CN116554603A - 一种聚丙烯/橡胶复合材料及其在pph伸缩节中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚丙烯/橡胶复合材料及其在PPH伸缩节中的应用，属于化工管道技术领域，所述聚丙烯/橡胶复合材料由以下步骤制备而成：制备相容剂，制备阻燃剂，共混改性；所述制备相容剂，将木质素、γ‑戊内酯水溶液加入反应釜中，搅拌后倒出，得到初级混合液；将甘油加入反应釜中，搅拌，然后将初级混合液缓慢倒入反应釜中，倒入结束加入十二烷基苯磺酸钠，继续搅拌，加入，继续搅拌，加入海藻酸钠、谷氨酸，继续搅拌，得到混合液，将混合液进行离心，离心结束后将沉淀物烘干，得到相容剂；本发明的聚丙烯/橡胶复合材料不仅具有优秀的耐寒性、低温冲击强度、耐老化性、韧性，还具有优秀的耐溶剂性、耐高温性、阻燃性。
Description
技术领域
本发明涉及化工管道技术领域，具体涉及一种聚丙烯/橡胶复合材料及其在PPH伸缩节中的应用。
背景技术
聚丙烯是丙烯通过加聚反应而成的聚合物，为白色蜡状材料，外观透明而轻，易燃，熔点为164-170℃，在155℃下软化，在80℃以下能耐酸、碱、盐液及多种有机溶剂的腐蚀，能在高温和氧化作用下分解。聚丙烯是一种性能优良的热塑性合成树脂，为无色半透明的热塑性轻质通用塑料，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，广泛应用于服装、毛毯等纤维制品、医疗器械、汽车、自行车、零件、输送管道、化工容器等生产。
但是聚丙烯的耐寒性差，低温冲击强度低，易受光、热和氧的作用老化，易燃烧，韧性不好，影响了聚丙烯的进一步应用，为了解决上述问题，目前最常用的方法为使用橡胶对聚丙烯进行改性制成PPH材料，使聚丙烯具有均匀细腻的Beta晶型结构，从而具有极好的耐寒性、低温冲击强度、耐老化性、韧性，常用于PPH伸缩节的制备中。
但是聚丙烯与橡胶的相容性差，改性后会影响PPH材料的耐溶剂性和耐高温性，还会进一步降低PPH材料的阻燃性，从而也影响到了制备的PPH伸缩节的耐溶剂性、耐高温性、阻燃性。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种聚丙烯/橡胶复合材料及其在PPH伸缩节中的应用，聚丙烯/橡胶复合材料不仅具有优秀的耐寒性、低温冲击强度、耐老化性、韧性，还具有优秀的耐溶剂性、耐高温性、阻燃性。
为解决以上技术问题，本发明采取的技术方案如下：
一种聚丙烯/橡胶复合材料，由以下步骤制备而成：制备相容剂，制备阻燃剂，共混改性。
所述制备相容剂，将木质素、γ-戊内酯水溶液加入反应釜中，将反应釜的温度控制至50-55℃，搅拌后倒出，得到初级混合液；将甘油加入反应釜中，将反应釜的温度控制至60-70℃，搅拌，然后将初级混合液缓慢倒入反应釜中，倒入结束加入十二烷基苯磺酸钠，继续搅拌，加入，继续搅拌，加入海藻酸钠、谷氨酸，继续搅拌，得到混合液，将混合液进行离心，离心结束后将沉淀物烘干，得到相容剂；
所述制备相容剂中，木质素、γ-戊内酯水溶液、甘油、十二烷基苯磺酸钠、去离子水、海藻酸钠、谷氨酸的重量比为10-12:90-100:600-700:0.7-1:1500-1600:4-5:1-1.5；
所述制备相容剂中，所述γ-戊内酯水溶液的质量分数为10-12%；
所述制备相容剂中，混合液的倒入速度为15-20g/min；
所述制备相容剂中，离心时的转速为8000-10000rpm，时间为5-7min；
所述制备阻燃剂，将氧化铝、氢氧化钠水溶液、去离子水加入反应釜中，将反应釜的温度控制至85-90℃，搅拌，加入碳酸氢铵水溶液，同时向反应釜中持续通入二氧化碳气体，然后继续搅拌，得到反应液，将反应液进行过滤得到滤渣，将滤渣烘干，得到阻燃剂；
所述制备阻燃剂中，氧化铝、氢氧化钠水溶液、去离子水、碳酸氢铵水溶液的重量比为150-160:280-300:150-160:50-60；
所述制备阻燃剂中，氢氧化钠水溶液的质量分数为10-12%，碳酸氢铵水溶液的质量分数为4-5%；
所述制备阻燃剂中，二氧化碳气体的通入速度为400-500mL/min；
所述共混改性，将共聚丙烯、三元乙丙橡胶、相容剂、阻燃剂、纳米碳酸钙、聚乙烯蜡、抗氧剂1010、2-羟基-4-辛氧基二苯甲酮加入捏合机内进行捏合成型，捏合成型后通入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，挤出造粒后得到聚丙烯/橡胶复合材料；
所述共混改性中，共聚丙烯、三元乙丙橡胶、相容剂、阻燃剂、纳米碳酸钙、聚乙烯蜡、抗氧剂1010、2-羟基-4-辛氧基二苯甲酮的重量比为60-65:35-40:5-6:15-20:3-5:2-2.5:0.5-0.7:0.2-0.3；
所述共混改性中，捏合成型中的温度为200-210℃，时间为15-20min，挤出造粒中双螺杆挤出机的螺杆温度为：一区温度为200-205℃，二区温度为195-200℃，三区温度为185-190℃，四区温度为175-180℃，五区温度为170-175℃；
所述共聚丙烯的熔融指数为12-15g/min(230℃，2.16kg)；
所述三元乙丙橡胶中乙烯含量为60-70%，重均分子量为10-30万；
所述纳米碳酸钙的粒径为80-100nm。
一种前述的聚丙烯/橡胶复合材料在PPH伸缩节中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
（1）本发明的聚丙烯/橡胶复合材料，弯曲强度为51.8-53.1MPa，拉伸强度为40.2-41.5MPa；
（2）本发明的聚丙烯/橡胶复合材料，具有优秀的韧性，断裂伸长率为375-388%；
（3）本发明的聚丙烯/橡胶复合材料，具有优秀的阻燃性，氧指数为36.7-37.8；
（4）本发明的聚丙烯/橡胶复合材料，具有优秀的低温冲击强度，在23℃下的悬臂梁缺口冲击强度为22.5-23.6kJ/m2，在-20℃下的悬臂梁缺口冲击强度为13.4-14.0kJ/m2；
（5）本发明的聚丙烯/橡胶复合材料，具有优秀的耐寒性，置于-20℃下静置100d后，弯曲强度为51.6-52.7MPa，拉伸强度为40.1-41.4MPa，断裂伸长率为372-386%；
（6）本发明的聚丙烯/橡胶复合材料，具有优秀的耐高温性，置于40℃下静置100d后，弯曲强度为51.5-52.2MPa，拉伸强度为40.0-41.2MPa，断裂伸长率为370-384%；
（7）本发明的聚丙烯/橡胶复合材料，具有优秀的耐老化性，置于功率为400W的氙灯下连续照射100d后，弯曲强度为50.7-52.0MPa，拉伸强度为39.1-40.2MPa，断裂伸长率为368-381%；
（8）本发明的聚丙烯/橡胶复合材料，具有优秀的耐溶剂性，完全浸泡于花生油中24h后，无裂纹。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现说明本发明的具体实施方式。
实施例1
一种聚丙烯/橡胶复合材料，由以下步骤制备而成：
1.制备相容剂：将10g木质素、90g质量分数为10%的γ-戊内酯水溶液加入反应釜中，将反应釜的温度控制至50℃，开启搅拌并将搅拌速度控制至60rpm，搅拌20min后倒出，得到初级混合液；将600g甘油加入反应釜中，将反应釜的温度控制至60℃，开启搅拌并将搅拌速度控制至100rpm，然后将初级混合液缓慢倒入反应釜中，控制混合液的倒入速度为15g/min，倒入结束加入0.7g十二烷基苯磺酸钠，继续搅拌1h，加入1500g去离子水，继续搅拌30min，加入4g海藻酸钠、1g谷氨酸，继续搅拌40min，得到混合液，将混合液进行离心，控制离心时的转速为8000rpm，时间为5min，离心结束后将沉淀物置于105℃下烘干，得到相容剂。
2.制备阻燃剂：将150g氧化铝、280g质量分数为10%的氢氧化钠水溶液、150g去离子水加入反应釜中，将反应釜的温度控制至85℃，开启搅拌并将搅拌速度控制至100rpm，搅拌1h后，加入50g质量分数为4%的碳酸氢铵水溶液，同时向反应釜中持续通入二氧化碳气体，控制二氧化碳气体的通入速度为400mL/min，继续搅拌50min，停止搅拌和通入二氧化碳，得到反应液，将反应液进行过滤得到滤渣，将滤渣置于75℃下烘干，得到阻燃剂。
3.共混改性：将60kg共聚丙烯、35kg三元乙丙橡胶、5kg相容剂、15kg阻燃剂、3kg纳米碳酸钙、2kg聚乙烯蜡、0.5kg抗氧剂1010、0.2kg 2-羟基-4-辛氧基二苯甲酮加入捏合机内进行捏合成型，控制捏合成型中的温度为200℃，时间为15min，捏合成型后通入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，控制双螺杆挤出机的螺杆温度为：一区温度为200℃，二区温度为195℃，三区温度为185℃，四区温度为175℃，五区温度为170℃，挤出造粒后得到聚丙烯/橡胶复合材料。
所述共聚丙烯的熔融指数为12g/min(230℃，2.16kg)；
所述三元乙丙橡胶中乙烯含量为60%，重均分子量为10万；
所述纳米碳酸钙的粒径为80nm。
实施例2
一种聚丙烯/橡胶复合材料，由以下步骤制备而成：
1.制备相容剂：将11g木质素、95g质量分数为11%的γ-戊内酯水溶液加入反应釜中，将反应釜的温度控制至52℃，开启搅拌并将搅拌速度控制至70rpm，搅拌22min后倒出，得到初级混合液；将650g甘油加入反应釜中，将反应釜的温度控制至65℃，开启搅拌并将搅拌速度控制至110rpm，然后将初级混合液缓慢倒入反应釜中，控制混合液的倒入速度为18g/min，倒入结束加入0.8g十二烷基苯磺酸钠，继续搅拌1.1h，加入1550g去离子水，继续搅拌32min，加入4.5g海藻酸钠、1.2g谷氨酸，继续搅拌42min，得到混合液，将混合液进行离心，控制离心时的转速为9000rpm，时间为6min，离心结束后将沉淀物置于108℃下烘干，得到相容剂。
2.制备阻燃剂：将155g氧化铝、290g质量分数为11%的氢氧化钠水溶液、155g去离子水加入反应釜中，将反应釜的温度控制至88℃，开启搅拌并将搅拌速度控制至110rpm，搅拌1.2h后，加入55g质量分数为4.5%的碳酸氢铵水溶液，同时向反应釜中持续通入二氧化碳气体，控制二氧化碳气体的通入速度为450mL/min，继续搅拌52min，停止搅拌和通入二氧化碳，得到反应液，将反应液进行过滤得到滤渣，将滤渣置于78℃下烘干，得到阻燃剂。
3.共混改性：将62kg共聚丙烯、38kg三元乙丙橡胶、5.5kg相容剂、18kg阻燃剂、4kg纳米碳酸钙、2.2kg聚乙烯蜡、0.6kg抗氧剂1010、0.2kg 2-羟基-4-辛氧基二苯甲酮加入捏合机内进行捏合成型，控制捏合成型中的温度为205℃，时间为18min，捏合成型后通入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，控制双螺杆挤出机的螺杆温度为：一区温度为202℃，二区温度为198℃，三区温度为188℃，四区温度为178℃，五区温度为172℃，挤出造粒后得到聚丙烯/橡胶复合材料。
所述共聚丙烯的熔融指数为14g/min(230℃，2.16kg)；
所述三元乙丙橡胶中乙烯含量为65%，重均分子量为20万；
所述纳米碳酸钙的粒径为90nm。
实施例3
一种聚丙烯/橡胶复合材料，由以下步骤制备而成：
1.制备相容剂：将12g木质素、100g质量分数为12%的γ-戊内酯水溶液加入反应釜中，将反应釜的温度控制至55℃，开启搅拌并将搅拌速度控制至80rpm，搅拌25min后倒出，得到初级混合液；将700g甘油加入反应釜中，将反应釜的温度控制至70℃，开启搅拌并将搅拌速度控制至120rpm，然后将初级混合液缓慢倒入反应釜中，控制混合液的倒入速度为20g/min，倒入结束加入1g十二烷基苯磺酸钠，继续搅拌1.2h，加入1600g去离子水，继续搅拌35min，加入5g海藻酸钠、1.5g谷氨酸，继续搅拌45min，得到混合液，将混合液进行离心，控制离心时的转速为10000rpm，时间为7min，离心结束后将沉淀物置于110℃下烘干，得到相容剂。
2.制备阻燃剂：将160g氧化铝、300g质量分数为12%的氢氧化钠水溶液、160g去离子水加入反应釜中，将反应釜的温度控制至90℃，开启搅拌并将搅拌速度控制至120rpm，搅拌1.5h后，加入60g质量分数为5%的碳酸氢铵水溶液，同时向反应釜中持续通入二氧化碳气体，控制二氧化碳气体的通入速度为500mL/min，继续搅拌55min，停止搅拌和通入二氧化碳，得到反应液，将反应液进行过滤得到滤渣，将滤渣置于80℃下烘干，得到阻燃剂。
3.共混改性：将65kg共聚丙烯、40kg三元乙丙橡胶、6kg相容剂、20kg阻燃剂、5kg纳米碳酸钙、2.5kg聚乙烯蜡、0.7kg抗氧剂1010、0.3kg 2-羟基-4-辛氧基二苯甲酮加入捏合机内进行捏合成型，控制捏合成型中的温度为210℃，时间为20min，捏合成型后通入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，控制双螺杆挤出机的螺杆温度为：一区温度为205℃，二区温度为200℃，三区温度为190℃，四区温度为180℃，五区温度为175℃，挤出造粒后得到聚丙烯/橡胶复合材料。
所述共聚丙烯的熔融指数为15g/min(230℃，2.16kg)；
所述三元乙丙橡胶中乙烯含量为70%，重均分子量为30万；
所述纳米碳酸钙的粒径为100nm。
对比例1
采用与实施例1相同的聚丙烯/橡胶复合材料的制备方法，其不同之处在于：省略第1步制备相容剂，及在第3步共混改性中省略相容剂的加入。
对比例2
采用与实施例1相同的聚丙烯/橡胶复合材料的制备方法，其不同之处在于：省略第2步制备阻燃剂，及在第3步共混改性中省略阻燃剂的加入。
试验例1
对实施例1-3和对比例1-2的聚丙烯/橡胶复合材料的在23℃下的悬臂梁缺口冲击强度、在-20℃下的悬臂梁缺口冲击强度、弯曲强度、拉伸强度、断裂伸长率、氧指数进行测试，测试结果如下：
试验例2
将实施例1-3和对比例1-2的聚丙烯/橡胶复合材料置于-20℃下静置100d后，对聚丙烯/橡胶复合材料的弯曲强度、拉伸强度、断裂伸长率进行测试，测试结果如下：
试验例3
将实施例1-3和对比例1-2的聚丙烯/橡胶复合材料置于40℃下静置100d后，对聚丙烯/橡胶复合材料的弯曲强度、拉伸强度、断裂伸长率进行测试，测试结果如下：
试验例4
将实施例1-3和对比例1-2的聚丙烯/橡胶复合材料置于氙灯下连续照射100d，控制氙灯的功率为400W，对聚丙烯/橡胶复合材料的弯曲强度、拉伸强度、断裂伸长率进行测试，测试结果如下：
试验例5
将实施例1-3和对比例1-2的聚丙烯/橡胶复合材料制成长为20cm，宽为10cm，厚度为0.5cm的试样，然后将试样完全浸泡于花生油中，在25℃下浸泡24h后，取出试样，观察是否有裂纹，观察结果如下：
除非另有说明，本发明中所采用的百分数均为质量百分数。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种聚丙烯/橡胶复合材料，其特征在于，由以下步骤制备而成：制备相容剂，制备阻燃剂，共混改性；
所述制备相容剂，将木质素、γ-戊内酯水溶液加入反应釜中，将反应釜的温度控制至50-55℃，搅拌后倒出，得到初级混合液；将甘油加入反应釜中，将反应釜的温度控制至60-70℃，搅拌，然后将初级混合液缓慢倒入反应釜中，倒入结束加入十二烷基苯磺酸钠，继续搅拌，加入，继续搅拌，加入海藻酸钠、谷氨酸，继续搅拌，得到混合液，将混合液进行离心，离心结束后将沉淀物烘干，得到相容剂。
2.根据权利要求1所述的聚丙烯/橡胶复合材料，其特征在于，所述制备相容剂中，木质素、γ-戊内酯水溶液、甘油、十二烷基苯磺酸钠、去离子水、海藻酸钠、谷氨酸的重量比为10-12:90-100:600-700:0.7-1:1500-1600:4-5:1-1.5。
3.根据权利要求1所述的聚丙烯/橡胶复合材料，其特征在于，所述制备相容剂中，所述γ-戊内酯水溶液的质量分数为10-12%；
混合液的倒入速度为15-20g/min；
离心时的转速为8000-10000rpm，时间为5-7min。
4.根据权利要求1所述的聚丙烯/橡胶复合材料，其特征在于，所述制备阻燃剂，将氧化铝、氢氧化钠水溶液、去离子水加入反应釜中，将反应釜的温度控制至85-90℃，搅拌，加入碳酸氢铵水溶液，同时向反应釜中持续通入二氧化碳气体，然后继续搅拌，得到反应液，将反应液进行过滤得到滤渣，将滤渣烘干，得到阻燃剂。
5.根据权利要求4所述的聚丙烯/橡胶复合材料，其特征在于，所述制备阻燃剂中，氧化铝、氢氧化钠水溶液、去离子水、碳酸氢铵水溶液的重量比为150-160:280-300:150-160:50-60。
6.根据权利要求4所述的聚丙烯/橡胶复合材料，其特征在于，所述制备阻燃剂中，氢氧化钠水溶液的质量分数为10-12%，碳酸氢铵水溶液的质量分数为4-5%；
二氧化碳气体的通入速度为400-500mL/min。
7.根据权利要求1所述的聚丙烯/橡胶复合材料，其特征在于，所述共混改性，将共聚丙烯、三元乙丙橡胶、相容剂、阻燃剂、纳米碳酸钙、聚乙烯蜡、抗氧剂1010、2-羟基-4-辛氧基二苯甲酮加入捏合机内进行捏合成型，捏合成型后通入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，挤出造粒后得到聚丙烯/橡胶复合材料。
8.根据权利要求7所述的聚丙烯/橡胶复合材料，其特征在于，所述共混改性中，共聚丙烯、三元乙丙橡胶、相容剂、阻燃剂、纳米碳酸钙、聚乙烯蜡、抗氧剂1010、2-羟基-4-辛氧基二苯甲酮的重量比为60-65:35-40:5-6:15-20:3-5:2-2.5:0.5-0.7:0.2-0.3。
9.根据权利要求7所述的聚丙烯/橡胶复合材料，其特征在于，所述共混改性中，捏合成型中的温度为200-210℃，时间为15-20min，挤出造粒中双螺杆挤出机的螺杆温度为：一区温度为200-205℃，二区温度为195-200℃，三区温度为185-190℃，四区温度为175-180℃，五区温度为170-175℃；
所述共聚丙烯的熔融指数为12-15g/min(230℃，2.16kg)；
所述三元乙丙橡胶中乙烯含量为60-70%，重均分子量为10-30万；
所述纳米碳酸钙的粒径为80-100nm。
10.一种权利要求1所述的聚丙烯/橡胶复合材料在PPH伸缩节中的应用。
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|---|---|---|---|
| CN202310522455.9A CN116554603A (zh) | 2023-05-10 | 2023-05-10 | 一种聚丙烯/橡胶复合材料及其在pph伸缩节中的应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN116554603A true CN116554603A (zh) | 2023-08-08 |
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- 2023-05-10 CN CN202310522455.9A patent/CN116554603A/zh active Pending
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