CN115947991A - 一种非晶相强润滑高屈服伸长率的聚丙烯组合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非晶相强润滑高屈服伸长率聚丙烯组合物，其由以下组分按照重量份制备而成：均聚聚丙烯树脂份65‑95份，无机填充粉体0‑20份，LMPP2‑8份，高闪点白油2‑8份，抗氧剂0.3‑0.5份，光稳定剂0.1‑0.3份。本申请中同时加入高闪点白油与LMPP，LMPP的加入降低了均聚聚丙烯的结晶速率，高闪点白油增加了非晶相中链段间的润滑与运动能力，降低了拉伸过程中非晶相中的应力集中情况，材料的屈服伸长率有了明显的提高，特别是含有填充剂的均聚聚丙烯改性材料屈服伸长率提高了50％以上，且材料各项性能优异，无析出或散发异常。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料与加工改性领域，具体涉及一种非晶相强润滑高屈服伸长率的聚丙烯组合物及其制备方法。
背景技术
新能源汽车以及家居行业的快速发展，促进了高分子材料在各行业的深入应用。聚丙烯材料，因其具有耐化学性、耐热性、电绝缘性、高强度机械性能和良好的高耐磨加工性能等，在机械、汽车、电子电器、建筑、纺织、包装、农林渔业和食品工业等众多领域得到广泛的开发应用。
聚丙烯为半结晶热塑性聚合物，一般分为均聚聚丙烯和共聚聚丙烯，根据不同的等规度、共聚单体比例、不同的分子量、不同的合成工艺等分成众多细分品类的聚丙烯。但是聚丙烯材料以及相关改性材料因其某些特性的缺陷也限制了其的应用。例如聚丙烯材料以及相关改性材料的线性膨胀系数大，在尺寸稳定性要求高的制品中应用就会受到了限制；又如屈服伸长率低，在成型以及装配应用过程中容易发生屈服，制品外观表面发白。
聚丙烯材料以及相关改性材料的屈服伸长率主要受两个方面的影响，晶相片晶滑移以及非晶相高分子链段的运动；均聚聚丙烯结晶速率快，虽然强度高但是非晶相链段运动能力受限；共聚聚丙烯引入共聚单体结晶速率受到一定影响，同时材料韧性得到一定的提升，但是引起片晶滑移的应力阈值低；同时改性聚丙烯材料因为改性引入填充剂或者其他物质，影响聚丙烯的结晶以及分子链段的运动，易引起微观的应力集中或者影响晶相的缺陷，因此聚丙烯的改性材料一般都比聚丙烯原料的屈服伸长率低。
目前在改善聚丙烯材料以及相关改性材料的屈服伸长率方面仍没有直观有效的方案，对于所引起的外观问题所采取的技术手段都是以提高色粉浓度的方式进行缺陷遮盖。故如何改善聚丙烯材料以及相关改性材料的屈服伸长率是目前比较重要的研究课题。
发明内容
基于此本专利公开了一种非晶相强润滑高屈服伸长率聚丙烯组合物及其制备方法，以均聚聚丙烯为基础树脂，利用其高结晶强度高的有点，引入相容性好的LMPP降低成型过程中的结晶速率，同时加入高闪点白油增强非晶相聚丙烯链段的运动，三者相辅相成实现1+1+1＞3的效果，改善材料的屈服伸长率。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种非晶相强润滑高屈服伸长率聚丙烯组合物，其特征在于，其由均聚聚丙烯树脂、LMPP、高闪点白油、填充剂、抗氧剂、光稳定剂、份按以下质量份数通过混合熔融挤出制备而成：
进一步方案，所所述均聚聚丙烯树脂为等规度≥96％，在2.16KG、230℃下熔体流动速率5～100g/10min的高结晶单一均聚聚丙烯树脂或其混合物；
进一步方案，所述LMPP为等规度≤60％的低结晶度低熔点的新型聚丙烯；
进一步方案，所述高闪点白油为闪点在220℃以上的白油；
进一步方案，所述抗氧剂为受阻酚类、硫代酯类、亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或混合物；
进一步方案，所述光稳定剂为受阻燃胺类光稳定剂；
本发明的另一个发明目的是提供上述一种非晶相强润滑高屈服伸长率聚丙烯组合物的制备方法，其包括：
(1)均聚聚丙烯树脂、LMPP、填充剂、抗氧剂、光稳定剂按所述重量份投入高混机中以400-600rpm混合2-4min，然后加入高闪点白油，继续以400-600rpm混合3～5min得到预混料；
(2)将预混料从双螺杆挤出机的主喂料口投入，双螺杆挤出机的螺杆长径比为40～48:1，优选44:1，双螺杆挤出机的熔融挤出的条件为：一区温度180～190℃，二区温度190～200℃，三区温度190～210℃，四区温度190～210℃，五区温度200～210℃，六区温度200～210℃，七区温度190～210℃，八区温度190～210℃，九区温度200～210℃，十区温度200～210℃，十一区温度200～210℃，喂料速率400～500kg/h、螺杆转速400～600rpm。
与现有技术相比，本发明具有以下效果：
均聚聚丙烯具有很高的微观晶体滑移的应力阈值，在性能上主要体现为高模量高强度；而LMPP为低等规度聚丙烯，其具有低结晶度、低熔融点、柔软性等特点，LMPP的加入降低了均聚聚丙烯的结晶速率，降低了体系非晶相的绷直系带分子链段的形成。
另外，本申请中同时引入高闪点白油与LMPP来改善材料屈服伸长率，LMPP的加入降低了均聚聚丙烯的结晶速率，降低了体系非晶相的绷直系带分子链段的形成；同时高闪点白油被锁定在LMPP与均聚聚丙烯链段形成的非晶相中，增加了非晶相中链段间的润滑与运动能力，降低了拉伸过程中非晶相中的应力集中情况，材料的屈服伸长率有了明显的提高，特别是含有填充剂的均聚聚丙烯改性材料屈服伸长率提高了50％以上，且材料各项性能优异，无析出或散发异常。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将结合具体的实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
以下实施例和对比例中采用的原料具体信息如下：
共聚聚丙烯，厂家为武汉石化，牌号为K7227H；
均聚聚丙烯，厂家为武汉石化，牌号为SZ30S；
LMPP，厂家为日本出光兴产株式会社，牌号为L-MODU TM；
高闪点白油，闪点为250℃、厂家为三品新能源，牌号为崠三品；
抗氧剂，选用巴斯夫1076抗氧剂与巴斯夫168抗氧剂按照3:2质量比复配；
光稳定剂，厂家为氰特，牌号为3808；
滑石粉，厂家为辽宁艾海，牌号为CP250。
对比例1
先将共聚聚丙烯99.25份、抗氧剂0.5份、光稳定剂0.25份一起投入高混机中以550rpm混合3min，得到预混料；将该预混料从双螺杆挤出机的主喂料口加入，经过熔融后挤出，得聚丙烯组合物。
其中，双螺杆挤出机工艺如下：
螺杆长径比为44:1，双螺杆挤出机的一区温度180℃，二区温度190～℃，三区温度190℃，四区温度200℃，五区温度210℃，六区温度210℃，七区温度200℃，八区温度200℃，九区温度210℃，十区温度210℃，十一区温度210℃，喂料速率400kg/h、螺杆转速500rpm。
对比例2
先将均聚聚丙烯99.25份、抗氧剂0.5份、光稳定剂0.25份一起投入高混机中以550rpm混合3min，得到预混料；将该预混料从双螺杆挤出机的主喂料口加入，经过熔融后挤出，得聚丙烯组合物。
其中，双螺杆挤出机的工艺与对比例1相同。
对比例3
先将共聚聚丙烯84.25份、填充剂滑石粉15份、抗氧剂0.5份、光稳定剂0.25份一起投入高混机中以550rpm混合3min，得到预混料；将该预混料从双螺杆挤出机的主喂料口加入，经过熔融后挤出，得聚丙烯组合物。
其中，双螺杆挤出机的工艺与对比例1相同。
对比例4
先将均聚聚丙烯84.25份、填充剂滑石粉15份、抗氧剂0.5份、光稳定剂0.25份一起投入高混机中以550rpm混合3min，得到预混料；将该预混料从双螺杆挤出机的主喂料口加入，经过熔融后挤出，得聚丙烯组合物。
其中，双螺杆挤出机的工艺与对比例1相同。
将对比例1-4制备的聚丙烯组合物制成标准样条，进行相关测试，测试结果入表1所示：
表1对比例性能测试汇总
| 测试项目 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 |
| 密度 | 0.901 | 0.904 | 0.993 | 0.998 |
| 灰分 | / | / | 14.1 | 13.9 |
| 屈服强度 | 23.5 | 33.3 | 26.1 | 36.8 |
| 屈服伸长率 | 5.4 | 7.9 | 4.2 | 4.6 |
| 弯曲强度 | 29.6 | 33.7 | 35.4 | 46.3 |
| 弯曲模量 | 1225 | 1381 | 2054 | 2677 |
| 气味等级 | 3.5 | 3.5 | 3.7 | 3.7 |
| 冷凝测试 | 0.23 | 0.26 | 0.35 | 0.38 |
| 析出发粘 | 无 | 无 | 无 | 无 |
注：气味和冷凝测试中样品是按照正常生产工艺进行烘料处理后的样品；
同时相关测试标准如下：
冷凝测试是按照PV3015标准进行测试；
气味等级测试是按照PV3900标准进行测试；
析出发粘测试是按照PV1303标准进行测试；
密度：按照ISO 1183-1标准进行测试；
灰分：ISO 3451.1标准进行测试；条件：625℃，30min；
屈服强度/屈服伸长率：ISO 527.2标准进行测试；速度50mm/min；
弯曲强度/弯曲模量：ISO 178标准进行测试；速度2mm/min；
从以上表1中对比例1～4数据对比可以看出，均聚聚丙烯由于其较高的结晶度以及更稳定的片晶结构状态，相比于共聚聚丙烯，其宏观上的屈服伸长率性能明显高于共聚聚丙烯；但是在有填充剂滑石粉的存在下，影响分子链的运动，在拉伸测试过程中易引起应力集中，两者的屈服生产率急剧下降。
对比例5
先将均聚聚丙烯95.25份、LMPP 4份、抗氧剂0.5份、光稳定剂0.25份一起投入高混机中以550rpm混合3min，得到预混料；将该预混料从双螺杆挤出机的主喂料口加入，经过熔融后挤出，得聚丙烯组合物。
其中，双螺杆挤出机的工艺与对比例1相同。
实施例1
先将均聚聚丙烯91.25份、LMPP 4份、抗氧剂0.5份、光稳定剂0.25份一起投入高混机中以550rpm混合3min，而后加入高闪点白油4份并继续以550rpm混合4min得到预混料；将该预混料从双螺杆挤出机的主喂料口加入，经过熔融后挤出，得聚丙烯组合物。
其中，双螺杆挤出机的工艺与对比例1相同。
实施例2
先将均聚聚丙烯77.25份、LMPP 4份、填充剂滑石粉15份、抗氧剂0.5份、光稳定剂0.25份一起投入高混机中以550rpm混合3min，而后加入高闪点白油4份并继续以550rpm混合4min得到预混料；将该预混料从双螺杆挤出机的主喂料口加入，经过熔融后挤出，得聚丙烯组合物。
其中，双螺杆挤出机的工艺与对比例1相同。
实施例3
先将均聚聚丙烯75.25份、LMPP 4份、填充剂滑石粉15份、抗氧剂0.5份、光稳定剂0.25份一起投入高混机中以550rpm混合3min，而后加入高闪点白油6份并继续以550rpm混合4min得到预混料；将该预混料从双螺杆挤出机的主喂料口加入，经过熔融后挤出，得聚丙烯组合物。
其中，双螺杆挤出机的工艺与对比例1相同。
实施例4
先将均聚聚丙烯75.5份、LMPP 2份、填充剂滑石粉20份、抗氧剂0.4份、光稳定剂0.1份一起投入高混机中以400rpm混合4min，而后加入高闪点白油2份并继续以550rpm混合4min得到预混料；将该预混料从双螺杆挤出机的主喂料口加入，经过熔融后挤出，得聚丙烯组合物。
其中，双螺杆挤出机的工艺与对比例1相同。
实施例5
先将均聚聚丙烯78.4份、LMPP 8份、填充剂滑石粉5份、抗氧剂0.3份、光稳定剂0.3份一起投入高混机中以600rpm混合2min，而后加入高闪点白油8份并继续以550rpm混合4min得到预混料；将该预混料从双螺杆挤出机的主喂料口加入，经过熔融后挤出，得聚丙烯组合物。
其中，双螺杆挤出机的工艺与对比例1相同。
将实施例1-4制备的聚丙烯组合物制成标准样条，进行测试，测试结果入表2所示。
表2实施例性能测试汇总
相关测试标准同上。
从实施例1和对比例5可以看出，单独添加LMPP虽然能够通过降低结晶速率改善微观非晶相分子链段的绷直现象，对改善聚丙烯组合物的屈服伸长率幅度较小；但是在引入高闪点白油后，因两者的相互作用，增加了聚丙烯组合物的微观非晶相链段的润滑性与运动能力，同时对晶相的片晶状态无影响，从实施例1屈服伸长率的测试结果也可以看出，本发明的技术方案能够提高20％以上；
从实施例2和实施例3的屈服伸长率测试结果可以看出在填充体系下，本发明提供的技术方案能够提供更加明显的技术优势，其他基础整体性能不受影响，相比于对比例4，实施例2和实施例3的屈服伸长率都至少提高了50％；
从气味、冷凝、析出发粘测试可以看出，实施例和对比例的聚丙烯组合物散发特性无明显区别，说明本发明技术方案不对材料的散发特性造成影响而限制其使用环境。
需要注意的是，以上所用的原材料具体牌号明细仅为本发明一些具体实施方式的示例，使得本发明所提供的技术方案能够展示的更加清楚，并不代表本发明仅能采用以上原材料，具体以权利要求书中的范围为准。此外，实施例和对比例中所述的“份”，如无特别说明，均指重量份。
本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。
虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
故以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用来限定本申请的实施范围；即凡依本申请的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本申请权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种非晶相强润滑高屈服伸长率的聚丙烯组合物，其特征在于，其由以下组份按质量份数制备而成：
2.如权利要求1所述的聚丙烯组合物，其特征在于，所述均聚聚丙烯树脂为等规度≥96％，在2.16KG/230℃下熔体流动速率5～100g/10min的高结晶单一均聚聚丙烯树脂或其混合物。
3.如权利要求1所述的聚丙烯组合物，其特征在于，所述LMPP为等规度≤60％的低结晶度低熔点的聚丙烯。
4.如权利要求1所述的聚丙烯组合物，其特征在于，所述高闪点白油为闪点在220℃以上的白油。
5.如权利要求1所述的聚丙烯组合物，其特征在于，所述抗氧剂为受阻酚类、硫代酯类、亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或混合物。
6.如权利要求1所述的聚丙烯组合物，其特征在于，所述光稳定剂为受阻燃胺类光稳定剂。
7.如权利要求1～6任一项所述的聚丙烯组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将均聚聚丙烯树脂、LMPP、填充剂、抗氧剂、光稳定剂按所述重量份投入高混机中以400-600rpm混合2-4min；
(2)加入高闪点白油，继续混合得到预混料；
(2)将预混料从双螺杆挤出机的主喂料口投入，经过熔融后挤出，得聚丙烯组合物。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的螺杆长径比为40～48:1，喂料速率400～500kg/h、螺杆转速400～600rpm；
双螺杆挤出机的熔融挤出的条件为：一区温度180～190℃，二区温度190～200℃，三区温度190～210℃，四区温度190～210℃，五区温度200～210℃，六区温度200～210℃，七区温度190～210℃，八区温度190～210℃，九区温度200～210℃，十区温度200～210℃，十一区温度200～210℃。
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| CN202211695635.9A CN115947991A (zh) | 2022-12-28 | 2022-12-28 | 一种非晶相强润滑高屈服伸长率的聚丙烯组合物及其制备方法 |
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-
2022
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| MUNIR HUSSAIN ET AL.: "LMPP Effects on Morphology, Crystallization, Thermal and Mechanical Properties of iPP/LMPP Blend Fibres", FIBRES & TEXTILES IN EASTERN EUROPE 2018, vol. 26, no. 2, pages 26 - 31 * |
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