CN106700235B - 一种高透明、阻燃聚丙烯/coc复合材料的制备及方法 - Google Patents

一种高透明、阻燃聚丙烯/coc复合材料的制备及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高透明、阻燃聚丙烯/COC复合材料及其制备方法，其是由均聚聚丙烯100份，无规共聚聚丙烯50~100份，COC材料30~100份，增韧剂15~35份，阻燃剂3~8份，成核剂0.75~1.5份，抗氧剂0.15~0.35份经混合、造粒制备而成。本发明通过COC材料与聚丙烯共混制得高透明、阻燃聚丙烯/COC复合材料，其利用COC的高强度、高模量、低收缩性提高聚丙烯的综合性能，利用聚丙烯的低价格对COC进行成本的降低，以及通过加入增韧剂提高复合材料的冲击韧性，加入阻燃剂提高复合材料的阻燃等级，加入成核剂提高复合材料的透明性。

Description

一种高透明、阻燃聚丙烯/COC复合材料的制备及方法
技术领域：
本发明涉及高分子材料改性领域，尤其涉及一种高透明、阻燃聚丙烯/COC复合材料的制备及方法。
背景技术：
聚丙烯（PP）是目前用量最大的廉价通用塑料之一，具有很多优异的特性，如来源广、价格低、密度小、无毒、易加工等，因而被广泛应用于汽车、家电、电子电气等领域。但聚丙烯的透明度不高且机械强度较低，即使是高透明聚丙烯的透光率也只有88%左右，从而导致聚丙烯在某些领域不能得到广泛的应用。
COC材料为聚合的环烯烃类共聚物，其具有如下特性：
(1)密度小，比PMMA和PC的密度低约10%，有利于制品的轻量化；
(2)饱和吸水率小，COC吸水率远低于PMMA，不会产生因吸水导致物性下降的影响；(3)由于含有极性和异向性小的单体，因而为非晶型透明材料，其透光率可达91%以上，且双折射率小；(4)属高耐热性透明树脂，其玻璃化温度达140~170℃，其中玻璃化温度是非晶型聚合物的耐热性指标；(5)容易注射成型；(6)机械性能优良，拉伸强度和弹性模量比PC高；(7)优良的复制性，故制品质量高；(8)介电常数低，特别是高频性能好，是热塑性塑料中介电性能最好的材料；(9)耐擦伤性良好，COC铅笔硬度与PMMA相近，耐擦伤性是光学材料的一个重要性能指标；(10)COC分子侧链有极性基团，其与无机、有机材料粘接性好，易于密封。
所以COC材料主要用途如下：光学镜头、光学播音器、多边镜、角摸板用保护膜、DVD碟片基材、大型显示器、背光导光板、小型显示器前光导光板、光学半导体。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种高透阻燃高性能聚丙烯/COC复合材料的制备及方法。
一种高透明、阻燃聚丙烯/COC复合材料，其是由以下组分按重量份制备而成：
均聚聚丙烯 100份，
无规共聚聚丙烯 50~100份，
COC材料 30~100份，
增韧剂 15~35份，
阻燃剂 3~8份，
成核剂 0.75~1.5份，
抗氧剂 0.15~0.35份。
进一步方案，所述均聚聚丙烯在230℃/2.16kg条件下的熔融指数为3~12g/10min。
所述无规共聚聚丙烯在230℃/2.16kg条件下的熔融指数为8~12g/10min。
所述COC材料为双环庚烯单体和乙烯单体在金属茂催化剂作用下发生共聚得到的环烯烃类共聚物。
所述增韧剂为线性低密度聚乙烯接枝马来酸酐和乙烯-辛烯共聚物按质量比为4：1~1：4进行复配。
所述阻燃剂为氮、磷、溴协效的低卤环保阻燃剂。
所述成核剂为山梨醇缩醛类。
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1010）和三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯（抗168）进行复配。
本发明的另一个发明目的是提供上述聚丙烯/COC复合材料的制备方法，步骤如下：
（1）将100份均聚聚丙烯、50~100份无规共聚聚丙烯、30~100份COC材料、15~35份增韧剂、3~8份阻燃剂、0.75~1.5份的成核剂和0.15~0.35份抗氧剂一起置于转速为200~300转/分钟的高速混合机中常温混合3~5分钟；
（2）将混合好的物料加入双螺杆挤出机中拉丝造粒得到聚丙烯/COC复合材料，其中双螺杆挤出机的温度从喂料段到机头依次为200℃、220℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃、245℃，螺杆直径为52毫米，螺杆长径比为44。
本发明的有益效果有：
1、本发明通过将COC材料与聚丙烯共混制备高透明、阻燃性优的复合材料，利用COC的高强度、高模量、低收缩性提高聚丙烯的综合性能，利用COC材料的高透明来提高复合材料的透明性能；
2、本发明利用聚丙烯的低价格来降低复合材料的成本；
3、本发明通过加入增韧剂提高复合材料的冲击韧性，加入阻燃剂提高复合材料的阻燃等级，将其由HB级提高到V2级；同时加入成核剂提高复合材料的透明性。
4、本发明的复合材料制备工艺简单、易进行大批量生产。
具体实施例：
下面结合一些实施例与对比例对本发明作进一步说明。以下实施例只是本发明的典型例，本发明的保护范围并不局限于此。
下面实施例和对比例中用到的主要原材料如下：
均聚聚丙烯型号：S1003 厂家：上海赛科；
均聚聚丙烯型号：S700 厂家：中石化扬子石化；
无规共聚聚丙烯型号：M800E 厂家：中石化上海石化；
无规共聚聚丙烯型号：K4912 厂家：上海赛科；
COC材料型号：TOPAS 6015 厂家：日本宝理；
增韧剂低密度聚乙烯接枝马来酸酐LLDPE-g-MAH CMG5904 厂家：南通日之升高分子新材料；
增韧剂乙烯-辛烯共聚物POE 8200厂家：美国陶氏；
阻燃剂型号：FR1000 厂家：清远普塞呋；
成核剂型号：NX8000厂家：美国美利肯；
抗氧剂型号：1010 厂家：宜兴市天使合成化学；
抗氧剂型号：168 厂家：宜兴市天使合成化学。
实施例1
首先称取100份均聚聚丙烯S1003、50份无规共聚聚丙烯M800E、30份COC材料6015、12份增韧剂CMG5904、3份增韧剂POE 8200、3份阻燃剂FR1000、0.75份成核剂NX8000、0.1份抗氧剂1010、0.05份抗氧剂168与高速混合机中常温混合3分钟，高速混合机的转速为200转/分钟。
将混合好的物料加入双螺杆挤出机中拉丝造粒、冷却、装包得聚丙烯/COC复合材料，其中双螺杆挤出机的温度从喂料段到机头依次为200℃、220℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃、245℃，螺杆直径为52毫米，螺杆长径比为44。
对比例1（不加COC材料）
参照实施例1，其区别仅在于不加COC材料6015，具体为：
首先称取100份均聚聚丙烯S1003、50份无规共聚聚丙烯M800E、12份增韧剂CMG5904、3份增韧剂POE 8200、3份阻燃剂FR1000、0.75份成核剂NX8000、0.1份抗氧剂1010、0.05份抗氧剂168与高速混合机中常温混合3分钟，高速混合机的转速为200转/分钟。
将混合好的物料加入双螺杆挤出机中拉丝造粒、冷却、装包得聚丙烯复合材料，其中双螺杆挤出机的温度从喂料段到机头依次为200℃、220℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃、245℃。螺杆直径为52毫米，螺杆长径比为44。
对比例2（不加阻燃剂）
参照实施例1，其区别仅在于不加阻燃剂FR1000，具体为：
首先称取100份均聚聚丙烯S1003、50份无规共聚聚丙烯M800E、30份COC材料6015、12份增韧剂CMG5904、3份增韧剂POE 8200、0.75份成核剂NX8000、0.1份抗氧剂1010、0.05份抗氧剂168与高速混合机中常温混合3分钟，高速混合机的转速为200转/分钟。
将混合好的物料加入双螺杆挤出机中拉丝造粒、冷却、装包得聚丙烯复合材料，其中双螺杆挤出机的温度从喂料段到机头依次为200℃、220℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃、245℃。螺杆直径为52毫米，螺杆长径比为44。
对比例3（不加成核剂）
参照实施例1，其区别仅在于不加成核剂NX8000，具体为：
首先称取100份均聚聚丙烯S1003、50份无规共聚聚丙烯M800E、30份COC材料6015、12份增韧剂CMG5904、3份增韧剂POE 8200、3份阻燃剂FR1000、0.1份抗氧剂1010、0.05份抗氧剂168与高速混合机中常温混合3分钟，高速混合机的转速为200转/分钟。将混合好的物料加入双螺杆挤出机中拉丝造粒、冷却、装包得聚丙烯复合材料，其中双螺杆挤出机的温度从喂料段到机头依次为200℃、220℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃、245℃。螺杆直径为52毫米，螺杆长径比为44。
实施例2
首先称取100份均聚聚丙烯S700、100份无规共聚聚丙烯K4912、100份COC材料6015、7份增韧剂CMG5904、28份增韧剂POE 8200、8份阻燃剂FR1000、1.5份成核剂NX8000、0.2份抗氧剂1010、0.15份抗氧剂168与高速混合机中常温混合5分钟，高速混合机的转速为300转/分钟。
将混合好的物料加入双螺杆挤出机中拉丝造粒、冷却、装包得聚丙烯/COC复合材料，其中双螺杆挤出机的温度从喂料段到机头依次为200℃、220℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃、245℃。螺杆直径为52毫米，螺杆长径比为44。
实施例3
首先称取100份均聚聚丙烯S1003、68份无规共聚聚丙烯M800E、46份COC材料6015、10份增韧剂CMG5904、10份增韧剂POE 8200、4.2份阻燃剂FR1000、0.95份成核剂NX8000、0.17份抗氧剂1010、0.08份抗氧剂168与高速混合机中常温混合3.7分钟，高速混合机的转速为252转/分钟。
将混合好的物料加入双螺杆挤出机中拉丝造粒、冷却、装包得聚丙烯/COC复合材料，其中双螺杆挤出机的温度从喂料段到机头依次为200℃、220℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃、245℃。螺杆直径为52毫米，螺杆长径比为44。
实施例4
首先称取100份均聚聚丙烯S700、86份无规共聚聚丙烯M800E、79份COC材料6015、17份增韧剂CMG5904、8.9份增韧剂POE 8200、6.8份阻燃剂FR1000、1.29份成核剂NX8000、0.21份抗氧剂1010、0.07份抗氧剂168与高速混合机中常温混合4.7分钟，高速混合机的转速为298转/分钟。
将混合好的物料加入双螺杆挤出机中拉丝造粒、冷却、装包得聚丙烯/COC复合材料，其中双螺杆挤出机的温度从喂料段到机头依次为200℃、220℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃、245℃。螺杆直径为52毫米，螺杆长径比为44。
将上述实施例1-4和对比例1-3制备的复合材料按照下述标准分别检测其阻燃性能、透光率、拉伸性能、弯曲性能和悬臂梁缺口冲击性能，其中阻燃性能按照UL-94标准进行测试；透光率按照ASTM D1003进行测试；拉伸性能按照ASTM D638进行测试（拉伸速度为20mm/min）；弯曲性能按照ASTM D790进行测试（弯曲速度为1.25mm/min）；悬臂梁缺口冲击性能按照ASTM D256进行测试。具体检测结果如下表-1所示：
表-1 实施例1~4和对比例1~3性能
测试项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例1 对比例2 对比例3
UL-94阻燃性能/1.6mm V2 V2 V2 V2 V2 HB V2
透光率/% 90 91 91 91 87 90 85
拉伸强度/MPa 31.2 27.6 26.9 28.4 27.6 32.2 30.9
弯曲强度/MPa 48.7 42.5 42.3 44.5 44.6 49.2 48.1
弯曲模量/MPa 1650 1345 1362 1382 1425 1640 1620
悬臂梁缺口冲击/(KJ/m2) 8.0 12.2 10.3 9.0 8.3 9.5 8.0
从上表-1可以看出，本发明制备的聚丙烯/COC复合材料的综合性能优良，对比实施例1和对比例1可以看出，在不添加COC材料时，复合材料的透光率为87%，而添加30份COC材料的透光率达90%；对比实施例1和对比例3可以看出，在不添加成核剂时，复合材料的透光率仅为85%，而添加成核剂后复合材料的透光率高达90%。对比实施例1和对比例2可以看出，在不添加阻燃剂时，复合材料的阻燃性能为HB，而添加阻燃剂后复合材料的阻燃性能提高到V2。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高透明、阻燃聚丙烯/COC复合材料，其特征在于：其是由以下组分按重量份制备而成：
Figure FDA0002458434780000011
所述成核剂为山梨醇缩醛类；
所述COC材料为双环庚烯单体和乙烯单体在金属茂催化剂作用下发生共聚得到的环烯烃类共聚物。
2.根据权利要求1所述的聚丙烯/COC复合材料，其特征在于：所述均聚聚丙烯在230℃/2.16kg条件下的熔融指数为3～12g/10min。
3.根据权利要求1所述的聚丙烯/COC复合材料，其特征在于：所述无规共聚聚丙烯在230℃/2.16kg条件下的熔融指数为8～12g/10min。
4.根据权利要求1所述的聚丙烯/COC复合材料，其特征在于：所述增韧剂为线性低密度聚乙烯接枝马来酸酐和乙烯-辛烯共聚物按质量比为4：1～1：4进行复配。
5.根据权利要求1所述的聚丙烯/COC复合材料，其特征在于：所述阻燃剂为氮、磷、溴协效的低卤环保阻燃剂。
6.根据权利要求1所述的聚丙烯/COC复合材料，其特征在于：所述抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯进行复配。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的聚丙烯/COC复合材料的制备方法，其特征在于：步骤如下：
(1)将100份均聚聚丙烯、50～100份无规共聚聚丙烯、30～100份COC材料、15～35份增韧剂、3～8份阻燃剂、0.75～1.5份的成核剂和0.15～0.35份抗氧剂一起置于转速为200～300转/分钟的高速混合机中常温混合3～5分钟；
(2)将混合好的物料加入双螺杆挤出机中拉丝造粒得到聚丙烯/COC复合材料，其中双螺杆挤出机的温度从喂料段到机头依次为200℃、220℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃、240℃、245℃，螺杆直径为52毫米，螺杆长径比为44。
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