CN1986589A - 一种高熔体强度聚丙烯树脂及其制备方法 - Google Patents

一种高熔体强度聚丙烯树脂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高熔体强度聚丙烯树脂及其制备方法。高熔体强度聚丙烯树脂由A组份和B组份组成，其中A组份的重量百分比为90～99.5％，B组份的重量百分比为0.5～10％。其中A组份为原生态聚丙烯树脂，B组份为丙烯酸酯类化合物。采用熔融接枝反应法，将上述组分混合均匀后，从熔融接枝反应设备的喂料口加入到料腔，进行熔融接枝反应，反应温度为190～240℃，反应结束后，得到高熔体强度聚丙烯树脂。所得产品熔体强度高，基本力学性能不下降，应用效果好。

Description

一种高熔体强度聚丙烯树脂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高熔体强度聚丙烯树脂及其制备方法。
背景技术
聚丙烯是一种应用广泛的通用塑料，它具备许多优异的性能，如相对密度小、无味无臭、耐食用油、耐腐蚀性优良、电性能和化学稳定性好、并且价格低、产量大，仅次于PVC和PE。但聚丙烯韧性差、低温易脆断、热变形温度不高；而且聚丙烯的链结构呈线性，熔融状态下，聚丙烯没有应变硬化效应，导致其熔体强度低和耐熔垂性能差等缺点，因此大大限制了聚丙烯的应用。同时，聚丙烯的软化点与熔点接近，当温度高于熔点后，其熔体强度和熔体的黏度急剧下降，导致热成型时制品壁厚不均，挤出、涂布、压延时出现边缘卷曲收缩，挤出发泡时泡孔塌陷等问题。因此，开发熔融状态下具有应变硬化效应的聚丙烯，即高熔体强度聚丙烯，是势在必行的。
目前，制备高熔体强度聚丙烯方法主要分为两大类：一类是聚丙烯与其他化合物进行反应改性；另一类是聚丙烯与其他聚合物进行共混改性。具体实施方法主要有：射线辐照法、反应挤出法、后聚合釜法、溶液接枝法、动态交联法、熔融共混改性法等。
专利CN1045107A、CN1055372A阐述了采用过氧化物在聚合釜内引发接枝改性聚丙烯粉末得到了具有应变硬化的聚丙烯树脂。另一项专利(CN1432596A)采用2，5二甲基-2，5双8叔丁基过氧化己烷与二丙烯酸-1，6-丁二醇酯的丙酮溶液混合通过注射加入到双螺杆挤出聚丙烯粉料的熔体中，进行接枝，得到高熔体强度聚丙烯树脂。一篇公开报导(Journal ofApplied Polymer Science，vol.61，1395～1404，1996)采用聚丙烯与多官能团单体三丙烯酸季戊四醇酯在过氧化物存在下反应能制得高熔体强度聚丙烯。另一篇报导(Journal of Applied Polymer Science，vol.66，809～819，1997)采用聚丙烯与聚乙烯、三甲基三丙烯酸酯在过氧化物的作用下，通过双螺杆挤出制备支化的高熔体强度聚丙烯。此外，还有采用丙烯酸酯类单体在过氧化物作用下，与聚丙烯进行熔融接枝可制备高支化聚丙烯树脂(《中国塑料》，第16卷，第10期，24～28，2002)。从上述报导中可以看出，在制备高熔体强度聚丙烯过程中，都采用过氧化物作为引发剂。然而，过氧化物的引入量会对聚丙烯的降解程度发生很大的影响，在加工过程中控制其用量至关重要，这给其在实际生产中带来了诸多的不便，而且也会使聚丙烯的力学性能发生不同程度的下降。
中国专利200610017181.4采用原位热引发接枝的方法制备高熔体强度聚丙烯树脂，摒弃传统使用过氧化物引发接枝反应制备高熔体强度聚丙烯树脂的方法。但由于乙烯基聚丁二烯的引入，大大增加了生产成本。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种高熔体强度聚丙烯树脂。
本发明的另一个目的在于提供一种高熔体强度聚丙烯树脂的制备方法。
本发明的制备方法是采用单一组分原位热引发接枝改性原生态聚丙烯树脂制备高熔体强度聚丙烯树脂，其自身性能不下降，降低了生产成本，达到了简化工艺的目的。
本发明的技术实施方案如下：
一种高熔体强度聚丙烯树脂，它是由A组份和B组份组成：其中A组份的重量百分比为90～99.5％，B组份的重量百分比为0.5～10％，B组份的重量百分比优选为1％～5％；
所述的A组份为原生态聚丙烯树脂；所谓的原生态聚丙烯树脂是没有添加任何助剂、由聚合釜内直接生产出来的聚丙烯树脂；
B组份为丙烯酸酯类：三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(EO3-TMPTA)、丙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(PO3-TMPTA)、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)、丙氧化甘油三丙烯酸酯(PO3-GTA)、季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)、聚乙二醇丙烯酸酯(PEGDA)、1，4-丁二醇二丙烯酸酯(BDDA)、1，6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)、二丙二醇二丙烯酸酯(DPGDA)、三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)、新戊二醇二丙烯酸酯(NPGDA)、丙氧基化新戊二醇二丙烯酸酯(PO-NPGDA)或邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯(PDDA)。
本发明的制备方法为：
(1)、熔融接枝反应法：设备选取双螺杆挤出机或单螺杆挤出机；将A组分和B组分按配比混合均匀，从双螺杆挤出机或单螺杆挤出机的喂料口加入到料腔，进行熔融接枝反应，双螺杆挤出机或单螺杆挤出机转数设定为20～300转/分，双螺杆挤出机或单螺杆挤出机共分为四个加热区，其中，一加热区温度为190℃～230℃，二加热区温度为200℃～240℃，三加热区温度为200℃～240℃，四加热区温度为200℃～240℃，挤出造粒，得到高熔体强度聚丙烯树脂。
(2)、熔融接枝反应法：设备选取密炼机；将A组分、B组分和C组分按配比混合均匀，从密炼机的喂料口加入到料腔，进行熔融接枝反应，反应温度为190～240℃，反应时间为1～10分钟，得到高熔体强度聚丙烯树脂。本发明在实施例中采用的测试仪器如下：
拉伸性能测试：采用Inxtron材料实验机，拉伸速度为50mm/min；
结晶温度测定：采用DSC；
熔融指数测定：采用SRZ-400D型熔体流动速率测定仪；
熔体强度测定：采用RHEOTENS71.97熔体强度测定仪。
具体实施例如下。
实施例1
按重量百分比为99.5％称取聚丙烯2985克，重量百分比为0.5％称取三羟甲基丙烷三丙烯酸酯15克，在搅拌机中均匀混合20min，加入到L/D＝40、Φ为35mm的双螺杆挤出机中，挤出机的转数设定为20转/分，挤出机共分四个加热区，其中一加热区温度设定为190℃，二加热区温度设定为210℃，三加热区温度设定为240℃，四加热区温度设定为220℃，挤出造粒，得到高熔体强度聚丙烯树脂。取部分样品进行性能测试和熔体强度测定。结果见表1。
实施例2
按重量百分比为90％称取聚丙烯2700克，重量百分比为10％称取1，4-丁二醇二丙烯酸酯300克，在搅拌机中均匀混合20min，加入到L/D＝40、Φ为35mm的双螺杆挤出机中，挤出机的转数设定为300转/分，挤出机共分四个加热区，其中一加热区温度设定为200℃，二加热区温度设定为200℃，三加热区温度设定为200℃，四加热区温度设定为200℃，挤出造粒，得到高熔体强度聚丙烯树脂。取部分样品进行性能测试和熔体强度测定。结果见表1。
实施例3
按重量百分比为98％称取聚丙烯2940克，重量百分比为2％称取三羟甲基丙烷三丙烯酸酯60克，在搅拌机中均匀混合20min，加入到L/D＝40、Φ为35mm的双螺杆挤出机中，挤出机的转数设定为100转/分，挤出机共分四个加热区，其中一加热区温度设定为200℃，二加热区温度设定为240℃，三加热区温度设定为240℃，四加热区温度设定为210℃，挤出造粒，得到高熔体强度聚丙烯树脂。取部分样品进行性能测试和熔体强度测定。结果见表1。
实施例4
按重量百分比为97％称取聚丙烯2910克，重量百分比为3％称取三羟甲基丙烷三丙烯酸酯90克，在搅拌机中均匀混合20min，加入到L/D＝40、Φ为35mm的双螺杆挤出机中，挤出机的转数设定为150转/分，挤出机共分四个加热区，其中一加热区温度设定为200℃，二加热区温度设定为240℃，三加热区温度设定为230℃，四加热区温度设定为220℃，挤出造粒，得到高熔体强度聚丙烯树脂。取部分样品进行性能测试和熔体强度测定。结果见表1。
实施例5
按重量百分比为96％称取聚丙烯2880克，重量百分比为4％称取1，6-己二醇二丙烯酸酯120克，在搅拌机中均匀混合20min，加入到L/D＝40、Φ为35mm的双螺杆挤出机中，挤出机的转数设定为200转/分，挤出机共分四个加热区，其中一加热区温度设定为220℃，二加热区温度设定为220℃，三加热区温度设定为220℃，四加热区温度设定为220℃，挤出造粒，得到高熔体强度聚丙烯树脂。取部分样品进行性能测试和熔体强度测定。结果见表1。
实施例6
按重量百分比为95％称取聚丙烯2850克，重量百分比为5％称取三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯150克，在搅拌机中均匀混合20min，加入到L/D＝40、Φ为35mm的双螺杆挤出机中，挤出机的转数设定为250转/分，挤出机共分四个加热区，其中一加热区温度设定为190℃，二加热区温度设定为240℃，三加热区温度设定为240℃，四加热区温度设定为240℃，挤出造粒，得到高熔体强度聚丙烯树脂。取部分样品进行性能测试和熔体强度测定。结果见表1。
实施例7
按重量百分比为99％称取聚丙烯2970克，重量百分比为1％称取三羟甲基丙烷三丙烯酸酯30克，在搅拌机中均匀混合20min，加入到L/D＝40、Φ为35mm的双螺杆挤出机中，挤出机的转数设定为300转/分，挤出机共分四个加热区，其中一加热区温度设定为190℃，二加热区温度设定为220℃，三加热区温度设定为230℃，四加热区温度设定为240℃，挤出造粒，得到高熔体强度聚丙烯树脂。取部分样品进行性能测试和熔体强度测定。结果见表1。
实施例8
按重量百分比为99％称取聚丙烯2970克，重量百分比为1％称取二丙二醇二丙烯酸酯30克，在搅拌机中均匀混合20min，加入到密炼机中进行熔融接枝反应，温度设定为210℃，熔融反应1分钟后，结束反应，得到高熔体强度聚丙烯树脂。取部分样品进行性能测试和熔体强度测定。结果见表1。
实施例9
按重量百分比为95％称取聚丙烯2850克，重重量百分比为5％称取三丙二醇二丙烯酸酯150克，在搅拌机中均匀混合20min，加入到密炼机中进行熔融接枝反应，温度设定为190℃，熔融反应10分钟后，结束反应，得到高熔体强度聚丙烯树脂。取部分样品进行性能测试和熔体强度测定。结果见表1。
实施例10
按重量百分比为95％称取聚丙烯2880克，重量百分比为5％称取新戊二醇二丙烯酸酯150克，在搅拌机中均匀混合20min，加入到L/D＝40、Φ为35mm的单螺杆挤出机中，挤出机的转数设定为20转/分，挤出机共分四个加热区，其中一加热区温度设定为190℃，二加热区温度设定为220℃，三加热区温度设定为240℃，四加热区温度设定为200℃，挤出造粒，得到高熔体强度聚丙烯树脂。取部分样品进行性能测试和熔体强度测定。结果见表1。
实施例11
按重量百分比为99.5％称取聚丙烯2985克，重量百分比为0.5％称取丙氧基化新戊二醇二丙烯酸酯15克，在搅拌机中均匀混合20min，加入到L/D＝40、φ为35mm的单螺杆挤出机中，挤出机的转数设定为100转/分，挤出机共分四个加热区，其中一加热区温度设定为210℃，二加热区温度设定为240℃，三加热区温度设定为240℃，四加热区温度设定为210℃，挤出造粒，得到高熔体强度聚丙烯树脂。取部分样品进行性能测试和熔体强度测定。结果见表1。
实施例12
按重量百分比为90％称取聚丙烯2700克，重量百分比为10％称取邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯300克，在搅拌机中均匀混合20min，加入到L/D＝40、Φ为35mm的单螺杆挤出机中，挤出机的转数设定为300转/分，挤出机共分四个加热区，其中一加热区温度设定为200℃，二加热区温度设定为230℃，三加热区温度设定为230℃，四加热区温度设定为240℃，挤出造粒，得到高熔体强度聚丙烯树脂。取部分样品进行性能测试和熔体强度测定。结果见表1。
实施例13
按重量百分比为95％称取聚丙烯2850克，重量百分比为5％称取乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯150克，在搅拌机中均匀混合20min，加入到L/D＝40、Φ为35mm的双螺杆挤出机中，挤出机的转数设定为200转/分，挤出机共分四个加热区，其中一加热区温度设定为190℃，二加热区温度设定为210℃，三加热区温度设定为230℃，四加热区温度设定为220℃，挤出造粒，得到高熔体强度聚丙烯树脂。取部分样品进行性能测试和熔体强度测定。结果见表1。
实施例14
按重量百分比为95％称取聚丙烯2850克，重量百分比为5％称取丙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯150克，在搅拌机中均匀混合20min，加入到L/D＝40、Φ为35mm的双螺杆挤出机中，挤出机的转数设定为150转/分，挤出机共分四个加热区，其中一加热区温度设定为190℃，二加热区温度设定为230℃，三加热区温度设定为230℃，四加热区温度设定为210℃，挤出造粒，得到高熔体强度聚丙烯树脂。取部分样品进行性能测试和熔体强度测定。结果见表1。
实施例15
按重量百分比为99％称取聚丙烯2970克，重量百分比为1％称取聚乙二醇丙烯酸酯30克，在搅拌机中均匀混合20min，加入到L/D＝40、Φ为35mm的双螺杆挤出机中，挤出机的转数设定为300转/分，挤出机共分四个加热区，其中一加热区温度设定为190℃，二加热区温度设定为220℃，三加热区温度设定为230℃，四加热区温度设定为240℃，挤出造粒，得到高熔体强度聚丙烯树脂。取部分样品进行性能测试和熔体强度测定。结果见表1。
实施例16
按重量百分比为96％称取聚丙烯2880克，重量百分比为4％称取三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯120克，在搅拌机中均匀混合20min，加入到L/D＝40、Φ为35mm的双螺杆挤出机中，挤出机的转数设定为200转/分，挤出机共分四个加热区，其中一加热区温度设定为220℃，二加热区温度设定为220℃，三加热区温度设定为220℃，四加热区温度设定为220℃，挤出造粒，得到高熔体强度聚丙烯树脂。取部分样品进行性能测试和熔体强度测定。结果见表1。
实施例17
按重量百分比为90％称取聚丙烯2700克，重量百分比为10％称取季戊四醇三丙烯酸酯300克，在搅拌机中均匀混合20min，加入到L/D＝40、Φ为35mm的双螺杆挤出机中，挤出机的转数设定为300转/分，挤出机共分四个加热区，其中一加热区温度设定为200℃，二加热区温度设定为200℃，三加热区温度设定为200℃，四加热区温度设定为200℃，挤出造粒，得到高熔体强度聚丙烯树脂。取部分样品进行性能测试和熔体强度测定。结果见表1。
实施例18
按重量百分比为99％称取聚丙烯2970克，重量百分比为1％称取二丙二醇二丙烯酸酯30克，在搅拌机中均匀混合20min，加入到密炼机中进行熔融接枝反应，温度设定为210℃，熔融反应1分钟后，结束反应，得到高熔体强度聚丙烯树脂。取部分样品进行性能测试和熔体强度测定。结果见表1。
表1  实施例1～18的测试结果
序号   拉伸强度(MPa)   拉伸模量(MPa)   断裂伸长率(％)    结晶温度(℃)     熔融指数(g/10min)   熔体强度(cN)
        纯聚丙烯     38   700     762     110     2.28     5
        实施例1     38   730     699     112     1.88     9
        实施例2     39   801     680     124     0.57     33
        实施例3     38   739     687     115     1.61     17
        实施例4     38   750     670     120     1.55     20
        实施例5     38   760     665     121     1.50     22
        实施例6     38   770     661     123     1.44     24
        实施例7     38   740     690     118     1.78     13
        实施例8     38   759     680     119     1.67     14
        实施例9     38   775     655     123     1.47     23
        实施例10     38   772     660     123     1.43     24
        实施例11     38   733     695     113     1.85     10
        实施例12     39   811     670     125     0.58     32
        实施例13     38   778     656     124     1.40     25
        实施例14     38   773     658     123     1.41     24
        实施例15     38   750     675     118     1.71     13
        实施例16     38   761     663     121     1.51     22
        实施例17     39   793     689     124     0.59     30
        实施例18     38   752     673     118     1.72     13

Claims (4)

1、一种高熔体强度聚丙烯树脂，其特征在于，它是由A组份和B组份组成：其中A组份的重量百分比为90～99.5％，B组份的重量百分比为0.5～10％；
所述的A组份为没有添加任何助剂、由聚合釜内直接生产出来的原生态聚丙烯树脂；
B组份为丙烯酸酯类：三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、丙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、丙氧化甘油三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、聚乙二醇丙烯酸酯、1，4-丁二醇二丙烯酸酯、1，6-己二醇二丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、丙氧基化新戊二醇二丙烯酸酯或邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯。
2、根据权利要求1所述的高熔体强度聚丙烯树脂，其特征是，所述的B组份的重量百分比优选为1％～5％。
3、根据权利要求1所述的高熔体强度聚丙烯树脂的制备方法，其特征是，步骤和条件为：
采用熔融接枝反应法：设备选取双螺杆挤出机或单螺杆挤出机；将A组分和B组分按配比混合均匀，从双螺杆挤出机或单螺杆挤出机的喂料口加入到料腔，进行熔融接枝反应，双螺杆挤出机或单螺杆挤出机转数设定为20～300转/分，双螺杆挤出机或单螺杆挤出机共分为四个加热区，其中，一加热区温度为190℃～230℃，二加热区温度为200℃～240℃，三加热区温度为200℃～240℃，四加热区温度为200℃～240℃，挤出造粒，得到高熔体强度聚丙烯树脂。
4、根据权利要求1所述的高熔体强度聚丙烯树脂的制备方法，其特征是，步骤和条件为：
采用熔融接枝反应法：设备选取密炼机；将A组分、B组分和C组分按配比混合均匀，从密炼机的喂料口加入到料腔，进行熔融接枝反应，反应温度为190～240℃，反应时间为1～10分钟，得到高熔体强度聚丙烯树脂。
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