CN116239838A - 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。该聚丙烯组合物，包括以下重量份计的组分：均聚聚丙烯30‑80份、共聚聚丙烯20‑70份、抗氧剂0.2‑2份；所述均聚聚丙烯的损耗角正切tanδ＝1对应的频率为10‑30rad/s，对应的模量为9000‑35000MPa；所述共聚聚丙烯的损耗角正切tanδ＝1对应的频率为10‑55rad/s，对应的模量为30000‑40000MPa。本发明制得的聚丙烯组合物具有熔体强度适中、泡孔尺寸分布较窄、减重比例高等的优点，所制备得到的聚丙烯材料可以很好地适用于吹塑发泡、吹塑以及吸塑等塑料成型工艺。
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
聚丙烯吹塑管件被广泛应用于汽车车顶通风管、仪表板通风管、除霜管、车底通风管等零部件，年用量超过5万吨。在低碳环保趋势下，车用聚丙烯材料轻量化趋势加速。在汽车轻量化解决方案中，聚丙烯微发泡技术因具有密度低、比强度高、能量吸收能力强、隔音隔热性能好等优点日益收到各汽车主机厂的重视。聚丙烯吹塑管件与微发泡技术相结合，用于降低吹塑管件的重量。由此，聚丙烯吹塑发泡材料应运而生。但聚丙烯吹塑发泡材料在成型过程中经历挤出、发泡、熔垂、吹塑等过程，技术点密集、成型过程复杂。而常规聚丙烯作为一种结晶性聚合物，当温度达到聚丙烯熔点时，聚丙烯分子链解缠结能力强，熔体强度低，导致气体过饱和度低，气泡成核动力不足；另外，聚丙烯熔融状态下的低熔体强度对发泡过程中气泡生长的扩张力限制不足，导致泡孔合并或者塌陷；当加工温度低于聚丙烯熔点时，聚丙烯熔体强度高，发泡阻力大，导致气泡成核困难。另外，聚丙烯热熔高，冷却所需时间长，气体耗散量高，易造成泡孔塌陷和发泡倍率低。由此可知，聚丙烯发泡材料成型工艺窗口窄，成型难度大。
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。该聚丙烯组合物能够有效克服现有的聚丙烯吹塑发泡材料熔体强度调控难度大，成型窗口窄，成型难度大的问题，具有熔体强度可控、易发泡等优点。
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：均聚聚丙烯30-80份、共聚聚丙烯20-70份、抗氧剂0.2-2份；
所述均聚聚丙烯的损耗角正切tanδ＝1对应的频率为10-30rad/s，对应的模量为9000-35000MPa；
所述共聚聚丙烯的损耗角正切tanδ＝1对应的频率为10-55rad/s，对应的模量为30000-40000MPa。
优选地，所述聚丙烯组合物，包括以下重量份计的组分：均聚聚丙烯40-60份、共聚聚丙烯40-60份、抗氧剂0.5-1份。
优选地，所述均聚聚丙烯的损耗角正切tanδ＝1对应的频率为12-28rad/s，对应的模量为9500-26000MPa。
优选地，所述共聚聚丙烯的损耗角正切tanδ＝1对应的频率为12-50rad/s，对应的模量为31000-35000MPa。
本发明中均聚聚丙烯和共聚聚丙烯损耗角正切tanδ＝1对应的频率、对应的模量均是在采用25mm平板，板间距1mm，200℃的测试条件下，采用美国TA公司的DHR型旋转流变仪测得。
优选地，所述抗氧剂包括受阻酚类、亚磷酸脂类抗氧剂。
一种所述聚丙烯组合物的制备方法，包括以下步骤：
将所有组分进行混合，制得聚丙烯组合物。
优选地，所述混合的转速为200-500r/min，混合时间为5-8min。
一种所述聚丙烯组合物在制备发泡材料中的应用。所述发泡材料包括吹塑、吹塑发泡、吸塑等塑料制件。
聚丙烯的损耗角tanδ反映了聚丙烯材料储能模量和损耗模量的大小，是聚丙烯粘弹性的反映。聚丙烯弹性越大，即tanδ＝1时的模量越大，或者tanδ＝1时对应的频率越小。聚丙烯弹性大时，在发泡过程中可发性越高，但对气体的限制能力小，容易导致气泡不均、鼓包等问题；聚丙烯弹性小时，在发泡过程中对气体的限制能力强，但容易导致材料的可发性减弱，达不到预期的发泡效果。本发明通过优选均聚聚丙烯与共聚聚丙烯的含量与损耗角正切tanδ＝1对应的频率和模量，实现了熔体强度的调控，获得宽发泡窗口的聚丙烯材料，可以克服选用单一均聚聚丙烯发泡存在的韧性差、刚性高、发泡后的零件很脆的问题，也可以有效克服选用单一共聚聚丙烯进行发泡容易产生的硬度小、耐热性差等的缺陷。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过均聚聚丙烯、共聚聚丙烯之间的协同作用，制备得到的聚丙烯材料具有熔体强度可控、发泡窗口宽、易加工成型、制备方法简单等优点，为吹塑、吹塑发泡、吸塑等塑料制件提供良好的解决方案。
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，抗氧剂、发泡剂均通过市售获得，且平行实验中使用的是同一种。
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1～7
实施例1～9和对比例1～7聚丙烯组合物，组分及重量份如表2所示。
实施例1～9和对比例1～7聚丙烯组合物的制备方法，包括以下步骤：
分别将均聚聚丙烯、共聚聚丙烯、抗氧剂在转速为300r/min的条件下混合6min，制得聚丙烯组合物。
表2实施例和对比例中组分用量(重量份)
性能测试
将实施例1～9及对比例1～7制备的聚丙烯组合物进行熔体强度、减重比例和泡孔尺寸测试，具体测试方法和标准如下，性能测试结果如表3所示。
熔体强度测试方法：将实施例1～9、对比例1～7制备的聚丙烯组合物与发泡剂按照100：2的质量比混合后，采用PolyLab OS型转矩流变仪在200℃、30r/min条件下通过直径为1.5mm的模头挤出，并用Gottfert Rheotens测试其熔体强度；
减重比例测试：按照ISO 1183-2019标准测试发泡前后的密度，减重比例＝(1-发泡后密度/发泡前密度)*100％；
泡孔尺寸通过将挤出的样条在液氮中淬断，再经徕卡光学显微镜放大至100倍观察，最后采用Image-Pro Plus软件进行泡孔尺寸统计。
表3性能测试结果
| 组别 | 熔体强度(mN) | 泡孔尺寸分布(μm) | 减重(％) |
| 实施例1 | 150 | 70-180 | 34 |
| 实施例2 | 140 | 80-160 | 40 |
| 实施例3 | 145 | 70-160 | 38 |
| 实施例4 | 135 | 70-180 | 33 |
| 实施例5 | 140 | 60-190 | 30 |
| 实施例6 | 120 | 60-200 | 30 |
| 实施例7 | 120 | 70-190 | 34 |
| 实施例8 | 150 | 60-190 | 31 |
| 实施例9 | 110 | 60-200 | 32 |
| 对比例1 | 160 | 50-230 | 25 |
| 对比例2 | 100 | 50-220 | 22 |
| 对比例3 | 180 | 60-240 | 25 |
| 对比例4 | 80 | 60-250 | 20 |
| 对比例5 | 320 | 30-210 | 27 |
| 对比例6 | 110 | 50-240 | 22 |
| 对比例7 | 130 | 50-190 | 25 |
从表3中的数据可以得知，本发明实施例1～9制得的聚丙烯组合物具有适中的熔体强度，较窄的泡孔尺寸分布以及高减重比，其中熔体强度能够保持在110～150mN，发泡后的减重比例在30～40％之间，泡孔尺寸可维持在60～200μm的范围内。
对比例1～2中加入的均聚聚丙烯的重量份数过少或过多，导致制得的聚丙烯组合物所具有的熔体强度较高或较低，且具有的泡孔尺寸分布较宽，发泡后的减重比例较小，应用于吹塑发泡等管材零件后轻量化效果弱。
对比例3～4、对比例5～7中选用的共聚聚丙烯或均聚聚丙烯损耗角正切tanδ＝1时的频率和模量不合适，所制备的聚丙烯组合物减重比例低，应用于吹塑发泡等管材零件后轻量化效果弱，不利于应用在吹塑发泡等管材零件上。
从以上的实验结果可以得知，本发明中均聚聚丙烯与共聚聚丙烯含量之间以及损耗角正切tanδ＝1时的频率和模量之间具有协同作用，只有各组分在合适的用量范围内且损耗角正切tanδ＝1时的频率和模量在某些范围时，才会制备得到熔体强度适中，泡孔尺寸分布较窄，减重比例高的聚丙烯组合物材料，所制备得到的聚丙烯材料适用于吹塑发泡、吹塑以及吸塑等塑料成型工艺。
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：均聚聚丙烯30-80份、共聚聚丙烯20-70份、抗氧剂0.2-2份；
所述均聚聚丙烯的损耗角正切tanδ＝1对应的频率为10-30rad/s，对应的模量为9000-35000MPa；
所述共聚聚丙烯的损耗角正切tanδ＝1对应的频率为10-55rad/s，对应的模量为30000-40000MPa。
2.如权利要求1所述聚丙烯组合物，其特征在于，包括以下重量份计的组分：均聚聚丙烯40-60份、共聚聚丙烯40-60份、抗氧剂0.5-1份。
3.如权利要求1所述聚丙烯组合物，其特征在于，所述均聚聚丙烯的的损耗角正切tanδ＝1对应的频率为12-28rad/s，对应的模量为9500-26000MPa。
4.如权利要求1所述聚丙烯组合物，其特征在于，所述共聚聚丙烯的损耗角正切tanδ＝1对应的频率为12-50rad/s，对应的模量为31000-35000MPa。
5.如权利要求1所述聚丙烯组合物，其特征在于，所述抗氧剂包括受阻酚类、亚磷酸脂类抗氧剂。
6.一种如权利要求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：
将所有组分进行混合，制得聚丙烯组合物。
7.如权利要求6所述制备方法，其特征在于，所述混合的转速为200-500r/min，混合时间为5-8min。
8.一种如权利要求1～5任一所述聚丙烯组合物在制备发泡材料中的应用。
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