CN114350072B - 一种聚丙烯组合物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组合物及其制备方法与应用，涉及高分子材料技术领域。本发明所述聚丙烯组合物包含如下重量份的成分：聚丙烯40～90份、增韧剂2～15份、分子链修复剂0.5～5份、填料10～50份和助剂0.5～2份；所述分子链修复剂为乙烯基三甲氧基硅烷和环氧树脂的混合物。本发明通过对所述聚丙烯组合物的成分进行选择，使得制备的聚丙烯组合物具有良好的力学性能，并且可以循环利用，性能保持率较高。
Description
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组合物及其制备方法与应用。
背景技术
近年来随着以塑代钢、以塑代木等概念的出现，以及国家“碳中和”等政策的实施，涌现出大量的塑料建筑模板代替木质建筑模板材料，塑料建筑模板通过改性技术可以达到与木质模板相当的性能，可以完全替代木质模板。
但大多数塑料建筑模板回收后再利用，其性能相比于原始塑料建筑模板都产生了明显的衰减。如何实现全回料制备塑料建筑模板，达到变废为宝，提高建筑模板材料循环使用中性能保持率等问题都亟待解决。
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聚丙烯组合物及其制备方法与应用，所述聚丙烯组合物使用后再回收利用，性能保持率仍然能达到90％以上。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种聚丙烯组合物，包含如下重量份的成分：聚丙烯40～90份、增韧剂2～15份、分子链修复剂0.5～5份、填料10～50份和助剂0.5～2份；所述分子链修复剂为乙烯基三甲氧基硅烷和环氧树脂的混合物。
乙烯基三甲氧基硅烷能提供反应基团，而环氧树脂能提供活性电子，在加工过程中发生扩链反应，达到修复分子链的效果。通过使用这两种材料作为分子链修复剂，可以提高聚丙烯组合物的力学性能，同时，对使用了该聚丙烯组合物的产品来说，循环利用效果较好，再次加工后仍然能保持较高的力学性能。
优选地，所述分子链修复剂中，乙烯基三甲氧基硅烷和环氧树脂的体积比为5～10:1。两者的配比也会对聚丙烯组合物的综合性能产生较大的影响。其中，环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、多酚型缩水甘油醚环氧树脂中的至少一种。
优选地，所述聚丙烯组合物包含如下重量份的成分：聚丙烯55～75份、增韧剂3～10份、分子链修复剂1～3份、填料30～35份和助剂0.5～2份。当各成分的配比符合上述限定时，聚丙烯组合物的综合性能可以得到进一步的提升。
优选地，所述填料为滑石粉、硅微粉和硫酸钙晶须的混合物。滑石粉能够促进聚丙烯的异相成核效果，有增加刚性的作用。硅微粉能够提升聚丙烯组合物的硬度和表面耐刮擦性能。硫酸钙晶须具有良好的导热性和易流动性，可以改善聚丙烯组合物的强度和热稳定性。本发明通过添加上述三种材料复配，使得制备的聚丙烯组合物具有良好的强度、硬度、刚度，并且具有较高的使用寿命。
优选地，所述填料中，滑石粉、硅微粉和硫酸钙晶须的质量比为滑石粉：硅微粉：硫酸钙晶须＝(18～22):(3～7):(5～10)。
滑石粉可以增加材料的强度，硅微粉可以增强硬度，硫酸钙晶须强度高、与橡胶和塑料的亲和性强，三种填料虽然各自都具有一定的优势，但当其配比选用不当时，会对产物的韧性产生较大的影响。本发明通过控制三种填料的配比在上述范围内，可以在保证分散性、加工性能的情况下，极大地提升聚丙烯组合物的综合性能。
优选地，所述聚丙烯为共聚聚丙烯，在230℃、2.16kg载荷下测得的熔体流动速率为1～10g/10min，所述聚丙烯可以为再生聚丙烯；所述增韧剂包含乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丙烯共聚物中的至少一种。符合上述限定的聚丙烯具有良好的韧性，更适合应用于建筑行业，制备结构件。
优选地，所述助剂包含抗氧剂、光稳定剂、润滑剂中的至少一种。所述抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂、磷酸酯类抗氧剂和硫代酯类抗氧剂中的至少一种；所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂；所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、芥酸酰胺、硬脂酸锌、硅油中的至少一种。
此外，本发明还公开了一种所述聚丙烯组合物的制备方法，所述方法为：按配比将除填料外的各组分混合均匀，加入单螺杆挤出机中，熔融挤出；挤出的物料流入双螺杆挤出机主喂料口，填料从侧喂口加入，熔融共混，挤出造粒，得到所述聚丙烯组合物。
优选地，所述制备方法中，单螺杆挤出机各段螺杆温度为200～230℃，换网器和机头温度为200～210℃，换网器的滤网目数不低于80目，螺杆转速为300～400r/min；双螺杆挤出机螺杆长径比大于40:1，双螺杆挤出机各段螺杆温度为210～220℃，机头温度为230℃，螺杆转速为350～450r/min。
同时，本发明还公开了所述的聚丙烯组合物在建筑领域的应用以及该聚丙烯组合物的循环利用方法，所述方法包括如下步骤：
(1)对使用过的以所述聚丙烯组合物制备的建筑模板进行分选、清洗、破碎，得到建筑模板回收料；
(2)将建筑模板回收料熔融、挤出造粒，得到新的聚丙烯组合物。
相比于现有技术，本发明的有益效果为：本发明通过对分子链修复剂和填料的种类以及各成分的配比进行选择，显著提升了聚丙烯组合物的力学性能；并且，所述聚丙烯组合物可循环利用，其性能保持率较高。
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。
实施例及对比例所用材料如下：
再生聚丙烯1：蓄电池壳体，共聚聚丙烯，在230℃、2.16kg载荷下测得的熔体流动速率为3g/10min，江苏新春兴再生资源有限公司；
再生聚丙烯2：PP管材，共聚聚丙烯，在230℃、2.16kg载荷下测得的熔体流动速率为1g/10min，惠州丽盈塑料制品有限公司；
再生聚丙烯3：PP周转筐，共聚聚丙烯，在230℃、2.16kg载荷下测得的熔体流动速率为10g/10min，清远市海鹏化工塑料有限公司；
再生聚丙烯4：洗衣机外壳，共聚聚丙烯，在230℃、2.16kg载荷下测得的熔体流动速率为25g/10min，清远市海鹏化工塑料有限公司；
增韧剂：乙烯-辛烯共聚物，市售；
乙烯基三甲氧基硅烷：市售；
环氧树脂：环氧树脂E51，市售；
滑石粉：TYT-777A，辽宁天源化工有限公司；
硅微粉：VK-SP30S，杭州万景新材料有限公司；
硫酸钙晶须：ABcx-2，常州奥邦材料科技有限公司；
抗氧剂：抗氧剂1010、抗氧剂168和抗氧剂DSTDP质量比为1:2:2的复配物，市售；
光稳定剂：光稳定剂944，市售；
润滑剂：芥酸酰胺，市售。
实施例和对比例中使用的增韧剂、乙烯基三甲氧基硅烷、抗氧剂、光稳定剂、润滑剂均为同种物质。
实施例1～12
本发明所述聚丙烯组合物的实施例，实施例1～12的配方如表1所示，制备方法包括如下步骤：
(1)按配比将除填料外的各组分混合均匀，加入单螺杆挤出机中熔融挤出，单螺杆挤出机各段螺杆温度为200～230℃，螺杆转速为300～400r/min，机头和换网器的温度为200～210℃，换网器的滤网目数为80目；
(2)将滑石粉、硅微粉、硫酸钙晶须在低速混合机中混合，得到填料混合物；
(3)将步骤(1)制备的物料从双螺杆挤出机的主喂料口加入，然后将步骤(2)得到的填料从侧喂口加入，熔融共混、挤出造粒，得到所述聚丙烯组合物；双螺杆挤出机的螺杆长径比为44:1，各段螺杆温度为210～220℃，机头温度为230℃，螺杆转速为350～450r/min。
对比例1～4
对比例1～4为聚丙烯组合物，其配方如表1所示，制备方法与实施例1相同。
表1(重量份)
分子链修复剂中乙烯基三甲氧基硅烷和环氧树脂的体积比为8:1。
实施例13～16和对比例5～6
实施例13～16和对比例5～6与实施例1的区别仅在于，分子链修复剂的成分不同，实施例13～16和对比例5～6中分子链修复剂的成分如表2所示。
表2
实施例17～19
本发明所述聚丙烯组合物的实施例，实施例17～19与实施例1的区别仅在于，聚丙烯的种类不同，实施例17～19中使用的聚丙烯分别为再生聚丙烯2、再生聚丙烯3、再生聚丙烯4。
对实施例1～19和对比例1～6所述聚丙烯组合物的性能进行测试，参考以下标准进行测试，测试结果如表3所示。
弯曲模量：根据GB/T9341-2000测试，测试条件为2mm/min；
悬臂梁缺口冲击强度：根据GB/T1843-2008测试，测试条件为A型缺口，23℃；
洛氏硬度：根据GB/T3398.2-2008测试，R标尺。
表3
从表3中可知，对比例1中由于不含分子链修复剂，制备出的聚丙烯组合物的刚度、韧性和硬度都很低，该结果表明，选用乙烯基三甲氧基硅烷和环氧树脂作为分子链修复剂可以对再生聚丙烯的分子链起到很好的修复作用。对比例2中由于填料的用量过少，导致刚度和硬度过低，弯曲模量低于2000MPa，洛氏硬度低于100，无法用于制备结构件。对比例3中填料的用量过多，使聚丙烯组合物的韧性大幅下降。对比例4中分子链修复剂的用量过多，分子链修复剂中环氧树脂的韧性较差，进而导致聚丙烯组合物的韧性也明显降低。对比例5和对比例6所述聚丙烯组合物中分子链修复剂分别只含有乙烯基三甲氧基硅烷和环氧树脂，无法发生扩链反应，导致聚丙烯组合物的韧性过低，抗冲击性能太差，低于8kJ/m2，无法用于制备结构件。
对比实施例1～5的测试结果可知，实施例1～3的弯曲模量均能达到3200MPa以上，悬臂梁缺口冲击强度均能达到12kJ/m2以上，洛氏硬度均能达到120以上；该结果表明，各成分的配比对聚丙烯组合物的综合性能具有较大的影响，只有当聚丙烯为55～75份、增韧剂为3～10份、分子链修复剂为1～3份、填料为30～35份、助剂为0.5～2份时，才能保证聚丙烯组合物的刚性、韧性、硬度达到最佳平衡。
对比实施例9和实施例6～8的测试结果可知，滑石粉的量降低、硅微粉的量增加，制备出的聚丙烯组合物的刚性、韧性和硬度均明显降低，该结果表明，填料中各成分的配比会对聚丙烯组合物的综合性能产生巨大的影响。对比实施例9～12和实施例6～8的测试结果可知，当填料为滑石粉、硅微粉和硫酸钙晶须三者的复配物，并且三者的质量比为(18～22):(3～7):(5～10)时，制备出的聚丙烯组合物具有更好的综合性能，三者可以协同增效。
对比实施例15～16和实施例13～14的测试结果可知，当分子链修复剂中乙烯基三甲氧基硅烷和环氧树脂的质量比不符合5～10:1时，对再生聚丙烯的分子链的修复作用不足，使得制备出的聚丙烯组合物的韧性急剧降低。
对比实施例17～18和实施例19的测试结果可知，再生聚丙烯的熔体流动速率过高，制备出的聚丙烯组合物的韧性过低，在10kJ/m2以下，将所述聚丙烯组合物用于制备结构件时，制备出的结构件的使用寿命较短。
对实施例1～19和对比例1～6的循环利用性能进行测试，将实施例1～19和对比例1～6所述聚丙烯组合物挤出成型，得到建筑模板，在建筑工地施工使用30次后回收，然后经过破碎机破碎、打磨机打磨、清洗(用pH为14的烧碱溶液清洗，洗涤温度为90℃)、最后经过风干后，得到建筑模板回收料，将建筑模板回收料熔融、挤出造粒，得到新的聚丙烯组合物。对新的聚丙烯组合物进行性能测试，测试标准与实施例及对比例所述聚丙烯组合物的测试标准相同，新的产品记为新实施例1～19和新对比例1～6，测试结果如表4所示。
表4
由表4可知，所有实施例制备出的聚丙烯组合物经使用后，再熔融、挤出造粒，得到的新的聚丙烯组合物的力学性能保持率均能达到90％以上，该结果表明，使用本发明所述方案制备出的聚丙烯组合物的可重复利用性较高，实现了资源的循环利用。
新对比例1中由于不含分子链修复剂，刚性和韧性相比于初始聚丙烯组合物均发明了明显的衰减。新对比例2中，由于填料的量过少，导致刚性和硬度的损失较为明显。新对比例3中，由于填料的用量过多，导致韧性难以维持较高水平。新对比例4中，分子链修复剂的用量相对较多，相比于其他对比例，力学性能的保持率相对较高，但韧性的保持率相比于实施例，还是明显不足。新对比例5和新对比例6中由于分别只含有本发明所述分子链修复剂中的一种成分，无法对聚丙烯组合物起到良好的修复作用，因此力学性能保持率很差。
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 (7)
1.一种聚丙烯组合物，其特征在于，包含如下重量份的成分：再生聚丙烯40~55份、增韧剂2~15份、分子链修复剂0.5~5份、填料10份和助剂0.5~2份；或再生聚丙烯61~90份、增韧剂2~15份、分子链修复剂0.5~5份、填料30~35份和助剂0.5~2份；所述分子链修复剂为乙烯基三甲氧基硅烷和环氧树脂的混合物；所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、多酚型缩水甘油醚环氧树脂中的至少一种；所述分子链修复剂中，乙烯基三甲氧基硅烷和环氧树脂的体积比为5~10:1；所述填料为滑石粉、硅微粉和硫酸钙晶须的混合物，滑石粉、硅微粉和硫酸钙晶须的质量比为滑石粉：硅微粉：硫酸钙晶须=（18~22）:（3~7）:（5~10）。
2.如权利要求1所述的聚丙烯组合物，其特征在于，包含如下重量份的成分：再生聚丙烯61~75份、增韧剂3~10份、分子链修复剂1~3份、填料30~35份和助剂0.5~2份。
3.如权利要求1所述的聚丙烯组合物，其特征在于，所述再生聚丙烯为共聚聚丙烯，在230℃、2.16kg载荷下测得的熔体流动速率为1~10g/10min。
4.如权利要求1所述的聚丙烯组合物，其特征在于，所述助剂包含抗氧剂、光稳定剂、润滑剂中的至少一种。
5.一种如权利要求1~4任一项所述的聚丙烯组合物的制备方法，其特征在于，所述方法为：按配比将除填料外的各组分混合均匀，加入单螺杆挤出机中，熔融挤出；挤出的物料流入双螺杆挤出机主喂料口，填料从侧喂口加入，熔融共混，挤出造粒，得到所述聚丙烯组合物。
6.一种如权利要求1~4任一项所述的聚丙烯组合物在建筑领域的应用。
7.一种如权利要求1~4任一项所述的聚丙烯组合物的循环利用方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）对使用过的以所述聚丙烯组合物制备的建筑模板进行分选、清洗、破碎，得到建筑模板回收料；
（2）将建筑模板回收料熔融、挤出造粒，得到新的聚丙烯组合物。
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