CN113912941A - 一种聚丙烯复合材料及其制备方法与应用 - Google Patents

一种聚丙烯复合材料及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚丙烯复合材料及其制备方法与应用，涉及高分子材料改性技术领域。本发明所述聚丙烯复合材料包含如下重量份的成分：均聚聚丙烯45～80份、无规共聚聚丙烯10～45份、增韧剂2～10份、相容剂0.5～8份和抗氧剂0.2～1份。由上述配方制备的聚丙烯复合材料兼具良好的强度、刚度、韧性和透光率，适合用于制备汽车透明水壶。

Description

一种聚丙烯复合材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及高分子材料改性技术领域，尤其涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法与应用。
背景技术
聚丙烯简称PP，是五大通用塑料之一，由于其合成方法简单，原料来源丰富、密度低，以及良好的物理力学性能与加工性能，已成为通用塑料中发展最快的品种，广泛应用于家电、通讯、包装、交通运输等行业。
聚丙烯具有很多其它塑料不可企及的优点，但也存在一些不足，刚性和韧性比较难达到平衡，高模量的PP材料往往不能同时达到高冲击强度，使其在低温环境中的使用受限；而高冲击强度下产品耐热性能比较差，且一般情况下，聚丙烯球晶体积大，界面有光散射，导致透明度降低，难以满足汽车水壶对材料的进一步要求。因此，研究出优异的刚韧性平衡、高抗冲、高透明的聚丙烯材料是亟需解决的问题之一。
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兼具良好的强度、刚度、韧性和透光率的聚丙烯复合材料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：一种聚丙烯复合材料，包含如下重量份的成分：均聚聚丙烯45～80份、无规共聚聚丙烯10～45份、增韧剂2～10份、相容剂0.5～8份和抗氧剂0.2～1份。
均聚聚丙烯中不含乙烯，分子链的规整度很高，其强硬度很高，但是抗冲击性能较差，并且易老化；而无规共聚聚丙烯的结晶度较低，相应的，强度和刚度稍低，但是韧性和耐热性好；本发明通过选用两种聚丙烯，对两者的配比、增韧剂、相容剂和抗氧剂的用量进行选择，使得两者可形成稳定的共混物，使最终的产物同时具备高强度、高刚度、高韧性、高耐热性和高透光率。
优选地，所述聚丙烯复合材料包含如下重量份的成分：均聚聚丙烯50～70份、无规共聚聚丙烯25～35份、增韧剂3～6份、相容剂2～6份和抗氧剂0.2～1份。
均聚聚丙烯和无规共聚聚丙烯作为聚丙烯复合材料的主要成分，两者的性能又存在明显相左的情况，其配比对性能具有极大的影响。本发明通过实验证实，当各成分的配比符合上述限定时，制备的聚丙烯复合材料的悬臂梁缺口冲击强度可达到14kJ/m2以上，透光率可达到90％以上，热变形温度可达85℃以上，具有良好的综合性能。
优选地，所述聚丙烯复合材料还包含成核剂0.1～1份。加入少量成核剂可以显著提升聚丙烯复合材料的悬臂梁缺口冲击强度和透光率，但当用量高于本发明限定的范围时，反而会降低聚丙烯复合材料的综合性能，并且会大幅增加聚丙烯复合材料的成本，降低经济效益。
优选地，所述均聚聚丙烯在230℃，2.16kg负荷下测得的熔体流动速率为0.5～6g/10min；所述无规共聚聚丙烯在230℃，2.16kg负荷下测得的熔体流动速率为0.1～0.5g/10min。
熔体流动速率过高会使聚丙烯复合材料的刚度降低，材料变软，降低其适用范围，但熔体流动速率过低会影响其加工性能。
优选地，所述增韧剂为乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物中的至少一种；增韧剂大多为非晶体，内部原子排布杂乱无序，光线照射到层层叠叠杂乱堆积的原子上面，大部分都会被折射或散射掉，实际透过的光线很少，导致透光率降低；本发明通过选用上述两种增韧剂，并对其用量进行控制，使得在大幅提高聚丙烯复合材料的机械性能的同时，透光率不会损失太多。所述成核剂为第三代山梨醇类透明成核剂、α晶型成核剂中的至少一种。
优选地，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物和乙烯-丁烯共聚物的复配物；所述乙烯-辛烯共聚物与乙烯-丁烯共聚物的质量比为1:0.5～2；所述成核剂为第三代山梨醇类透明成核剂，所述相容剂为乙烯丙烯嵌段共聚物。本发明通过实验证实，当增韧剂、成核剂、相容剂的成分符合上述限定时，制备出的聚丙烯复合材料的综合性能更好。
优选地，所述聚丙烯复合材料还包含抗氧剂0.2～1份。添加抗氧剂可以提高聚丙烯复合材料的耐老化性能，添加量过少对耐老化性能的改善作用较低，但是添加量过多会使抗氧剂析出，损害聚丙烯复合材料的力学性能及透光率。
优选地，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种。
同时，本发明还提供了一种所述聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将各成分加入高混机中混合均匀；
(2)将混合后的物料加入双螺杆挤出机中熔融混合分散，通过双螺杆挤出机塑化造粒，得到所述聚丙烯复合材料。
优选地，所述步骤(1)中，在氮气的保护下进行混合；所述步骤(2)中，双螺杆挤出机的长径比为30～50:1；所述双螺杆挤出机的工作温度为100～200℃，主机转速为350～450r/min，真空度为-0.04～-0.08MPa。
此外，本发明还公开了所述聚丙烯复合材料在汽车透明水壶领域的应用。
相比于现有技术，本发明的有益效果为：本发明选用均聚聚丙烯和共聚聚丙烯复配，使聚丙烯复合材料兼具两种材料的优点，通过添加相容剂，在不降低弯曲模量的情况下，实现聚丙烯复合材料抗冲击性能的提升，通过添加成核剂，进一步提高了聚丙烯复合材料的韧性、透光性和加工性；此外，以乙烯-辛烯共聚物和乙烯-丁烯共聚物的复配物作为增韧剂，使得制备出的聚丙烯复合材料的悬臂梁缺口冲击强度可达16kJ/m2以上，透光率可达90％以上，热变形温度可达91℃以上，综合性能得到了显著的提升。
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所用材料如下：
聚丙烯1：均聚聚丙烯PPH-T03，生产厂家镇海石化，在230℃，2.16kg负荷下测得其熔体流动速率为3g/10min；
聚丙烯2：均聚聚丙烯PPHP500N,生产厂家中海壳牌，在230℃，2.16kg负荷下测得其熔体流动速率为10g/10min；
聚丙烯3：无规共聚聚丙烯PP 4220，生产厂家燕山石化，在230℃，2.16kg负荷下测得其熔体流动速率为0.3g/10min；
聚丙烯4：无规共聚聚丙烯PP SM198,生产厂家乐天化学，在230℃，2.16kg负荷下测得其熔体流动速率为2g/10min；聚丙烯5：均聚聚丙烯PP B1101，生产厂家台湾台化，在230℃，2.16kg负荷下测得其熔体流动速率为0.5g/10min；
聚丙烯6：均聚聚丙烯PP C30G，生产厂家中石油大庆，在230℃，2.16kg负荷下测得其熔体流动速率为6g/10min；
增韧剂1：乙烯-辛烯共聚物8842，生产厂家陶氏化学；
增韧剂2：乙烯-丁烯共聚物7447，生产厂家陶氏化学；
增韧剂3：丙烯基弹性体6202，生产厂家埃克森美孚；
成核剂1：第三代山梨醇类聚丙烯透明成核剂，市售；
成核剂2：α晶型聚丙烯透明成核剂，市售；
成核剂3：β晶型成核剂，市售；
相容剂：乙烯丙烯嵌段共聚物，市售；
抗氧剂：受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂，两者的重量比为1:1，市售。
实施例和对比例中使用的成核剂1、成核剂2、成核剂3、相容剂和抗氧剂均为同一种物质。
实施例1～19
本发明所述聚丙烯复合材料的实施例，实施例1～19的配方如表1所示，制备方法如下：
(1)将各成分按重量份加入具有氮气保护的高混机中混合均匀；
(2)将混合物加入到长径比为44:1的双螺杆挤出机中熔融混合分散，通过双螺杆挤出机塑化造粒；双螺杆挤出机的工作温度从喂料口到模头依次为100℃、180℃、180℃、200℃、200℃、200℃、200℃、200℃、200℃、200℃，主机转速为500r/min，真空度为-0.04MPa。
对比例1～8
对比例1～8为聚丙烯复合材料，其配方如表1所示，制备方法与实施例1～19相同。
表1(重量份)
Figure BDA0003321356910000051
Figure BDA0003321356910000061
性能测试
使用注塑机制备测试样品，按照下列标准进行测试：
悬臂梁缺口冲击强度：按照ISO180-2000进行测试，4mm，23℃；
透光率：按照GB 2410-80-2008进行测试，1mm厚度；
热变形温度：按照ISO75-2-2013进行测试，0.45MPa；
测试结果如表2所示。
表2
Figure BDA0003321356910000062
Figure BDA0003321356910000071
由表2可知，对比例1、4、7、8中均聚聚丙烯和无规共聚聚丙烯的含量不在本发明限定的范围内，其中，对比例1与实施例2仅存在细微差距，但是制备出的聚丙烯复合材料更软，耐热性也更差，不适合制备汽车水壶；对比例4中共聚聚丙烯为主导成分，制备出的聚丙烯复合材料具有一定的韧性和透光率，但热变形温度太低；对比例7中只含均聚聚丙烯，其韧性太差，不适于加工成汽车水壶；对比例8中只含有共聚聚丙烯，制备的聚丙烯复合材料具有很好的韧性，但透光率和耐热性很差。对比例2、3中相容剂和增韧剂的含量分别小于本发明限定的范围，制备的聚丙烯复合材料的悬臂梁缺口冲击强度相比于实施例4减少了约60％，韧性大幅降低。对比例5、6中增韧剂和相容剂的用量分别超出了本发明限定的范围，其透光率和热变形温度大幅降低。
此外，对比实施例1～6的测试数据可知，实施例1、3、4、5的综合性能优于实施例2、6，虽然实施例1～6中各成分的种类相同，但是在各成分的配比不同的情况下，性能也会存在较大差异。
对比实施例4和实施例7～10的测试数据可知，均聚聚丙烯和无规共聚聚丙烯的熔体流动速率会对聚丙烯复合材料的综合性能产生显著的影响，实施例7、10中聚丙烯树脂的熔体流动速率不在优选的范围内，聚丙烯复合材料的热变形温度更低。
对比实施例4和实施例11～12、16～19的测试数据可知，当增韧剂为乙烯-辛烯共聚物和乙烯-丁烯共聚物的复配物时，综合性能更好，并且，当乙烯-辛烯共聚物与乙烯-丁烯共聚物的质量比为1:0.5～2时，聚丙烯复合材料具有最佳的综合性能。
对比实施例4和实施例13～15的测试结果可知，当在聚丙烯复合材料中添加少量成核剂时，聚丙烯复合材料的韧性和透光率可以得到一定程度的提升；并且，当成核剂为第三代山梨醇类聚丙烯透明成核剂时，综合性能最好。
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 (10)

1.一种聚丙烯复合材料，其特征在于，包含如下重量份的成分：均聚聚丙烯45～80份、无规共聚聚丙烯10～45份、增韧剂2～10份、相容剂0.5～8份和抗氧剂0.2～1份。
2.如权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，包含如下重量份的成分：均聚聚丙烯50～70份、无规共聚聚丙烯25～35份、增韧剂3～6份、相容剂2～6份和抗氧剂0.2～1份。
3.如权利要求1或2所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，还包含成核剂0.1～1份。
4.如权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述均聚聚丙烯在230℃，2.16kg负荷下测得的熔体流动速率为0.5～6g/10min；所述无规共聚聚丙烯在230℃，2.16kg负荷下测得的熔体流动速率为0.1～0.5g/10min。
5.如权利要求3所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述增韧剂为乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物中的至少一种；所述成核剂为第三代山梨醇类透明成核剂、α晶型成核剂中的至少一种。
6.如权利要求5所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物和乙烯-丁基共聚物的复配物；所述乙烯-辛烯共聚物与乙烯-丁烯共聚物的质量比为1:0.5～2；所述成核剂为第三代山梨醇类透明成核剂，所述相容剂为乙烯丙烯嵌段共聚物。
7.如权利要求1或2所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种。
8.一种如权利要求1～7任一项所述的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将各成分加入高混机中混合均匀；
(2)将混合后的物料加入双螺杆挤出机中熔融混合分散，通过双螺杆挤出机塑化造粒，得到所述聚丙烯复合材料。
9.如权利要求8所述的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，在氮气的保护下进行混合；所述步骤(2)中，双螺杆挤出机的长径比为30～50:1；所述双螺杆挤出机的工作温度为100～200℃，主机转速为350～450r/min，真空度为-0.04～-0.08MPa。
10.一种如权利要求1～7任一项所述的聚丙烯复合材料在汽车透明水壶领域的应用。
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