CN115521535B - 一种高抗冲的回收聚丙烯树脂材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高抗冲的回收聚丙烯树脂材料及其制备方法；包括：含矿物填充的回收PP 64～84份、木质素15～30份、聚丙烯‑马来酸酐共聚物1～5份、硅烷偶联剂1～2份、光稳定剂0.1～1份、抗氧剂0.1～1份、润滑剂0.2～2份。本发明通过将回收汽车前后保险杠PP(含矿物填充)材料，通过再加工，重复利用，避免环境污染。因为回收聚丙烯材料分子断裂，冲击韧性较差，需要添加长链型增韧剂；在本发明的体系中添加了木质素，其一端与聚丙烯‑马来酸酐共聚物反应，与PP分子连接，另一端与硅烷偶联剂反应后，通过与回收PP料中的填充矿物连接，利用其自身链式结构，起到缠结增韧作用；进而使得抗冲击性能优异。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料领域，涉及一种高抗冲聚丙烯树脂材料及其制备方法；具体涉及一种高抗冲的回收聚丙烯树脂材料及其制备方法。
背景技术
随着汽车保有量的逐步升高，废旧汽车的零部件处理问题也越来越受到关注。作为汽车前后保险杠，单车重量在4kg左右，如果无法合理利用，将会造成资源浪费与环境污染。将此材料的回收再利用课题正越来越受到重视。而在小家电领域，对高抗冲的聚丙烯材料需求巨大，可作为小家电外壳等产品的主要材料。若以含矿物填充的回收聚丙烯树脂为主材料，主要是汽车前后保险杠回收材料作为主要基材，进行回收重复利用，提高其抗冲击性能，将会有广泛的应用前景。
木质素同样是产品较大的工业产品，但是应用不多。尤其是碱木质素，在碱法制浆中会有大量产生。若能将其合理利用，会减少工业废品的排放，提高资源利用率。
本发明结合回收聚丙烯（含矿物填充）材料与碱木质素，通过添加相应助剂，利用木质素的缠结作用，将原本已断裂的聚丙烯分子链扩联，增加回收聚丙烯材料的冲击韧性，提高其使用空间。同时，回收的聚丙烯（含矿物填充）材料与碱木质素的重复利用，也可减少环境污染，减少碳排放。
对现有专利文献进行检索，发现CN105778269A公开了一种纤维增强木质素 / 聚丙烯复合材料；该材料包括以下组份：聚丙烯100份、木质素10～50份、纤维10～40份、增容剂1～10份和填料0～50份，其中所述纤维为短切玻璃纤维、短切碳纤维的一种或两种的混合物。木质素属于极性材料，与非极性聚丙烯的相容性较差，从而导致复合材料的力学性能下降较大，即使采用增容剂或其它表面改性剂，也会造成聚丙烯复合材料的综合力学性能在一定程度上有所下降。在此方案中，由于聚丙烯材料抗冲击性能优异，但是与木质素相容性差，导致了木质素的添加，引起了聚丙烯材料性能劣化。在本发明中，本发明使用的回收聚丙烯（含矿物填充）材料性能劣化严重，而木质素的添加，可以弥补其聚丙烯分子链断裂，冲击性能下降的缺点，使其能够高性能话，能够满足家电外壳的使用。木质素在填充体系中起到了与新料聚丙烯材料完全不同的效果，扩展了聚丙烯（含矿物填充）材料的应用。
发明内容
本发明的目的在于在以含矿物填充的回收聚丙烯树脂（含矿物填充）材料为主基材，添加木质素这一类天然材质，对材料进行回收改性，进而提供一种高抗冲的回收聚丙烯树脂材料及其制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种高抗冲聚丙烯树脂材料，包括以下重量份的各组分：
含矿物填充的回收聚丙烯树脂 64~84份；
木质素15～30份；
聚丙烯-马来酸酐共聚物1～5份；
硅烷偶联剂1～2份；
光稳定剂0.1~1份；
抗氧剂0.1~1份；
润滑剂0.2~2份。
优选地，所述含矿物填充的回收聚丙烯树脂中，矿物含量为10wt.%-50wt.%。填充矿物主要成分为碳酸钙。在一些实施例中，所述含矿物填充的回收聚丙烯树脂选择废弃汽车的前后保险杠聚丙烯树脂。
优选地，所述木质素为市售木质素，可来源于木材，竹纤维，豆类等。从来源稳定性考虑，优选碱木质素。
优选地，所述聚丙烯-马来酸酐为马来酸酐预接枝聚丙烯单体，促进木质素与聚丙烯基材的相容性，提升增韧效率。
优选地，所述的硅烷偶联剂为3-氨丙基三甲氧基硅烷，呈碱性。易与填充矿物表面的羟基发生反应，形成结合键。3-(异丁烯酰)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、甲基丙基酰氧丙基三甲氧基硅烷因极性与本申请的体系不相容，无法起到偶联作用，无法与填充矿物表面形成化学键，导致材料冲击性能劣化。
优选地，所述光稳定剂为二苯甲酮类紫外吸收剂、苯并三唑类紫外吸收剂、受阻胺类自由基捕捉剂中的一种或几种混合物。
优选地，所述抗氧剂为巴斯夫亚磷酸酯抗氧剂168、受阻酚抗氧剂1010、Irganox1076、Irganox245中的一种或至少两种混合物。
优选地，所述润滑剂为硅油、硬脂肪酰胺、石蜡、乙撑双硬脂酰胺、硅酮类润滑剂中的一种或者几种混合物。
本发明还提供了一种高抗冲聚丙烯树脂材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、按照所述重量份数称取各组分；
S2、将步骤S1中称取的各组分在高速混合机中混合后得到混合物；
S3、将步骤S2得到的混合物从双螺杆挤出机的主喂料进入，经过熔融挤出、冷却、干燥、切粒即得。
优选地，步骤S2中，混合时间为2～10min。
优选地，步骤S3中，所述双螺杆挤出机为同向旋转的双螺杆挤出机，螺杆的长径比为20～40，螺杆机筒设有真空抽排装置以及温控装置。
优选地，所述双螺杆挤出机的进料段温度为160～180℃、塑化段温度为180～200℃、均化段温度为190～210℃；螺杆转速为200～700rpm。
木质素为天然纤维，来源广泛，环保无污染。通常在PP材料体系中，木质素的加入，会因相容性差，造成PP材料性能劣化，需添加玻纤进行增强。而在本发明的体系中，因PP材料为回收材料，本身分子链短，冲击性能差。此体系下添加木质素材料，另外添加相容剂聚丙烯-马来酸酐共聚物与硅烷偶联剂，使木质素一端与聚丙烯-马来酸酐共聚物反应，与PP分子连接，另一端与硅烷偶联剂反应后，通过与回收PP料中的填充矿物连接，利用其自身链式结构，起到缠结增韧作用，不仅未降低PP材料的抗冲击性能，反而提高了回收PP材料的冲击韧性。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1）本发明使用的聚丙烯基材为回收材料，可以避免资源浪费，对资源进行回收利用；所用的添加剂木质素来源于自然界，来源广泛，回收再利用后，可避免环境污染，减少资源浪费与碳排放；
2）本发明通过添加木质素材料，另外添加相容剂聚丙烯-马来酸酐共聚物与硅烷偶联剂，使木质素一端与聚丙烯-马来酸酐共聚物反应，与PP分子连接，另一端与硅烷偶联剂反应后，通过与回收PP料中的填充矿物连接，利用其自身链式结构，起到缠结增韧作用，提高了回收PP材料的冲击韧性；
3）本发明的聚丙烯材料性能稳定，且抗冲击性能优异，可广泛用于小家电外壳等产品上，应用市场前景广泛。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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。
以下实施例及对比例中采用的原料为：
回收聚丙烯树脂（含矿物填充）为市场回收材料，矿物填充率实测为30wt.%；木质素采用市售碱木质素；聚丙烯-马来酸酐共聚物选用日之升精细化工的CMG-5001-L；硅烷偶联剂选用KH-550，中国台湾恒桥；乙烯基三甲氧基硅烷为市售；助剂包括抗氧剂B900（汽巴精化）、光稳定剂Tinuvins UVP（Ciba）、润滑剂硬脂酸钡，三种助剂重量配比为1:1:2。
将实施例1～5和对比例1～4制备的阻燃聚丙烯树脂经过70℃干燥5h后，按照ASTM标准，测试各个树脂组合物的物理性能，具体的测试标准和条件见表1。
表1
实施例1
本实施例提供了一种高抗冲的回收聚丙烯树脂材料及其制备方法，具体步骤如下：
（1）按照表2中的重量比称取各组分；
（2）将称取的各组分在高速混合机中混合8min后得到混合物；
将上述混合好的混合物从双螺杆挤出机的主喂料进入，经过熔融挤出、冷却、干燥、切粒得到样品；其中，所述的双螺杆挤出机为同向旋转的双螺杆挤出机，螺杆的长径比为40，螺杆机筒设有真空抽排装置以及温控装置；双螺杆挤出机的进料段温度为180℃、塑化段温度为200℃、均化段温度为210℃；螺杆转速为400rpm。
实施例2
本实施例提供了一种高抗冲的回收聚丙烯树脂材料及其制备方法，原料重量比例见表2，制备方法同实施例1。
实施例3
本实施例提供了一种高抗冲的回收聚丙烯树脂材料及其制备方法，原料重量比例见表2，制备方法同实施例1。
实施例4
本实施例提供了一种高抗冲的回收聚丙烯树脂材料及其制备方法，原料重量比例见表2，制备方法同实施例1。
实施例5
本实施例提供了一种高抗冲的回收聚丙烯树脂材料及其制备方法，原料重量比例见表2，制备方法同实施例1。
对比例1
本实施例提供了一种高抗冲的回收聚丙烯树脂材料及其制备方法，原料重量比例见表2，制备方法同实施例1。
对比例2
本实施例提供了一种高抗冲的回收聚丙烯树脂材料及其制备方法，原料重量比例见表2，制备方法同实施例1。
对比例3
本实施例提供了一种高抗冲的回收聚丙烯树脂材料及其制备方法，原料重量比例见表2，制备方法同实施例1。
对比例4
本实施例提供了一种高抗冲的回收聚丙烯树脂材料及其制备方法，原料重量比例见表2，制备方法同实施例1。
表2
实施例1～5及对比例1～4的PP树脂的物性测试结果见下表3。
表3
由表3中实施例1～5及对比例1～4测试结果表明，通过木质素和PP-MAH及碱性硅烷偶联剂的引入，使得回收PP组合物的抗冲击性能有明显提高。
综上所述，本发明通过将回收含矿物填充的回收聚丙烯树脂（含矿物填充）材料，通过再加工，重复利用，避免环境污染。因为回收聚丙烯材料分子断裂，冲击韧性较差，需要添加长链型增韧剂；在本发明的体系中添加了木质素，其一端与聚丙烯-马来酸酐共聚物反应，与PP分子连接，另一端与硅烷偶联剂反应后，通过与回收PP料中的填充矿物连接，利用其自身链式结构，起到缠结增韧作用；进而使得抗冲击性能优异，可广泛用于小家电外壳等产品上，应用市场前景广泛。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，以上实施例仅用于说明本发明，而并不用于限制本发明的保护范围。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护。
Claims (7)
1.一种高抗冲聚丙烯树脂材料，其特征在于，所述材料由以下重量份的各组分组成：
含矿物填充的回收聚丙烯树脂 64~84份；
木质素15～30份；
聚丙烯-马来酸酐共聚物1～5份；
硅烷偶联剂1～2份；
光稳定剂0.1~1份；
抗氧剂0.1~1份；
润滑剂0.2~2份；
所述含矿物填充的回收聚丙烯树脂中，矿物含量为30wt.%；填充矿物主要成分为碳酸钙；
所述硅烷偶联剂为KH-550；
所述木质素为碱木质素。
2.根据权利要求1所述的高抗冲聚丙烯树脂材料，其特征在于，所述光稳定剂为二苯甲酮类紫外吸收剂、苯并三唑类紫外吸收剂、受阻胺类自由基捕捉剂中的一种或几种混合物。
3.根据权利要求1所述的高抗冲聚丙烯树脂材料，其特征在于，所述抗氧剂为巴斯夫亚磷酸酯抗氧剂168、受阻酚抗氧剂1010、Irganox1076、Irganox245中的一种或至少两种混合物。
4.根据权利要求1所述的高抗冲聚丙烯树脂材料，其特征在于，所述润滑剂为硅油、硬脂肪酰胺、石蜡、乙撑双硬脂酰胺润滑剂中的一种或者几种混合物。
5.一种根据权利要求1-4中任一项所述的高抗冲聚丙烯树脂材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1、按照所述重量份称取各组分；
S2、将步骤S1中称取的各组分在高速混合机中混合后得到混合物；
S3、将步骤S2得到的混合物从双螺杆挤出机的主喂料进入，经过熔融挤出、冷却、干燥、切粒即得。
6.根据权利要求5所述的高抗冲聚丙烯树脂材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述双螺杆挤出机为同向旋转的双螺杆挤出机，螺杆的长径比为20～40，螺杆机筒设有真空抽排装置以及温控装置。
7.根据权利要求5所述的高抗冲聚丙烯树脂材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述双螺杆挤出机的进料段温度为160～180℃、塑化段温度为180～200℃、均化段温度为190～210℃，螺杆转速为200～700rpm。
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