CN117511060A - 一种pp复合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PP复合材料及其制备方法和应用，属于高分子工程塑料技术领域；本发明提供的PP复合材料包括以下质量份的组分：PP树脂40‑70份、PP接枝物20‑40份、增粘树脂8‑20份、PE树脂5‑15份。本发明提供的PP复合材料以特定特性粘度范围内的PP树脂为基体，同时复配PP接枝物、PE树脂以及增粘树脂，从而能够实现PP复合材料优异的粘接性能和成型性，得到的产品剥离强度高，且成型性好；并且本发明提供的复合材料的制备方法简单，有利于实际生产。
Description
技术领域
本发明属于高分子工程塑料技术领域，尤其涉及一种PP复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
轻量化、环保、能源和节能等一直是近几年关注的热点话题，其中以塑代钢是很好的方案。高分子材料具有较好的韧性、耐酸碱性、耐水解性等性能，因此广泛应用。但高分子材料也存在很多问题，比如：刚性相比金属差的多，防撞、防爆性能也差很多。在一些性能过剩，或者一些金属件长期在地下或者泡水中、或者户外等环境中，可以通过在金属上涂覆或包覆一层高分子树脂，起到防腐、减重等作用。众所周知，金属与高分子材料不相容、难以粘结，通常用胶粘剂来做粘接层。
PP具有密度低、耐腐蚀性、成本低等优点，在汽车、家电、包装等行业广泛应用。在防腐3PP管道、PP金属管、金属复合PP纤维板材等方面，常用PP胶粘剂做粘接层，作为金属和塑料粘接的桥梁。PP胶粘剂改性技术通过添加PP接枝马来酸酐、增粘树脂等提高材料极性和活性，使两者粘接。PP接枝马来酸酐，因其PP的主要单体为丙烯，侧甲基活性较大，加入引发剂后，会导致分子链断链，熔融指数极大提高(熔指相比初始值提高几十，几百倍)，其他性能也会下降，同时因侧甲基位阻较大，PP接枝马来酸酐的接枝率比较低。熔指高，粘度低会影响后期成型，如粘度低不利于挤出、吹膜成型，另外接枝率是粘接的关键，以上的缺点一定程度上限制了使用。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种具有较高的剥离强度和优异的成型性的PP复合材料及其制备方法和应用。
为实现上述目的，在本发明的第一方面，本发明提供了一种PP复合材料，所述PP复合材料包括以下质量份的组分：PP树脂40-70份、PP接枝物20-40份、增粘树脂8-20份、PE树脂5-15份；
所述PP树脂的熔体流动速率≤15g/10min；
所述PP接枝物为马来酸酐接枝PP基体树脂，所述PP接枝物的熔体流动速率小于100g/10min；所述PP接枝物可为市售产品或者自制；
所述PE树脂的熔体流动速率为0.1-10g/10min，熔体强度大于30NM。
本发明提供的一种PP复合材料以特定特性粘度范围内的PP树脂为基体，同时复配PP接枝物、PE树脂以及增粘树脂，从而能够实现PP复合材料优异的粘接性能和成型性，得到的产品剥离强度高，且成型性好。具体地，本发明加入的PP接枝物为自制产品，且制备得到的PP接枝物的熔体流动速率小于100g/10min，能够获得较低熔指且接枝率高的PP接枝物；进一步选择合适熔体流动速率范围和熔体强度范围的PE树脂，能够补强PP树脂和PP接枝物低粘度性能，同时复配增粘树脂，能够实现PP复合材料在具备优异的粘接性能，同时还具有较高的熔体强度，进而满足挤出成型、吹膜成型需求，扩大使用范围。
PP树脂的熔体流动速率为参照ISO 1133-1-2011测定，测试条件为230℃/2.16kg。
PP接枝物的熔体流动速率为参照ISO 1133-1-2011测定，测试条件为230℃/0.325kg。
PP基体树脂中乙烯质量百分数为参照文献《傅里叶红外光谱法测定无规共聚聚丙烯中乙烯含量》中的方法测定。
PE树脂的熔体流动速率为参照ISO 1133-1-2011测定，测试条件为190℃/2.16kg；熔体强度为通过熔体强度测试仪测量，在190℃时，记录拉断时的力，此熔体束断裂所受的力定义为“熔体强度”。
本发明所述PP树脂可为均聚、共聚或无规共聚聚丙烯；本发明所述PE树脂可为低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、高密度聚乙烯中的至少一种。
作为本发明所述PP复合材料的优选实施方式，所述PP复合材料包括以下质量份的组分：PP树脂45-65份、PP接枝物25-35份、增粘树脂10-15份、PE树脂8-12份。
发明人研究发现，当进一步组分的质量份为上述范围值时，得到的产品的综合性能更好。
作为本发明所述PP复合材料的优选实施方式，如下(a)-(c)中的至少一种：
(a)所述PP树脂的熔体流动速率为0.3-12g/10min；
(b)所述PP接枝物的熔体流动速率为15-95g/10min，所述PP基体树脂为丙烯与乙烯共聚，乙烯质量百分数为3-25％；
(c)所述PE树脂的熔体流动速率为0.10-8.5g/10min。
示例性地，所述PP树脂的熔体流动速率可为0.3-12g/10min之间的任意点值或任意两点组成的范围值，比如可为0.4-9g/10min、0.4-6g/10min、6-9g/10min等范围值，也可为0.3g/10min、0.4g/10min、1g/10min、1.5g/10min、2g/10min、2.5g/10min、3g/10min、3.5g/10min、4g/10min、4.5g/10min、5g/10min、5.5g/10min、6g/10min、6.5g/10min、7g/10min、7.5g/10min、8g/10min、8.5g/10min、9g/10min、9.5g/10min、10g/10min、12g/10min等点值，限于篇幅，此处不一一列举，在本发明给出的0.3-12g/10min的范围内，都能实现本发明的效果。
优选地，所述PP树脂的熔体流动速率为6-9g/10min；在6-9g/10min范围内，得到的产品的综合效果更为优异。
示例性地，所述PP接枝物的熔体流动速率可为15-95g/10min之间的任意点值或任意两点组成的范围值，比如可为20-40g/10min、20-60g/10min、40-60g/10min等范围值，也可为15g/10min、20g/10min、25g/10min、30g/10min、35g/10min、40g/10min、45g/10min、50g/10min、55g/10min、60g/10min、65g/10min、70g/10min、75g/10min、80g/10min、85g/10min、90g/10min、95g/10min等点值，限于篇幅，此处不一一列举，在本发明给出的15-95g/10min的范围内，都能实现本发明的效果。所述PP基体树脂中，乙烯质量百分数可为3-25％之间的任意点值或任意两点组成的范围值，比如可为5-20％、2-15％、10-15％等范围值，也可为3％、5％、8％、10％、12％、15％、18％、20％、22％、25％等点值，限于篇幅，此处不一一列举，在本发明给出的3-25％的范围内，都能实现本发明的效果。
优选地，所述PP接枝物的熔体流动速率为40-60g/10min，PP基体树脂中，乙烯质量百分数为10-15％；当PP接枝物的熔体流动速率为40-60g/10min且PP基体树脂中乙烯质量百分数为10-15％时，得到的产品的综合效果更为优异。
示例性地，所述PE树脂的熔体流动速率可为0.10-8.5g/10min之间的任意点值或任意两点组成的范围值，比如可为0.11-3.5g/10min、0.11-2g/10min、2-3.5g/10min等范围值，也可为0.11g/10min、0.15g/10min、0.2g/10min、0.5g/10min、0.8g/10min、1g/10min、1.5g/10min、2g/10min、2.5g/10min、3g/10min、3.5g/10min、4g/10min、4.5g/10min、5g/10min、5.5g/10min、6g/10min、6.5g/10min、7g/10min、7.5g/10min、8g/10min、8.5g/10min等点值，限于篇幅，此处不一一列举，在本发明给出的0.10-8.5g/10min的范围内，都能实现本发明的效果。
优选地，所述PE树脂的熔体流动速率可为2-3.5g/10min，当进一步优选PE树脂的熔体流动速率为2-3.5g/10min时，得到的产品的熔体强度更大且粘接性能更为优异。
作为本发明所述PP复合材料的优选实施方式，所述增粘树脂为松香树脂、石油树脂、EVA、EMA、EEA中的至少一种。
优选地，所述增粘树脂为石油树脂。
发明人研究发现，进一步选择增粘树脂为石油树脂时，得到的产品的综合性能更优。
作为本发明所述PP复合材料的优选实施方式，所述PP接枝物的制备方法为：将PP基体树脂、引发剂和马来酸酐混合后熔融挤出、拉条、切粒，得PP接枝物。
优选地，所述PP接枝物的制备方法中，熔融挤出的温度为170-210℃。
优选地，以PP基体树脂计，所述引发剂的添加量为0.05-0.15％，所述马来酸酐的添加量为0.5-1.5％。
优选地，所述引发剂为过氧化二苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁酯、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷中的任意一种。
作为本发明所述PP复合材料的优选实施方式，所述PP复合材料还包括0-1份抗氧剂。
作为本发明所述PP复合材料的优选实施方式，所述抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物。
优选地，所述抗氧剂1010和抗氧剂168的质量比为(1-2)：1。
在本发明的第二方面，本发明还提供了一种所述PP复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：将各原料称重后混合送入双螺杆挤出机中，经挤出、拉条、冷却、切粒、干燥，得PP复合材料。
作为本发明所述制备方法的优选实施方式，所述双螺杆挤出机的参数为：喂料速度为5-200kg/h；挤出温度为170-210℃；螺杆转速为300-500rpm。
在本发明的第三方面，本发明还提供了所述PP复合材料在制备胶粘剂上的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的一种PP复合材料以特定特性粘度范围内的PP树脂为基体，同时复配PP接枝物、PE树脂以及增粘树脂，从而能够实现PP复合材料优异的粘接性能和成型性，得到的产品剥离强度高，且成型性好；具体地，得到的产品的剥离强度在135N/m以上，熔体强度在20NM以上；并且本发明提供的复合材料的制备方法简单，有利于实际生产。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明所采用的试剂、方法和设备，如无特殊说明，均为本领域常规试剂、方法和设备。
PP-1：SP179，熔体流动速率为9g/10min，齐鲁石化；
PP-2：K6606熔体流动速率为6g/10min，中石化；
PP-3：B8101，熔体流动速率为0.4g/10min，中石化；
PP-4：K1008，熔体流动速率为10g/10min，茂名石化；
PP-5：RP346R，熔体流动速率为25g/10min，巴塞尔；
PP接枝物-1：熔体流动速率为40g/10min，PP基体树脂中乙烯质量百分数为10％，自制；
PP接枝物-2：熔体流动速率为60g/10min，PP基体树脂中乙烯质量百分数为15％，自制；
PP接枝物-3：熔体流动速率为90g/10min，PP基体树脂中乙烯质量百分数为20％，自制；
PP接枝物-4：熔体流动速率为20g/10min，PP基体树脂中乙烯质量百分数为5％，自制；
PP接枝物-5：熔体流动速率为40g/10min，PP基体树脂中乙烯质量百分数为0％，自制；
PP接枝物-6：熔体流动速率为150g/10min，PP基体树脂中乙烯质量百分数为10％，自制；
PE-1：LLDPE 3518PA，熔体流动速率为3.5g/10min，熔体强度45NM，埃克森；
PE-2：LLDPE 7042，熔体流动速率为2g/10min，熔体强度35NM，中石化；
PE-3：HDPE P4406C熔体流动速率为0.11g/10min，熔体强度40NM，茂名石化；
PE-4：LLDPE DMDA8007，熔体流动速率为8g/10min，熔体强度32NM，广州石化；
PE-5：LLDPE 7042，熔体流动速率为2g/10min，熔体强度28NM，中石化；
PE-6：LLDPE 0015XC熔体流动速率为15g/10min，熔体强度35NM，埃克森；
增粘树脂-1：石油树脂，ESCOREZ 1000，上海金森；
增粘树脂-2：EVA V 6110M，，扬子石化；
抗氧剂：抗氧剂1010和抗氧剂168以1：1的质量比的混合物，市售。
实施例1-17和对比例1-8
本发明实施例1-17和对比例1-8组分含量(重量份)如表1-2所示；
表1
表2
PP接枝物的制备如下：
PP接枝物-1的制备：将PP基体树脂(乙烯质量百分数为10％，厂家为中石化，型号为PP M180R)、引发剂和马来酸酐以100：0.1：1.5的质量比混合后在190℃的温度下熔融挤出，随后拉条、切粒，得PP接枝物-1；
PP接枝物-2的制备：将PP基体树脂(乙烯质量百分数为15％，厂家为宁煤神华，型号PP 2500H)、引发剂和马来酸酐以100：0.1：1.5的质量比混合后在190℃的温度下熔融挤出，随后拉条、切粒，得PP接枝物-2；
PP接枝物-3的制备：将PP基体树脂(乙烯质量百分数为20％，厂家为中石化，型号为PP 8101)、引发剂和马来酸酐以100：0.1：1.5的质量比混合后在190℃的温度下熔融挤出，随后拉条、切粒，得PP接枝物-3；
PP接枝物-4的制备：将PP基体树脂(乙烯质量百分数为5％，厂家为中石化，型号为PP M500)、引发剂和马来酸酐以100：0.1：1.5的质量比混合后在190℃的温度下熔融挤出，随后拉条、切粒，得PP接枝物-4；
PP接枝物-5的制备：将PP基体树脂(乙烯质量百分数为0％，厂家为中石化，型号为PP L5E89)、引发剂和马来酸酐以100：0.1：1.5的质量比混合后在190℃的温度下熔融挤出，随后拉条、切粒，得PP接枝物-5；
PP接枝物-6的制备：将PP基体树脂(乙烯质量百分数为10％，厂家为中石化，型号为PP M180R)、引发剂和马来酸酐以100：0.15：0.5的质量比混合后在190℃的温度下熔融挤出，随后拉条、切粒，得PP接枝物-6；
实施例1-17和对比例1-8提供的复合材料的制备方法为：
将各原料称重后加入到混料机混合均匀，随后送入双螺杆挤出机中，调节双螺杆挤出机的喂料量为300kg/小时，经挤出、拉条、冷却、切粒、干燥，得PP复合材料；其中，所述双螺杆挤出机的参数为：挤出温度为190℃；螺杆转速为350rpm。
效果例
本发明效果例验证实施例和对比例制备得到的产品的性能；测试项目包括以下方面：
1、剥离强度：按照标准GB/T 2792-2014测试；
2、成型好与差：将复合材料加入吹膜机中，能稳定吹膜成型，膜泡不破洞，表示成型好，如果吹膜不稳定，破洞，难以成型，表示成型差；
3、熔体强度：通过熔体强度测试仪测量，在190℃时，记录拉断时的力，此熔体束断裂所受的力定义为“熔体强度”；
测试得到的结果如表3所示；
表3
从表3中可以看出，当采用本发明的技术方案时，得到的产品具有优异的综合效果，不仅能够满足高的剥离强度，并且产品的成型性也优异，得到的产品的剥离强度在135N/m以上，熔体强度在20NM以上；
从实施例1-5和对比例1-4中可以看出，组分的质量份对产品的成型和粘接强度有明显的影响，当进一步优选组分的质量份为PP树脂45-60份、PP接枝物25-35份、增粘树脂10-15份、PE树脂8-12份时，得到的产品的综合效果更优异，剥离强度在152N/m以上，熔体强度在22NM以上；当对比例1中PP接枝物添加量过少时，剥离强度差，仅98N/m，相较于实施例1下降了36.77％，说明材料粘接性能差，当对比例2中PP接枝物添加量过多时，粘接强度也低，且成型也差，熔体强度也低；当对比例3中PE树脂添加量过少时，熔体强度较低，成型性能差，当对比例4中PE树脂添加量过多时，虽然好成型，但是剥离强度下降，与实施例1相比下降了17.42％；
从实施例1、实施例7-9和对比例5中可以看出，PP树脂的熔体流动速率也会对产品的性能带来影响，当进一步优选PP树脂的熔体流动速率为6-9g/10min时，得到的产品的综合性能更优，得到的产品的剥离强度在155N/m以上；当PP树脂的熔体流动速率不在本发明给出的范围内时，与实施例1相比，对比例5制备得到的产品成型差；
从实施例1、实施例10-13和对比例6中可以看出，PP接枝物中，不仅PP接枝物的熔体流动速率，PP基体树脂中乙烯质量百分数也会对产品的性能带来影响，当进一步优选PP接枝物的熔体流动速率为40-60g/10min，PP基体树脂中乙烯质量百分数为10-15％时，得到的产品的综合性能更优，得到的产品的剥离强度在155N/m以上；当PP接枝物的熔体流动速率或PP基体树脂中乙烯质量百分数不在本发明给出的范围内时，与实施例1相比，对比例6-7制备得到的产品的剥离强度下降幅度为11.61-31.61％；
从实施例1、实施例15-17和对比例7-8中可以看出，PE树脂的熔体流动速率和熔体强度也会对产品的性能带来影响，当进一步优选PE树脂的熔体流动速率为2-3.5g/10min时，得到的产品的综合性能更优，得到的产品的剥离强度在154N/m以上；当PE树脂的熔体流动速率或熔体强度不在本发明给出的范围内时，得到的产品成型差。
最后应当说明的是，以上实施例以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种PP复合材料，其特征在于，所述PP复合材料包括以下质量份的组分：
PP树脂40-70份、PP接枝物20-40份、增粘树脂8-20份、PE树脂5-15份；
所述PP树脂的熔体流动速率≤15g/10min；
所述PP接枝物为马来酸酐接枝PP基体树脂，所述PP接枝物的熔体流动速率小于100g/10min；
所述PE树脂的熔体流动速率为0.1-10g/10min，熔体强度大于30NM。
2.根据权利要求1所述的PP复合材料，其特征在于，所述PP复合材料包括以下质量份的组分：PP树脂45-65份、PP接枝物25-35份、增粘树脂10-15份、PE树脂8-12份。
3.根据权利要求1所述的PP复合材料，其特征在于，如下(a)-(c)中的至少一种：
(a)所述PP树脂的熔体流动速率为0.3-12g/10min；
(b)所述PP接枝物的熔体流动速率为15-95g/10min，所述PP基体树脂为丙烯与乙烯共聚，乙烯质量百分数为3-25％；
(c)所述PE树脂的熔体流动速率为0.10-8.5g/10min。
4.根据权利要求1所述的PP复合材料，其特征在于，所述增粘树脂为松香树脂、石油树脂、EVA、EMA、EEA中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的PP复合材料，其特征在于，所述PP接枝物的制备方法为：将PP基体树脂、引发剂和马来酸酐混合后熔融挤出、拉条、切粒，得PP接枝物。
6.根据权利要求1所述的PP复合材料，其特征在于，所述PP复合材料还包括0-1份抗氧剂。
7.根据权利要求6所述的PP复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168的混合物。
8.如权利要求1-7任一项所述的PP复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：将各原料称重后混合送入双螺杆挤出机中，经挤出、拉条、冷却、切粒、干燥，得PP复合材料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机的参数为：喂料速度为5-200kg/h；挤出温度为170-210℃；螺杆转速为300-500rpm。
10.如权利要求1-7任一项所述的PP复合材料在制备胶粘剂上的应用。
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