CN114752146A - 一种高熔体强度聚丙烯复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高熔体强度聚丙烯复合材料及其制备方法和应用，属于高分子材料技术领域。高熔体强度聚丙烯复合材料按重量份数计，包括以下组分：聚丙烯树脂40～80份；无机填料0～30份；低密度聚乙烯5～20份；乙烯丙烯嵌段共聚物5～10份；加工助剂0～1份；其中，所述乙烯丙烯嵌段共聚物中，乙烯含量为≥50wt％。本发明的高熔体强度聚丙烯复合材料，通过乙烯丙烯嵌段共聚物改善了聚丙烯树脂和低密度聚乙烯的相容性，使材料具有高熔体强度。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，更具体地，涉及一种高熔体强度聚丙烯复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
聚丙烯因具有质轻、性价比高及易加工成型等特点，在汽车内外饰件领域得到了广泛的应用。随着汽车轻量化的推进和成型工艺的不断发展，新型的气辅成型，挤出成型以及吹塑成型在汽车塑料制品生产方面应用越来越广泛，尤其对于结构复杂且壁厚较厚的制品，如汽车门把手、窗框饰条，汽车脚踏板等。新型的成型方式对树脂材料提出了更高的技术要求，比如要求材料具有较高的熔体强度等，有利于成型且可以缩短成型时间，且制件表面有较好的外观。
现有技术公开了一种高熔体强度聚丙烯复合材料，其通过在聚丙烯树脂中加入尼龙6等熔点高于200℃的结晶性聚合物提高熔体强度，但其熔体强度最高也只有14.2cN，无法满足更高熔体强度的需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有聚丙烯材料的熔体强度低的缺陷和不足，提供一种高熔体强度聚丙烯复合材料，通过在聚丙烯树脂中加入低密度聚乙烯和乙烯丙烯嵌段共聚物，提高了聚丙烯复合材料的熔体强度。
本发明的另一目的在于提供一种高熔体强度聚丙烯复合材料的制备方法。
本发明的另一目的在于提供一种高熔体强度聚丙烯复合材料在制备汽车门把手、窗框饰条或汽车脚踏板中的应用。
本发明的又一目的在于提供一种塑料制品。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种高熔体强度聚丙烯复合材料，按重量份数计，包括以下组分：
其中，所述乙烯丙烯嵌段共聚物中的乙烯含量为≥50wt％。
聚合物的熔体强度是指聚合物在熔融状态下支持自身质量的能力。
其中需要说明的是：
本发明的高熔体强度聚丙烯复合材料通过乙烯丙烯嵌段共聚物提高了聚丙烯树脂和低密度聚乙烯的相容性，实现了高熔体强度。
本发明的高熔体强度聚丙烯复合材料的作用机理具体如下：
低密度聚乙烯具有长支链结构，能够提高复合材料的熔体强度，但是低密度聚乙烯和聚丙烯树脂之间还存在相容性差的问题，因此低密度聚乙烯提高复合材料的熔体强度的程度有限，即使大量添加低密度聚乙烯也无法显著提高复合材料的熔体强度。
乙烯丙烯嵌段共聚物中的分子链排列比较规整，没有长支链结构存在，单独和聚丙烯树脂复配并不能提高材料的熔体强度。
发明人意外地发现，在聚丙烯树脂和低密度聚乙烯中加入乙烯丙烯嵌段共聚物，能够显著提高聚丙烯复合材料的熔体强度。这是因为乙烯丙烯嵌段共聚物中的乙烯含量为50～70wt％，乙烯含量较高，能够提高聚丙烯树脂和低密度聚乙烯的相容性，因此提高了聚丙烯复合材料的熔体强度。
乙烯链段中的乙烯含量较大，乙烯链段较硬，对聚丙烯树脂和低密度聚乙烯的相容性越好，越有利于提高复合材料的熔体强度。
低密度聚乙烯的含量对聚丙烯复合材料的熔体强度有影响，低密度聚乙烯的含量过少几乎无法提高聚丙烯复合材料熔体强度，低密度聚乙烯的含量过多会降低复合材料的刚性，基于材料刚性和韧性需要平衡的考虑，低密度聚乙烯的添加量也不能过大。
乙烯丙烯嵌段共聚物的含量在5～10份的范围内，能够提高低密度聚乙烯与聚丙烯树脂的相容性，协同低密度聚乙烯显著提高聚丙烯复合材料的熔体强度，乙烯丙烯嵌段共聚物的含量过少，协同低密度聚乙烯提高聚丙烯复合材料的熔体强度的幅度有限。但是乙烯丙烯嵌段共聚物的含量过多，并不会进一步提高熔体强度，反而会降低熔体强度。而且，乙烯丙烯嵌段共聚物的含量过多还会对材料的刚性有负面影响。
无机填料的作用为提高复合材料的刚性，无机填料的含量对聚丙烯复合材料的熔体强度有影响，无机填料的含量越大，越有利于提高复合材料的熔体强度。但是基于材料刚性和韧性需要平衡的考虑，无机填料的添加量也不能过大。
无机填料可以选用本领域常用的填料，例如可以为滑石粉。
聚丙烯树脂可以为均聚聚丙烯和/或共聚聚丙烯。
优选地，高熔体强度聚丙烯复合材料中，
按重量份数计，包括以下组分：
加工助剂为抗氧剂、光稳定剂或润滑剂中的一种或几种。
为了进一步提高复合材料的熔体强度，优选地，乙烯丙烯嵌段共聚物中乙烯含量为60～70wt％。
优选地，所述低密度聚乙烯的熔融指数为1～10g/10min，测试条件为2.16kg，190℃，测试标准为ISO 1133-1-2011。
低密度聚乙烯的熔融指数对复合材料的熔体强度有影响，低密度聚乙烯的熔融指数越低，复合材料的熔体强度越高。低密度聚乙烯的熔融指数小于1g/10min，会降低整体复合材料的流动性，进而影响加工性能。
优选地，所述聚丙烯树脂的熔融指数为1～30g/10min，测试条件为2.16kg，230℃，测试标准为ISO 1133-1-2011。
聚丙烯树脂的熔融指数对复合材料的熔体强度有影响，聚丙烯树脂的熔融指数越低，熔体强度会相对较高。聚丙烯树脂的熔融指数小于1g/10min，不利于材料成型。
在实际应用中，根据实际性能需要，所述加工助剂可以为抗氧剂，光稳定剂和润滑剂。
所述抗氧剂可以为受阻酚类和亚磷酸酯类抗氧剂，受阻酚类抗氧剂具体可以是抗氧剂1010、抗氧剂1076或抗氧剂3114中的一种或几种混合物，亚磷酸酯类抗氧剂具体可以是抗氧剂168和/或抗氧剂PEP-36。
所述光稳定剂可以为受阻胺类光稳定剂，具体可以是UV-3808PP5、LA-402XP或LA-402AF中的一种或几种混合物。
所述润滑剂可以为硬酯酸盐类，具体可以是硬脂酸锌2818和/或硬脂酸钙3818。
抗氧剂可提升聚丙烯材料的抗氧化效果，光稳定剂可以提高聚丙烯材料的光稳定效果，润滑剂可提升聚丙烯材料的润滑效果。
本发明的聚丙烯材料可以采用常用的塑料材料制备方法制备，具体包括如下步骤：将各组分混合均匀，通过双螺杆挤出机在190～210℃下熔融挤出、造粒，干燥后即得所述高熔体强度聚丙烯复合材料。
本发明制备得到的聚丙烯材料具有很好的熔体强度，可以广泛应用于塑料制品的制备，本发明尤其保护所述聚丙烯材料在制备汽车门把手、窗框饰条或汽车脚踏板中的应用。
本发明还保护一种塑料制品，所述塑料制品由上述任意一项所述高熔体强度聚丙烯复合材料制备得到。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明公开了一种高熔体强度聚丙烯复合材料，包括聚丙烯树脂、无机填料、低密度聚乙烯、乙烯丙烯嵌段共聚物和加工助剂，通过乙烯含量为50～70％的乙烯丙烯嵌段共聚物可以改善聚丙烯树脂和低密度聚乙烯的相容性，使材料具有高熔体强度，熔体强度可达到20cN以上。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非另有说明，本发明实施例采用的原料试剂为常规购买的原料试剂。
聚丙烯树脂1为均聚聚丙烯L5E89，熔融指数为3g/10min中国石化；
聚丙烯树脂2为均聚聚丙烯N-Z03S，熔融指数为30g/10min，中国石化；
聚丙烯树脂3为均聚聚丙烯H9018，熔融指数为50g/10min，中国石化；
无机填料为滑石粉，TYT-777A，辽宁添源；
低密度聚乙烯1为低密度聚乙烯为2426H,熔指为4g/10min，中国石化；
低密度聚乙烯2为低密度聚乙烯为1850A，熔指为50g/10min，茂名石化；
乙烯丙烯嵌段共聚物1为乙烯丙烯嵌段共聚物INTUNE D5545.00，乙烯丙烯嵌段共聚物中乙烯含量为70％，陶氏化学；
乙烯丙烯嵌段共聚物2为乙烯丙烯嵌段共聚物INTUNE D5535.00，乙烯丙烯嵌段共聚物中乙烯含量为60％，陶氏化学；
抗氧剂，受阻酚类和亚磷酸酯类抗氧剂，受阻酚类和亚磷酸酯类抗氧剂的比为1:1，市售可得且所有实施例和对比例用的是同一种；
光稳定剂，受阻胺类，市售可得且所有实施例和对比例用的是同一种；
润滑剂，硬酯酸盐类，市售可得且所有实施例和对比例用的是同一种。
实施例1～15
一种高熔体强度聚丙烯复合材料按重量份数计，包括以下组分：聚丙烯树脂；无机填料；低密度聚乙烯；乙烯丙烯嵌段共聚物和加工助剂；其中各组分的具体含量如下表1所示。
表1各实施例的高熔体强度聚丙烯复合材料的组成(以重量份数计)
| 实施例 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| 聚丙烯树脂1 | 50 | 80 | 40 | 70 | 50 | 50 | 50 |
| 无机填料 | 28 | 30 | 0 | 20 | 20 | 10 | 28 |
| 低密度聚乙烯1 | 10 | 5 | 20 | 15 | 10 | 10 | 10 |
| 乙烯丙烯嵌段共聚物1 | 9 | 5 | 10 | 9 | 6 | 9 | 9 |
| 抗氧剂 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0 |
| 光稳定剂 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0 |
| 润滑剂 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0 |
续表1
上述高熔体强度聚丙烯复合材料的制备方法具体如下：
将各组分混合均匀后加入双螺杆挤出机中，进行熔融混炼，熔融混炼温度为190～210℃，螺杆转速为450～550转/分，挤出造粒，得到高熔体强度聚丙烯复合材料。
对比例1～8
一种聚丙烯复合材料，按重量份数计，包括以下组分：聚丙烯树脂；无机填料；低密度聚乙烯；乙烯丙烯嵌段共聚物和加工助剂；其中各组分的具体含量如下表2所示。
表2各对比例的聚丙烯复合材料的组成(以重量份数计)
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |
| 聚丙烯树脂1 | 80 | 80 | 80 | 80 | 80 | 80 | 80 | 80 |
| 低密度聚乙烯1 | 5 | 25 | 5 | 5 | 3 | 25 | ||
| 乙烯丙烯嵌段共聚物1 | 10 | 3 | 15 | 5 | 5 | |||
| 无机填料 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 |
| 抗氧剂 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
| 光稳定剂 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
| 润滑剂 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 |
上述聚丙烯复合材料的制备方法具体如下：
将各组分混合均匀后加入双螺杆挤出机中，进行熔融混炼，熔融混炼温度为190～210℃，螺杆转速为450～550转/分，挤出造粒，得到聚丙烯复合材料。
结果检测
本发明各实施例及对比例的聚丙烯复合材料的各项性能的测试方法如下：
(1)熔体强度：在拉伸流变测试中熔体出现不稳定状态前所承受的最大拉力。具体测试条件为：单螺杆挤出机温度200℃，挤出机螺杆转速30rpm，转子起始速度60mm/min，转子加速度12mm/s。
(2)弯曲模量。
各实施例的测试结果如下表3所示：
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | |
| 熔体张力(cN) | 24 | 20 | 20 | 22 | 21 | 21 | 23 |
| 弯曲模量 | 2600 | 2700 | 2310 | 2480 | 2370 | 2280 | 2580 |
续表3
| 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | |
| 熔体张力(cN) | 23 | 22 | 21 | 23 | 22 | 25 | 22 | 24 |
| 弯曲模量 | 2100 | 2050 | 2500 | 2550 | 2680 | 2300 | 2690 | 2480 |
各对比例的测试结果如下表4所示：
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |
| 熔体张力(cN) | 8 | 10 | 14 | 9 | 12 | 19 | 18 | 22 |
| 弯曲模量 | 2900 | 2800 | 2500 | 2700 | 2690 | 2200 | 2750 | 2000 |
从实施例1和实施例6可以看出，无机填料的含量越大，越有利于提高复合材料的熔体强度。
从实施例1和实施例8～9可以看出，聚丙烯树脂的熔融指数越低，熔体强度会相对较高。
从实施例1和实施例10可以看出，低密度聚乙烯的熔融指数越低，复合材料的熔体强度越高。
从实施例1和实施例11可以看出，乙烯丙烯嵌段共聚物中的乙烯含量较高，能够提高聚丙烯树脂和低密度聚乙烯的相容性，能够显著提高聚丙烯复合材料的熔体强度。
从实施例2和对比例1可以看出，不加低密度聚乙烯和乙烯丙烯嵌段共聚物，复合材料的熔体强度很低。
从实施例2和对比例2可以看出，不加乙烯丙烯嵌段共聚物，而且低密度聚乙烯的含量较少时几乎无法提高聚丙烯复合材料熔体强度。
从实施例2和对比例3可以看出，低密度聚乙烯的含量过多，熔体强度提高幅度有限，而且还会降低复合材料的刚性。
从实施例2和对比例4可以看出，只添加乙烯丙烯嵌段共聚物，不添加低密度聚乙烯，几乎不能提高复合材料的熔体强度。
从实施例2和对比例5可以看出，加入低密度聚乙烯的量相同，乙烯丙烯嵌段共聚物的加入量过少，协同低密度聚乙烯提高聚丙烯复合材料的熔体强度的幅度有限。
从实施例2和对比例6可以看出，加入低密度聚乙烯的量相同，乙烯丙烯嵌段共聚物的加入量过多，并不会进一步提高熔体强度，反而会降低熔体强度。而且，乙烯丙烯嵌段共聚物的含量过多还会对材料的刚性有负面影响。
从实施例2和对比例7可以看出，乙烯丙烯嵌段共聚物的量相同，低密度聚乙烯的量过少，不能显著提高熔体强度。
从实施例2和对比例8可以看出，乙烯丙烯嵌段共聚物的量相同，低密度聚乙烯的量过高，也会降低熔体强度，还会降低弯曲模量。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高熔体强度聚丙烯复合材料，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：
其中，所述乙烯丙烯嵌段共聚物中乙烯含量为≥50wt％。
2.如权利要求1所述高熔体强度聚丙烯复合材料，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：
3.如权利要求1所述高熔体强度聚丙烯复合材料，其特征在于，所述乙烯丙烯嵌段共聚物中乙烯含量为60～70wt％。
4.如权利要求1所述高熔体强度聚丙烯复合材料，其特征在于，所述低密度聚乙烯的熔融指数为1～10g/10min，测试条件为2.16kg，190℃，测试标准为ISO1133-1-2011。
5.如权利要求1所述高熔体强度聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯树脂的熔融指数为1～30g/10min，测试条件为2.16kg，230℃，测试标准为ISO1133-1-2011。
6.如权利要求1所述高熔体强度聚丙烯复合材料，其特征在于，所述加工助剂为抗氧剂、光稳定剂或润滑剂中的一种或几种。
7.如权利要求6所述高熔体强度聚丙烯复合材料，其特征在于，所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂。
8.权利要求1～7任一项所述高熔体强度聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各组分混合均匀，通过双螺杆挤出机在190～210℃下熔融挤出、造粒，干燥后即得所述高熔体强度聚丙烯复合材料。
9.一种权利要求1～7任意一项所述高熔体强度聚丙烯复合材料在制备汽车门把手、窗框饰条或汽车脚踏板中的应用。
10.一种塑料制品，其特征在于，由权利要求1～7任意一项所述高熔体强度聚丙烯复合材料制备得到。
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