述聚丙烯为均聚聚丙烯，所述聚丙烯的结晶度为40％～48％，所述结晶度采用DSC法进行测试，测试过程中的升温速率为10℃/min。
4.如权利要求3所述的聚丙烯/聚酰胺合金，其特征在于，所述聚丙烯的结晶度为42％～46％。
5.如权利要求1所述的聚丙烯/聚酰胺合金，其特征在于，还包含抗氧剂0.1～1份和润滑剂0.1～0.5份。
6.如权利要求5所述的聚丙烯/聚酰胺合金，其特征在于，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、硫醚类抗氧剂中的至少一种；所述润滑剂为硬脂酸酯类润滑剂、硬脂酸盐类润滑剂、酰胺类润滑剂中的至少一种。
7.一种如权利要求1～6任一项所述的聚丙烯/聚酰胺合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)按配比将各组分加入共混机中混合均匀；
(2)将混合好的物料从主喂料口喂入双螺杆挤出机中，挤出造粒，得到所述聚丙烯/聚酰胺合金。
8.如权利要求7所述的聚丙烯/聚酰胺合金的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的加工温度为200～235℃，真空度≤-0.06MPa。
9.一种如权利要求1～6任一项所述的聚丙烯/聚酰胺合金在汽车零部件、家电或电动工具领域中的应用。
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