CN114752145A - 热压成型透明聚丙烯专用母料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种热压成型透明聚丙烯专用母料及其制备方法和应用。该热压成型透明聚丙烯专用母料包括以下重量百分比的组分：聚丙烯树脂76.5‑94.7％；复合透明成核剂5‑20％(包括山梨醇类、磷酸盐类、松香类和羧酸盐类四种复合透明成核剂，按重量百分比55～85：5～15：5～15：5～15复配)；增容剂0.1‑5％；润滑剂0.1‑5％；抗氧母料0.1‑3％；其中，所述增容剂是相容剂、偶联剂或分散剂。本发明的热压成型透明聚丙烯专用母料在热压成型聚丙烯制品如一次性可乐杯生产中，与聚丙烯基体树脂混合均匀，能够有效直接减少成核剂产生的团聚现象，在热压成型过程中可二次结晶分散，有效提高聚丙烯的透明性能、力学性能，同时不增加助剂添加成本，且制备方法成本低，易加工。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚丙烯专用母料，具体涉及一种热压成型透明聚丙烯专用母料及其制备方法和应用。
背景技术
随着国民经济的快速发展，人们对一次性可乐杯、牛奶杯和雪糕杯等薄壁透明容器用量逐年增加。由于聚丙烯具有耐热温度高和卫生性好等特点，广泛应用于该领域的生产。
目前，透明一次性水杯生产厂多使用热压成型技术来生产该产品，即首先将聚丙烯基础树脂挤出一定厚度的片材，然后通过自动液压制杯机热压制备一定容积的杯子。热压成型是塑料加工业中简单、普遍的加工方法，主要是利用加热加工模具后，注入试料，以压力将模型固定于加热板，控制试料的熔融温度及时间，以达融化后硬化、冷却，再予以取出模型成品即可。
生产厂为提高一次性塑料水杯的透明性，在通用聚丙烯基础树脂粒料中加入透明成核剂来改善产品的外观，满足用户的要求。由于透明成核剂分散相对较难，在局部容易团聚，会造成一次性水杯的透明性波动较大，质量不稳定；为保证一次性水杯的透明性，生产厂会进一步提高成核剂的加入量，这会导致生产成本上升。
期刊论文“九江石化透明聚丙烯专用料生产新技术通过鉴定”涉及九江石化透明聚丙烯(PP)专用料以均聚聚丙烯为主要原料，系统地研究了成核剂、稳定剂、降解剂等对产品生产工艺和性能的影响，产品符合国家医药标准；产品的透明性、耐热性达到了国内同类产品的先进水平。
期刊论文“透明聚丙烯专用料的研制”涉及欲使晶型均匀并缩小球晶的尺寸，可通过以下途径获得：(1)添加透明改性剂；(2)合成出无规共聚的透明PP；(3)采用茂金属催化剂，生产出高透明PP；(4)通过共混改性。该试验是采用添加透明改性剂的方法研制出透明PP的专用料。
成果“透明聚丙烯专用料的研制”涉及本项目开发的透明聚丙烯专用料,是以天利高新聚丙烯厂生产的小本体聚丙烯为基础树脂，添加增透剂、分子量调节剂，采用两步法造粒工艺，并通过对小本体聚丙烯基础料、造粒产品的在线掺混技术应用，在双螺杆挤出机上挤出造粒，得到透明聚丙烯专用材料产品。
申请公布号为CN106750873A的中国专利公开一种塑料杯，该塑料杯由以下重量份数的成分组成：聚丙烯100份、增强纤维20～30份、偶联剂3～5份、相容剂3～5份、增韧剂5～10份、香草醛10～20份、阻燃剂10～20份、抗氧剂1～3份以及抗老化剂1～3份，该发明的塑料杯选用聚丙烯塑料制成，质量轻、强度高、不吸水，在聚丙烯基体中加入了增强纤维、香草醛和阻燃剂等助剂，提高了塑料杯的抗菌性、强度等性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热压成型透明聚丙烯专用母料及其制备方法和应用，该热压成型透明聚丙烯专用母料能用于热压成型透明聚丙烯制品如一次性可乐杯等。在热压成型聚丙烯制品如一次性可乐杯生产中，可与聚丙烯基体树脂混合均匀，能够有效降低添加透明剂产生的团聚现象，同时在热压成型过程中可二次结晶分散，有效提高聚丙烯的透明性能、力学性能，同时不增加助剂添加成本，本发明的制备方法成本低，易加工。与现有技术聚丙烯生产厂生产一种透明聚丙烯专用料相比，下游企业可根据自身需要，灵活改变热压成型透明聚丙烯专用母料的比例，以达到终端用户对透明聚丙烯制品如一次性可乐杯的不同透明性以及强度的不同需求，该方法更加灵活可控。
为达上述目的，本提供一种热压成型透明聚丙烯专用母料，该热压成型透明聚丙烯专用母料包括以下重量百分比的组分：
聚丙烯树脂76.5-94.7％
复合透明成核剂5-20％
增容剂0.1-5％
润滑剂0.1-5％
抗氧剂母料0.1-3％。
复合透明成核剂是山梨醇类、磷酸盐类、松香类和羧酸盐类四种复合透明成核剂，按重量百分比55～85：5～15：5～15：5～15进行复配制得。
其中，所述增容剂是相容剂、偶联剂或分散剂，所述相容剂为马来酸酐接枝类相容剂。
本发明的热压成型透明聚丙烯专用母料，配方简单，由聚丙烯树脂与复合透明成核剂(山梨醇类、磷酸盐类、松香类和羧酸盐类四种复配)组成。通过添加一种复合透明成核剂，解决聚丙烯加工过程中晶核少，晶球尺寸大的问题。通过细化晶体尺寸改善结晶状态，有效提高聚丙烯的透明性能、力学性能，采用复合型成核剂，不增加助剂添加成本，改善单一成核剂带来的不均匀、对环境造成污染等缺点。这些复合透明成核剂与无机成核剂相比，具有与树脂的相容性好、增透性好、且合成工艺成熟等特点，同时通过增容剂的作用，可进一步改善复合透明成核剂复合透明成核剂粉料与聚丙烯的界面效应，降低复合透明成核剂之间的团聚，提高复合透明成核剂在聚丙烯中的分散性。
本发明所采用的山梨醇类成核剂选自l,3,2,4-二苄叉山梨醇、1,3,2,4-二(对甲基二苄叉)山梨醇、1,3,2,4-二(3,4-二甲基二苄叉)山梨醇、1,3,2,4-二(4-甲基二苄叉)山梨醇、二(对乙基苄叉)山梨醇、二(对甲基苄叉)山梨酸、双-(对-乙基二亚苄基异丙基)山梨醇、二(对氯取代苄叉)山梨醇、二(对氯甲基二苄叉)山梨醇、4,4’-(二甲硫基二苄叉)山梨醇或1-丙基-1,3,2,4,-二(对正丙基二苄叉)山梨醇中的一种或两种或两种以上。其中所述山梨醇类成核剂对制品的透明性、表面光泽度、刚性及其它热力学性能均有显著的改善效果，而且与PP有较好的相容性。同时，该类成核剂由于其性能好、价低、已成为国内外开发最为活跃、品种最多、产销量最大的一类PP成核剂。
本发明所采用的磷酸盐类成核剂选自双(2,4-二叔丁基苯基)磷酸钠、2,2′-亚甲基-二(4,6-二正丁基苯酚)磷酸钠或亚甲基双(2,4-二叔丁基苯基)磷酸铝中的一种。其中有机磷酸盐类化合物所改性的制品透明性、刚性、表面硬度和热变形温度均有较大幅度提高，而且热稳定好，在高温条件下不影响聚合物制品的其它性能，但分散性差是此类成核剂的主要缺陷。尽管此类成核剂较贵，但它具有无法比拟的使用性能，被广泛应用于与食品接触的包装材料中。
本发明所采用的羧酸盐类成核剂选自苯甲酸钠、苯甲酸钾、对叔丁基苯甲酸羟基铝、双(对特丁基苯丙酸)羟基铝、β-萘甲酸钠中的一种。其中有机羧酸盐类化合物，该盐类是片状晶体，这种层状结构起着吸附聚丙烯链结晶面的作用，其成本低廉，在提高聚丙烯的冲击强度、刚性和表面光泽等方面具有良好的平衡性，是目前高光泽聚丙烯、洗衣机桶专用料等改性PP广泛使用的成核剂品种。
本发明所采用的松香类成核剂选自脱氢枞酸、脱氢枞酸盐、歧化松香酸和歧化松香盐中的一种。其中松香类成核剂主要是以天然产物松香为原料，其来源丰富，无味、无毒、无刺激，具有高度的生物安全性，对环境无污染，可以广泛地应用于化妆品包装、食品包装、医药包装等，是塑料加工助剂中性能优异的新品种。这类成核剂可以有效地减小球晶尺寸，降低制品雾度，提高制品的透明度、热变形温度和结晶温度，缩短制品的成型周期，并且可以改善制品的机械性能。
不同类型成核剂的成核速度是不同的，因此，使产品在性能上的提高也有差异。此外，不恰当使用成核剂也会引起树脂在其他方面的缺陷。如大量使用山梨醇苄叉衍生物，会造成少量未熔化的透明剂以白点出现在制品中，影响制品的美观。
本发明采用四种有机透明型成核剂进行复配，其中山梨醇类和松香类成核剂可以显著降低聚丙烯的雾度、提高透明性，而磷酸盐和羧酸盐类成核剂在提高透明性的同时，能显著改善耐热性和刚性，添加此种复合透明成核剂在提高聚丙烯的透明性、刚性和耐热性方面具有良好平衡性。通过改变各类成核剂的比例，可以制备不同要求的高透明聚丙烯，复合型成核剂能改善单一成核剂的缺点，成核效率高，且本发明的方法原料来源广泛，价格低廉，工艺简单，生产成本低，且对环境无污染，可以在不改变工艺的条件下完成高热压成型透明聚丙烯专用料的制备。本发明所制备的高透明聚丙烯力学强度高、无气味，适用于对聚丙烯透明性要求高的应用领域。
进一步地，所述聚丙烯树脂是高等规聚丙烯、间规聚丙烯和无规聚丙烯中的一种，熔融指数为2-4g/10min。选择该熔融指数范围的聚丙烯树脂，为热压成型级别的聚丙烯，制备的热压成型透明聚丙烯专用母料用于后续的热压成型透明聚丙烯制品生产时，能够保证制品透明性，减少成核剂的加入量，降低成本，保障生产的顺利进行。
进一步地，复合透明成核剂是山梨醇类、磷酸盐类、松香类和羧酸盐类四种复合透明成核剂，四种复合透明成核剂是按重量百分比55～85：5～15：5～15：5～15复配。
进一步地，相容剂包括PP-g-MAH、PE-g-MAH、POE-g-MAH和EVA-g-MAH的一种或几种复配；偶联剂是钛酸酯类、硅烷类和铝酸化合物的一种或几种复配；分散剂是聚酯型超分散剂。偶联剂是一类具有两不同性质官能团的物质，其分子中含有化学性质不同的两个基团，一个是亲无机物的基团，易与无机物表面起化学反应；另一个是亲有机物的基团，能与合成树脂或其它聚合物发生化学反应；因此本发明中偶联剂(增容剂)可作为“分子桥”，用以改善成核剂与聚丙烯之间的界面，降低成核剂之间的团聚现象。同理，相容剂也可以看做是大分子的偶联剂。
进一步地，润滑剂是硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸锌、硬脂酸、石蜡、聚乙烯蜡和氧化聚乙烯蜡中的一种或几种复配而成。润滑剂的添加可以提高母料的润滑性，减少母料在使用过程中在挤出机中的粘附，提高其可加工性，另外对提高成核剂在聚丙烯中的分散也起到一定的辅助作用，进一步有利于成核剂的分散。
进一步地，抗氧剂母料包括抗氧剂和聚丙烯，其中抗氧剂的重量百分含量为10-15％。本发明的热压成型透明聚丙烯母料中的抗氧剂通过抗氧母料的方式加入，避免了抗氧剂直接添加产生混合不均的问题，而抗氧母料为粒料，与聚丙烯粒料可以更好地共混，使加工更方便，产品质量更均匀稳定。抗氧母料的加入可以提高热压成型母料的抗氧化效果，抗氧剂的加入可以保证母料在挤出加工过程中的热稳定性，母料的各项性能不发生改变。
本发明还提供一种热压成型透明聚丙烯专用母料的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)：聚丙烯与助剂共混：按配方将聚丙烯树脂和复合透明成核剂、增容剂、润滑剂、抗氧母料在高速混合机混合；
步骤(2)：双螺杆挤出机熔融造粒：在挤出机加料斗内加入混合好的共混料，经双螺杆挤出机熔融挤出拉条，然后经水槽冷却、风干后切粒成为专用母料。
通过本发明的热压成型透明聚丙烯专用母料制备方法，工艺简单、操作方便，可实现热压成型透明聚丙烯专用母料的稳定生产，物料混合均匀，最终得到的热压成型透明聚丙烯专用母料产品质量稳定，成核剂在专用母料中的分布也更加均匀。
进一步地，步骤(1)中聚丙烯树脂和复合透明成核剂、增容剂、润滑剂、抗氧剂母料在高速混合机中的混合时间为10-20分钟，转速为200rpm；步骤(2)中挤出机的螺杆长径比为50，螺杆转速400-600rpm，加工温度为180-240℃，水槽冷却水温度为20-25℃。
本发明还提供一种热压成型透明聚丙烯专用母料在制备热压成型聚丙烯制品如一次性可乐杯中的应用，其由聚丙烯基体树脂和热压成型透明聚丙烯专用母料混合后，经热压成型工艺制备而成，透明聚丙烯制品中热压成型透明聚丙烯专用母料的含量为0.5-12wt％。使用本发明的热压成型透明聚丙烯专用母料，在热压成型聚丙烯制品如一次性可乐杯生产中，可与聚丙烯基体树脂混合均匀，能够有效直接减少成核剂之间产生的团聚现象，同时在热压成型过程中可二次结晶分散，有效提高聚丙烯的透明性能、力学性能，同时不增加助剂添加成本，本制备方法成本低，易加工。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明的热压成型透明聚丙烯专用母料，配方简单，挥发物少、烟雾小，可改善复核透明成核剂与聚丙烯的界面效应，有效减少了透明成核剂的团聚，提高了成核剂在聚丙烯中的分散性；同时可以提高热压成型透明聚丙烯专用母料在聚丙烯基体树脂中的使用比例，使透明性能更优异，生产成本更低。
(2)本发明的热压成型透明聚丙烯专用母料的制备方法，工艺简单，操作方便，可实现热压成型透明聚丙烯专用母料的稳定生产，且最终得到的热压成型透明聚丙烯专用母料产品质量稳定，复核透明成核剂在热压成型透明聚丙烯专用母料中的分布也更均匀。
(3)本发明的热压成型透明聚丙烯专用母料，能应用于一次性水杯如可乐杯的制备，可以据需要调节热压成型透明聚丙烯专用母料的用量，使之得到不同的一次性水杯；即使加大用量也不会影响制品质量，产品质量均匀且稳定。
(4)使用该热压成型透明聚丙烯专用母料生产的一次性水杯，具有较好的透明性和外观，可用于可乐杯、冷饮杯等产品。
具体实施方式
为了更好地理解和实施，下面结合具体实施方式详细说明本发明。
本发明的热压成型透明聚丙烯专用母料，包括以下重量百分比的组分：
聚丙烯树脂76.5-94.7％
复合透明成核剂5-20％
增容剂0.1-5％
润滑剂0.1-5％
抗氧剂母料0.1-3％
复合透明成核剂是山梨醇类、磷酸盐类、松香类和羧酸盐类四种复合透明成核剂，按重量百分比55～85：5～15：5～15：5～15进行复配制得。
其中，增容剂是相容剂、偶联剂或分散剂，相容剂为马来酸酐接枝类相容剂。
本发明的热压成型透明聚丙烯专用母料，其技术指标为：
熔融指数：2-4g/10min(测试标准GB/T3682，测试温度230℃，测试压力2.16kg)；水分含量：0.01-0.2％(测试标准GB/T6284)；密度：0.9-1.5g/cm3(测试标准GB/T1033)；每克颗粒数：30-60；氧化诱导期(180℃)：≧12min。
热压成型透明聚丙烯专用母料中复合透明成核剂的配比，详见见表1。
表1复合透明成核剂的复配配方
实施例1-89
以下表2为本发明实施例1～89的热压成型透明聚丙烯专用母料组分表(单位：重量百分比)：
表2热压成型透明聚丙烯专用母料的具体实施例
实施例90
本实施例的热压成型透明聚丙烯专用母料的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)聚丙烯与助剂共混：按实施例1～89的热压成型透明聚丙烯专用母料配方将聚丙烯树脂和复合透明成核剂、增容剂、润滑剂、抗氧母料在高速混合机混合；
步骤(2)双螺杆挤出机熔融造粒：在挤出机加料斗内加入混合好的共混料，经双螺杆挤出机熔融挤出拉条，然后经水槽冷却、风干后切粒成为专用母料。
优选地，所述步骤(1)中聚丙烯树脂和复合透明成核剂、增容剂、润滑剂、抗氧母料在高速混合机混合时间为10-20分钟，转速为200rpm；所述步骤(2)中挤出机螺杆长径比为50，螺杆转速400-600rpm，加工温度为180-240℃，水槽冷却水温度为20-25℃。
实施例91
对实施例1～实施例89的热压成型透明聚丙烯专用母料产品进行检测，其技术指标分别如表3所示：
表3实施例1～89的热压成型透明聚丙烯专用母料的技术指标
实施例92
本实施例的热压成型聚丙烯制品如一次性可乐杯，其由聚丙烯基体树脂+热压成型透明聚丙烯专用母料混合后，经热压成型工艺制备而成，所述热压成型透明聚丙烯专用母料占聚丙烯树脂总重量的0.5～12％。
表4一次性水杯配方及雾度测试表
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (14)
1.一种热压成型透明聚丙烯专用母料，其特征在于：包括以下重量百分比的组分：
聚丙烯树脂76.5-94.7％
复合透明成核剂5-20％
增容剂0.1-5％
润滑剂0.1-5％
抗氧剂母料0.1-3％；
其中，所述增容剂是相容剂、偶联剂或分散剂，所述相容剂为马来酸酐接枝类相容剂。
2.根据权利要求1所述的热压成型透明聚丙烯专用母料，其特征在于：所述聚丙烯树脂为高等规聚丙烯、间规聚丙烯和无规聚丙烯中的一种，熔融指数为2-4g/10min。
3.根据权利要求1所述的热压成型透明聚丙烯专用母料，其特征在于：所述复合透明成核剂为山梨醇类、磷酸盐类、松香类和羧酸盐类成核剂复配而成。
4.根据权利要求3所述的热压成型透明聚丙烯专用母料，其特征在于：所述山梨醇类、磷酸盐类、松香类和羧酸盐类成核剂的含量以重量百分比为55～85：5～15：5～15：5～15。
5.根据权利要求3所述的热压成型透明聚丙烯专用母料，其特征在于：所述山梨醇类成核剂为选自由l,3,2,4-二苄叉山梨醇、1,3,2,4-二(对甲基二苄叉)山梨醇、1,3,2,4-二(3,4-二甲基二苄叉)山梨醇、1,3,2,4-二(4-甲基二苄叉)山梨醇、二(对乙基苄叉)山梨醇、二(对甲基苄叉)山梨酸、双-(对-乙基二亚苄基异丙基)山梨醇、二(对氯取代苄叉)山梨醇、二(对氯甲基二苄叉)山梨醇、4,4’-(二甲硫基二苄叉)山梨醇、1-丙基-1,3,2,4,-二(对正丙基二苄叉)山梨醇组成的群组中的至少一种。
6.根据权利要求3所述的热压成型透明聚丙烯专用母料，其特征在于：所述磷酸盐类成核剂为选自由双(2,4-二叔丁基苯基)磷酸钠、2,2′-亚甲基-二(4,6-二正丁基苯酚)磷酸钠或亚甲基双(2,4-二叔丁基苯基)磷酸铝组成的群组中的一种。
7.根据权利要求3所述的热压成型透明聚丙烯专用母料，其特征在于：所述松香类成核剂为选自由脱氢枞酸、脱氢枞酸盐、歧化松香酸和歧化松香盐组成的群组中的一种。
8.根据权利要求3所述的热压成型透明聚丙烯专用母料，其特征在于：所述羧酸盐类成核剂为选自由苯甲酸钠、苯甲酸钾、对叔丁基苯甲酸羟基铝、双(对特丁基苯丙酸)羟基铝、β-萘甲酸钠组成的群组中的一种。
9.根据权利要求1所述的热压成型透明聚丙烯专用母料，其特征在于：所述相容剂为PP-g-MAH、PE-g-MAH、POE-g-MAH和EVA-g-MAH中的至少一种；所述偶联剂为钛酸酯类、硅烷类和铝酸化合物中的至少一种；所述分散剂为聚酯型超分散剂。
10.根据权利要求1所述的热压成型透明聚丙烯专用母料，其特征在于：所述润滑剂为硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸锌、硬脂酸、石蜡、聚乙烯蜡和氧化聚乙烯蜡中的至少一种。
11.根据权利要求1所述的热压成型透明聚丙烯专用母料，其特征在于：所述抗氧剂母料为抗氧剂和聚丙烯，其中抗氧剂的重量含量百分比为10-15％。
12.一种根据权利要求1-11任一项所述的热压成型透明聚丙烯专用母料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤(1)：聚丙烯与助剂共混：按配方将聚丙烯树脂和复合透明成核剂、增容剂、润滑剂、抗氧剂母料在高速混合机中混合；
步骤(2)：双螺杆挤出机熔融造粒：将步骤(1)混合后的共混料加入双螺杆挤出机，经双螺杆挤出机熔融挤出拉条，然后经水槽冷却、风干、切粒，得到热压成型透明聚丙烯专用母料。
13.根据权利要求12所述的热压成型透明聚丙烯专用母料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中聚丙烯树脂和复合透明成核剂、增容剂、润滑剂、抗氧剂母料在高速混合机中的混合时间为10-20分钟，转速为200rpm；所述步骤(2)中双螺杆挤出机的螺杆长径比为50，螺杆转速400-600rpm，加工温度为180-240℃，水槽冷却水温度为20-25℃。
14.一种根据权利要求1-11任一项所述的热压成型透明聚丙烯专用母料在制备透明聚丙烯制品中的应用，其特征在于：将聚丙烯基体树脂和热压成型透明聚丙烯专用母料混合后，经热压成型工艺，得到透明聚丙烯制品；所述透明聚丙烯制品中热压成型透明聚丙烯专用母料的含量为0.5-12wt％。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110034816.6A CN114752145A (zh) | 2021-01-12 | 2021-01-12 | 热压成型透明聚丙烯专用母料及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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2021
- 2021-01-12 CN CN202110034816.6A patent/CN114752145A/zh active Pending
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