CN101870784A - 一种抗冲型耐候聚丙烯及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗冲型耐候聚丙烯及其制备方法，包括如下组分和重量百分比：聚丙烯55％-78％，聚乙烯5％-15％，填充剂15％-30％，抗氧剂0.2％-1.0％，光稳定剂0.2％-1.0％，偶联剂0.2％-1.0％。本发明所得到的聚丙烯材料具有优异的流动性、优异的冲击性能与耐候性能。

Description

一种抗冲型耐候聚丙烯及其制备方法

技术领域

本发明涉及聚丙烯改性技术领域，具体地说，涉及一种抗冲型耐候聚丙烯材料及其制备方法。

背景技术

聚丙烯(PP)因其综合性能优良、来源广泛、质轻价廉，因此广泛应用于各个领域。但是，PP也存在一些不足之处，最大缺点是耐寒性差、低温易脆断；其次是经填充改性后的PP抗冲击性差，制件跌落后易破裂等缺点；再者由于PP含有不稳定的叔碳基团，经光、热、氧作用后易发生老化降解而导致性能下降及变色等问题。这些缺点都限制了PP的使用，尤其限制了PP在户外制品上的应用，特别是对于长期在户外放置有抗冲击及耐候要求的产品，必须要改善PP的抗冲击性及耐候性才能拓展PP的应用领域。

目前传统抗冲耐候聚丙烯一般采用无机填充剂填充，通过加入增韧剂来改善冲击性能，同时加入光稳定剂来改善耐候性。增韧剂一般选择橡胶或其它弹性体，如乙丙橡胶(EPR)、乙烯-丙烯-二烯烃三元共聚物(EPDM)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS)、乙烯-辛烯共聚物(POE)等弹性体。但橡胶或弹性体价格相对比较昂贵，同时橡胶或弹性体的使用还会削弱材料的刚度、耐热性及流动性，部分橡胶如EPDM、SBS因含有部分不饱和双键，所以其耐热氧化性能、耐候性也会有所下降，致使最终产品的外观及性能变差。其次，所使用的光稳定剂一般为单一组份受阻胺光定稳剂，或者复配适量的紫外线吸收剂，但往往没有考虑光稳定剂之间的协同效应、光稳定剂与部分抗氧剂之间的对抗效应、光稳定剂与树脂的相容性以及光稳定剂在使用环境中的稳定性等。如果选择不合适，光稳定剂不仅不能起到光稳定的作用，而且还会加速材料的老化，达不到预期的效果。再者，填充剂一般都与其它物料一起混合后从挤出机同一加料口下料，这会导致抗氧剂及光稳定剂容易被填充剂吸收，从而抗氧剂及光稳定剂不能发挥最大功效，导致材料的热氧老化性能及耐候性能大幅度下降。在中国发明专利200610053335.5中，公开了一种改性耐候聚丙烯材料，但增韧改性剂用量过多，导致材料的综合力学性能不好，而且材料的耐候性能也不是很好，难以保证长期的耐候要求。

发明内容

本发明的目的就是为了克服现有抗冲型耐候聚丙烯成本昂贵、流动性及耐候性不好之缺点，提供一种具有优异的流动性、优异的冲击性能与耐候性能的抗冲型耐候聚丙烯。

本发明的另外一个目的是提供上述抗冲型耐候聚丙烯的制备方法。

为了实现以上目的，本发明的抗冲型耐候聚丙烯由如下重量百分比的组成组成：

一种抗冲型耐候聚丙烯，包括如下组分和重量百分比：

聚丙烯        55％-78％

聚乙烯        5％-15％

填充剂        15％-30％

抗氧剂        0.2％-1.0％

光稳定剂      0.2％-1.0％

偶联剂        0.2％-1.0％。

在上述抗冲型耐候聚丙烯中，还包括加工助剂0.2~0.8重量％，着色剂0.5~1.0重量％。

在上述抗冲型耐候聚丙烯中，所述聚丙烯为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯、无规共聚聚丙烯中一种或其混合物，熔体流动速率为1.5g/10min-35g/10min(230℃/2.16kg)。

在上述抗冲型耐候聚丙烯中，所述聚乙烯为高密度聚乙烯(HDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)中的一种或其混合物，熔体流动速率为1.0g/10min-10g/10min(190℃/2.16kg)。

在上述抗冲型耐候聚丙烯中，所述填充剂为滑石粉、碳酸钙、硫酸钡、硫酸钙、硅灰石、云母、二氧化硅中的一种或其混合物，其作用是使材料有良好的刚性和耐热性以及增加尺寸稳定性、同时还可以降低成本。

在上述抗冲型耐候聚丙烯中，所述抗氧剂为主抗氧剂、辅抗氧剂以及金属离子钝化剂类的混合物，其作用是提高加工和使用过程中的热氧稳定性，避免色泽性能发生变化。其中主抗氧剂为受阻酚类，可选择IRGANOX 1010、IRGANOX 1076、IRGANOX 3114、CYANOX1790、ANOX330等；辅抗氧剂为分子量较大、化学稳定性好的亚磷酸酯类，可选择IRGAFOS 168、IRGAFOS 126、IRGAFOS P-EPQ、Ultranox 627A等；金属离子钝化剂为一种防止材料与金属接触导致热氧化降解的辅抗氧剂类，可选择IRGANOX MD1024。

在上述抗冲型耐候聚丙烯中，所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂、紫外线吸收剂的混合物，其作用是提高产品使用过程中的热氧稳定性及耐候性，避免色泽性能发生变化。其中受阻胺类光稳定剂为一种复合物，包括高分子量的受阻胺类光稳定剂，可选择CHIMASSORB944、CHIMASSORB 2020、TINUVIN 622等；还包括低分子量受阻胺类光稳定剂，可选择TINUVIN 770、Uvinul 4050H、Cyasorb UV 3853等；以及低碱性的NOR型受阻胺光稳定剂，可选择TINUVIN 123S、TINUVIN NOR 371、TINUVIN XT855等。紫外线吸收剂为羟基苯并***类，可选择TINUVIN 234、TINUVIN 326、TINUVIN 327等。所说的偶联剂为钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂中的一种或其混合物。钛酸酯偶联剂可选单烷氧基钛酸酯偶联剂(NDZ-101)、异丙基三油酸酰氧基钛酸酯(NDZ-105)；硅烷偶联剂可选γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH-560)、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH-570)。

在上述抗冲型耐候聚丙烯中，所述加工助剂为低分子酯类、金属皂类、硬脂酸复合酯类、酰胺类的一种或其混合物。具体包括低分子聚乙烯、硬脂酸钙(CAST)、硬脂酸锌(ZNST)、芥酸酰胺及N，N-乙撑双硬脂酸酰胺(EBS)、低粘度双酚A环氧树脂(Araldite GT7071)等，其主要作用是在加工和成型过程中提高各组份的分散性以及防止填充剂吸收抗氧剂及光稳定剂，起到保护抗氧剂与光稳定剂的作用。

上述抗冲型耐候聚丙烯的制备方法，包括如下步骤：

第1步：按重量份称取各原材料；

第2步：将聚丙烯树脂、聚乙烯树脂、抗氧剂、部分偶联剂、光稳定剂、加工助剂和着色剂于混合机中搅拌混合3-8分钟，获得混合物；第3步：按配比将余下的偶联剂和填充剂于高速混合机(转速不低于800RPM)中混合约3-8分钟，获得混合物；

第4步：将步骤2的混合物和步骤3的混合物分别从双螺杆挤出机的主加料口及侧加料口下料挤出造粒，最终得到产品。加工温度为190-230℃，螺杆转速为300-450RPM，螺杆长径比不小于32，挤出机温控区不小于9区，侧加料口位于第4或第5区。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.本发明对抗氧剂及光稳定剂进行了细致的筛选。抗氧剂优选与树脂相容性好、化学稳定性好的高分子量受阻酚类抗氧剂，同时复配亚磷酸酯类辅抗氧剂及金属离子钝化剂；而光稳定剂优选高分子量与低分子量的受阻胺光稳定剂以及低碱性的NOR型受阻胺光稳定剂的复合物，同时复配紫外线吸收剂。其中，高分子量的受阻胺光稳定剂作为一种长效光稳定剂，其热稳定性好、与树脂的相容性好及化学稳定性优异；而低分子量的光稳定剂由于会向材料表面慢慢迁移而起到保护材料外观作用，尤其对薄壁制件保护效果极佳；而低碱性的NOR型受阻胺光稳定剂由于不与酸性组分发生相互反应，因此与亚磷酸酯类的辅抗氧剂的协同效应极好，同时也特别适用于酸性环境中，如酸雨密集地区；而紫外线吸收剂可选择性地吸收紫外线，使之变成无害的能量而释放或消耗，也起到协同保护材料的作用。所得到的材料具有优异的流动性、优异的冲击性能与耐候性能。

2.在本发明的制备方法中，为了使抗氧剂及光稳定剂发挥最大作用，特将填充剂从侧加料口加料。因为通过此种加料方式，在填充剂在与其它物料在双螺杆会合之前，抗氧剂与光稳定剂已充分熔入树脂，而且加工助剂(如EBS、Araldite GT7071)会在树脂表层形成保护层，除了润滑作用外、还能防止填充剂吸收抗氧剂及光稳定剂而削弱抗氧剂及光稳定剂的功效；同时本发明为了更好地发挥偶联剂的功效、改善填充剂与树脂之间相容性，特将填充剂单独用部分偶联剂活化处理后从侧加料口下料。

具体实施方式

实施例的制备方法为：

第1步：按重量份称取各原材料；

第2步：将聚丙烯树脂、聚乙烯树脂、抗氧剂、部分偶联剂、光稳定剂、加工助剂和着色剂于混合机中搅拌混合5分钟，获得混合物；

第3步：按配比将余下的偶联剂和填充剂于高速混合机(转速1200RPM)中混合约6分钟，获得混合物；

第4步：将步骤2的混合物和步骤3的混合物分别从双螺杆挤出机的主加料口及侧加料口下料挤出造粒，最终得到产品。加工温度为200℃，螺杆转速为450RPM，螺杆长径比32，挤出机温控区11区，侧加料口位于第4区。

比较例及实施例的具体组成列于表1，常规性能列于表2。

表1

表2

表3、表4分别为比较例2、实施例2所制备的抗冲型耐候聚丙烯氙灯老化2500小时，户外暴晒10000小时(广州地区)的力学性能保持率；表5为本发明测试所使用的标准。

表3

表4

表5

Claims (10)

1.一种抗冲型耐候聚丙烯，其特征在于包括如下组分和重量百分比：

聚丙烯        55％-78％

聚乙烯        5％-15％

填充剂        15％-30％

抗氧剂        0.2％-1.0％

光稳定剂      0.2％-1.0％

偶联剂        0.2％-1.0％。

2.根据权利要求1所述的抗冲型耐候聚丙烯，其特征在于：还包括加工助剂0.2~0.8重量％，着色剂0.5~1.0重量％。

3.根据权利要求1所述的抗冲型耐候聚丙烯，其特征在于：所述的聚丙烯树脂为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯、无规共聚聚丙烯中一种或其混合物。

4.根据权利要求1所述的抗冲型耐候聚丙烯，其特征在于：所述的聚乙烯为高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯中的一种或两种以上的混合物。

5.根据权利要求1所述的抗冲型耐候聚丙烯，其特征在于：所述的填充剂为滑石粉、碳酸钙、硫酸钡、硫酸钙、硅灰石、云母、二氧化硅中的一种或两种以上的混合物。

6.根据权利要求1所述的抗冲型耐候聚丙烯，其特征在于：所述的抗氧剂为受阻酚类主抗氧剂、亚磷酸酯类辅抗氧剂以及金属离子钝化剂的混合物。

7.根据权利要求1所述的抗冲型耐候聚丙烯，其特征在于：所述的光稳定剂为受阻胺类光稳定剂和紫外线吸收剂的混合物。

8.根据权利要求1所述的抗冲型耐候聚丙烯，其特征在于：所述的偶联剂为钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂中的一种或其混合物。

9.根据权利要求1所述的抗冲型耐候聚丙烯，其特征在于：所述的加工助剂为低分子酯类、金属皂类、硬脂酸复合酯类、酰胺类及低粘度双酚A环氧树脂的一种或两种以上的混合物。

10.权利要求2所述的抗冲型耐候聚丙烯的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)按重量份称取各原材料；

(2)将聚丙烯树脂、聚乙烯树脂、抗氧剂、部分偶联剂、光稳定剂、加工助剂和着色剂于混合机中搅拌混合3-8分钟，获得混合物；

(3)按配比将余下的偶联剂和填充剂于高速混合机中混合约3-8分钟，转速不低于800RPM，获得混合物；

(4)将步骤2的混合物和步骤3的混合物分别从双螺杆挤出机的主加料口及侧加料口下料挤出造粒，最终得到产品，加工温度为190-230℃，螺杆转速为300-450RPM，螺杆长径比不小于32，挤出机温控区不小于9区，侧加料口位于第4或第5区。