CN105566743A - 一种β晶型聚丙烯条带及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种β晶型聚丙烯条带及其制备方法,其中,该方法包括以下步骤:(1)将聚丙烯和β晶型成核剂进行混合造粒;(2)将步骤(1)中形成的β晶型聚丙烯粒子干燥后进行挤出成型;(3)将步骤(2)中挤出成型的β晶型聚丙烯片材在低温下慢速拉伸以获得β晶型聚丙烯条带。采用本发明的方法制备的β晶型聚丙烯条带拉伸更加容易,不易断裂,拉伸倍率更高,材料力学性能更加稳定。
Description
技术领域
本发明属于复合材料领域,具体地,涉及一种β晶型聚丙烯条带及其制备方法。
背景技术
聚丙烯可以作为通用塑料的原因是其原料与加工成本都比较低,同时密度较小,易于回收等性能特点。但是与工程材料相比,聚丙烯力学性能低,特别是冲击韧性不佳。这也导致了其在相应的应用领域使用受限。
为了解决这个难题,聚丙烯自增强材料得到了广泛的关注。
这是由于聚丙烯自增强材料拥有较高的力学性能,其中有国外研究者研究发现本体增强聚丙烯复合材料的拉伸模量可以达到5GPa,同时由于自增强聚丙烯材料质量较轻,因此可以极大的降低材料的成本。
聚丙烯在不同的加工条件,或者加入成核剂的情况下,可以形成,α、β、γ、δ和准晶态等五种晶型。
在通常情况下,聚丙烯主要以α晶型存在,α晶型为单斜晶系,具有拉伸模量高,耐热,回收方便等特点,而β晶型为六方晶系,相比之下,β晶型的韧性更好,同时具有更高的热变形温度;另外,两种晶型的结构不同也使得它们在性能,拉伸过程中状态都有所不同。
聚丙烯条带的拉伸模量较高,是由于聚丙烯分子链段在慢速拉伸时取向的结果,因此在不产生银纹的前提下,聚丙烯拉伸倍数越大,在拉伸方向对聚丙烯的拉伸强度增加幅度也更高。
因此,如何利用这种机理制备出具有更高的拉伸倍数,以及更高强度的聚丙烯条带还有待于进一步研究。
发明内容:
本发明的目的在于克服现有技术中α晶系聚丙烯条带的拉伸倍率低、强度低的缺陷,而提供一种β晶型的聚丙烯条带及其制备方法。
为了实现以上目标,本发明提供了一种β晶型聚丙烯条带,该β晶型聚丙烯条带含有聚丙烯和β晶型成核剂,其中,所述β晶型成核剂为芳香胺类成核剂、稀土配合物类成核剂、喹啉吖啶酮类成核剂、稠环化合物类成核剂和复配成核剂中的一种或多种,且所述β晶型聚丙烯条带中结晶度Xβ为20%-80%,β晶型含量为20-90%重量%,以及所述β晶型聚丙烯条带的熔点可以为140-160℃,熔融指数为0.5-25g/10min,拉伸强度为24.5-467MPa。
本发明还提供了一种β晶型聚丙烯条带的制备方法,该方法包括以下步骤:
(1)将聚丙烯和β晶型成核剂进行混合造粒;
(2)将步骤(1)中形成的β晶型聚丙烯粒子干燥后进行挤出成型;
(3)将步骤(2)中挤出成型的β晶型聚丙烯片材在低温下慢速拉伸以获得β晶型聚丙烯条带。
在本发明中,本发明的发明人经过大量科学研究发现,在制备β晶型聚丙烯条带的过程中,发现加入β晶型成核剂能够使制备的β晶型聚丙烯条带拉伸更加容易,不易断裂,拉伸倍率更高,材料力学性能更加稳定。
具体实施方式:
本发明通过以下实施例进一步阐明,但本发明的范围并不局限于实施例中。
本发明提供了一种β晶型聚丙烯条带,该β晶型聚丙烯条带含有聚丙烯和β晶型成核剂,其中,所述β晶型成核剂可以为芳香胺类成核剂、稀土配合物类成核剂、喹啉吖啶酮类成核剂、稠环化合物类成核剂和复配成核剂中的一种或多种,且所述β晶型聚丙烯条带中结晶度Xβ为20%-80%,β晶型含量为20%-90重量%,以及所述β晶型聚丙烯条带的熔点可以为140-160℃,熔融指数为0.5g/10min-25g/10min,拉伸强度为24.5-467MPa。
优选地,所述β晶型聚丙烯条带中结晶度Xβ为30-70%,β晶型含量为50%-90%,以及所述β晶型聚丙烯条带的熔点为145-150℃,熔融指数为5g/10min-15g/10min,拉伸强度为30-467MPa。
在本发明中,在差示扫描量热仪测试β晶型聚丙烯条带的熔点和熔融指数。
具体地,称取5-6mg制品β晶型聚丙烯条带试样,在差示扫描量热仪上,N2气氛,升、降温速率均为10℃/min,从熔融曲线上得到α晶型和β晶型的峰值熔点(Tα,Tβ);对熔融峰面积积分后,得到α晶型和β晶型的熔融焓(Hα,Hβ);从结晶曲线上分别得到起始结晶温度(T1)和结晶峰温度(T2)。用式(1)-(3)计算α晶型和β晶型的结晶度(Xα,Xβ),β晶型的含量(KDSC);
Xα=Hα/Hα1×100%(1)
Xβ=Hβ/Hβ1×100%(2)
KDSC=Hβ/(Hβ+Hα)×100%(2)
式中:Hα1和Hβ1分别是100%结晶度的α晶型聚丙烯条带和β晶型聚丙烯条带的熔融焓,可以参考分别为177.0J/g和168.5J/g。
根据本发明,所述β晶型成核剂为芳香胺类成核剂、稀土配合物类成核剂、喹啉吖啶酮类成核剂、稠环化合物类成核剂和复配成核剂中的一种或多种;优选地,所述β晶型成核剂为2,6-苯二甲酸环己酰胺、N'N-二环己基-2,6-萘二酰胺和复合成核剂VP101B中的一种或多种,其中,所述复合成核剂VP101B含有超细橡胶粒子与有机磷酸盐C29H42O2PNa。
根据本发明,所述聚丙烯没有具体限定,可以为本领域的常规选择,例如,可以为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯或其它功能性聚丙烯;在本发明中,优选为共聚聚丙烯聚丙烯,例如,可以选用中国石化扬子石油化工有限公司生产的PPR-F07V。
所述聚丙烯的熔点为145-150℃,重均分子量可以为2×105至1×106,优选为2.5×105至4.5×105。
根据本发明,以100重量份的β晶型聚丙烯条带为基准,所述聚丙烯的含量为90-99.5重量份,所述β晶型成核剂的含量0.5-10重量份。
优选地,以100重量份的β晶型聚丙烯条带为基准,所述聚丙烯的含量为95-99.5重量份,所述β晶型成核剂的含量为0.5-5重量份。
本发明还提供了一种β晶型聚丙烯条带的制备方法,该方法包括以下步骤:
(1)将聚丙烯和β晶型成核剂进行混合造粒;
(2)将步骤(1)中形成的β晶型聚丙烯粒子干燥后进行挤出成型;
(3)将步骤(2)中挤出成型的β晶型聚丙烯片材在低温下慢速拉伸以获得β晶型聚丙烯条带。
根据本发明,所述β晶型聚丙烯片材的厚度可以为200-500微米,优选为250-400微米,更优选为280-320微米。
根据本发明,在步骤(1)中,在将聚丙烯和β晶型成核剂的混合物进行混合造粒之前,该方法还包括将该聚丙烯和β晶型成核剂的混合物在高速搅拌机中进行搅拌以使该聚丙烯和β晶型成核剂充分混合、均匀;其中,该高速搅拌机的型号没有具体限定,可以为本领域的常规选择;以及在该高速搅拌机进行混合的条件没有具体限定,例如,搅拌可以为本领域的常规选择,混合时间也没有具体限定,只要能够使聚丙烯和β晶型成核剂充分混合均匀即可,在本发明中,优选地,混合时间为2-5分钟。
根据本发明,在步骤(1)中,可以采用混合造粒机对聚丙烯和β晶型成核剂的混合物进行混合造粒,其中,进行混合造粒的条件没有具体限定,可以为本领域的常规选择,在本发明中,在进行混合造粒时,高速搅拌机的转速可以为650rpm-1200rpm,双螺杆挤出机的电机转速可以为100rpm-500rpm;优选地,在进行混合造粒时,高速搅拌机的转速为800rpm-1000rpm,双螺杆挤出机的电机转速为250rpm-400rpm。
根据本发明,在步骤(2)中,可以采用挤出流延机对经混合造粒且干燥后的β晶型聚丙烯粒子进行挤出成型,其中,进行挤出成型的条件没有具体限定,可以为本领域的常规选择,在本发明中,进行挤出成型的条件包括:温度为150-200℃,挤出时螺杆转速为10rpm-70rpm;优选地,进行挤出成型的条件包括:温度为180-195℃,挤出时螺杆转速为30rpm-50rpm。
根据本发明,在步骤(3)中,在低温下慢速拉伸的条件包括:温度为80-130℃,拉伸速率为0.1m/min-100m/min,拉伸倍率为1-16倍,优选地,温度为100-110℃,拉伸速率为2m/min-5m/min,拉伸倍率为3-15倍。
根据本发明,以100重量份的β晶型聚丙烯条带为基准,所述聚丙烯的用量为90-99.5重量份,所述β晶型成核剂的用量为0.5-10重量份。
以下结合实施例对本发明进行详细的描述。
以下实施例中,聚丙烯为中国石化扬子石油化工有限公司生产的PPR-F07V。以下实施例中没有特殊强调的原料都可以直接从市场采购得到。
双螺杆挤出机购自Werner&PFLEIDERER公司,型号为ZSK25;
挤出流延机购自LabtechEngineering公司,型号为LMCR-300;
差示扫描量热仪购自PerkinEimer公司,型号为DiamondDSC;
用万能测试机购自美国MTS公司,型号为CMT6104测试制品的拉伸强度。
实施例1
本实施例用于说明本发明提供的β晶型聚丙烯条带的制备方法。
将该β晶型成核剂VP101B与聚丙烯(PPR-F07V)在高速搅拌机混合2min,然后在利用双螺杆挤出机以电机转速为250rpm挤出造粒造粒,然后再将得到的β晶型聚丙烯粒子在70℃温度下干燥;
利用挤出流延机在温度为180℃,螺杆速率为35rpm的条件下挤出β晶型聚丙烯片材,β晶型聚丙烯片材的厚度为280μm;
再在温度为100℃下,拉伸速率为2m/min,拉伸倍率分别为8、10、12、16倍下拉伸。
结果制备了β晶型聚丙烯条带C1;
该β晶型聚丙烯条带C1的中结晶度Xβ为70%,β晶型含量为35重量%,以及所述β晶型聚丙烯条带的熔点为145℃,熔融指数为5g/10min;
且以100重量份的β晶型聚丙烯条带C1为基准,所述聚丙烯的含量为99.5重量份,所述β晶型成核剂的含量为0.5重量份;
利用万能测试机测试C1的拉伸强度,如表1所示。
实施例2
本实施例用于说明本发明提供的β晶型聚丙烯条带的制备方法。
将该β晶型成核剂TMB-4(取代芳酰胺类β成核剂)与聚丙烯(PPR-F07V)在高速搅拌机混合2min,然后在利用双螺杆挤出机以电机转速为300rpm挤出造粒,然后再将得到的β晶型聚丙烯粒子在70℃温度下干燥;
然后利用挤出流延机在温度为200℃,螺杆转速为25rpm的条件下挤出β晶型聚丙烯片材,β晶型聚丙烯片材的厚度为300μm;
再在温度为110℃下,拉伸速率为3m/min,拉伸倍率分别为8、10、12、16倍下拉伸。
结果制备了β晶型聚丙烯条带C2;
该β晶型聚丙烯条带C2的中结晶度Xβ为50%,β晶型含量为45重量%,以及所述β晶型聚丙烯条带的熔点为148℃,熔融指数为10g/10min;
且以100重量份的β晶型聚丙烯条带C2为基准,所述聚丙烯的含量为95重量份,所述β晶型成核剂的含量为5重量份;
利用万能测试机测试C2的拉伸强度,如表1所示。
实施例3
本实施例用于说明本发明提供的β晶型聚丙烯条带的制备方法。
将该β晶型成核剂TMB-5与聚丙烯(PPR-F07V)在高速搅拌机混合2min,然后在双螺杆挤出机以电机速度为500rpm的转速下混合造粒,然后再将得到的β晶型聚丙烯粒子在70℃温度下干燥;
然后利用挤出流延机在温度为190℃,螺杆转速为32rpm的条件下挤出β晶型聚丙烯片材,β晶型聚丙烯片材的厚度为400μm;
再在温度为105℃下,拉伸速率为5m/min,拉伸倍率分别为8、10、12、16倍下拉伸。
结果制备了β晶型聚丙烯条带C3;
该β晶型聚丙烯条带C3的中结晶度Xβ为65%,β晶型含量为45.5重量%,以及所述β晶型聚丙烯条带的熔点为150℃,熔融指数为8g/10min;
且以100重量份的β晶型聚丙烯条带C3为基准,所述聚丙烯的含量为97重量份,所述β晶型成核剂的含量为3重量份;
利用万能测试机测试C3的拉伸强度,如表1所示。
对比例1
按照与实施例1相同的方法制备聚丙烯条带,所不同之处在于,在制备过程中没有加入β晶型成核剂VP101B;
结果制备了聚丙烯条带DC1;
该聚丙烯条带DC1的中α晶型的结晶度Xα为70%,β晶型含量为0,以及所述α晶型聚丙烯条带的熔点为165℃,熔融指数为5g/10min;
利用万能测试机测试DC1的拉伸强度,如表1所示。在该对比例1中,没有加入β晶型成核剂,制备的聚丙烯片材为α晶型。
表1
拉伸倍率 | 1 | 8 | 10 | 12 | 16 |
实施例1 | 24.5 | 386 | 449 | 461 | 442 |
实施例2 | 27.5 | 361 | 415 | 463 | 451 |
实施例3 | 26 | 368 | 420 | 467 | 449 |
对比例1 | 28.5 | 356 | 403 | 450 | -- |
从表1中可以看出,在拉伸倍率为1时,对比例1为α晶型,相对于实施例1-3,其没有加入β成核剂,因此,虽然拉伸强度略高,但其韧性较低,不易被拉伸,因而,在拉伸倍率为8至16时,实施例1-3与对比例1中的α晶型聚丙烯条带相对比,实施例1-3中采用本发明制备的β晶型聚丙烯条带的拉伸倍率更高,拉伸倍率提高了4倍,提高了33%,同时力学性能在拉伸倍率增大到最大值时,仍然比较稳定。
以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合,为了避免不必要的重复,本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外,本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本发明的思想,其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (13)
1.一种β晶型聚丙烯条带,该β晶型聚丙烯条带含有聚丙烯和β晶型成核剂,其特征在于,所述β晶型成核剂为芳香胺类成核剂、稀土配合物类成核剂、喹啉吖啶酮类成核剂、稠环化合物类成核剂和复配成核剂中的一种或多种,且所述β晶型聚丙烯条带中结晶度Xβ为20%-80%,β晶型含量为20-90重量%,以及所述β晶型聚丙烯条带的熔点为140-160℃,熔融指数为0.5g/10min-25g/10min,拉伸强度为24.5-467MPa。
2.根据权利要求1所述的β晶型聚丙烯条带,其中,所述β晶型聚丙烯条带中结晶度Xβ为30%-70%,β晶型含量为50-90重量%,以及所述β晶型聚丙烯条带的熔点为145-150℃,熔融指数为5g/10min-15g/10min,拉伸强度为30-467MPa。
3.根据权利要求1或2所述的β晶型聚丙烯条带,其中,所述β晶型成核剂为芳香胺类成核剂、稀土配合物类成核剂、喹啉吖啶酮类成核剂、稠环化合物类成核剂和复配成核剂中的一种或多种;优选地,所述β晶型成核剂为2,6-苯二甲酸环己酰胺、N'N-二环己基-2,6-萘二酰胺和复合成核剂VP101B中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的β晶型聚丙烯条带,其中,所述聚丙烯为等规聚丙烯,熔点为145-150℃,重均分子量为2×105至1×106。
5.根据权利要求1所述的β晶型聚丙烯条带,其中,以100重量份的β晶型聚丙烯条带为基准,所述聚丙烯的含量为90-99.5重量份,所述β晶型成核剂的含量0.5-10重量份。
6.根据权利要求5所述的β晶型聚丙烯条带,其中,以100重量份的β晶型聚丙烯条带为基准,所述聚丙烯的含量为95-99.5重量份,所述β晶型成核剂的含量为0.5-5重量份。
7.一种制备权利要求1-6中任意一项所述的β晶型聚丙烯条带的方法,该方法包括以下步骤:
(1)将聚丙烯和β晶型成核剂进行混合造粒;
(2)将步骤(1)中形成的β晶型聚丙烯粒子干燥后进行挤出成型;
(3)将步骤(2)中挤出成型的β晶型聚丙烯片材在低温下慢速拉伸以获得β晶型聚丙烯条带。
8.根据权利要求7所述的方法,其中,所述β晶型聚丙烯片材的厚度为200-500微米。
9.根据权利要求7所述的方法,其中,在步骤(1)中,进行混合造粒的条件包括:高速搅拌机的转速为650rpm-1200rpm,双螺杆挤出机的电机转速为100rpm-500rpm。
10.根据权利要求7所述的方法,其中,在步骤(1)中,以所述聚丙烯和β晶型成核剂的总重量为基准,所述β晶型成核剂的用量为0.5-10wt%。
11.根据权利要求7所述的方法,其中,在步骤(2)中,进行挤出成型的条件包括:温度为150-200℃,挤出时螺杆转速为10rpm-70rpm。
12.根据权利要求7所述的方法,其中,在步骤(3)中,在低温下慢速拉伸的条件包括:温度为80-130℃,拉伸速率为0.1m/min-100m/min,拉伸倍率为1-16倍,优选地,温度为100-110℃,拉伸速率为2m/min-5m/min,拉伸倍率为3-15倍。
13.根据权利要求7所述的方法,其中,以100重量份的β晶型聚丙烯条带为基准,所述聚丙烯的用量为90-99.5重量份,所述β晶型成核剂的用量为0.5-10重量份。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160511 |