CN115286867B - 一种纳米增容聚丙烯聚苯乙烯组合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种纳米增容聚丙烯聚苯乙烯组合物及其制备方法，组合物包括以下重量份组分：聚丙烯树脂60‑80份，改性聚苯乙烯纳米纤维无纺布20‑40份，抗氧剂0.1‑1份，润滑剂0.1‑1份；将聚丙烯树脂、抗氧剂和润滑剂加入混合机中充分混合后，再置于螺杆机主喂中，同时在第八区侧喂口通过失重称控制加入改性聚苯乙烯纳米纤维无纺布，在180‑210℃挤出温度和200‑500转/分钟的螺杆转速条件下进行熔融挤出，冷却造粒，得到纳米增容聚丙烯聚苯乙烯组合物。与现有技术相比，本发明可有效改善聚苯乙烯和聚丙烯相容性，获得的聚苯乙烯/聚丙烯树脂组合物，具有优异的韧性、耐化性和较高的强度，且这一树脂组合物制备简单，材料成本低，生产效率高，填补了聚苯乙烯和聚丙烯的性能缺陷。

Description

一种纳米增容聚丙烯聚苯乙烯组合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种纳米增容聚丙烯聚苯乙烯组合物及其制备方法。
背景技术
聚丙烯材料，由于其原料来源简单，成本低廉，在塑料及薄膜领域有较为广泛的应用。但是聚丙烯类材料，由于分子链空间位阻小，虽然具有较好的韧性，但是机械强度低，刚性差。除此之外，该材料往往易结晶，收缩率较大，导致注塑过程中尺寸稳定性差，并且易发生变形，这大大限制了其使用范围。聚苯乙烯(PS)是苯乙烯通过自由基聚合得到的聚合物材料，由于其侧链苯环的位阻存在，PS具有较高的刚性、高透明度和低冲击的特性。同样的其原料来源简单，成本低，在塑料领域有较广泛的使用。所以将这两种材料做成合金材料，来集合这两种材料的优点，获得高韧性、高刚性和低收缩的综合性能优异的材料，是非常有必要的。但是由于聚烯烃和聚苯乙烯溶解度参数相差较大，相容性较差。
传统的增容方法是通过在这两者中加入相容剂，如申请公开号为CN108276657A的中国发明专利公开了采用PP-g-马来酸酐直接与聚丙烯和聚苯乙烯共混后熔融挤出，作为两者的相容剂。但是这种直接共混的方法往往需要添加大量的相容剂，大大提高了其生产成本；同时并不能保证相容剂更多的处在聚丙烯和聚苯乙烯两相中间，从而达不到很好的相容效果。申请公开号为CN102643484B的中国发明专利公开了一种原位增容的聚烯烃/聚苯乙烯合金及其制法与应用，该技术是在聚烯烃和聚苯乙烯中直接添加交联剂、助交联剂和油状载体组成的增容引发母液，从而实现聚烯烃和聚苯乙烯增容的目的。但是直接在混合物中添加该母液，不容易将母液均匀的分散在基材中，容易发生团聚导致局部过度交联而影响物性，并且会导致增容效率低，过程难以控制。
目前还没有一种高效的低成本的可控的增容聚丙烯和聚苯乙烯的方法，以制备高性能的聚丙烯聚苯乙烯组合物。
发明内容
本发明的目的是提供一种纳米增容聚丙烯聚苯乙烯组合物及其制备方法，改善聚苯乙烯和聚丙烯相容性。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种纳米增容聚丙烯聚苯乙烯组合物，包括以下重量份组分：聚丙烯树脂60-80份，改性聚苯乙烯纳米纤维无纺布20-40份，抗氧剂0.1-1份，润滑剂0.1-1份。
优选地，所述的改性聚苯乙烯纳米纤维无纺布为聚苯乙烯树脂和PP-g-MAH组合物通过静电纺丝得到的纤维直径范围在100-600nm之间的纳米纤维无纺布。
进一步优选地，所述的聚苯乙烯树脂和PP-g-MAH组合物混入DMF溶液中，通过静电纺丝得到纳米纤维无纺布。
进一步优选地，所述的聚苯乙烯树脂和PP-g-MAH组合物包含以下重量份组分：聚苯乙烯树脂98-99份，PP-g-MAH 1-2份。
更进一步优选地，所述的改性聚苯乙烯纳米纤维无纺布的制备方法包括以下步骤：
(1)将聚苯乙烯树脂和PP-g-MAH溶解在DMF中，制备成聚合物浓度为15-25wt％的溶液；
(2)将步骤(1)中得到的溶液进行静电纺丝，制备成改性聚苯乙烯纳米纤维无纺布，静电纺丝的电压控制在25-35kv，推进速度控制在4-6μl/min，环境温度和湿度控制在20-25℃和25-35％；
(3)将步骤(2)中得到的改性聚苯乙烯纳米纤维无纺布进行破碎，得到无纺布小块。
优选地，步骤(1)中，制备成聚合物浓度为20wt％的溶液。
优选地，步骤(2)中，静电纺丝的电压控制在30kv，推进速度控制在5μl/min，环境温度和湿度控制在23℃和30％。
进一步优选地，所述的聚苯乙烯树脂的熔指流动速率MI(200℃*5kg)为3-8g/10min。
优选地，所述的聚丙烯树脂包含共聚的聚丙烯树脂和均聚的聚丙烯树脂中的一种或两种。
优选地，所述的抗氧剂为2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、硫代二丙酸二月桂酯、硫代二丙酸二硬脂酸酯、三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、双(2，4-二叔丁基)季四醇二亚磷酸酯、季戊四醇双亚磷酸酯二(十八醇)酯中的一种或几种混合。
优选地，所述的润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、硬脂酸盐和硅酮类润滑剂中的一种或几种混合。
一种上述纳米增容聚丙烯聚苯乙烯组合物的制备方法，包括以下步骤：将聚丙烯树脂、抗氧剂和润滑剂加入高速混合机中充分混合后，再置于螺杆机主喂中，同时在第八区侧喂口通过失重称控制加入改性聚苯乙烯纳米纤维无纺布，在180-210℃挤出温度和200-500转/分钟的螺杆转速条件下进行熔融挤出，冷却造粒，得到纳米增容聚丙烯聚苯乙烯组合物。
优选地，制备过程中，把第七区温度设置为100℃。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.本发明可有效改善聚苯乙烯和聚丙烯相容性，改善聚苯乙烯/聚丙烯合金的综合机械性能；
2.本发明用聚苯乙烯和PP-g-MAH混合通过静电纺丝制成纳米纤维，再通过侧喂加入到聚丙烯熔体中，可以让聚苯乙烯直接以纳米相态的形式融入到聚丙烯中，从而有利于缩小聚苯乙烯的相态，极大的改善了两者相容性；
3.本发明通过先在聚苯乙烯中混入PP-g-MAH相容剂，再与聚丙烯熔融共混，这样在聚苯乙烯纳米纤维与聚丙烯共混时，PP-g-MAH因为与聚丙烯相容性更好，从而更容易从聚苯乙烯相态中出来而处在两者之间，从而提高了相容剂的效率，让两者相容性更好；
4.本发明在聚苯乙烯纳米纤维加入之前让聚丙烯熔体降温，把侧喂之前温度降低到100℃，防止聚苯乙烯纳米纤维过早熔融，保证共混效果；
5.本发明获得的聚苯乙烯/聚丙烯树脂组合物，具有优异的韧性、耐化性和较高的强度，且这一树脂组合物制备简单，材料成本低，生产效率高，填补了聚苯乙烯和聚丙烯的性能缺陷。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
一种纳米增容聚丙烯和聚苯乙烯组合物制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按表1中配方成分的重量百分比，溶解在DMF中，制备成聚合物浓度为20wt％的溶液：
表1改性聚苯乙烯纳米纤维无纺布重量百分比
其中表1的材料如下：
聚苯乙烯：GPPS123P，赛科；
PP-g-MAH：CMG-5001-L，日之升；
(2)将步骤(1)中得到的溶液进行静电纺丝，制备成改性聚苯乙烯纳米纤维无纺布，静电纺丝的电压控制在30kv，推进速度控制在5μl/min，环境温度和湿度控制在23℃和30％。
(3)将步骤(2)中得到的改性聚苯乙烯纳米纤维无纺布进行破碎，得到无纺布小块。
(4)按表2中配方成分的重量份数加入到高速混合机中，充分混合后，再置于螺杆机主喂中，同时在第八区侧喂口通过失重称控制加入表2中重量份数的改性聚苯乙烯纳米纤维无纺布，在180-210℃挤出温度(其中把第七区温度设置为100℃)和400转/分钟的螺杆转速条件下进行熔融挤出，冷却造粒，得到产品。
表2实施例配方重量份数及性能
其中，表2的材料如下：
聚丙烯1：PP1120，均聚PP，台塑；
聚丙烯2：PP4204，高冲共聚PP，台塑；
抗氧剂：IG-1076和IG-168的1:1混合物，巴斯夫；
润滑剂：EBS，sunkoo；
性能评价方式及其实施标准：
Charpy缺口冲击强度：按照ISO 179-1:2010(E)标准测试，冲击能量为4J，在23℃下测试；
拉伸强度：按照ISO 527:2010(E)标准测试，测试条件为5Kg，50℃/h；
收缩率：按照GB/T 15585标准测试；
相容性：通过观察材料注塑成样板后浇口处起皮情况。
对比例1～4：
对比例3、4按表3中配方成分的重量份数，将原料加入到高速混合机中充分混合后，再置于螺杆机中，在180-210℃挤出温度和400转/分钟的螺杆转速条件下进行熔融挤出，冷却造粒，即得到产品。
其中对比例1的制备方法与实施例1一致，不同的是第七区温度设置为210℃。
其中对比例2的制备方法与实施例1一致，不同的是聚苯乙烯纳米纤维无纺布3在制备过程中未加入PP-g-MAH。
表3对比例配方重量份数及性能
对比例3，相比实施例1，没有采用纳米纤维的增容方式，聚丙烯和聚苯乙烯相容性差，物性未得到改善，性能甚至差于原来的聚丙烯1；
对比例1，相比实施例1，未在第七区降低温度，组合物物性略微下降；
对比例2，相比实施例1未加入相容剂PP-g-MAH，聚丙烯和聚苯乙烯相容性略微变差，组合物物性发生下降；
实施例1，相比对比例4，通过纳米增容方式改善了聚苯乙烯和聚丙烯的相容性，加入聚苯乙烯后聚丙烯的收缩率下降，冲击和强度上升，性能得到优化改善。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种纳米增容聚丙烯聚苯乙烯组合物，其特征在于，包括以下重量份组分：聚丙烯树脂60-80份，改性聚苯乙烯纳米纤维无纺布20-40份，抗氧剂0.1-1份，润滑剂0.1-1份；
所述的改性聚苯乙烯纳米纤维无纺布为聚苯乙烯树脂和PP-g-MAH组合物通过静电纺丝得到的纤维直径范围在100-600nm之间的纳米纤维无纺布；
所述的改性聚苯乙烯纳米纤维无纺布的制备方法包括以下步骤：
（1）将聚苯乙烯树脂和PP-g-MAH溶解在DMF中，制备成聚合物浓度为15-25wt%的溶液；
（2）将步骤（1）中得到的溶液进行静电纺丝，制备成改性聚苯乙烯纳米纤维无纺布，静电纺丝的电压控制在25-35kv，推进速度控制在4-6μl/min，环境温度和湿度控制在20-25℃和25-35%；
（3）将步骤（2）中得到的改性聚苯乙烯纳米纤维无纺布进行破碎，得到无纺布小块。
2.根据权利要求1所述的纳米增容聚丙烯聚苯乙烯组合物，其特征在于，所述的聚苯乙烯树脂和PP-g-MAH组合物包含以下重量份组分：聚苯乙烯树脂98-99份，PP-g-MAH 1-2份。
3.根据权利要求1所述的纳米增容聚丙烯聚苯乙烯组合物，其特征在于，所述的聚苯乙烯树脂在200℃*5kg条件下的熔指流动速率MI为3-8g/10min。
4.根据权利要求1所述的纳米增容聚丙烯聚苯乙烯组合物，其特征在于，所述的聚丙烯树脂包含共聚的聚丙烯树脂和均聚的聚丙烯树脂中的一种或两种。
5.根据权利要求1所述的纳米增容聚丙烯聚苯乙烯组合物，其特征在于，所述的抗氧剂为2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、硫代二丙酸二月桂酯、硫代二丙酸二硬脂酸酯、三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、双(2，4-二叔丁基)季四醇二亚磷酸酯、季戊四醇双亚磷酸酯二(十八醇)酯中的一种或几种混合。
6.根据权利要求1所述的纳米增容聚丙烯聚苯乙烯组合物，其特征在于，所述的润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、硬脂酸盐和硅酮类润滑剂中的一种或几种混合。
7.一种如权利要求1~6任一项所述的纳米增容聚丙烯聚苯乙烯组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将聚丙烯树脂、抗氧剂和润滑剂加入混合机中充分混合后，再置于螺杆机主喂中，同时在第八区侧喂口通过失重称控制加入改性聚苯乙烯纳米纤维无纺布，在180-210℃挤出温度和200-500转/分钟的螺杆转速条件下进行熔融挤出，冷却造粒，得到纳米增容聚丙烯聚苯乙烯组合物。
8.根据权利要求7所述的纳米增容聚丙烯聚苯乙烯组合物的制备方法，其特征在于，制备过程中，把第七区温度设置为100℃。
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