CN106928625A - 一种瓶级聚丙烯材料及其制备方法与应用 - Google Patents

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宋利君
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Abstract

本发明提供了一种瓶级聚丙烯材料及其制备方法与应用。该瓶级聚丙烯材料的原料组成包括：聚丙烯树脂100重量份，聚乙烯树脂5-50重量份，抗氧剂0.05-0.5重量份，除酸剂0.01-5重量份。该瓶级聚丙烯材料的制备方法是将聚丙烯树脂、聚乙烯树脂、抗氧剂、除酸剂的混合物料在110-260℃、3-15MPa的条件下熔融，然后通过双螺杆或单螺杆挤出机挤出后，进行冷却造粒，得到该瓶级聚丙烯材料。本发明还提供了该瓶级聚丙烯材料在生产中空制品中的应用。该瓶级聚丙烯材料与普通聚丙烯材料相比，具有显著改善的熔体强度、出口膨胀、冲击韧性，适用于与食品、饮料等直接接触的包装领域。

Description

一种瓶级聚丙烯材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，尤其涉及一种瓶级聚丙烯材料及其制备方法与应用。
背景技术
聚丙烯树脂属于常用5大通用树脂之一，与其他通用热塑性塑料相比，其具有原料丰富、价格低廉、相对密度小、耐应力、耐化学腐蚀、耐磨性好等优点。聚丙烯树脂是通用树脂中耐热性最好的产品，广泛应用于日用品、纺织品、汽车零部件和部分医疗器具制作等常规领域。近年来，还发展出了采用聚丙烯材料以及中空成型工艺，生产牛奶瓶、饮料瓶等新领域的应用。与常用的聚乙烯吹塑瓶相比，聚丙烯材料刚性较强、耐热性能较好，产品在高温承压能力相对较好；但存在熔体强度差、不易吹胀，以及瓶子抗冲击能力差、容易出现低温跌落开裂或应力发白的情况。
聚丙烯改性可分为化学改性和物理改性两种。化学改性主要是通过共聚、接枝、交联等方式，改变聚丙烯的分子结构以达到改性的目的；物理改性则在整个过程中不发生化学反应，在聚丙烯树脂基体中加入无机材料、有机材料、其他塑料、橡胶、热塑性弹性体或有特殊功能的添加助剂等，经过共混、增强或填充等手段制得具有优异性能的聚丙烯复合材料。
目前聚丙烯中空成型性能的改性，主要通过扩大挤出机挤出口模、降低聚丙烯材料在中空成型过程中的吹胀比，改善瓶子的厚薄均匀度，降低对聚丙烯熔体强度的要求；同时，瓶子成型后，通过模切装置裁切瓶口废料。但该方法存在瓶口合模线粗大、瓶口废料较多的问题。
围绕聚丙烯改性材料，人们进行了许多研究工作。多数是采用表面改性高分子量聚四氟乙烯增加复合材料的离模膨胀比和熔体强度，或是采用热塑性弹性体增加复合材料的韧性，主要适用于注塑成型工艺，如汽车保险杠加工成型。但这些改性方法不适用于中空成型工艺，如瓶、桶等挤吹容器的加工制造，这主要是由于在聚丙烯材料中加入聚四氟乙烯或热塑性弹性体，导致成本大幅增加，且工艺相对复杂、能耗较高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种瓶级聚丙烯材料及其制备方法与应用。该聚丙烯材料具有较好的熔体强度和离模膨胀性能。
为达到上述目的，本发明提供了一种瓶级聚丙烯材料，其原料组成包括：
该瓶级聚丙烯材料是至少由上述原料通过至少共混、熔融、挤出造粒等步骤而制备得到的。
在上述瓶级聚丙烯材料中，优选地，所述聚丙烯树脂包括熔融指数为0.1-20g/10min(230℃)的一种或几种聚丙烯。更优选地，所述聚丙烯树脂包括熔融指数为0.1-1.0g/10min(230℃)的一种或几种聚丙烯。尤为优选地，所述聚丙烯树脂包括熔融指数为0.1-1.0g/10min(230℃)的嵌段共聚聚丙烯，其中嵌段共聚聚丙烯可以是由含量为80-90％(重量)的丙烯和约10-20％(重量)乙烯的形成的聚丙烯嵌段共聚物。
在上述瓶级聚丙烯材料中，优选地，所述聚乙烯树脂包括熔融指数为0.1-20g/10min(190℃)的一种或几种聚乙烯。更优选地，所述聚乙烯树脂包括熔融指数为0.1-1.0g/10min(190℃)的高密度聚乙烯。
在上述瓶级聚丙烯材料中，优选地，所述抗氧剂包括型号为1010、1076、1098、1790、1425、330、3114、168、626、618、259、245、440、DPPD、TNP等抗氧剂中的一种或几种的组合，或这些抗氧剂中的一种或几种的组合与聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PE)等中的一种或几种载体的组合物。
在上述瓶级聚丙烯材料中，优选地，所述除酸剂包括硬脂酸金属盐和/或合成水滑石等。更优选地，所述硬脂酸金属盐包括硬脂酸锌和/或硬脂酸钙等。
在上述瓶级聚丙烯材料中，优选地，聚丙烯树脂：聚乙烯树脂：抗氧剂：除酸剂的重量比为100:(10-30):(0.1-0.3):(0.1-0.3)。
根据本发明的具体实施方式，优选地，所述瓶级聚丙烯材料是通过以下步骤制备得到的：
将聚丙烯树脂、聚乙烯树脂、抗氧剂、除酸剂按比例混合均匀，得到一混合物料；
将所述混合物料在110-260℃、3-15MPa的条件下熔融，然后通过双螺杆或单螺杆挤出机挤出后，进行冷却造粒，得到所述的瓶级聚丙烯材料。
其中，将聚丙烯树脂、聚乙烯树脂、抗氧剂、除酸剂按比例混合均匀可以采用混料机进行，混合的温度、时间和压力均可以由本领域技术人员进行常规的调整。这4种原料的混合方式可以多样化，例如可以先将抗氧剂与除酸剂和聚丙烯树脂混合，然后再与聚乙烯树脂混合；也可以将一部分抗氧剂与除酸剂和聚丙烯树脂混合，将另一部分抗氧剂与除酸剂和聚乙烯树脂混合，再将二者的混合物料进行熔融。
其中，优选地，熔融的温度为180-240℃。
本发明提供的瓶级聚丙烯材料利用低熔融指数的聚乙烯树脂良好的熔体强度和离模膨胀性能，通过与聚丙烯树脂熔融共混对后者进行物理改性，聚乙烯熔融状态下与聚丙烯分子链相互缠绕，能够提高聚丙烯树脂的熔体强度并改善聚丙烯树脂的离模膨胀性能，使其在挤出机口模不变的情况下，增大熔体挤出坯管的直径，降低坯管中空成型过程中吹胀比。同时，由于熔体强度增加，吹胀过程中坯管不易被吹破或出现厚薄不均的情况。此外，由于聚乙烯树脂具有较好的冲击韧性，能够有效解决瓶子应力发白、跌落破损等问题。
另一方面，本发明还提供了一种上述瓶级聚丙烯材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
将聚丙烯树脂、聚乙烯树脂、抗氧剂、除酸剂按比例混合均匀，得到一混合物料；
将所述混合物料在110-260℃、3-15MPa的条件下熔融，然后通过双螺杆或单螺杆挤出机挤出后，进行冷却造粒，得到所述的瓶级聚丙烯材料。
在上述制备方法中，其中，将聚丙烯树脂、聚乙烯树脂、抗氧剂、除酸剂按比例混合均匀可以采用混料机进行，混合的温度、时间和压力均可以由本领域技术人员进行常规的调整。这4种原料的混合方式可以多样化，例如可以先将抗氧剂与除酸剂和聚丙烯树脂混合，然后再与聚乙烯树脂混合；也可以将一部分抗氧剂与除酸剂和聚丙烯树脂混合，将另一部分抗氧剂与除酸剂和聚乙烯树脂混合，再将二者的混合物料进行熔融。
在上述制备方法中，优选地，熔融的温度为180-240℃。
此外，本发明还提供了上述瓶级聚丙烯材料在生产中空制品中的应用。
在上述应用中，优选地，所述瓶级聚丙烯材料可以单独或与色母等其他材料混合后用于生产所述中空制品。其中色母可以采用本领域常规的色母材料。所述瓶级聚丙烯材料中添加所述色母的重量比例为0.5-10％(以瓶级聚丙烯材料与色母的总重量为基准计算)，混合均匀后用于生产所述中空制品。
在上述应用中，优选地，所述中空制品包括瓶、桶等制品。更优选地，所述中空制品包括瓶、桶等用于食品、饮料包装领域的制品。
本发明的有益效果主要包括：本发明提供的瓶级聚丙烯材料与改性前相比，材料的熔体强度高、离模膨胀大，能在较小的口模、较高的吹胀比的条件下吹胀成型；制品具有较好的韧性，应力发白和低温跌落开裂性能有较好的改进；同时，由于选择常用的安全材料、采用较为简洁的配方设计，确保材料安全用于食品、饮料包装领域，避免有害物质迁移影响内容物口感和带来食品安全问题。
附图说明
图1是本发明实施例的瓶级聚丙烯材料的制备方法流程图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
所用原料均可市购，作为基体树脂的聚丙烯树脂为熔融指数为0.6g/10min(230℃)的嵌段共聚聚丙烯粒子，该嵌段共聚聚丙烯是由含量为90％(重量)的丙烯和10％(重量)乙烯的形成的聚丙烯嵌段共聚物；
聚乙烯树脂为熔融指数为0.26g/10min(190℃)的高密度聚乙烯粒子；
抗氧剂选自型号为1010、1076抗氧剂的复配物，其中型号1010抗氧剂含量为500ppm，型号1076抗氧剂为1000ppm，余量为聚丙烯载体；
除酸剂为硬脂酸锌。
如图1所示，在20±5℃的环境温度下，称取10公斤熔融指数为0.6g/10min(230℃)的嵌段共聚聚丙烯粒子、并按照嵌段共聚聚丙烯：高密度聚乙烯：抗氧剂：除酸剂的重量比为100：20：0.05：0.1的配比称取适量的高密度聚乙烯粒子、抗氧剂、除酸剂，使它们在混料机中混合均匀；然后将混合物料放入双螺杆挤出机的喂料口，设备经预热后，预设熔融温度为180-240℃(其中口模温度为210-218℃)，熔融压力为5MPa。开机后，混合物料进入挤出机，达到一定的流动性后，开启冷却槽的水以及鼓风干燥设备；挤出机口模出口的条状熔体在冷却槽中冷却，并经过滚轮牵引至造粒机切割造粒，造粒后的粒子经过风送至鼓风干燥设备进行干燥，干燥后的粒子经过振动筛筛分后装袋，制备得到本实施例的瓶级聚丙烯材料。
将制备得到的瓶级聚丙烯材料与色母料(以瓶级聚丙烯材料与色母料的总重量为基准，色母料的含量为2％)通过人工或机器搅拌均匀，进入挤出机进料口，经过螺杆塑化后，挤出坯管，并进入吹瓶模具，吹瓶模具合模并采用切刀截断坯管，而后通过设备插笔吹入8±1bar的压缩空气，坯管吹胀并紧贴模具、冷却定型，成为可包装食品、饮料的聚丙烯容器。
本实施例制备得到的瓶级聚丙级材料与未改性的熔融指数为0.6g/10min(230℃)的嵌段共聚聚丙烯材料的物理指标情况对比如表1所示。
表1
用本实施例中得到的瓶级聚丙级材料，通过挤吹工艺制得的中空瓶，较用熔融指数为0.26g/10min(190℃)的高密度聚乙烯材料，通过挤吹工艺制得的中空瓶，纵向抗压有明显的提高，详见下表2。
表2
材料 压溃力1 压溃力2 压溃力3 平均
HDPE 325.09N 324.99N 310.83N 320.31N
改性PP 364.45N 371.60N 377.49N 371.18N
用本实施例中得到的瓶级聚丙烯材料较熔融指数为0.6g/10min(230℃)的嵌段共聚聚丙烯材料，通过挤吹工艺制造中空瓶的成型率大大提高，现场制造500个中空瓶，本实施例中得到的瓶级聚丙烯材料吹瓶成型率为100％，而熔融指数为0.6g/10min(230℃)的嵌段共聚聚丙烯材料吹瓶中空瓶会出现壁厚不均匀、吹破的现象，成型率仅为54％。
作为对比，将本实施例中的原料熔融指数为0.6g/10min(230℃)的嵌段共聚聚丙烯粒子，替换为熔融指数为6g/10min(230℃)聚丙烯粒子，其他原料及制备方法不变，发现制备得到的聚丙烯材料在吹瓶时的成型率不足1％。
作为对比，将本实施例中的原料熔融指数为0.26g/10min(190℃)的高密度聚乙烯粒子，替换为熔融指数为2g/10min(190℃)低密度聚乙烯粒子，其他原料及制备方法不变，发现制备得到的聚丙烯材料在吹瓶时会出现壁厚不均匀、吹破的现象，成型率不足20％。
实施例2
所用原料均可市购，作为基体树脂的聚丙烯树脂为熔融指数为0.6g/10min(230℃)的嵌段共聚聚丙烯粉末，该嵌段共聚聚丙烯是由含量为80％(重量)的丙烯和20％(重量)乙烯的形成的聚丙烯嵌段共聚物；
聚乙烯树脂为熔融指数为0.26g/10min(190℃)的高密度聚乙烯粉末；
抗氧剂选自型号为1076、618型号抗氧剂的复配物，其中型号1076抗氧剂含量为1000ppm，型号618抗氧剂为1000ppm，余量为聚丙烯载体；
除酸剂为硬脂酸锌。
如图1所示，在20±5℃环境温度下，称取10公斤熔融指数为0.6g/10min(230℃)的嵌段共聚聚丙烯粉末、并按照嵌段共聚聚丙烯：高密度聚乙烯：抗氧剂：除酸剂的重量比为100：50：0.05：0.1的配比称取适量的高密度聚乙烯粉末、抗氧剂、除酸剂，使它们在混料机中混合均匀；然后将混合物料放入双螺杆挤出机的喂料口，设备经预热后，预设熔融温度为180-240℃(其中口模温度为210-218℃)，熔融压力为5MPa。开机后，混合物料进入挤出机，达到一定的流动性后，开启冷却槽的水以及鼓风干燥设备；挤出机口模出口的条状熔体在冷却槽中冷却，并经过滚轮牵引至造粒机切割造粒，造粒后的粒子经过风送至鼓风干燥设备进行干燥，干燥后的粒子经过振动筛筛分后装袋，制备得到本实施例的瓶级聚丙烯材料。
将制备得到的瓶级聚丙烯材料与色母料(以瓶级聚丙烯材料与色母料的总重量为基准，色母料的含量为2％)通过人工或机器搅拌均匀，进入挤出机进料口，经过螺杆塑化后，挤出坯管，并进入吹瓶模具，吹瓶模具合模并采用切刀截断坯管，而后通过设备插笔吹入8±1bar的压缩空气，坯管吹胀并紧贴模具、冷却定型，成为可包装食品、饮料的聚丙烯容器。
本实施例制备得到的瓶级聚丙级材料与未改性的熔融指数为0.6g/10min(230℃)的嵌段共聚聚丙烯材料的物理指标情况对比如表3所示。
表3
实施例3
所用原料均可市购，作为基体树脂的聚丙烯树脂为熔融指数为0.6g/10min(230℃)的嵌段共聚聚丙烯粉末，该嵌段共聚聚丙烯是由含量为85％(重量)的丙烯和15％(重量)乙烯的形成的聚丙烯嵌段共聚物；
聚乙烯树脂为熔融指数为0.26g/10min(190℃)的高密度聚乙烯粒子；
抗氧剂选自型号为1010、1076抗氧剂的复配物，其中型号1010抗氧剂含量为500ppm，型号1076抗氧剂为1000ppm，余量为聚乙烯载体；
除酸剂为硬脂酸钙。
在20±5℃环境温度下，称取10公斤熔融指数为0.6g/10min(230℃)的嵌段共聚聚丙烯粉末、并按照嵌段共聚聚丙烯：抗氧剂：除酸剂的重量比为100：0.05：0.1的配比称取适量的抗氧剂、除酸剂，使它们在混料机中混合均匀；然后将混合物料放入双螺杆挤出机的喂料口，设备经预热后，预设熔融温度为180-240℃(其中口模温度为215-221℃)，熔融压力为5MPa。开机后，混合物料进入挤出机，达到一定的流动性后，开启冷却槽的水以及鼓风干燥设备；挤出机口模出口的条状熔体在冷却槽中冷却，并经过滚轮牵引至造粒机切割造粒，造粒后的粒子经过风送至鼓风干燥设备进行干燥，干燥后的粒子经过振动筛筛分后装袋，制备得到含有抗氧剂与除酸剂的聚丙烯粒子。
如图1所示，将制备得到的含有抗氧剂与除酸剂的聚丙烯粒子与熔融指数为0.26g/10min(190℃)的高密度聚乙烯粒子按照100.15：20的重量比在混料机中混合均匀，然后将混合物料放入双螺杆挤出机的喂料口，设备经预热后，预设熔融温度为180-250℃，熔融压力为5MPa。开机后，混合物料进入挤出机，达到一定的流动性后，开启冷却槽的水以及鼓风干燥设备；挤出机口模出口的条状熔体在冷却槽中冷却，并经过滚轮牵引至造粒机切割造粒，造粒后的粒子经过风送至鼓风干燥设备进行干燥，干燥后的粒子经过振动筛筛分后装袋，制备得到本实施例的瓶级聚丙烯材料。
将制备得到的瓶级聚丙烯材料与色母料(以瓶级聚丙烯材料与色母料的总重量为基准，色母料的含量为2％)通过人工或机器搅拌均匀，进入挤出机进料口，经过螺杆塑化后，挤出坯管，并进入吹瓶模具，吹瓶模具合模并采用切刀截断坯管，而后通过设备插笔吹入8±1bar的压缩空气，坯管吹胀并紧贴模具、冷却定型，成为可包装食品、饮料的聚丙烯容器。
本实施例制备得到的瓶级聚丙级材料与未改性的熔融指数为0.6g/10min(230℃)的嵌段共聚聚丙烯材料的物理指标情况对比如表4所示。
表4
实施例4
所用原料均可市购，作为基体树脂的聚丙烯树脂为熔融指数为0.6g/10min(230℃)的嵌段共聚聚丙烯粒子(同实施例1)，以熔融指数为0.6g/10min(230℃)的聚丙烯粒子：抗氧剂：除酸剂的重量比为100：0.18：0.9的配比称取适量的抗氧剂、除酸剂，采用与实施例3相同的方法，制备得到含有抗氧剂与除酸剂的聚丙烯粒子。
聚乙烯树脂为熔融指数为0.26g/10min(190℃)的高密度聚乙烯粒子，以熔融指数为0.26g/10min(190℃)的高密度聚乙烯粒子：抗氧剂：除酸剂的重量比为10：0.18：0.9的配比称取适量的抗氧剂、除酸剂，采用与实施例3相同的方法，制备得到含有抗氧剂与除酸剂的聚乙烯粒子。
如图1所示，在20±5℃环境温度下，称取10公斤含有抗氧剂与除酸剂的聚丙烯粒子、1公斤含有抗氧剂与除酸剂的聚乙烯粒子；然后将它们放入双螺杆挤出机的喂料口，设备经预热后，预设熔融温度为180-240℃(其中口模温度为212-221℃)，熔融压力为5MPa。开机后，混合物料进入挤出机，达到一定的流动性后，开启冷却槽的水以及鼓风干燥设备；挤出机口模出口的条状熔体在冷却槽中冷却，并经过滚轮牵引至造粒机切割造粒，造粒后的粒子经过风送至鼓风干燥设备进行干燥，干燥后的粒子经过振动筛筛分后装袋，制备得到本实施例的瓶级聚丙烯材料。
将制备得到的瓶级聚丙烯材料与色母料(以瓶级聚丙烯材料与色母料的总重量为基准，色母料的含量为2％)通过人工或机器搅拌均匀，进入挤出机进料口，经过螺杆塑化后，挤出坯管，并进入吹瓶模具，吹瓶模具合模并采用切刀截断坯管，而后通过设备插笔吹入8±1bar的压缩空气，坯管吹胀并紧贴模具、冷却定型，成为可包装食品、饮料的聚丙烯容器。
本实施例制备得到的瓶级聚丙级材料与未改性的熔融指数为0.6g/10min(230℃)的嵌段共聚聚丙烯材料的物理指标情况对比如表5所示。
表5
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种瓶级聚丙烯材料，其原料组成包括：
该瓶级聚丙烯材料是至少由上述原料通过至少共混、熔融、挤出造粒的步骤而制备得到的。
2.根据权利要求1所述的瓶级聚丙烯材料，其中，所述聚丙烯树脂包括熔融指数为0.1-20g/10min，230℃的一种或几种聚丙烯；优选地，所述聚丙烯树脂包括熔融指数为0.1-1.0g/10min，230℃的嵌段共聚聚丙烯。
3.根据权利要求1所述的瓶级聚丙烯材料，其中，所述聚乙烯树脂包括熔融指数为0.1-20g/10min，190℃的一种或几种聚乙烯；优选地，所述聚乙烯树脂包括熔融指数为0.1-1.0g/10min，190℃的高密度聚乙烯。
4.根据权利要求1所述的瓶级聚丙烯材料，其中，所述抗氧剂包括型号为1010、1076、1098、1790、1425、330、3114、168、626、618、259、245、440、DPPD、TNP的抗氧剂中的一种或几种的组合，或这些抗氧剂中的一种或几种的组合与聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯中的一种或几种载体的组合物。
5.根据权利要求1所述的瓶级聚丙烯材料，其中，所述除酸剂包括硬脂酸金属盐和/或合成水滑石；优选地，所述硬脂酸金属盐包括硬脂酸锌和/或硬脂酸钙。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的瓶级聚丙烯材料，其中，聚丙烯树脂：聚乙烯树脂：抗氧剂：除酸剂的重量比为100:(10-30):(0.1-0.3):(0.1-0.3)。
7.一种权利要求1-6任一项所述的瓶级聚丙烯材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
将聚丙烯树脂、聚乙烯树脂、抗氧剂、除酸剂按比例混合均匀，得到一混合物料；
将所述混合物料在110-260℃、3-15MPa的条件下熔融，然后通过双螺杆或单螺杆挤出机挤出后，进行冷却造粒，得到所述的瓶级聚丙烯材料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其中，熔融的温度为180-240℃。
9.权利要求1-6任一项所述的瓶级聚丙烯材料在生产中空制品中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用中，其中，所述瓶级聚丙烯材料是单独或与色母混合后用于生产所述中空制品。
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