CN1919886A - 减轻聚丙烯熔融接枝过程中降解程度的方法 - Google Patents

减轻聚丙烯熔融接枝过程中降解程度的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种减轻聚丙烯熔融接枝过程中降解程度的方法，其特征在于该法包括以下工艺步骤：一、将接枝单体、第二单体、引发剂、抗氧剂以及聚丙烯加入到高速分散机中混合均匀，以重量计，接枝单体用量为聚丙烯总量的0.5％－15％；第二单体用量为聚丙烯总量的0.1％－10％；引发剂用量为聚丙烯总量的0.1％－1.5％；抗氧剂用量为聚丙烯总量的0.1％－1.5％，二、将第一步得到的均匀的混合物加入到双螺杆挤出机进行熔融挤出接枝反应，三、将步骤二得到的挤出物料经冷却切粒即得到降解程度降低、接枝率提高的接枝改性聚丙烯。由本发明方法制备得到的聚丙烯功能化改性接枝产品，单体接枝率提高，降解程度降低，表面极性、粘结性能、染色性能以及抗静电性能得到大幅度改善。

Description

减轻聚丙烯熔融接枝过程中降解程度的方法
技术领域
本发明涉及一种采用多官能团单体改善聚丙烯熔融接枝过程中降解程度的方法。属于高分子聚合和加工技术领域。
背景技术
聚丙烯(PP)为五大通用热塑性塑料中需求增长最快的品种。随着聚丙烯生产技术的不断改进行，聚丙烯的性能得到了极大的提高。但是由于聚丙烯是一种非极性、高结晶度的聚合物，其分子链上缺乏极性反应基团，导致它的亲水性、染色性、粘结性、抗静电性均非常差，这些缺点在很大程度上限制了聚丙烯在一些领域的应用。为了改进聚丙烯的这些性能，人们已经做了大量的研究工作，其中通过化学接枝的方法在聚丙烯分子链上接枝一些极性基团是一种行之有效的改性方法。接枝的极性单体包括马来酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸酯、甲基丙烯酸缩水甘油醇酯、噁唑啉等。这些单体所带的羧酸、酸酐、以及环氧官能团除了具有较强的极性外，还很容易与胺基、羧基、羟基等官能团发生化学反应。因此利用它们在聚丙烯分子链上的接枝可以有效地改善聚丙烯的粘结性、染色性和抗静电性。已有的接枝方法包括熔融接枝、溶液接枝、固相接枝、气相接枝、辐射接枝、光引发接枝等，其中溶液接枝和熔融接枝已有工业化应用。
聚丙烯的化学接枝是自由基反应机理，在接枝过程中利用过氧化物分解产生的自由基，从聚丙烯分子链上脱氢形成大分子自由基，进而与带有不饱和双键的接枝单体进行加成反应，形成接枝。但是，由于脱氢反应主要发生在聚丙烯的叔碳原子位置上，所形成的大分子自由基大多是叔碳自由基，其化学性质非常不稳定，极易发生β-降解反应，导致分子链断裂，分子量大幅度下降。所以聚丙烯的接枝反应往往伴随着聚丙烯的严重降解，熔体粘度的大幅度降低，对接枝聚丙烯产物的性能和应用带来严重影响。
为了解决聚丙烯化学接枝过程中的降解问题，从上世纪七十年代起人们就开展了大量的研究工作，并且已有一些专利和研究报道。有文献报道了在接枝单体为MAH或者GMA的情况下，加入一些具有供电子性的第二单体可以起到抑制PP的降解、提高接枝率的作用[6，11]。这些第二单体包括苯乙烯、醋酸乙烯、丙烯酸酯、丙烯酰胺等。也有文献报道了在PP固相接枝体系中加入少量多官能团单体异氰脲酸三烯丙酯(TAIC)作为催化剂来解决PP降解严重和MAH接枝率不太高的问题[7，15，18]。除了异氰脲酸三烯丙酯具有提高MAH接枝率，降低PP降解程度的作用外，有人发现邻苯二甲酸二烯丙酯(DAP)在PP/MAH固相接枝反应体系中具有抑制PP降解、提高接枝率的效果[14]。
尽管已有不少的专利和研究报道，但是迄今为止，该问题仍然没有得到很好解决，聚丙烯接枝过程存在的严重降解和接枝率较低的问题已成为制约聚丙烯功能化改性的关键因素。
发明内容
本发明的目的在于针对目前聚丙烯熔融接枝过程中降解严重和接枝率偏低的缺陷，提供一种减轻聚丙烯熔融接枝过程中降解程度的方法。
本发明的目的是这样实现的：一种减轻聚丙烯熔融接枝过程中降解程度的方法，其特征在于该法包括以下工艺步骤：
步骤一、反应原料混合均匀
将接枝单体、第二单体、引发剂、抗氧剂以及聚丙烯加入到高速分散机中混合均匀，以重量计，接枝单体用量为聚丙烯总量的0.5％-15％，优选为1％-10％；第二单体用量为聚丙烯总量的0.1％-10％，优选为1％-5％；引发剂用量为聚丙烯总量的0.1％-1.0％，优选为0.2％-0.5％；抗氧剂用量为聚丙烯总量的0.1％-1.5％，优选为0.2％-1.0％，
所述接枝单体为带有极性基团和双键的单体，如丙烯酸聚醚酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、马来酸酐、马来酸二丁酯、苯乙烯等；
所述第二单体为带有两个及两个以上双键的多烯类化合物，如二乙烯基苯(DVB)、二丙二醇二丙烯酸酯(DPGDA)、二缩三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTA)、双马来酰亚胺等；
所述引发剂为过氧化苯甲酰(BPO)、过氧化二异丙苯(DCP)、2，5-二甲基-2，5双叔丁基过氧己烷(TX101)、3，6，9-三乙苯-3，6，8-三甲基-1，4，7三过氧壬烷(TX301)、过氧化二叔丁基醚等；
所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)、2，6-二叔丁基-4-乙基苯酚、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚等；
步骤二、在双螺杆挤出机内进行接枝反应
将第一步得到的均匀的混合物加入到双螺杆挤出机进行熔融挤出接枝反应，反应物在双螺杆挤出机的总停留时间为1-10min，双螺杆挤出机的熔融挤出温度如表1，螺杆转速为10-50r/min，
                         表1双螺杆挤出机机温度设置
I区温度/℃  II区温度/℃ III区温度/℃   IV区温度/℃ V区温度/℃  机头温度/℃
150-200  150-220 150-230   150-230 150-230  150-230
步骤三、将步骤二得到的挤出物料经冷却切粒即得到降解程度降低、接枝率提高的接枝改性聚丙烯。
本发明采用双螺杆挤出熔融接枝方法在对聚丙烯进行化学接枝改性的同时，加入带有多个不饱和双键的化合物作为第二接枝单体，通过多个不饱和双键与若干个大分子自由基的加成，形成偶合扩链来提高聚丙烯的分子量，加宽分子量分布，达到改善聚丙烯的降解、提高极性单体接枝率的目的，进而获得到性能优异的功能化接枝改性聚丙烯产品。
与已有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)通过第二单体与接枝单体的配合，抑制了聚丙烯熔融接枝过程中的降解反应，而单体的接枝率则得到提高；
(2)采用双螺杆挤出机熔融接枝，与溶剂法相比，无污染；
(3)由本发明方法制得的低降解程度接枝聚丙烯产品的加工性能得到明显改善，与许多极性聚合物具有较好的相容性。
具体实施方式
以下用具体实施例对本发明进行进一步说明，所述的实施例容易被本领域技术人员掌握和验证。通过实施例对本发明作出说明，并非对本发明作出限制。
实施例1：
将聚丙烯、马来酸酐、引发剂2，5-二甲基-2，5双叔丁基过氧己烷(TX101)以及四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)混合均匀，其配方如下：
  组成   重量份数
  聚丙烯   100
  马来酸酐   1.0
  TX101   0.12
  抗氧剂1010   0.3
制备过程如下：将100份聚丙烯，1.0份马来酸酐，0.12份引发剂TX101，0.3份抗氧剂1010按照配比混合均匀。然后使用双螺杆挤出机进行熔融挤出接枝反应，双螺杆挤出机每段温度分别为：I区温度170℃，II区温度200℃，III区温度220℃，IV区温度220℃，V区温度220℃，机头温度220℃，螺杆转速为45r/min，物料在双螺杆挤出机内的停留时间为3min。然后将接枝产物冷却切粒即得到产品。
实施例2：
将聚丙烯、马来酸酐、引发剂TX101、抗氧剂1010、二乙烯基苯混合均匀，其配方如下：
  组成   重量份数
  聚丙烯   100
  马来酸酐   1.0
  TX101   0.12
  抗氧剂1010   0.3
  二乙烯基苯   0.65
制备过程如下：将100份聚丙烯，1.0份马来酸酐，0.12份引发剂TX101，0.3份抗氧剂1010，0.65份第二单体二乙烯基苯按照配比混合均匀，加入双螺杆挤出机的料斗，然后使用双螺杆挤出机进行熔融挤出接枝反应，双螺杆挤出机每段温度分别为：I区温度170℃，II区温度200℃，III区温度220℃，IV区温度220℃，V区温度220℃，机头温度220℃，螺杆转速为45r/min，物料在双螺杆挤出机内的停留时间为3min。然后将接枝产物冷却切粒即得到产品。
实施例3：
将聚丙烯、丙烯酸聚醚酯、引发剂TX101以及抗氧剂1010混合均匀，其配方如下：
  组成   重量份数
  聚丙烯   100
  丙烯酸聚醚酯   5
  TX101   0.12
  抗氧剂1010   0.3
制备过程如下：将100份聚丙烯，5.0份丙烯酸聚醚酯，0.12份引发剂TX101，0.3份抗氧剂1010按照配比混合均匀，然后在双螺杆挤出机内反应。双螺杆挤出机每段温度分别为：I区温度170℃，II区温度200℃，III区温度220℃，IV区温度220℃，V区温度220℃，机头温度220℃，螺杆转速为45r/min，物料在双螺杆挤出机内的停留时间为3min。然后将接枝产物冷却切粒即得到产品。
实施例4：
将聚丙烯、丙烯酸聚醚酯、引发剂TX101、抗氧剂1010、二缩三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)混合均匀，其配方如下：
  组成   重量份数
  聚丙烯   100
  丙烯酸聚醚酯   5
  TX101   0.12
  抗氧剂1010   0.3
  TPGDA   3.5
制备过程如下：将100份聚丙烯，5.0份丙烯酸聚醚酯，0.12份引发剂TX101，0.3份抗氧剂1010，3.5份二缩三丙二醇二丙烯酸酯按照配比混合均匀，然后在双螺杆挤出机内反应。双螺杆挤出机每段温度分别为：I区温度170℃，II区温度200℃，III区温度220℃，IV区温度220℃，V区温度220℃，机头温度220℃，螺杆转速为45r/min，物料在双螺杆挤出机内的停留时间为3min。然后将接枝产物冷却切粒即得到产品。
实施例产品性能比较
   表2实施例1-4接枝产物的熔融指数和接枝率比较
  样品   熔融指数(g/10min)   接枝率(％)
  实施例1   85.0   0.24
  实施例2   23.5   0.55
  实施例3   64.5   1.83
  实施例4   22.3   3.25
*原料聚丙烯树脂的熔融指数为12。
实施例5：将实施例2中第二单体二乙烯基苯替换成二丙二醇二丙烯酸酯或二缩三丙二醇二丙烯酸酯或三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯或双马来酰亚胺中的一种，其余同实施例2。
实施例6：将实施例4中第二单体二缩三丙二醇二丙烯酸酯替换成二丙二醇二丙烯酸酯或或三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯或双马来酰亚胺中的一种，其余同实施例2。
实施例7：将实施例4中接枝单体丙烯酸聚醚酯替换成甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、马来酸二丁酯或苯乙烯中的一种，其余同实施例4。
实施例8：将实施例4中第二单体二缩三丙二醇二丙烯酸酯替换成二丙二醇二丙烯酸酯或或三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯或双马来酰亚胺中的一种，其余同实施例4。

Claims (5)

1、一种减轻聚丙烯熔融接枝过程中降解程度的方法，其特征在于该法包括以下工艺步骤：
步骤一、反应原料混合均匀
将接枝单体、第二单体、引发剂、抗氧剂以及聚丙烯加入到高速分散机中混合均匀，以重量计，接枝单体用量为聚丙烯总量的0.5％-15％；第二单体用量为聚丙烯总量的0.1％-10％；引发剂用量为聚丙烯总量的0.1％-1.5％；抗氧剂用量为聚丙烯总量的0.1％-1.5％，
所述接枝单体为带有极性基团和双键的单体，
所述第二单体为带有两个及两个以上双键的多烯类化合物，
所述引发剂为过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯、2，5-二甲基-2，5双叔丁基过氧己烷、3，6，9-三乙苯-3，6，8-三甲基-1，4，7三过氧壬烷或过氧化二叔丁基醚中的一种，
所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、2，6-二叔丁基-4-乙基苯酚或2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚，
步骤二、在双螺杆挤出机内进行接枝反应
将第一步得到的均匀的混合物加入到双螺杆挤出机进行熔融挤出接枝反应，双螺杆挤出机每段温度分别为：I区温度150-200℃，II区温度150-220℃，III区温度150-230℃，IV区温度150-230℃，V区温度150-230℃，机头温度150-230℃，螺杆转速为10-50r/min，反应物在双螺杆挤出机的总停留时间为1-10min；
步骤三、将步骤二得到的挤出物料经冷却切粒即得到降解程度降低、接枝率提高的接枝改性聚丙烯。
2、根据权利要求1所述的一种减轻聚丙烯熔融接枝过程中降解程度的方法，其特征在于：所述接枝单体用量为聚丙烯总量的5％-10％；第二单体用量为聚丙烯总量的2％-5％；引发剂用量为聚丙烯总量的0.2％-0.8％；抗氧剂用量为聚丙烯总量的0.1％-1％。
3、根据权利要求1或2所述的一种减轻聚丙烯熔融接枝过程中降解程度的方法，其特征在于：所述接枝单体为丙烯酸聚醚酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、马来酸酐、马来酸二丁酯或苯乙烯中的一种。
4、根据权利要求1或2所述的一种减轻聚丙烯熔融接枝过程中降解程度的方法，其特征在于：所述第二单体为二乙烯基苯、二丙二醇二丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯或双马来酰亚胺中的一种。
5、根据权利要求3所述的一种减轻聚丙烯熔融接枝过程中降解程度的方法，其特征在于：所述第二单体为二乙烯基苯、二丙二醇二丙烯酸酯、二缩三丙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯或双马来酰亚胺中的一种。
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