CN115403863B - 一种聚丙烯组合物及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高分子材料技术领域,具体涉及一种聚丙烯组合物及其制备方法和应用。所述聚丙烯组合物包括以下重量份计的组分:聚丙烯40‑75份、增韧剂5‑10份、熔体增强剂7‑15份、分子链修复剂0.5‑5份、填料20‑50份、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过氧化二异丙苯。本发明聚丙烯组合物具有较高的熔体强度和力学性能,可以适用于多层挤出以及复杂内空结构,同时该聚丙烯组合物具有较好的挤出稳定性,能够多次反复破碎再使用,利于循环回收。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域,具体涉及一种聚丙烯组合物及其制备方法和应用。
背景技术
作为国民经济的支柱产业-建筑业的发展带动了建筑材料和建筑技术的发展,新型建筑材料及施工技术不断涌现。其中,建筑模板也经历了一次次的更替。传统的建筑模板采用木材、钢材。由于木材资源的匮乏及人们对森林的保护使得木模板已逐渐退出。钢模板可以满足建筑的需要,但钢材易锈蚀,而且由于钢材和水泥之间良好的亲和性,导致钢模板在施工后脱模困难,往往在使用前还要涂覆一层脱模剂,使施工步骤更加繁琐。而涂覆的脱模剂往往也极易污染钢筋及建筑表面,或引起质量事故,或给下一步建筑施工带来困难。此外,钢模板在使用中易被碰撞变形,使得被灌注的水泥表面十分不平整,往往还要再次用水泥进行平整修饰。
近年来,人们逐渐试着采用塑料作为建筑模板的生产原料。其中,聚丙烯作为模板原料基体由于价格便宜、重量轻、综合性能好,其应用最为广泛。然而现有技术中聚丙烯作为模板原料基体制得的塑料建筑模板材料,随着模板挤出厚度的增加,以及中间孔洞结构的复杂化,都需要熔体强度更高的材料,这样才不至于在挤出成型中出现孔洞塌陷以及内部筋位粘结的不良品,以及在施工过程中不容易出现墙面涨肚或者变形现象。因此,如何制备高熔体强度的建筑模板材料,以及实现多层结构塑料建筑模板的成型,对于提高塑料建筑模板的应用范围以及结构复杂化至关重要。
发明内容
本发明旨在提供一种聚丙烯组合物及其制备方法和应用。该聚丙烯组合物具有较高的熔体强度和力学性能,适用于多层挤出以及复杂内空结构的建筑模板材料,同时该聚丙烯组合物具有较好的挤出稳定性,能够多次反复破碎再使用,利于循环回收。
为了达到上述目的,本发明采用以下技术方案:一种聚丙烯组合物,包括以下重量份计的组分:聚丙烯40-75份、增韧剂5-10份、熔体增强剂7-15份、分子链修复剂0.5-5份、填料20-50份、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过氧化二异丙苯。
优选地,所述的聚丙烯组合物,包括以下重量份计的组分:聚丙烯56.8-60份、增韧剂7-8份、熔体增强剂10-13份、分子链修复剂2-3份、填料25-35份、助剂1-1.2份。
优选地,所述的聚丙烯组合物,至少包含以下(1)和(2)中的一项:
(1)所述聚丙烯在230℃、2.16kg载荷测试条件下的熔体流动速率为<4g/10min;更优选地,所述聚丙烯在230℃、2.16kg载荷测试条件下的熔体流动速率为0.1~3g/10min;
(2)所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物,在190℃、2.16kg载荷测试条件下的熔体流动速率为<1g/10min。更优选地,所述乙烯-辛烯共聚物在190℃、2.16kg载荷测试条件下的熔体流动速率为0.1~0.5g/10min。
优选地,所述的聚丙烯组合物,至少包含以下(1)和(2)中的一项:
(1)所述熔体增强剂为在230℃、2.16kg载荷测试条件下熔体流动速率<5g/10min的聚丙烯;更优选地,所述熔体增强剂在230℃、2.16kg载荷测试条件下的熔体流动速率为1~4g/10min。
(2)所述熔体增强剂的重均分子量>100万。更优选地,所述熔体增强剂的重均分子量为150万~300万。
本发明中熔体流动速率均按照GB/T 3682.1-2018标准进行测试。
本发明熔体增强剂的加入可以使得建筑模板复合材料的支链增多,增多的分子链可以使建筑模板复合材料的熔体强度得到提升,分子链支化程度越高,越有利于提高材料的熔体强度,具有高熔体强度的聚丙烯组合物更有利于结构复杂的内孔结构板材挤出成型,包括多层挤出。
优选地,所述乙烯基三甲氧基硅烷和过氧化二异丙苯的重量份数比为(5~10):1。
本发明选用乙烯基三甲氧基硅烷和过氧化二异丙苯作为分子链修复剂,乙烯基三甲氧基硅烷能提供反应基团,而过氧化二异丙苯能提供活性电子,两者在加工过程中发生扩链反应,能够有效克服聚丙烯组合物在加工或者回收过程中容易出现的老化导致分子链断裂、支链容易断裂导致熔体强度降低等问题,同时分子链修复剂与聚丙烯、增韧剂、填料等其他组分共同作用,能够使聚丙烯组合物在回收过程中保持较高的材料性能,实现建筑模板的多次回收利用,在多次回收后还可以稳定挤出成型多孔复杂的模板结构。
优选地,所述的聚丙烯组合物,至少包含以下(1)和(2)中的一项:
(1)所述填料为滑石粉;所述滑石粉的目数为1000-6000目;
(2)所述助剂为抗氧剂、光稳定剂或润滑剂中的一种或几种混合物。
优选地,所述的聚丙烯组合物,至少包含以下(1)~(3)中的一项:
(1)所述抗氧剂为受阻酚抗氧剂、磷酸酯类抗氧剂和硫代脂类抗氧剂按照质量比1:(1~2):2的复配物;
(2)所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂;
(3)所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、芥酸酰胺、硬脂酸锌或硅油中的一种或者几种混合物。
一种所述聚丙烯组合物的制备方法,包括以下步骤:
将配方量的除填料外的所有组分进行均匀混合,得到混合物,之后将混合物和配方量的填料在双螺杆挤出机中进行熔融挤出,冷却制粒,即得聚丙烯组合物。
优选地,所述聚丙烯组合物的制备方法,至少包含以下(1)和(2)中的一项:
(1)所述双螺杆挤出机的螺杆长径比大于40:1;
(2)所述双螺杆挤出机输送段的温度为160~180℃,熔融挤出段温度为180~200℃,均化段温度为200~230℃。
本发明还提供一种所述聚丙烯组合物在制备塑料建筑模板中的应用。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明选用乙烯基三甲氧基硅烷和过氧化二异丙苯作为分子链修复剂组分,通过与聚丙烯、熔体增强剂间的相互作用,能够有效提高制得聚丙烯组合物的熔体强度。
(2)本发明通过各组分间的相互作用,有效增强制得的聚丙烯组合物的熔体强度和韧性,适用于多层挤出以及复杂内空结构,同时能够保持聚丙烯组合物的挤出稳定性以及在回收过程中保持较高的材料性能,能够多次反复破碎再使用,利于循环回收。
(3)本发明制得的建筑模板相比于现在市面上常见的圆型、四方形等孔洞结构的建筑模板,在相同厚度下,多边形结构孔洞能够有效提高建筑模板的强度。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
下述实施例和对比例中,所使用的实验方法如无特殊说明,均为常规方法,如无特别说明,填料、润滑剂均通过市售获得,且平行实验中使用的是相同的填料、润滑剂。
实施例及对比例所用原料说明见表1。
表1
实施例1~9和对比例1~5
实施例1~9和对比例1~5的聚丙烯组合物,组分及重量份如表2和表3所示。
实施例1~9和对比例1~5的聚丙烯组合物的制备方法包括如下步骤:
将配方量的除填料外的所有组分进行均匀混合,得到混合物,之后将混合物和配方量的填料在双螺杆挤出机中进行熔融挤出,冷却制粒,即得聚丙烯组合物。
进一步地,双螺杆挤出机的螺杆长径比为50:1;
进一步地,双螺杆挤出机输送段的温度为170℃,熔融挤出段温度为190℃,均化段温度为220℃。
表2实施例中组分用量(重量份)
表3对比例中组分用量(重量份)
性能测试
将实施例1~9和对比例1~5制得的聚丙烯组合物按照以下方法和标准进行性能测试实验,实验结果如表4所示。
(1)悬臂梁缺口冲击强度:根据GB/T1843-2008,将塑料颗粒注塑成标准样条,冷却后测试,测试条件为A型缺口,23℃;
(2)模板弯曲性能:挤出模板后裁剪成300mm×50mm×16mm大小的板材,裁剪的板材均为沿孔洞方向0°。根据GB/T9341-2008来测试建筑模板的弯曲性能,模板弯曲性能影响到模板在施工过程中的应用,如果弯曲强度和弯曲模量太低,施工过程中容易出现墙面涨肚或者变形现象,做出的墙面不平整;
(3)熔融指数(MFR)测定,根据GB/T3682.1-2018,测试条件为230℃、2.16kg载荷。
测得的熔融指数可根据与熔体强度的计算公式:MS=3.54×105Δl2r0/MFR230进行熔体强度换算,公式中MS为熔体强度(Pa.s);lΔ为挤出物直径减少50%时的挤出物长度(mm);r0为最初从模口露出的挤出物半径(mm),可通过分别测量挤出物长度为1.59mm、6.35mm和12.70mm时的挤出物半径后外推得到;MFR230是由MFR测试仪测得的在230℃、负荷2.16kg下的MFR值(g/10min);
(4)挤出成型稳定性判定方法:将实施例1~9和对比例1~5样品材料在模板挤出机上连续挤出板材24小时,挤出板材中空内孔结构为正六边形,判定中间是否出现成型不稳定,成型不稳定指出现以下情况:1、成型过程中板断裂;2、连续生产过程中板材气孔堵塞;3、挤出过程中厚薄不一;4、生产中板材不平整,出现褶皱。
以上第1~4种情况均出现则判定为不合格,只出现第4种成型不稳定情况则判定为合格,无以上四种成型不稳定情况且具有良好品质则判定为优良。
表4性能测试结果
从表4中的数据可以得知,本发明实施例制得的聚丙烯组合物的弯曲强度能够达到31-36MPa,弯曲模量达到3200-3500MPa,悬臂梁缺口冲击强度达到6.2-10KJ/m2,且熔融指数低于3.4g/10min,最低能达到1.6g/10min。
对比例1中加入的熔体增强剂的重量份数不合适,制得的聚丙烯组合物具有的悬臂梁缺口冲击强度较低,且材料挤出成型的稳定性较差;对比例2中缺少熔体增强剂,导致制得的组合物所具有的弯曲强度、熔体强度下降,且制得挤出板材所具有的稳定性较差;对比例3~4中由于缺少分子链修复剂中乙烯基三甲氧基硅烷和过氧化二异丙苯中的一种或两种,导致制得的聚丙烯组合物所具有的熔融指数较高,熔体强度下降,具有的悬臂梁缺口冲击强度明显下降,且挤出板材出现成型不良的问题;对比例5中选用乙烯基三乙氧基硅烷替换乙烯基三甲氧基硅烷,制得的聚丙烯组合物所具有的悬臂梁缺口冲击强度较小,且挤出板材的稳定性较差。
从以上的实验结果可以说明,本发明中通过聚丙烯、熔体增强剂、分子链修复剂、增韧剂等组分间的相互作用能够使制得的聚丙烯组合物具有较高的熔体强度、弯曲强度和弯曲模量,同时能够增强制得建筑模板材料的挤出成型稳定性和保持较高的材料性能,实现建筑模板的多次回收利用。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (8)
1.一种聚丙烯组合物,其特征在于,包括以下重量份计的组分:聚丙烯40-75份、增韧剂5-10份、熔体增强剂7-15份、分子链修复剂0.5-5份、填料20-50份、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过氧化二异丙苯;
所述熔体增强剂为熔体流动速率1~4g/10min的聚丙烯;
所述熔体增强剂的重均分子量>100万;
所述乙烯基三甲氧基硅烷和过氧化二异丙苯的重量份数比为(5~10):1。
2.根据权利要求1所述的聚丙烯组合物,其特征在于,包括以下重量份计的组分:聚丙烯56.8-60份、增韧剂7-8份、熔体增强剂10-13份、分子链修复剂2-3份、填料25-35份、助剂1-1.2份。
3.根据权利要求1所述的聚丙烯组合物,其特征在于,至少包含以下(1)和(2)中的一项:
(1)聚丙烯40-75份,该聚丙烯在230℃、2.16kg载荷测试条件下的熔体流动速率为<4g/10min;
(2)所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物,在190℃、2.16kg载荷测试条件下的熔体流动速率为<1g/10min。
4.根据权利要求1所述的聚丙烯组合物,其特征在于,至少包含以下(1)和(2)中的一项:
(1)所述填料为滑石粉;
(2)所述助剂为抗氧剂、光稳定剂或润滑剂中的一种或几种混合物。
5.根据权利要求4所述的聚丙烯组合物,其特征在于,至少包含以下(1)~(3)中的一项:
(1)所述抗氧剂为受阻酚抗氧剂、磷酸酯类抗氧剂和硫代脂类抗氧剂按照质量比1:(1~2):2的复配物;
(2)所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂;
(3)所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、芥酸酰胺、硬脂酸锌或硅油中的一种或者几种混合物。
6.一种根据权利要求1~5任一所述聚丙烯组合物的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
将配方量的除填料外的所有组分进行均匀混合,得到混合物,之后将混合物和配方量的填料在双螺杆挤出机中进行熔融挤出,冷却制粒,即得聚丙烯组合物。
7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,至少包含以下(1)和(2)中的一项:
(1)所述双螺杆挤出机的螺杆长径比大于40:1;
(2)所述双螺杆挤出机输送段的温度为160~180℃,熔融挤出段温度为180~200℃,均化段温度为200~230℃。
8.一种根据权利要求1~5任一所述聚丙烯组合物在制备塑料建筑模板中的应用。
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