CN114249943A - 一种高光氧稳定性的发泡聚丙烯专用母粒及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于塑料耐候技术领域，具体涉及一种高光氧稳定性的发泡聚丙烯专用母粒及其制备方法，本发明高光氧稳定性的发泡聚丙烯专用母粒，包含聚丙烯、抗氧剂、加工助剂，以及受阻胺光稳定剂和光屏蔽剂中的至少一种；本发明有效的提高了聚丙烯发泡制品在加工过程中的热氧以及光氧稳定性，解决了聚丙烯发泡制品的变色问题，通过助剂间的协同作用以及纳米填料的增强作用，制备出兼具高光氧稳定性和力学性能的发泡聚丙烯专用母粒；该高光氧稳定性的发泡聚丙烯专用母粒制备工艺简单，且通过本发明制备的母粒可以有效提高添加剂在树脂中的分散以及加工性，同时降低了加工难度以及成本，更高效提高材料性能，以及改善车间工作环境。

Description

一种高光氧稳定性的发泡聚丙烯专用母粒及其制备方法
技术领域
本发明属于塑料耐候技术领域，具体涉及一种高光氧稳定性的发泡聚丙烯专用母粒及其制备方法，特别是关于改善发泡变色问题的高光氧稳定性的发泡聚丙烯专用母粒的制造方法。
背景技术
发泡材料由于其优异的性能广泛应用于医疗、卫生、土工、水利、建筑等各个领域，且大部分为聚丙烯发泡材料。但聚丙烯发泡在加工、使用和储存过程中，受到热、氧、光等因素的影响会发生色变、粉化等老化降解现象，使得材料使用寿命大大缩短，严重降低其使用价值。目前，针对发泡聚丙烯的防老化技术主要有，在其加工过程中加入抗老化剂、增加发泡厚度、对其表面进行涂覆等措施，其中通过加入添加剂来提高发泡聚丙烯的抗老化性是目前使用最广泛的为方法。但是，大部分添加剂包括抗氧剂、光稳定剂等在应用于塑料制品时都会影响制品的力学性能，同时还存在难分散、难加工，以及粉尘量大等问题。此外，助剂之间也会存在一些副反应，加之发泡自身加工的特性和其较大的比表面积等，导致助剂极易受氧化变黄或失效，而通过制备母粒，可以有效提高添加剂在树脂中的分散以及加工性，降低加工难度以及成本，更高效提高材料性能，以及改善下游车间工作环境。目前大部分基于发泡聚丙烯耐候性研究还局限于材料和添加剂，很少涉及其专用母粒的研究。
因此，开发出可以保证发泡聚丙烯具有优良抗紫外性同时又能改善发泡制品黄变的功能母粒及其制造方法显得尤为重要。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种既能提高发泡材料的耐候性，又能有效提高材料的应用价值和生态环保等性能的高光氧稳定性的发泡聚丙烯专用母粒及其制备方法。
通过受阻胺光稳定剂和光屏蔽剂复配，辅之以加工助剂以及抗氧剂，有效的提高了聚丙烯发泡制品在加工过程中的热氧以及光氧稳定性，解决了聚丙烯发泡制品的变色问题，通过助剂间的协同作用以及纳米填料的增强作用，制备出兼具高光氧稳定性和力学性能的发泡聚丙烯专用母粒。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供一种高光氧稳定性的发泡聚丙烯专用母粒，包含聚丙烯、抗氧剂、加工助剂，以及受阻胺光稳定剂和光屏蔽剂。
进一步地，受阻胺光稳定剂与光屏蔽剂复配使用时的质量比为1:1~30，所述受阻胺光稳定剂和光屏蔽剂的添加量占总质量的10%~40%。
进一步地，所述受阻胺光稳定剂为HALS-944、HALS-622、HALS-770、HALS-2020、HALS-119、HALS-292、HALS-123中的一种或多种。
进一步地，所述光屏蔽剂为氧化锌、二氧化钛、氧化钡、炭黑。
进一步地，所述抗氧剂为辅助抗氧剂，所述抗氧剂添加量占总质量的0.1%~5%。
进一步地，所述加工助剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙、乙撑双硬酯酰胺，所述加工助剂的添加量为总质量的1%~3%。
进一步地，所述聚丙烯添加量占总质量的52%~85%。
本发明还提供一种高光氧稳定性的发泡聚丙烯专用母粒的制备方法，包括以下步骤：将受阻胺光稳定剂与光屏蔽剂按质量比1:1~30混合，然后加入高速混合机中和抗氧剂、加工助剂于常温及转速20~40rpm/min下混合5~8min，得预混料，最后用计量泵和聚丙烯一起加入双螺杆挤出机，于180~220oC挤出造粒，烘干得到该高光氧稳定性的发泡聚丙烯专用母粒。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
（1）本发明提供的一种高光氧稳定性的发泡聚丙烯专用母粒及其制备方法，受阻胺光稳定剂和光屏蔽剂复合使用，产生高效的协同效应，既提高了发泡的光氧稳定性又增强了聚丙烯及光稳定剂的热加工稳定性，使聚丙烯发泡具有优异的长效热稳定性。
（2）采用非受阻酚型抗氧剂既增加了制品的热氧稳定性又一定程度上避免了受阻酚抗氧剂类在高温状态下被氧化变色或与其它助剂发生对抗反应现象。
（3）采用硬脂酸锌作为加工助剂，对该高光氧稳定性的聚丙烯发泡专用母粒起到内润滑作用，对受阻胺光稳定剂和氧化锌之间的协同效应起到桥梁作用，从而避免了受阻胺光稳定剂在高温发泡过程中被氧化变色甚至失效。
（4）该高光氧稳定性的发泡聚丙烯专用母粒制备工艺简单，且通过本发明制备的母粒可以有效提高添加剂在树脂中的分散以及加工性，同时降低了加工难度以及成本，更高效提高材料性能，以及改善车间工作环境。
附图说明
图1为本发明实施例1发泡聚丙烯材料紫外灯老化前泡孔结构SEM图；
图2为本发明实施例1发泡聚丙烯材料紫外灯老化200h后泡孔结构SEM图。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
高光氧稳定性的发泡聚丙烯专用母粒：
聚丙烯 57wt%；
HALS-2020 30wt%；
氧化锌 10wt%；
抗氧剂168 2wt%；
硬脂酸锌 1wt%；
以上所涉及质量百分比均为总质量的百分比。
按以上重量百分比，将HALS-2020与氧化锌混合，然后加入高速混合机中和抗氧剂168以及硬脂酸锌于常温下混合5~8min，转速为40rpm，得预混料，最后用计量泵和聚丙烯一起加入双螺杆挤出机，于220oC挤出造粒，烘干得到高光氧稳定性的发泡聚丙烯专用母粒，即防老化母粒。
取得到的防老化母粒10%（占总质量）与聚丙烯树脂及发泡剂偶氮二甲酰胺加入双螺杆挤出机在220oC熔融挤出，将得到的具有高抗老化性的发泡聚丙烯系材料在200℃下模压成2mm厚片材，裁剪50mm*50mm*2mm该发泡片材；同以上方法制备发泡片材，不同的是未添加防老化母粒，将添加防老化母粒的发泡片材与未添加防老化母粒的发泡片材于25oC，50%湿度下存放24h，置于紫外老化箱UV-313中进行老化评估。
紫外灯加速老化测试方法：将样品暴露于UV-313老化试验箱中进行老化测试，（辐照度（313nm）0.71W/m2/nm、黑标温度60℃±3℃、240min冷凝、480min光照），经200h老化后对比其老化前后制品外观和颜色变化，并测试其最大力保留率。
拉伸测试：按照GB/T 1040.5-2006进行测试；测试结果如表1所示。
表1：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
结果表明，含有本发明专用母粒的制品表面没有粉化，且未褪色，200h老化后的最大力保留率为99%，而未添加该防老化母粒的聚丙烯发泡材料老化后最大力保留率为75%，本发明高光氧稳定性的发泡聚丙烯专用母粒具有优异的抗老化性能以及机械性能，且从附图1和2可以看出，老化前后发泡聚丙烯材料的泡孔结构和形貌无明显变化，表明实施例1制备的发泡聚丙烯材料具有均一的泡孔结构和耐光氧稳定性。
实施例2
按照实施例1方案，在实施例1的基础上改变光稳定剂和光屏蔽剂的添加量以及复配比例，制备得光氧稳定聚丙烯发泡专用防老化母粒：
聚丙烯 87wt%；
HALS-2020 5wt%；
氧化锌 5wt%；
抗氧剂168 2wt%；
硬脂酸锌 1wt%；
以上所涉及质量百分比均为总质量的百分比。
本发明所述高光氧稳定性发泡聚丙烯专用母粒的制备方法以及检测方法与实施例1相同。
拉伸测试：按照GB/T 1040.5-2006进行测试；测试结果如表1所示。
结果表明，含有本发明专用母粒的制品表面没有粉化，且未褪色，200h老化后的最大力保留率为90%，而未添加该防老化母粒的聚丙烯发泡材料老化后最大力保留率为75%，本发明高光氧稳定性的发泡聚丙烯专用母粒具有优异的抗老化性能以及机械性能。
实施例3
按照实施例1方案，在实施例1的基础上改变光稳定剂和光屏蔽剂的添加量以及复配比例，制备得光氧稳定聚丙烯发泡专用防老化母粒：
聚丙烯 72wt%；
HALS-2020 15wt%；
氧化锌 10wt%；
抗氧剂168 2wt%；
硬脂酸锌 1wt%；
以上所涉及质量百分比均为总质量的百分比。
本发明所述高光氧稳定性发泡聚丙烯专用母粒的制备方法以及检测方法与实施例1相同。
拉伸测试：按照GB/T 1040.5-2006进行测试；测试结果如表1所示。
结果表明，含有本发明专用母粒的制品表面没有粉化，且未褪色，200h老化后的最大力保留率为95%，而未添加该防老化母粒的聚丙烯发泡材料老化后最大力保留率为75%，本发明高光氧稳定性的发泡聚丙烯专用母粒具有优异的抗老化性能以及机械性能。
对比例1
按照实施例1实验方案，在实施例1的基础上去掉硬脂酸锌，制备得到防老化母粒：
聚丙烯 81wt%；
HALS-2020 15wt%；
氧化锌 2wt%；
抗氧剂168 2wt%；
以上所涉及质量百分比均为总质量的百分比。
按以上重量百分比，将HALS-2020与氧化锌混合，然后加入高速混合机中和抗氧剂168于常温下混合5~8min，转速为40rpm，得预混料，最后用计量泵和聚丙烯一起加入双螺杆挤出机，于220oC挤出造粒，烘干得到防老化母粒。
取得到的防老化母粒10%（占总质量）与聚丙烯树脂及发泡剂偶氮二甲酰胺加入双螺杆挤出机在220oC熔融挤出，将得到的发泡聚丙烯系材料在200℃下模压成2mm厚片材，裁剪50mm*50mm*2mm该发泡片材，与实施例1制备的添加防老化母粒的发泡片材于25oC，50%湿度下存放24h，置于紫外老化箱UV-313中进行老化评估。
紫外灯加速老化测试方法：将样品暴露于UV-313老化试验箱中进行老化测试，（辐照度（313nm）0.71W/m2/nm、黑标温度60℃±3℃、240min冷凝、480min光照），经200h老化后对比其老化前后制品外观和颜色变化，并测试其最大力保留率。
拉伸测试：按照GB/T 1040.5-2006进行测试；测试结果如表2所示。
表2：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
结果表明含有本发明专用母粒的制品表面没有粉化，且未褪色，200h老化后的最大力保留率为95%，对比例制品老化后最大力保留率为85%，说明即使抗老化助剂添加量相同，未加入硬脂酸锌其抗老化性还是比本发明的防老化性差，即本发明表现出明显的防老化优势。
对比例2
按照实施例1实验方案，在实施例1的基础上去掉硬脂酸锌，制备得到防老化母粒：
聚丙烯 82wt%；
HALS-2020 15wt%；
抗氧剂168 2wt%；
硬脂酸锌 1wt%；
以上所涉及质量百分比均为总质量的百分比。
按以上重量百分比，将HALS-2020、抗氧剂168以及硬脂酸锌加入高速混合机于常温下混合5~8min，转速为40rpm，得预混料，最后用计量泵和聚丙烯一起加入双螺杆挤出机，于220oC挤出造粒，烘干得到高光氧稳定性的发泡聚丙烯专用母粒，即防老化母粒。
取得到的防老化母粒10%（占总质量）与聚丙烯树脂及发泡剂偶氮二甲酰胺加入双螺杆挤出机在220oC熔融挤出，将得到的具有高抗老化性的发泡聚丙烯系材料在200℃下模压成2mm厚片材，裁剪50mm*50mm*2mm该发泡片材；同以上方法制备发泡片材，不同的是未添加防老化母粒，将添加防老化母粒的发泡片材与未添加防老化母粒的发泡片材于25oC，50%湿度下存放24h，置于紫外老化箱UV-313中进行老化评估。
紫外灯加速老化测试方法：将样品暴露于UV-313老化试验箱中进行老化测试，（辐照度（313nm）0.71W/m2/nm、黑标温度60℃±3℃、240min冷凝、480min光照），经200h老化后对比其老化前后制品外观和颜色变化，并测试其最大力保留率。
拉伸测试：按照GB/T 1040.5-2006进行测试；测试结果如表2所示。
结果表明，含有本发明专用母粒的制品表面没有粉化，制品表面略显黄，200h老化后的最大力保留率为87%，而未添加该防老化母粒的聚丙烯发泡材料老化后最大力保留率为75%，本发明高光氧稳定性的发泡聚丙烯专用母粒具有优异的抗老化性能，但是未添加光屏蔽剂的制品耐候性和力学性能都较实施例差。
对比例3
按照实施例1实验方案，在实施例1的基础上去掉硬脂酸锌，制备得到防老化母粒：
聚丙烯 82wt%；
氧化锌 15wt%；
抗氧剂168 2wt%；
硬脂酸锌 1wt%；
以上所涉及质量百分比均为总质量的百分比。
按以上重量百分比，将HALS-2020HALS-2020\抗氧剂168以及硬脂酸锌加入高速混合机于常温下混合5~8min，转速为40rpm，得预混料，最后用计量泵和聚丙烯一起加入双螺杆挤出机，于220oC挤出造粒，烘干得到高光氧稳定性的发泡聚丙烯专用母粒，即防老化母粒。
取得到的防老化母粒10%（占总质量）与聚丙烯树脂及发泡剂偶氮二甲酰胺加入双螺杆挤出机在220oC熔融挤出，将得到的具有高抗老化性的发泡聚丙烯系材料在200℃下模压成2mm厚片材，裁剪50mm*50mm*2mm该发泡片材；同以上方法制备发泡片材，不同的是未添加防老化母粒，将添加防老化母粒的发泡片材与未添加防老化母粒的发泡片材于25oC，50%湿度下存放24h，置于紫外老化箱UV-313中进行老化评估。
紫外灯加速老化测试方法：将样品暴露于UV-313老化试验箱中进行老化测试，（辐照度（313nm）0.71W/m2/nm、黑标温度60℃±3℃、240min冷凝、480min光照），经200h老化后对比其老化前后制品外观和颜色变化，并测试其最大力保留率。
拉伸测试：按照GB/T 1040.5-2006进行测试；测试结果如表2所示。
结果表明，含有对比例3专用母粒的制品表现出较好的力学性能保留率，但是制品表面色变较严重，200h老化后的最大力保留率为80%，而未添加该防老化母粒的聚丙烯发泡材料老化后最大力保留率为75%，相较于本发明实施例1，未添加光稳定剂及对比例3的发泡制品耐候性和力学性能都较实施例差，表明本发明光稳定剂与光屏蔽剂发挥明显的协同及机械性能增强作用，具有明显的有异性。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高光氧稳定性的发泡聚丙烯专用母粒，其特征在于，包含聚丙烯、抗氧剂、加工助剂，以及受阻胺光稳定剂和光屏蔽剂。
2.根据权利要求1所述的一种高光氧稳定性的发泡聚丙烯专用母粒，其特征在于，受阻胺光稳定剂与光屏蔽剂复配使用时的质量比为1:1~30，所述受阻胺光稳定剂和光屏蔽剂的添加量占总质量的10%~40%。
3.根据权利要求2所述的一种高光氧稳定性的发泡聚丙烯专用母粒，其特征在于，所述受阻胺光稳定剂为HALS-944、HALS-622、HALS-770、HALS-2020、HALS-119、HALS-292、HALS-123中的一种或多种。
4.根据权利要求2所述的一种高光氧稳定性的发泡聚丙烯专用母粒，其特征在于，所述光屏蔽剂为氧化锌、二氧化钛、氧化钡、炭黑中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种高光氧稳定性的发泡聚丙烯专用母粒，其特征在于，所述抗氧剂为辅助抗氧剂，所述抗氧剂添加量占总质量的0.1%~5%。
6.根据权利要求5所述的一种高光氧稳定性的发泡聚丙烯专用母粒，其特征在于，所述辅助抗氧剂为抗氧剂168、626、PEPQ、DSTDP、412S中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种高光氧稳定性的发泡聚丙烯专用母粒，其特征在于，所述加工助剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙、乙撑双硬酯酰胺中的一种或多种，所述加工助剂的添加量占总质量的1%~3%。
8.根据权利要求1所述的一种高光氧稳定性的发泡聚丙烯用母粒，其特征在于，所述聚丙烯添加量占总质量的52%-85%。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的高光氧稳定性的发泡聚丙烯专用母粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将受阻胺光稳定剂与光屏蔽剂按质量比1:1~30混合，然后加入高速混合机中和抗氧剂、加工助剂于20~30oC及转速20~40rpm/min下混合5~8min，得预混料，最后用计量泵和聚丙烯一起加入双螺杆挤出机，于180~220oC挤出造粒，烘干得到该高光氧稳定性的发泡聚丙烯专用母粒。
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