CN1939962A - 一种聚烯烃增韧改性剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种聚烯烃增韧改性剂,包括部分醇解的含有如下组分的交联物:乙烯-醋酸乙烯酯共聚物60~80质量%,低密度聚乙烯20~40质量%,所述交联物的醇解度为80~90%,所述的交联物中还可以含有无机物。该改性剂用于聚丙烯改性,可充填无机物,有效提高改性聚丙烯产品的韧性,并能使之保持一定的刚性。
Description
技术领域
本发明为用于聚烯烃改性的改性剂及其制备方法,具体地说,是一种增加聚烯烃韧性和刚性的改性剂及其制备方法。
背景技术
聚丙烯是一种综合性能较好的热塑性树脂,除具有良好的机械性能、加工性能和光学性能外,还具有价格低廉的优势,是近几年发展最快的材料之一。人们在提高聚丙烯的冲击强度、刚性、热变形温度以及其它各种性能方面开展了大量的研究工作。特别是在提高聚丙烯的抗冲击性能方面,开发出了诸如EPDM/PP、SBS/PP和POE/PP等弹性体增韧体系。在提高聚丙烯制品刚性方面,先后在PP复合材料中加入碳酸钙、滑石粉、云母粉、硅灰石等无机填料。为大幅度提高材料的刚性,甚至采用玻璃纤维、钛酸钾晶须等长径比大的填料增强其刚性。上述这些改性手段仅能从某一或几个方面显著提高聚丙烯的性能,较难在整体上全面提高材料的性能。
CN01133694C公开了一种新型热塑性弹性体及制备方法。该弹性体是乙烯-辛烯共聚物与高密度聚乙烯以及无机纳米材料组成的交联复合物,可以在显著提高均聚聚丙烯的抗冲击性能的同时,最大限度地保持其拉伸强度和刚性,但却很难在这种体系中加入无机填料以进一步显著提高材料的刚性。
乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)是一种弱极性聚合物,具有较好的韧性。USP5,560,877公开的EVA鞋底制备工艺中采用了65~75%的EVA与无机填料、发泡剂、交联剂共混造粒,制得的片材经热压发泡成型,再剪切成鞋底。USP5,747,559和USP6,197,848均介绍了含16~55%EVA与乙丙橡胶(EPR)、三元乙丙橡胶(EPDM)的聚合物交联物,该交联物中含有24~74%的选自碳黑、石墨或金属氧化物的经处理的填充物,用于制备电线电缆。
US6,258,862B1公开了一种聚烯烃和EVA的组合物,其未交联组分和交联组分中均含有一定量的EVA和丙烯聚合物,交联剂采用有机过氧化物。该组合物主要用于制备汽车用发泡片材,有利于发泡成型。
发明内容
本发明的目的是提供一种聚烯烃增韧改性剂,该改性剂可使聚烯烃产品中有效充填无机物,增加聚烯烃产品的韧性。
本发明提供的聚烯烃增韧改性剂,包括部分醇解的含有如下组分的交联物:
乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 60~80质量%
低密度聚乙烯 20~40质量%
所述交联物的醇解度为80~90%。
本发明提供的聚烯烃增韧改性剂将乙烯-醋酸乙烯酯共聚物与低密度聚乙烯的交联物进行部分醇解而制得。该改性剂用于均聚聚丙烯的增韧改性,允许在改性体系中加入一定量无机填料,显著提高材料的刚性和韧性,降低成本,并能保持较好的拉伸强度。与通用的橡胶类增韧改性剂EPDM、EPR、POE、SBS、SEBS等相比,增韧效果更加显著,与无机填料的相容性更强。
具体实施方式
本发明将乙烯-醋酸乙烯酯共聚物与低密度聚乙烯共混形成交联物,并且所述的交联物中还可进一步含有一定粒度的无机物。将所述共聚物进行部分醇解,增加其中的羟基基团,可显著改善其与极性物质的亲和性。用该改性剂对聚烯烃进行改性得到的改性材料,可有效吸收施加于改性材料的冲击能量,以较少的用量获得较显著的增韧效果。另外,由于该改性剂与无机填料的亲和性显著增强,允许在改性体系中填充大量的无机填料,所以还可使改性后的材料具有较高的刚性,在一定程度上解决了乙烯-辛烯共聚物(POE)增韧母料改性均聚聚丙烯时不能同时加入无机填料的问题。
本发明所述的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物与低密度聚乙烯的交联物中还含有1~15质量%的无机物,加入无机物后所述交联物中乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的含量为60~80质量%,低密度聚乙烯的含量为18~35质量%。
本发明所述交联物醇解前的交联度为30~50%。
所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的熔融指数为2~60克/10分钟、优选5~10克/10分钟,其中醋酸乙烯酯的含量为10~50质量%、优选20~30质量%。
所述低密度聚乙烯的密度为0.91~0.93克/厘米3,熔融指数为1~5克/10分钟。
所述无机物粒度为0.01~5.0微米,优选0.1~1.0微米。无机物优选滑石粉、硫酸钡、二氧化钛、碳酸钙或白炭黑。
所述的聚烯烃优选聚丙烯。
本发明提供的改性剂的制备方法,包括如下步骤:
(1)预混:将乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、低密度聚乙烯依次加入转速为50~100转/分的低速混合机,20~40℃预混合,再缓慢加入交联剂混合,混合时间优选5~8分钟;
(2)交联:将(1)步混合后的物料加入同向旋转平行双螺杆挤出机,控制各段挤出温度为150~250℃,螺杆转速为150~250转/分,喂料机转速为20~50转/分,得到交联物颗粒;
(3)部分醇解:将交联物颗粒加入含1.0~3.0质量%的氢氧化钾的水溶液中,50~70℃反应进行部分醇解,控制醇解度为80~90%。
所述(1)步预混加料中还可进一步含有无机物,加料时,将乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、低密度聚乙烯和无机物依次加入转速为50~100转/分的低速混合机。
所述的无机物优选滑石粉、硫酸钡、二氧化钛、碳酸钙或白炭黑。
所述的交联剂优选二叔丁基过氧化物或2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷。交联剂的加量为共混物料总量的0.1~1.0质量%。
所述(3)步进行交联物部分醇解用的氢氧化钾的水溶液与交联物的质量比为2.1~14.0∶1,醇解时间优选3~6小时。
上述共聚的交联度用凝胶含量表示,即共聚物中凝胶含量占原料乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和低密度聚乙烯总量的百分比。
所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物/低密度聚乙烯交联物的醇解程度用醇解度表示,即醇解脱酸量占乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中醋酸乙烯酯的摩尔百分比。醇解度采用对所述共聚物未水解部分用KOH溶液完全水解,过量的KOH用一定浓度的盐酸反滴定,计算得到共聚物全部水解的量,再由此计算醇解度。
本发明提供的改性剂适用于聚烯烃,尤其是聚丙烯的增韧改性,改性时加入的改性剂与聚烯烃的质量比为0.06~0.2∶1,改性时还可加入无机填充物,无机填充物与聚烯烃的质量比为0.2~0.5∶1。
制备改性聚烯烃的方法采用常规的方法制备:先将改性剂和聚烯烃按比例混合均匀,优选在其中加入无机填充物,然后再加入抗氧剂搅拌均匀。将混合物加入转速为500~800转/分钟的高速混合机,20~40℃混合5~8分钟,再加入同向旋转平行双螺杆挤出机中造粒。造粒工艺条件为:控制挤出机各段温度195~235℃,螺杆转速150~250转/分钟,喂料机转速20~50转/分钟。
下面通过实例进一步说明本发明,但本发明并不限于此。
实例中乙烯-醋酸乙烯酯共聚物/低密度聚乙烯交联物的交联度及醇解度采用如下方法测定:
1、交联度:在索氏抽提器中,加入乙烯-醋酸乙烯酯共聚物/低密度聚乙烯交联物和二甲苯溶剂,恒沸抽提6小时,于80℃、0.09MPa条件下干燥不溶物,按下式计算交联度。
交联度=(不溶物净重/样品总重)×100%
2、醇解度:称取一定量的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物/低密度聚乙烯交联物,用浓度为N1(mol/L),体积为V(L)氢氧化钾溶液在50~70℃醇解5小时,所用氢氧化钾溶液与交联物的体积比为5∶1,然后补充同样浓度的KOH溶液V1(L),确保KOH过量,在上述醇解条件继续反应3小时,使乙烯-醋酸乙烯酯共聚物组分完全醇解,然后用浓度为N2(mol/L)的盐酸反滴定,以酚酞溶液为指示剂,消耗的盐酸体积为V2(L)。
实例1
制备本发明部分醇解的交联物。
(1)预混:取2100克醋酸乙烯酯(VA)含量为28.0%,熔融指数为6.2克/10分钟的乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)共聚物(北京有机化工厂生产,牌号EVA28-6),900克密度为0.923克/厘米3,熔融指数为3.1克/10分钟的低密度聚乙烯(齐鲁石化公司塑料厂生产,牌号TN26),9克交联剂DTBP(二叔丁基过氧化物)。先将EVA28-6和TN26在转速为60转/分的低速混合机中,于25℃混合3分钟,再加入DTBP混合8分钟,形成混合物。
(2)交联:将(1)步混合物加入同向平行双螺杆挤出机中造粒。挤出机温度分布为,一区160℃,二区180℃,三区190℃,四区190℃,五区190℃,六区190℃,七区190℃,八区185℃。螺杆转速200转/分,喂料机转速30转/分。冷拉条切粒,即成乙烯-醋酸乙烯酯共聚物/低密度聚乙烯交联物,测得交联度为28.0%。
(3)部分醇解:在反应釜中加入5620克KOH含量为2.0质量%的热水,再加入1000克(2)步制得的交联物,在65℃、70转/分钟的搅拌速度下反应3.5小时进行部分醇解,105℃干燥得改性剂A,其组成和醇解度见表1。
实例2
按实例1的方法制备改性剂B,不同的是(1)步中加入的交联剂为9克双“2,5”硫化剂〔(2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷〕。改性剂B的组成和醇解度见表1。
实例3
按实例1的方法制备改性剂C,不同的是(1)步中加入15克双“2,5”硫化剂。改性剂C的组成和醇解度见表1。
实例4
按实例1的方法制备改性剂D,不同的是(1)中,先加入1890克EVA和960克低密度PE,再加入150克粒度为3~5微米的硫酸钡,15克双“2,5”硫化剂进行预混。得到的改性剂D的组成和醇解度见表1。
实例5
按实例1的方法制备改性剂E,不同的是(1)步中,先加入1890克EVA和960克低密度PE,再加入150克粒度为3~5微米的滑石粉,15克双“2,5”硫化剂进行预混。得到的改性剂E的组成和醇解度见表1。
实例6
按实例1的方法制备改性剂F,不同的是(1)步中,先加入1800克EVA和900克低密度PE,再加入300克粒度为3~5微米的滑石粉,15克双“2,5”硫化剂进行预混。得到的改性剂F的组成和醇解度见表1。
实例7
按实例1的方法制备改性剂G,不同的是(1)步中,先加入1890克EVA和960克低密度PE,再加入150克粒度为1~3微米的二氧化钛,15克双“2,5”硫化剂进行预混。得到的改性剂G的组成和醇解度见表1。
实例8
按实例1的方法制备改性剂H,不同的是(1)步中,先加入1890克EVA和960克低密度PE,再加入150克粒度为3~5微米的碳酸钙,15克双“2,5”硫化剂进行预混。得到的改性剂H的组成和醇解度见表1。
实例9
按实例1的方法制备改性剂I,不同的是(1)步中,先加入1890克EVA和960克低密度PE,再加入150克粒度为1~3微米的白炭黑,15克双“2,5”硫化剂进行预混。得到的改性剂I的组成和醇解度见表1。
对比例1
按实例1的方法制备改性剂M,不同的是(1)步预混时不加入交联剂,预混后物料在(2)步中仅进行共混,得到的部分醇解的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物/低密度聚乙烯的共混物M的组成和醇解度见表1。
实例10~18
以下实例考察本发明改性剂对聚丙烯的增韧性能。
取100克本发明制备的改性剂、300克滑石粉、900克均聚聚丙烯(F401)、100克共聚聚丙烯(K8303)、2克抗氧剂1010和3克抗氧剂168加入转速为500转/分钟的高速混合机中20~40℃混配5分钟至均匀,加入同向旋转平行双螺杆挤出机中,在200转/分钟的转速、195~235℃的条件下挤出造粒,得到增韧刚性聚丙烯共混物。各实例所用改性剂编号及改性聚丙烯产品性能见表2。
对比例2
按实例10的方法制备改性聚丙烯,不同的是不加任何改性剂或热塑性弹性体,所得改性聚丙烯的性能见表2。
对比例3
按实例10的方法制备改性聚丙烯,不同的是加入的改性剂为M,所得改性聚丙烯的性能见表2。
对比例4
按实例10的方法制备改性聚丙烯,不同的是加入的改性剂为采用专利CN01114932.9所述方法制备的乙烯-辛烯共聚物(POE)/高密度聚乙烯增韧母料,所得改性聚丙烯的性能见表2。
由表2数据可知,用本发明改性剂制备的改性聚丙烯产品较之对比例,其常温缺口冲击强度显著增强,断裂伸长率也有所增加,说明产品的韧性增强。而弯曲强度和弯曲模量与对比例2相当,说明由本发明改性剂制得的改性聚丙烯产品仍具有较高的刚性。
表1
实例号 | 改性剂编号 | 改性剂组成,质量% | 醇解前交联度,% | 醇解度,% | |||
EVA | PE | 无机物 | |||||
品种 | 含量 | ||||||
1 | A | 70 | 30 | - | - | 28.0 | 88.0 |
2 | B | 70 | 30 | - | - | 35.2 | 85.7 |
3 | C | 70 | 30 | - | - | 45.5 | 83.1 |
4 | D | 63 | 32 | 硫酸钡 | 5 | 43.9 | 85.2 |
5 | E | 63 | 32 | 滑石粉 | 5 | 42.3 | 86.7 |
6 | F | 60 | 30 | 滑石粉 | 10 | 41.3 | 86.5 |
7 | G | 63 | 32 | 二氧化钛 | 5 | 43.1 | 86.3 |
8 | H | 63 | 32 | 碳酸钙 | 5 | 42.0 | 88.5 |
9 | I | 63 | 32 | 白炭黑 | 5 | 40.9 | 85.4 |
对比例1 | M | 70 | 30 | - | - | 0 | 88.9 |
表2
性能 | 实例10 | 实例11 | 实例12 | 实例13 | 实例14 | 实例15 | 实例16 | 实例17 | 实例18 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 |
改性剂编号 | A | B | C | D | E | F | G | H | I | - | M | POE/高密度聚乙烯增韧母料 |
熔融指数,g/10min | 1.65 | 1.59 | 1.72 | 1.68 | 1.71 | 1.76 | 1.57 | 1.72 | 1.52 | 1.21 | 1.53 | 1.32 |
拉伸强度,MPa | 26.3 | 27.1 | 28.8 | 28.3 | 27.9 | 27.5 | 27.4 | 28.2 | 29.1 | 20.0 | 22.9 | 23.5 |
断裂伸长率,% | 83 | 85 | 84 | 92 | 98 | 95 | 96 | 87 | 90 | 35 | 91 | 53 |
弯曲强度,MPa | 37.4 | 38.0 | 40.2 | 38.9 | 39.3 | 39.6 | 38.2 | 37.7 | 39.1 | 41.5 | 37.5 | 38.6 |
弯曲模量,MPa | 2881 | 2820 | 2795 | 2804 | 2810 | 2790 | 2850 | 2776 | 2811 | 2989 | 2729 | 2808 |
IZOD常温缺口冲击强度,J/m, | 121.9 | 135.2 | 179.4 | 182.8 | 190.7 | 193.2 | 189.2 | 183.9 | 191.3 | 37.5 | 63.0 | 43.7 |
Claims (14)
1、一种聚烯烃增韧改性剂,包括部分醇解的含有如下组分的交联物:
乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 60~80质量%
低密度聚乙烯 20~40质量%
所述交联物的醇解度为 80~90%。
2、按照权利要求1所述的改性剂,其特征在于所述的交联物中还含有1~15质量%的无机物,所述交联物中乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的含量为60~80质量%,低密度聚乙烯的含量为18~35质量%。
3、按照权利要求1或2所述的改性剂,其特征在于所述的交联物醇解前的交联度为30~50%。
4、按照权利要求1或2所述的改性剂,其特征在于所述的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的熔融指数为2~60克/10分钟,其中醋酸乙烯酯的含量为10~50质量%,
5、按照权利要求4所述的改性剂,其特征在于所述的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的熔融指数为5~10克/10分钟,其中醋酸乙烯酯的含量为20~30质量%。
6、按照权利要求1或2所述的改性剂,其特征在于所述的低密度聚乙烯的密度为0.91~0.93克/厘米3,熔融指数为1~5克/10分钟。
7、按照权利要求2所述的改性剂,其特征在于所述的无机物粒度为0.01~5微米。
8、按照权利要求2所述的改性剂,其特征在于所述的无机物选自滑石粉、硫酸钡、二氧化钛、碳酸钙或白炭黑。
9、按照权利要求1所述的改性剂,其特征在于所述的聚烯烃为聚丙烯。
10、一种权利要求1所述改性剂的制备方法,包括如下步骤:
(1)预混:将乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、低密度聚乙烯依次加入转速为50~100转/分的低速混合机,20~40℃预混合,再缓慢加入交联剂混合;
(2)交联:将(1)步混合后的物料加入同向旋转平行双螺杆挤出机,控制各段挤出温度为150~250℃,螺杆转速为150~250转/分,喂料机转速为20~50转/分,得到交联物颗粒;
(3)部分醇解:将交联物颗粒加入含1.0~3.0质量%的氢氧化钾的水溶液中,50~70℃反应进行部分醇解,控制醇解度为80~90%。
11、按照权利要求10所述的方法,其特征在于(1)步预混加料时,将乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、低密度聚乙烯和无机物依次加入低速混合机。
12、按照权利要求11所述的方法,其特征在于所述的无机物选自滑石粉、硫酸钡、二氧化钛、碳酸钙或白炭黑。
13、按照权利要求10或11所述的方法,其特征在于所述的交联剂选自二叔丁基过氧化物或2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷。
14、按照权利要求10所述的方法,其特征在于所用氢氧化钾的水溶液与交联物的质量比为2.1~14.0∶1,醇解时间为3~6小时。
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