CN106987049A - 一种强化聚丙烯抗拉强度的功能母粒 - Google Patents

一种强化聚丙烯抗拉强度的功能母粒 Download PDF

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Abstract

本发明涉及功能性母料领域，具体公开了一种强化聚丙烯抗拉强度的功能母粒，由载体树脂、脂环族环氧树脂、交联剂、纳米氧化铝粉、纳米级瓷粉、玻璃纤维、纳米石墨烯、纳米级木粉、偶联剂、分散剂制备而成，其中载体树脂为聚丙烯树脂，交联剂优选过氧化氢二异丙苯、三亚乙基四胺、二乙三胺或二乙胺基丙胺中的一种，偶联剂优选乙烯基硅烷偶联剂、氨基硅烷偶联剂或环氧基硅烷偶联剂中的一种，分散剂优选木质素纤维、竹浆纤维或硬脂酸锌中的一种。本发明的功能母粒中的脂环族环氧树脂交联聚丙烯与并经纳米氧化铝粉、瓷粉、木粉作为复合成核剂协同提高聚丙烯的交联致密性，提高抗拉强度，玻璃纤维和纳米石墨烯进一步提升聚丙烯树脂的机械性能。

Description

一种强化聚丙烯抗拉强度的功能母粒
技术领域
本发明涉及功能性母料领域，具体涉及一种用于强化聚丙烯抗拉强度的功能母粒。
背景技术
聚丙烯(PP)是由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂，无毒、无臭、无味，乳白色高结晶，按甲基排列位置分为等规聚丙烯、无规聚丙烯和间规聚丙烯三种，其中甲基排列在分子主链的同一侧的称为等规聚丙烯，若甲基无秩序的排列在分子主链的两侧称无规聚丙烯，当甲基交替排列在分子主链的两侧称间规聚丙烯。一般工业生产的聚丙烯树脂中，等规结构含量约为95％，其馀为无规或间规聚丙烯。由于结构规整而高度结晶化，聚丙烯的熔点可高达167℃，耐热、耐腐蚀，表面刚度和抗划痕特性很好，且聚丙烯不存在环境应力开裂问题。但是聚丙烯的力学性能在塑料材料中属于偏低的品种，聚丙烯的拉伸强度仅达30MPa或稍高水平。等规指数较大的聚丙烯具有较高的拉伸强度，但是随等规指数的提高，材料的冲击强度会出现下降，从而限制了聚丙烯的应用。中国专利CN201210250263.9，专利名称一种聚丙烯树脂的制备方法，公告日期2016年1月20日，公开了一种向聚丙烯树脂中加入山梨醇类、磷酸盐类、松香类和羧酸盐类复合成核剂，通过熔融混合制备聚丙烯树脂的方法，以提高聚丙烯的耐热性和刚性，制备的聚丙烯的热变形温度大于120℃，拉伸屈服应力约35.5～38.5MPa，拉伸强度提高效果一般，无法满足聚丙烯在高强度要求环境中的应用。
母粒是将超常量改性化学助剂均匀负载在载体树脂中而得到的粒状聚集体。将母粒添加加在目标树脂中，母粒的分散效果好使目标树脂性能均匀，母粒的载体树脂与目标树脂的相容性好，而且与一般添加剂相比，母粒的使用安全、功能全面。
发明内容
针对聚丙烯的抗拉强度弱而限制了聚丙烯的应用的问题，本发明的目的在于提供一种用于强化聚丙烯抗拉强度的功能母粒，能够显著提高聚丙烯树脂的拉伸强度，且添加到聚丙烯树脂中分散均匀，聚丙烯树脂性能均匀稳定。
本发明提供如下的技术方案：
一种强化聚丙烯抗拉强度的功能母粒，由以下重量份的组份制备而成：载体树脂100～120份、脂环族环氧树脂30～45份、交联剂1～4份、纳米氧化铝粉6～8份、纳米级瓷粉10～15份、玻璃纤维8～12份、纳米石墨烯2～5份、纳米级木粉8～15份、偶联剂0.8～1.1份、分散剂0.6～1份，其中载体树脂为聚丙烯树脂。
本发明的强化聚丙烯抗拉强度的功能母粒，采用聚丙烯树脂作为载体树脂使功能母粒添加到聚丙烯中与聚丙烯的相容性好，保证添加功能母粒的聚丙烯性能均匀一致。脂环族环氧树脂即聚[(2-环氧乙烷基)-1,2-环己二醇]2-乙基-2-(羟甲基)-1,3-丙二醇醚。由于脂环族环氧树脂的环氧基直接脂环上，脂环族环氧树脂内形成紧密的刚性分子结构，固化后交联密度大，因而具有较高的拉伸强度。将脂环族环氧树脂与聚丙烯树脂共混交联，脂环族环氧树脂作为增强剂增强聚丙烯的拉伸强度，同时聚丙烯内部的交联结构变紧密，拉伸强度得到提高。纳米氧化铝粉、纳米级瓷粉、纳米级木粉组成复合成核剂协同脂环族环氧树脂的效果，提高聚丙烯的交联度。同而且聚丙烯在偶联剂作用下向木粉的内部孔隙中浸润，在界面处形成较深的界面扩散，从而进一步提升聚丙烯树脂的机械性能。玻璃纤维和纳米石墨烯具有较高的韧性和强度，作为增强剂强化脂环族环氧树脂和复合成核剂的作用，使聚丙烯树脂的机械性能，尤其是拉伸强度得到明显提升。
作为本发明的一种改进，所述交联剂为过氧化氢二异丙苯或三亚乙基四胺或二乙三胺或二乙胺基丙胺中的一种。交联剂可以提高脂环族环氧树脂与聚丙烯树脂之间的共混交联程度，紧密化聚丙烯树脂内部的网状交联结构。而过氧化氢二异丙苯、三亚乙基四胺、二乙三胺或二乙胺基丙胺对聚丙烯树脂的适用性好。
作为本发明的一种改进，所述偶联剂为乙烯基硅烷偶联剂、氨基硅烷偶联剂或环氧基硅烷偶联剂中的一种。偶联剂可以有效改善聚丙烯、脂环族环氧树脂与瓷粉、玻璃纤维、石墨烯、木粉之间的界面性能。同时乙烯基硅烷偶联剂、氨基硅烷偶联剂、环氧基硅烷偶联剂可以改善瓷粉、玻璃纤维、石墨烯、木粉和氧化铝粉的分散效果以及与树脂之间的粘合性，提高树脂的机械性能。
作为本发明的一种改进，所述分散剂为木质素纤维、竹浆纤维或硬脂酸锌中的一种。分散剂使瓷粉、玻璃纤维、石墨烯、木粉和氧化铝粉在聚丙烯树脂中均匀分散，避免出现团结，保证聚丙烯树脂性能均匀。木质素纤维的韧性强，可以改善聚丙烯树脂的机械性能。
一种强化聚丙烯抗拉强度的功能母粒的制备方法，包括以下步骤：(1)将重量份的各原料组份混合搅拌均匀；(2)保持螺杆造粒机搅拌速度90～120r/min、各段温度处于140～200℃内，将混合物料投入螺杆造粒机中挤出成粒；(3)将所得颗粒在120～140℃下通风干燥1～3小时；(4)将干燥后的颗粒经-17目～+20目的筛网过筛。
将原料在投料前搅拌均匀保证功能母粒性能一致。螺杆造粒机的搅拌速度90～120r/min、各段温度处于140～200℃内挤出的颗粒的成分均匀，保证生产的稳定。经进一步风吹干燥后使颗粒表面结构均匀稳定，确保颗粒的功能稳定，便于长期存放。经筛网过筛的颗粒既保证功能母粒的粒径均匀分散，又避免出现粒径过大造成功能母粒添加到聚丙烯中的熔融分散效果受到影响。
作为本发明的一种改进，步骤(2)中螺杆造粒机各段的温度分别为：一段140～155℃、二段155～170℃、三段170～185℃、四段185～190℃、五段190～195℃、六段195～200℃，模头温度为190～195℃。通过设定螺杆造粒机的各段的操作温度逐渐上升，使物料均匀混合并逐渐熔融，保证功能母粒性能稳定。
作为本发明的一种改进，所述螺杆造粒机的长径比为12～15。螺杆加压充分，制品的物理机械性能均可提高。螺杆造粒机保持合适的长径比可确保物料塑化效果好，挤出物料过程平稳，而且挤出量提高。
本发明的有益效果如下：
本发明的强化聚丙烯抗拉强度的功能母粒，通过聚丙烯与脂环族环氧树脂交联并经氧化铝粉、瓷粉、木粉作为复合成核剂协同强化，提高聚丙烯的交联致密性，强化聚丙烯的抗拉强度。玻璃纤维和纳米石墨烯作为增强剂所具有的高韧性和拉伸强度进一步提升聚丙烯树脂的机械性能。另外本发明的功能母粒性能均匀，添加到聚丙烯中分散程度好，树脂性能稳定。
具体实施方式
下面就本发明的具体实施方式作进一步说明。
如无特别说明，本发明中所采用的原料均可从市场上购得或是本领域常用的，如无特别说明，下述实施例中的方法均为本领域的常规方法。
实施例1：
一种强化聚丙烯抗拉强度的功能母粒，由以下组份制备而成：载体树脂100g、脂环族环氧树脂30g、交联剂1g、纳米氧化铝粉6g、纳米级瓷粉10g、玻璃纤维8g、纳米石墨烯2g、纳米级木粉8g、偶联剂0.8g、分散剂0.6g，其中载体树脂为聚丙烯树脂，交联剂优选过氧化氢二异丙苯、三亚乙基四胺、二乙三胺或二乙胺基丙胺中的一种，偶联剂优选乙烯基硅烷偶联剂、氨基硅烷偶联剂或环氧基硅烷偶联剂中的一种，分散剂优选木质素纤维、竹浆纤维或硬脂酸锌中的一种。
一种强化聚丙烯抗拉强度的功能母粒的制备方法，包括以下步骤：(1)将各原料组份混合搅拌均匀，混合温度60℃，搅拌速度70r/min；(2)保持螺杆造粒机搅拌速度90r/min、各段的加热温度处于140～200℃内，螺杆造粒机的长径比优选为12。将混合物料投入螺杆造粒机中挤出成粒，其中各段的优选加热温度范围分别为：一段140～155℃、二段155～170℃、三段170～185℃、四段185～190℃、五段190～195℃、六段195～200℃，模头温度为190～195℃；(3)将螺杆造粒机中挤出的颗粒在120℃下通风干燥3小时；(4)将干燥后的颗粒经-17目～+20目的筛网过筛，制得所要的功能母粒。
实施例2：
一种强化聚丙烯抗拉强度的功能母粒，由以下组份制备而成：载体树脂110g、脂环族环氧树脂37.5g、交联剂2.5g、纳米氧化铝粉7g、纳米级瓷粉12.5g、玻璃纤维10g、纳米石墨烯3.5g、纳米级木粉11.5g、偶联剂0.95g、分散剂0.8g，其中载体树脂为聚丙烯树脂，交联剂优选过氧化氢二异丙苯、三亚乙基四胺、二乙三胺或二乙胺基丙胺中的一种，偶联剂优选乙烯基硅烷偶联剂、氨基硅烷偶联剂或环氧基硅烷偶联剂中的一种，分散剂优选木质素纤维、竹浆纤维或硬脂酸锌中的一种。
一种强化聚丙烯抗拉强度的功能母粒的制备方法，包括以下步骤：(1)将各原料组份混合搅拌均匀，混合温度60℃，搅拌速度70r/min；(2)保持螺杆造粒机搅拌速度105r/min、各段的加热温度处于140～200℃内，螺杆造粒机的长径比优选为13.5。将混合物料投入螺杆造粒机中挤出成粒，其中各段的优选加热温度范围分别为：一段140～155℃、二段155～170℃、三段170～185℃、四段185～190℃、五段190～195℃、六段195～200℃，模头温度为190～195℃；(3)将螺杆造粒机中挤出的颗粒在130℃下通风干燥2小时；(4)将干燥后的颗粒经-17目～+20目的筛网过筛，制得所要的功能母粒。
实施例3：
一种强化聚丙烯抗拉强度的功能母粒，由以下组份制备而成：载体树脂120g、脂环族环氧树脂45g、交联剂4g、纳米氧化铝粉8g、纳米级瓷粉15g、玻璃纤维12g、纳米石墨烯5g、纳米级木粉15g、偶联剂1.1g、分散剂1g，其中载体树脂为聚丙烯树脂，交联剂优选过氧化氢二异丙苯、三亚乙基四胺、二乙三胺或二乙胺基丙胺中的一种，偶联剂优选乙烯基硅烷偶联剂、氨基硅烷偶联剂或环氧基硅烷偶联剂中的一种，分散剂优选木质素纤维、竹浆纤维或硬脂酸锌中的一种。
一种强化聚丙烯抗拉强度的功能母粒的制备方法，包括以下步骤：(1)将各原料组份混合搅拌均匀，混合温度60℃，搅拌速度70r/min；(2)保持螺杆造粒机搅拌速度120r/min、各段加热温度处于140～200℃内，螺杆造粒机的长径比优选为15。将混合物料投入螺杆造粒机中挤出成粒，其中各段的优选加热温度范围分别为：一段140～155℃、二段155～170℃、三段170～185℃、四段185～190℃、五段190～195℃、六段195～200℃，模头温度为190～195℃；(3)将螺杆造粒机中挤出的颗粒在140℃下通风干燥1小时；(4)将干燥后的颗粒经-17目～+20目的筛网过筛，制得所要的功能母粒。
性能测试
向聚丙烯树脂中分别添加质量百分比为5％的本发明的实施例1、实施例2、实施例3功能母粒得到改性的聚丙烯树脂并制成测试需要的试验样件，分别为试验样1、试验样2和试验样3，未添加本发明的功能母粒的聚丙烯树脂制备的试验样件为对比样。对试验样1、试验样2和试验样3和对比样进行测试，试验结果如表1所示。
其中拉伸强度测试标准：ASTM D882；弯曲强度测试标：ASTM D7264；冲击强度测试标准：GB/T 1843-2008。
表1测试结果
项目 试验样1 试验样2 试验样3 对比样
拉伸强度 49.8MPa 47.9MPa 48.5MPa 22.1MPa
弯曲强度 32.5MPa 33.2MPa 31.9MPa 23.2MPa
23℃冲击强度 26.6KJ/m2 25.6KJ/m2 25.8KJ/m2 19.5KJ/m2
本发明的强化聚丙烯抗拉强度的功能母粒添加到聚丙烯中可以有效提升聚丙烯树脂的机械性能，尤其是拉伸强度。

Claims (7)

1.一种强化聚丙烯抗拉强度的功能母粒，其特征在于，由以下重量份的组份制备而成：载体树脂100～120份、脂环族环氧树脂30～45份、交联剂1～4份、纳米氧化铝粉6～8份、纳米级瓷粉10～15份、玻璃纤维8～12份、纳米石墨烯2～5份、纳米级木粉8～15份、偶联剂0.8～1.1份、分散剂0.6～1份，其中载体树脂为聚丙烯树脂。
2.根据权利要求1所述的一种强化聚丙烯抗拉强度的功能母粒，其特征在于，所述交联剂为过氧化氢二异丙苯或三亚乙基四胺或二乙三胺或二乙胺基丙胺中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种强化聚丙烯抗拉强度的功能母粒，其特征在于，所述偶联剂为乙烯基硅烷偶联剂、氨基硅烷偶联剂或环氧基硅烷偶联剂中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种强化聚丙烯抗拉强度的功能母粒，其特征在于，所述分散剂为木质素纤维、竹浆纤维或硬脂酸锌中的一种。
5.一种如权利要求1至4任一所述的强化聚丙烯抗拉强度的功能母粒的制备方法，包括以下步骤：（1）将重量份的各原料组份混合搅拌均匀；（2）保持螺杆造粒机搅拌速度90～120r/min、各段温度处于140～200 ℃内，将混合物料投入螺杆造粒机中挤出成粒；（3）将所得颗粒在120～140 ℃下通风干燥1～3小时；（4）将干燥后的颗粒经-17目～+20目的筛网过筛。
6.根据权利要求5所述的一种强化聚丙烯抗拉强度的功能母粒的制备方法，其特征在于，步骤（2）中螺杆造粒机各段的温度分别为：一段140～155 ℃、二段155～170 ℃、三段170～185 ℃、四段185～190℃、五段190～195℃、六段195～200 ℃，模头温度为190～195℃。
7.根据权利要求5所述的一种强化聚丙烯抗拉强度的功能母粒的制备方法，其特征在于，所述螺杆造粒机的长径比为12～15。
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