CN116178841A - 一种高拉伸强度的聚丙烯材料及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及IPC C08L领域，更具体地，涉及一种高拉伸强度的聚丙烯材料及其制备方法与应用。按重量份计，所述高拉伸强度的聚丙烯材料的制备原料包括：聚丙烯65‑85份、聚乙烯15‑30份、色母0.5‑5份。本发明针对现有技术中聚丙烯拉伸性能差的问题，通过选用特定的线性低密度聚乙烯对其进行改性，提高了得到的改性聚丙烯的拉伸性能，且在制备过程中，设置多个区的温度，使得每个区温度恒定，保证了加工过程中的稳定拉伸，从而制备得到了高拉伸性能的聚丙烯材料，非常适合应用于自热包装领域，尤其是面类、火锅类等具有一定深度的产品。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及IPC C08L领域，更具体地，涉及一种高拉伸强度的聚丙烯材料及其制备方法与应用。
背景技术
现有的自热打包盒一般较浅，普通的聚丙烯材料制备得到的打包盒就可以满足需求，但是对于需要掺水的面类食物或自热火锅，由于需要盛放大量的水，避免水热沸腾溢出造成安全隐患，因此需要具有一定深度的自热打包盒，但是由于聚丙烯材料拉伸性能有限，在加工过程中，很难稳定拉伸，造成良品率低，因此，需要研发出一种拉伸强度高，能够制备具有一定深度的加热打包盒的材料。
申请号为CN202010031016.4的专利文件，公开了一种自加热隔热防烫包装盒，通过设计包装盒的结构，并且采用特定的ECOPET片材制成，能够提高自热盒的加热效率，但是并未解决材料拉伸性能有限的问题。
申请号为CN200810196059.7的专利文件，公开了一种易撕型聚丙烯包装膜的制造方法，通过特定的制备方法制备出的聚丙烯包装膜具有良好的易撕性能，但是并未解决材料拉伸性能有限的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明第一方面，提供了一种高拉伸强度的聚丙烯材料，按重量份计，其制备原料包括：
聚丙烯(PP)65-85份、聚乙烯(PE)15-30份、色母0.5-5份。
优选的，所述聚丙烯包括无规共聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯和均聚聚丙烯；进一步优选的，为均聚聚丙烯。
优选的，所述均聚聚丙烯在190℃下的熔体流动速率为1-5g/10min，等规指数≥95％；进一步优选的，所述均聚聚丙烯在190℃下的熔体流动速率为3.1g/10min，等规指数96.6％。
在一些优选的方案中，所述聚丙烯购买自绍兴三圆生产的T30S。
发明人创造性的发现，通过选用在190℃下的熔体流动速率为1-5g/10min，等规指数≥95％的均聚聚丙烯作为原料之一，能够提高制备得到的聚丙烯材料的力学性能和耐热性能。这可能是由于均聚聚丙烯是由单一的丙烯单体聚合而成，不含乙烯单体，且等规指数高的均聚聚丙烯分子链规整度高，因此其结晶度高，能够提高制备得到的聚丙烯材料的高温稳定性和力学性能，而且聚丙烯重量轻，价格低廉，非常适合应用于包装领域，尤其是作为自加热打包盒产品。但是只有聚丙烯作为原料之一，其韧性较差，对于制备较深的包装材料的拉伸性能提高有限。
优选的，所述聚乙烯包括高密度聚乙烯(HDPE)和线性低密度聚乙烯(LLDPE)。
优选的，所述高密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯的重量比为(2-8)：1；进一步优选的，为39:8。
优选的，所述高密度聚乙烯的拉伸屈服强度为22-30MPa，耐环境应力开裂为40-60hr，断裂伸长率为350-550％；进一步优选的，所述高密度聚乙烯的拉伸屈服强度为26MPa，耐环境应力开裂为50hr，断裂伸长率为450％。
在一些优选的方案中，所述高密度聚乙烯购买自上海赛科生产的5502。
优选的，所述线性低密度聚乙烯的0.4mm鱼眼为15-40个/1520cm2，在190℃下的熔体流动速率为1.0-10g/10min，断裂伸长率≥400％，拉伸断裂强度≥5MPa；进一步优选的，所述线性低密度聚乙烯的0.4mm鱼眼为15个/1520cm2，在190℃下的熔体流动速率为1.7-2.5g/10min，断裂伸长率≥500％，拉伸断裂强度≥12MPa。
目前，用聚乙烯增韧聚丙烯，是最常用的共混增韧体系，但是聚乙烯种类众多，不同的聚乙烯对聚丙烯的增韧效果不同。发明人创造性的发现，选用拉伸屈服强度为22-30MPa，耐环境应力开裂为40-60hr，断裂伸长率为350-550％的高密度聚乙烯，同时选用0.4mm鱼眼为15-40个/1520cm2，在190℃下的熔体流动速率为1.0-10g/10min，断裂伸长率≥400％，拉伸断裂强度≥5MPa的线性低密度聚乙烯作为聚乙烯材料，且所述高密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯的重量比为(2-8)：1时，能够在保证其耐热性能的同时，提高制备得到的聚丙烯材料的拉伸强度。这可能是由于特定的聚丙烯和聚乙烯之间的相容性好，且其在塑化过程中各自结晶，不会形成共晶，但是在各自结晶过程中，特定的两种聚乙烯晶体和聚丙烯晶体之间会发生互相制约与竞争现象，从而能够将聚丙烯的球晶进行插入、细化、分割，来达到提高界面之间相互作用，尤其是特定的线性低密度聚乙烯的加入，由于其不存在长支链，在共聚过程中分子量分布更窄，同时具有特定的线性结构，能够进一步减少聚丙烯球晶的尺寸，模糊晶体间的界面，增加了晶体间的连接，从而改善了制备得到的聚丙烯材料的抗冲击性能和断裂伸长率，但是由于其拉伸性能较差，因此线性低密度聚乙烯的加入量不宜过多，而特定的高密度聚乙烯的加入，能够和低密度线性聚乙烯之间共同作用，在提高材料的断裂伸长率的同时，还能够提高其拉伸强度和耐热性。而且特定的聚乙烯无毒且无味无臭，非常适合作为食品领域的包装材料。但是聚乙烯的量不宜加入过多，加入过多反而会使得拉伸强度下降，这一方面可能是由于PP和PE之间的相容性有限，另一方面可能是由于聚乙烯的强度较聚丙烯低。
在一些优选的方案中，所述线性低密度聚乙烯购买自吉林石化生产的DFDA-7042。
所述色母的选择不做具体限定，市面上可买到的色母均可。
在一些优选的方案中，本申请中所用的色母为昆山塑彩生产的52249。
本发明第二方面提供了所述高拉伸强度的聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
将原料干混后，通过双螺杆挤出机进行造粒，造粒后烘干至恒重即得。
优选的，所述双螺杆挤出机的加工区的温度分别为：加工区一区的螺杆温度为210-230℃，二区的螺杆温度为215-235℃，三区的螺杆温度为220-240℃，四区的螺杆温度为220-240℃、五区的螺杆温度为220-240℃、六区的螺杆温度为220-240℃、七区的螺杆温度为220-240℃、八区的螺杆温度为220-240℃、九区的螺杆温度为215-235℃、十区的螺杆温度为205-225℃、十一区的螺杆温度为205-225℃。
优选的，所述双螺杆挤出机的螺杆转速为机器最大转速的60-80％。
优选的，所述双螺杆挤出机的溶体泵的速度为机器最大转速的55-75％。
发明人创造性的发现，在制备聚丙烯材料的过程中，通过设置多个区的温度，并且配合上本申请中的转速，能够提高样品的合格率和成型率。这可能是由于通过多区同一温度的设定，使得慢热型的PP料等原料能够完全熔融，各原料在制备过程中能够充分混合搅拌均匀，颗粒粒径分布更加集中且粒径更小，通过特定的转速后成型，能够稳步拉伸至所需高度，从而适合于制备具有一定深度要求的自热打包盒。
本发明第三方面提供了所述耐低温的聚丙烯材料的应用，应用于包装领域，具体应用于自加热打包盒产品。
所述自加热打包盒产品的制备方法为：将制备得到的高拉伸强度的聚丙烯材料进行熔融，熔融后拉伸至10cm后成型，即得。
有益效果：
1、本发明通过选用在190℃下的熔体流动速率为1-5g/10min，等规指数≥95％的均聚聚丙烯作为原料之一，能够提高制备得到的聚丙烯材料的力学性能和耐热性能。
2、本发明通过选用特定的高密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯作为聚乙烯材料，且所述高密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯的重量比为(2-8)：1时，能够在保证其耐热性能的同时，提高制备得到的聚丙烯材料的拉伸强度，从而使得其在生产时易拉伸，且侧壁拉伸均匀。
3、本发明通过在制备聚丙烯材料的过程中，通过设置多个区的温度，并且配合上本申请中的转速，能够提高样品的合格率和成型率。
4、本发明针对现有技术中聚丙烯拉伸性能差的问题，通过选用特定的线性低密度聚乙烯对其进行改性，提高了得到的改性聚丙烯的拉伸性能，且在制备过程中，设置多个区的温度，使得每个区温度恒定，保证了加工过程中的稳定拉伸，从而制备得到了高拉伸性能的聚丙烯材料，非常适合应用于自热包装领域，尤其是面类、火锅类等具有一定深度的产品。
具体实施方式
实施例
实施例1
实施例1提供了一种高拉伸强度的聚丙烯材料，按重量份计，其制备原料包括：
聚丙烯73.5份、聚乙烯23.5份、色母3份。
所述聚丙烯为均聚聚丙烯。
所述均聚聚丙烯在190℃下的熔体流动速率为3.1g/10min，等规指数96.6％。
所述聚丙烯购买自绍兴三圆生产的T30S。
所述聚乙烯为高密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯。
所述高密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯的重量比为39:8。
所述高密度聚乙烯的拉伸屈服强度为26MPa，耐环境应力开裂为50hr，断裂伸长率为450％。
所述高密度聚乙烯购买自上海赛科生产的5502。
所述线性低密度聚乙烯的0.4mm鱼眼为15个/1520cm2，在190℃下的熔体流动速率为1.7-2.5g/10min，断裂伸长率≥500％，拉伸断裂强度≥12MPa。
所述线性低密度聚乙烯购买自吉林石化生产的DFDA-7042。
所述色母购买自昆山塑彩生产的52249。
本实施例第二方面提供了所述高拉伸强度的聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
将原料干混后，通过双螺杆挤出机进行造粒，造粒后烘干至恒重即得。
所述双螺杆挤出机的加工区的温度分别为：加工区一区的螺杆温度为220℃，二区的螺杆温度为225℃，三区的螺杆温度为230℃，四区的螺杆温度为230℃、五区的螺杆温度为230℃、六区的螺杆温度为230℃、七区的螺杆温度为230℃、八区的螺杆温度为230℃、九区的螺杆温度为225℃、十区的螺杆温度为215℃、十一区的螺杆温度为215℃。
所述双螺杆挤出机的螺杆转速为机器最大转速的70％。
所述双螺杆挤出机的溶体泵的速度为机器最大转速的65％。
所述自加热打包盒产品的制备方法为：将制备得到的高拉伸强度的聚丙烯材料进行熔融，熔融后拉伸至10cm后成型，即得。
实施例2
实施例2提供了一种高拉伸强度的聚丙烯材料，具体实施方式同实施例1，不同之处在于：
按重量份计，其制备原料包括：聚丙烯65份、聚乙烯15份、色母0.5份。
所述高密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯的重量比为2：1。
实施例3
实施例3提供了一种高拉伸强度的聚丙烯材料，具体实施方式同实施例1，不同之处在于：
按重量份计，其制备原料包括：聚丙烯85份、聚乙烯30份、色母5份。
所述高密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯的重量比为8：1。
对比例1
对比例1提供了一种高拉伸强度的聚丙烯材料，具体实施方式同实施例1，不同之处在于：
按重量份计，其制备原料包括：
聚丙烯77.5份、聚乙烯19.5份、色母3份。
所述聚乙烯为高密度聚乙烯。
所述高密度聚乙烯购买自上海赛科生产的5502。
对比例2
对比例2提供了一种高拉伸强度的聚丙烯材料，具体实施方式同实施例1，不同之处在于：
所述高密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯的重量比为20:1。
对比例3
对比例3提供了一种高拉伸强度的聚丙烯材料，具体实施方式同实施例1，不同之处在于：
所述高密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯的重量比为1:1。
性能测试
1、外观测试
对于实施例1-3和对比例1-5制备得到的聚丙烯材料，观察其外表，若外表光滑、均匀，则表示合格，每个例子准备样品50个，记录外表光滑、均匀的数量，并计算良品率，良品率(％)＝外表光滑、均匀数量/50×100％，结果记入表1。
2、硬挺度(手感)
对于实施例1-3和对比例1-5制备得到的聚丙烯材料，以实施例1的手感为标准，评价其他例子聚丙烯材料的硬挺度，结果记入表1。
从表格中可以看出，对比例1没加低密度线性聚乙烯，良品率低，制备聚丙烯材料的过程中，尤其是拉伸过程中，拉伸不均匀，拉伸结果不稳定，对比例2加入了少量的低密度线性聚乙烯，在拉伸的过程中有明显效果，但还是有部分样品存在厚薄不均匀的问题，对比例3中低密度线性聚乙烯加入量过多，会导致原料的流动性太好，拉伸时都堆积在底部，不能均匀分散，导致良品率低，硬挺度较差。
表1
| 良品率％ | 硬挺度 | |
| 实施例1 | 100 | 适中 |
| 实施例2 | 100 | 适中 |
| 实施例3 | 100 | 适中 |
| 对比例1 | 10 | 适中 |
| 对比例2 | 50 | 适中 |
| 对比例3 | 70 | 偏软 |
Claims (10)
1.一种高拉伸强度的聚丙烯材料，其特征在于，按重量份计，其制备原料包括：聚丙烯65-85份、聚乙烯15-30份、色母0.5-5份。
2.根据权利要求1所述的一种高拉伸强度的聚丙烯材料，其特征在于，所述聚丙烯包括无规共聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯和均聚聚丙烯。
3.根据权利要求2所述的一种高拉伸强度的聚丙烯材料，其特征在于，所述均聚聚丙烯在190℃下的熔体流动速率为1-5g/10min，等规指数≥95％。
4.根据权利要求1所述的一种高拉伸强度的聚丙烯材料，其特征在于，所述聚乙烯包括高密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯。
5.根据权利要求4所述的一种高拉伸强度的聚丙烯材料，其特征在于，所述高密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯的重量比为(2-8)：1。
6.根据权利要求5所述的高拉伸强度的聚丙烯材料，其特征在于，所述高密度聚乙烯的拉伸屈服强度为22-30MPa，耐环境应力开裂为40-60hr，断裂伸长率为350-550％。
7.根据权利要求5所述的高拉伸强度的聚丙烯材料，其特征在于，所述线性低密度聚乙烯的0.4mm鱼眼为15-40个/1520cm2，在190℃下的熔体流动速率为1.0-10g/10min，断裂伸长率≥400％，拉伸断裂强度≥5MPa。
8.一种根据权利要求1-7任一项所述的高拉伸强度的聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将原料干混后，通过双螺杆挤出机进行造粒，造粒后烘干至恒重即得。
9.根据权利要求8所述的高拉伸强度的聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的螺杆转速为机器最大转速的60-80％。
10.一种根据权利要求1-7任一项所述的高拉伸强度的聚丙烯材料的应用，其特征在于，应用于包装领域。
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|---|---|---|---|---|
| CN103073787A (zh) * | 2012-12-18 | 2013-05-01 | 宜昌宏裕塑业有限责任公司 | 一种耐低温食品桶注塑专用料及其制备方法 |
| CN107722446A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-02-23 | 四川长虹电器股份有限公司 | 具有高光泽、低线性膨胀系数的聚丙烯材料及其制备方法 |
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2023
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