CN115873351A - 一种耐冲击耐候环保型pp材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐冲击耐候环保型PP材料及其制备方法和应用，包括如下重量份的原料组分：PP树脂颗粒30～50份、PP再生颗料20～30份、POE树脂8～15份、滑石粉15～25份、润滑剂1～3份、抗氧剂0.4～0.8份、抗UV助剂0.3～0.6份；所述PP树脂为共聚聚丙烯树脂，其在230℃、载荷2.16kg的条件下熔体流动速率为26～28g/10min。该耐冲击耐候环保型PP材料具有优异的抗冲击性，抗应力开裂性及抗老化性能，并使用了一定比例的再生料，满足了塑料托盘专用料需要，也满足了国家的环保要求，也进一步降低了产品的材料成本。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种耐冲击耐候环保型PP材料及其制备方法和应用。
背景技术
随着经济、交通运输业的快速发展，现代物流也发展迅速，而作为货物载体的托盘的需求量也骤增。一般情况下，按材质划分，托盘分为木制托盘和塑料托盘，但是近年来随着环境保护的加强、对树木保护力度进一步加强，木制托盘产量受到限制，基于此背景，塑料托盘成为未来的主流使用方向。
塑料托盘一般由PP材料注塑制成，PP材料具有质量轻，成型好，良好的耐热性，化学性能好、可回收利用的特点。但缺点是刚性不足，耐候性差，低温冲击强度低，PP制品在自然环境中容易受光和热的影响而造成老化，低温环境下材料易变脆，造成冲击强度下降，影响制品的使用寿命，这样会造成以一般PP材料制成的塑料托盘在一段时间使用后，变得易变形，甚至发生破损断裂的现象，降低了周转利用率。
如专利号为201911110536.8的专利申请文件公开了一种塑料托盘用料，其包括其由以下重量份数的原料制成：聚丙烯15-20份，聚乳酸5-15份，蒙脱土3-9份，PP10-20份，丙烯酸酯5-10份，聚乙二醇3-5份，玻璃纤维5-10份，醋酸丁酯2-8份，罗勒烯2-10份，天然植物纤维复合物5-7份，尼龙3-6份，油酰胺5-10份，陶瓷微粉2-6份，成膜助剂1-3份，偶联剂2-5份。其通过向原料中添加玻璃纤维和天然植物纤维复合物提高了塑料托盘用料的强度，通过添加陶瓷微粉增强了塑料托盘用料的强度和耐磨性，具有重量轻，强度高，经久耐用。但是，其原料组分配比复杂，产品成本较高，虽然在一定程度上提高了PP材料的强度，但是材料的耐光老化性能并没有改善，低温冲击强度低，PP制品在自然环境中容易受光和热的影响而造成老化，低温环境下材料易变脆，造成冲击强度下降，影响制品的使用寿命，另外，国家提出“高效、节能、环保、低成本”的要求，用现有工艺方法制备塑料托盘，往往没有使用再生料，这样不满足国家环保的要求，也不满足降低塑料托盘制造成本的要求。
发明内容
为了解决上述背景技术中存在的问题，本发明提供一种耐冲击耐候环保型PP材料，其具有优异的抗冲击性，抗应力开裂性及抗老化性能，并使用了一定比例的再生料，满足了国家的环保要求，也进一步降低了产品的材料成本。此外，本发明还提供一种上述耐冲击耐候环保型PP材料的制备方法及其在塑料托盘领域的应用。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的第一方面，提供一种耐冲击耐候环保型PP材料，包括如下重量份的原料组分：PP树脂颗粒30～50份、PP再生颗料20～30份、POE树脂8～15份、滑石粉15～25份、润滑剂1～3份、抗氧剂0.4～0.8份、抗UV助剂0.3～0.6份。
采用上述技术方案：
产品体系中如果仅采用PP再生颗粒，其不能满足制品的性能要求，本申请中，通过将PP树脂颗粒新料与PP再生颗粒以一定比例进行复配，提高PP再生颗料的利用率，并保证了制品最终的性能；
向体系中加入一定比例的POE，提高了材料的常温、低温韧性，解决了材料制品在使用过程中的破损率，提高了制品的周转利用率；加入滑石粉，提高了制品的刚性，保证了制品的承载力；加入的润滑剂为市售产品，具有提高产品加工性能，改善制品表面刮伤，改善脱模及表面光亮性的作用；加入抗氧剂和抗UV助剂配合，提高了材料热老化性能，达到材料长期使用的目的。
具体地，所述PP树脂为共聚聚丙烯树脂，具体型号为独山子石化PP K9928H，其在230℃、载荷2.16kg的条件下熔体流动速率为26～28g/10min。
具体地，所述PP再生颗粒由废旧周转箱、塑料托盘经过分拣、粉碎、水洗后造粒所得，其在230℃、载荷2.16kg的条件下熔体流动速率为13～18g/10min。
具体地，所述POE树脂在190℃、载荷2.16kg的条件下熔体流动速率为5～7g/10min。
POE是一种乙烯-辛烯共聚物，作为增韧剂使用，其具有优异的耐热、耐寒，耐候性，本申请中POE树脂的牌号为陶氏8999，其加入至产品体系中，提高了产品的韧性及低温冲击性能。
具体地，所述滑石粉为无载体滑石粉母粒。
优选地，无载体滑石粉母粒的粒径为2500目，其加入至产品体系中具有降低制品收缩率，增加制品强度的作用。本申请中加入的无载体滑石粉母粒为市售产品，可以减少生产过程的粉尘污染，改善工作环境。
具体地，所述抗氧剂为重量比为(1-3)：(2～4)：(2～4)的受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂和硫醚类抗氧剂的混合物。
具体地，所述抗UV助剂为重量比为3：(1～3)的光稳定剂和紫外线吸收剂的混合物。
优选地，光稳定剂选自双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)葵二酸酯或聚丁二酸(4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶乙醇)酯；紫外线吸收剂选自2-(2’-羟基-5’-叔辛基苯基)苯并三唑、2-羟基-4-甲氧基-5-磺基二苯甲酮、2-(2'-羟基-3',5'-二特戊基苯基)苯并三唑中的任一种或多种的组合。
本申请中通过甄别优选抗氧剂，所使用的抗氧体系中各组分之间具有加和与协同效应，如主抗氧化剂-受阻酚类抗氧剂产生的氢原子可以使氧化游离成氢过氧化物，终止链式反应，然后氢过氧化物又和辅助抗氧剂-亚磷酸酯类抗氧剂中的过氧化物分解作用，生成非活性的稳定物，因此大大减慢氧化物的反应速度，增加了抗氧效果，通过添加具有链终剂和过氧化物分解双重作用的含硫抗氧剂-硫醚类抗氧剂，更加强化了抗氧效果，同时向体系中添加的由一定配比复配而成的光稳定剂与紫外吸收剂又极大减弱了光对材料的破坏，此体系极大的提高了材料热老化性能，达到材料长期使用的目的。
本发明的第二方面，提供一种上述耐冲击耐候环保型PP材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、称取配方量的PP树脂颗粒、PP再生颗料、POE树脂、滑石粉、润滑剂、抗氧剂、抗UV助剂；
S2、将PP树脂颗粒、PP再生颗料、POE树脂、润滑剂、抗氧剂、抗UV助剂加入至高速混合机中搅拌2～5分钟，再向其中加入滑石粉，继续高速搅拌5～8分钟，得到混合物料；
S3、将混合好的物料经65型平行双螺杆机进行熔融挤出成型，物料经过双螺杆机从口模挤出拉条，经过冷却水槽、风刀、吹干机，去除大部分水分后进入切粒机进行切粒，然后进入循环均化罐均化后进行成品包装。
具体地，所述步骤S3中，双螺杆挤出机的转速为300～540r/min，挤出温度为180～220℃。
本发明的第三方面，提供一种上述耐冲击耐候环保型PP材料的应用，所述耐冲击耐候环保型PP材料用于加工塑料托盘。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明根据塑料托盘的使用特点，如南方的高温高湿，北方的低温，同时响应国家对塑料行业循环再生利用的倡议，通过将PP树脂颗粒新料与PP再生颗粒以一定比例进行复配，提高PP再生颗料的利用率，并保证了制品最终的性能；向体系中加入一定比例的POE树脂，提高了材料的常温、低温韧性，解决了材料制品在使用过程中的破损率，提高了制品的周转利用率；加入滑石粉，提高了制品的刚性，保证了制品的承载力；加入的润滑剂具有提高产品加工性能，改善制品表面刮伤，改善脱模及表面光亮性的作用；加入抗氧剂和抗UV助剂配合，提高了材料热老化性能，达到材料长期使用的目的；
(2)本发明中通过甄别优选抗氧剂，所使用的抗氧体系中各组分之间具有加和与协同效应，如主抗氧化剂-受阻酚类抗氧剂产生的氢原子可以使氧化游离成氢过氧化物，终止链式反应，然后氢过氧化物又和辅助抗氧剂-亚磷酸酯类抗氧剂中的过氧化物分解作用，生成非活性的稳定物，因此大大减慢氧化物的反应速度，增加了抗氧效果，通过添加具有链终剂和过氧化物分解双重作用的含硫抗氧剂-硫醚类抗氧剂，更加强化了抗氧效果，同时向体系中添加的由一定配比复配而成的光稳定剂与紫外吸收剂又极大减弱了光对材料的破坏，此体系极大的提高了材料热老化性能，达到材料长期使用的目的；
(3)本发明中的耐冲击耐候环保型PP材料，经测试，产品拉伸强度30～40Mpa,弯曲模量1300～1700Mpa，断裂伸长率100～300％，缺口冲击强度40～55KJ/㎡，无缺口冲击强度40～50KJ/㎡，热老化(150℃，500～750H)，满足塑料托盘专用料要求的同时，增加了PP再生颗粒的使用，响应了国家“高效、节能、环保、低成本的要求。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除有特别说明，本发明中用到的各种试剂、原料均为可以从市场上购买的商品或者可以通过公知的方法制得的产品。
实施例1
一种耐冲击耐候环保型PP材料，包括如下原料组分：PP树脂颗粒45份、PP再生颗料25份、POE树脂8份、滑石粉20份、润滑剂2份、抗氧剂0.4份、抗UV助剂0.4份。
其中，PP树脂为共聚聚丙烯树脂，具体型号为独山子石化PP K9928H，其在230℃、载荷2.16kg的条件下熔体流动速率为26～28g/10min。
PP再生颗粒由废旧周转箱、塑料托盘经过分拣、粉碎、水洗后造粒所得，其在230℃、载荷2.16kg的条件下熔体流动速率为13～18g/10min。
POE树脂在190℃、载荷2.16kg的条件下熔体流动速率为5～7g/10min。
滑石粉为2500目的无载体滑石粉母粒。
抗氧剂为重量比为2：3：3的受阻酚类抗氧剂1010、亚磷酸酯类抗氧剂168和硫醚类抗氧剂PS802的混合物。
抗UV助剂为重量比为3：2的光稳定剂和紫外线吸收剂的混合物。
光稳定剂选自双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)葵二酸酯；紫外线吸收剂选自2-(2’-羟基-5’-叔辛基苯基)苯并三唑。
上述耐冲击耐候环保型PP材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、称取配方量的PP树脂颗粒、PP再生颗料、POE树脂、滑石粉、润滑剂、抗氧剂、抗UV助剂；
S2、将PP树脂颗粒、PP再生颗料、POE树脂、润滑剂、抗氧剂、抗UV助剂加入至高速混合机中搅拌2分钟，再向其中加入滑石粉，继续高速搅拌8分钟，得到混合物料；
S3、将混合好的物料经65型平行双螺杆机进行熔融挤出成型，双螺杆挤出机的转速为450r/min，挤出温度为190℃，物料经过双螺杆机从口模挤出拉条，经过冷却水槽、风刀、吹干机，去除大部分水分后进入切粒机进行切粒，然后进入循环均化罐均化后进行成品包装。
实施例2
一种耐冲击耐候环保型PP材料，包括如下原料组分：PP树脂颗粒30份、PP再生颗料30份、POE树脂12份、滑石粉15份、润滑剂1份、抗氧剂0.6份、抗UV助剂0.6份。
其中，PP树脂为共聚聚丙烯树脂，具体型号为独山子石化PP K9928H，其在230℃、载荷2.16kg的条件下熔体流动速率为26～28g/10min。
PP再生颗粒由废旧周转箱、塑料托盘经过分拣、粉碎、水洗后造粒所得，其在230℃、载荷2.16kg的条件下熔体流动速率为13～18g/10min。
POE树脂在190℃、载荷2.16kg的条件下熔体流动速率为5～7g/10min。
滑石粉为2500目的无载体滑石粉母粒。
抗氧剂为重量比为1：2：4的受阻酚类抗氧剂1010、亚磷酸酯类抗氧剂168和硫醚类抗氧剂PS802的混合物。
抗UV助剂为重量比为3：1的光稳定剂和紫外线吸收剂的混合物。
光稳定剂选自双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)葵二酸酯；紫外线吸收剂选自2-(2’-羟基-5’-叔辛基苯基)苯并三唑。
上述耐冲击耐候环保型PP材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、称取配方量的PP树脂颗粒、PP再生颗料、POE树脂、滑石粉、润滑剂、抗氧剂、抗UV助剂；
S2、将PP树脂颗粒、PP再生颗料、POE树脂、润滑剂、抗氧剂、抗UV助剂加入至高速混合机中搅拌2分钟，再向其中加入滑石粉，继续高速搅拌8分钟，得到混合物料；
S3、将混合好的物料经65型平行双螺杆机进行熔融挤出成型，双螺杆挤出机的转速为450r/min，挤出温度为190℃，物料经过双螺杆机从口模挤出拉条，经过冷却水槽、风刀、吹干机，去除大部分水分后进入切粒机进行切粒，然后进入循环均化罐均化后进行成品包装。
实施例3
一种耐冲击耐候环保型PP材料，包括如下原料组分：PP树脂颗粒50份、PP再生颗料20份、POE树脂15份、滑石粉25份、润滑剂3份、抗氧剂0.8份、抗UV助剂0.3份。
其中，PP树脂为共聚聚丙烯树脂，具体型号为独山子石化PP K9928H，其在230℃、载荷2.16kg的条件下熔体流动速率为26～28g/10min。
PP再生颗粒由废旧周转箱、塑料托盘经过分拣、粉碎、水洗后造粒所得，其在230℃、载荷2.16kg的条件下熔体流动速率为13～18g/10min。
POE树脂在190℃、载荷2.16kg的条件下熔体流动速率为5～7g/10min。
滑石粉为2500目的无载体滑石粉母粒。
抗氧剂为重量比为3：4：2的受阻酚类抗氧剂1010、亚磷酸酯类抗氧剂168和硫醚类抗氧剂PS802的混合物。
抗UV助剂为重量比为1：1的光稳定剂和紫外线吸收剂的混合物。
光稳定剂选自双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基葵二酸酯)或聚丁二酸(4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶乙醇)酯；紫外线吸收剂选自2-(2’-羟基-5’-叔辛基苯基)苯并三唑、2-羟基-4-甲氧基-5-磺基二苯甲酮、2-(2'-羟基-3',5'-二特戊基苯基)苯并三唑中的任一种或多种的组合。
上述耐冲击耐候环保型PP材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、称取配方量的PP树脂颗粒、PP再生颗料、POE树脂、滑石粉、润滑剂、抗氧剂、抗UV助剂；
S2、将PP树脂颗粒、PP再生颗料、POE树脂、润滑剂、抗氧剂、抗UV助剂加入至高速混合机中搅拌5分钟，再向其中加入滑石粉，继续高速搅拌5分钟，得到混合物料；
S3、将混合好的物料经65型平行双螺杆机进行熔融挤出成型，双螺杆挤出机的转速为450r/min，挤出温度为190℃，物料经过双螺杆机从口模挤出拉条，经过冷却水槽、风刀、吹干机，去除大部分水分后进入切粒机进行切粒，然后进入循环均化罐均化后进行成品包装。
对比例1
本对比例为实施例1的对比实验例，两者区别在于：本对比例中产品的配方中未添加POE树脂，其余组分及制备方法均与实施例1相同。
对比例2
本对比例为实施例1的对比实验例，两者区别在于：本对比例中产品配方中的抗氧剂中未添加硫醚类抗氧剂PS802，其是由重量比为2:3的受阻酚类抗氧剂1010与亚磷酸酯类抗氧剂168混合而成，其余组分及制备方法均与实施例1相同。
实验例
对实施例1-3、对比例1、对比例2中制得的耐冲击耐候环保型PP材料进行拉伸强度、断裂伸长率、弯曲模量、抗冲击强度和热老化性性能测试，具体测试结果见表1。
本检测标准采用塑料ISO检测标准进行检测，热老化采用GB/T7141-2008标准。
表1
| 性能指标 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 |
| 拉伸强度(Mpa) | 39.7 | 35.3 | 37.5 | 25.8 | 32.3 |
| 断裂伸长率(％) | 273.2 | 153.6 | 197.4 | 98.5 | 127.2 |
| 弯曲模量(Mpa) | 1627.9 | 1435.7 | 1582.7 | 1057.2 | 1387.5 |
| 缺口冲击强度KJ/㎡) | 49.2 | 49.7 | 53.6 | 29.6 | 35.3 |
| 无缺口冲击强度(KJ/㎡) | 46.2 | 41.9 | 49.5 | 36.2 | 43.9 |
| 热老化(H) | 639 | 568 | 736 | 452 | 403 |
由表1中测试结果可知，实施例1-3制备得到的耐候增强型聚丙烯材料的拉伸强度为30～40Mpa,弯曲模量1300～1700Mpa，断裂伸长率100～300％，缺口冲击强度40～55KJ/㎡，无缺口冲击强度40～50KJ/㎡，热老化(150℃，500～750H)，具有优异的抗冲击性，抗应力开裂性及抗老化性能，并使用了一定比例的再生料，满足了塑料托盘专用料需要，也满足了国家的环保要求，也进一步降低了产品的材料成本。
对比例1中未加入POE树脂，其制得的材料的拉伸强度，断裂伸长率，抗冲击强度显著降低，可知，通过向体系中添加POE树脂，POE树脂具有显著的增韧的作用，大幅度提升了材料的抗冲击强度指标。
对比例2中的抗氧剂中未加入硫醚类抗氧剂PS802组分，其制得的材料的抗老化性能显著降低，可知，本申请中通过甄别优选抗氧剂，所使用的抗氧体系之间具有加和与协同效应，能够强化抗氧效果，同时该抗氧化剂体系与光稳定剂、紫外吸收剂配合使用，极大的提高了材料热老化性能，达到材料长期使用的目的。
综上，本发明根据塑料托盘的使用特点，如南方的高温高湿，北方的低温，同时响应国家对塑料行业循环再生利用的倡议，通过将PP树脂颗粒新料与PP再生颗粒以一定比例进行复配，提高PP再生颗料的利用率，并保证了制品最终的性能；向体系中加入一定比例的POE树脂，提高了材料的常温、低温韧性，解决了材料制品在使用过程中的破损率，提高了制品的周转利用率；加入滑石粉，提高了制品的刚性，保证了制品的承载力；加入的润滑剂具有提高产品加工性能，改善制品表面刮伤，改善脱模及表面光亮性的作用；加入抗氧剂和抗UV助剂配合，提高了材料热老化性能，达到材料长期使用的目的；材料具有优异的抗冲击性，抗应力开裂性及抗老化性能，并使用了一定比例的再生料，满足了塑料托盘专用料需要，也满足了国家的环保要求，也进一步降低了产品的材料成本。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。
Claims (10)
1.一种耐冲击耐候环保型PP材料，其特征在于，包括如下重量份的原料组分：PP树脂颗粒30～50份、PP再生颗料20～30份、POE树脂8～15份、滑石粉15～25份、润滑剂1～3份、抗氧剂0.4～0.8份、抗UV助剂0.3～0.6份。
2.根据权利要求1所述的耐冲击耐候环保型PP材料，其特征在于，所述PP树脂为共聚聚丙烯树脂，其在230℃、载荷2.16kg的条件下熔体流动速率为26～28g/10min。
3.根据权利要求1所述的耐冲击耐候环保型PP材料，其特征在于，所述PP再生颗粒由废旧周转箱、塑料托盘经过分拣、粉碎、水洗后造粒所得，其在230℃、载荷2.16kg的条件下熔体流动速率为13～18g/10min。
4.根据权利要求1所述的耐冲击耐候环保型PP材料，其特征在于，所述POE树脂在190℃、载荷2.16kg的条件下熔体流动速率为5～7g/10min。
5.根据权利要求1所述的耐冲击耐候环保型PP材料，其特征在于，所述滑石粉为无载体滑石粉母粒。
6.根据权利要求1所述的耐冲击耐候环保型PP材料，其特征在于，所述抗氧剂为重量比为(1-3)：(2～4)：(2～4)的受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂和硫醚类抗氧剂的混合物。
7.根据权利要求1所述的耐冲击耐候环保型PP材料，其特征在于，所述抗UV助剂为重量比为3：(1～3)的光稳定剂和紫外线吸收剂的混合物。
8.一种如权利要求1所述的耐冲击耐候环保型PP材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、称取配方量的PP树脂颗粒、PP再生颗料、POE树脂、滑石粉、润滑剂、抗氧剂、抗UV助剂；
S2、将PP树脂颗粒、PP再生颗料、POE树脂、润滑剂、抗氧剂、抗UV助剂加入至混合设备中搅拌混合均匀，再向其中加入滑石粉，继续搅拌至混合均匀，得到混合物料；
S3、将混合好的物料经双螺杆挤出机进行熔融挤出、拉条、造粒，即得成品。
9.根据权利要求8所述的耐冲击耐候环保型PP材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，双螺杆挤出机的转速为300～540r/min，挤出温度为180～220℃。
10.一种如权利要求1所述的耐冲击耐候环保型PP材料的应用，其特征在于，所述耐冲击耐候环保型PP材料用于加工塑料托盘。
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