CN107344989A - 一种编织袋用高强度耐老化改性聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

一种编织袋用高强度耐老化改性聚丙烯材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种编织袋用高强度耐老化改性聚丙烯材料及其制备方法，该改性聚丙烯材料包括以下重量份原材料制备而成的：60‑80份的聚丙烯，4‑8份的二乙烯基二甲基硅烷，2‑10份的无机纤维，1‑2份的偶联剂，0.2‑0.5份的引发剂，5‑15份的聚氯乙烯，0.01‑0.1份的复合紫外线吸收剂；是将聚丙烯与二乙烯基二甲基硅烷、聚氯乙烯共聚后，再添加无机纤维和复合紫外线吸收剂进行复合而成的高分子复合材料，该材料具有强度高，耐老化性能好的优点，适合用于制造编织袋。

Description

一种编织袋用高强度耐老化改性聚丙烯材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子改性材料领域，特别涉及改性聚丙烯材料领域，具体涉及一种编织袋用高强度耐老化改性聚丙烯材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯(Polypropylene，简称PP)是一种半结晶的热塑性塑料，是当今最具发展前途的热塑性高分子材料之一，与其它通用热塑性塑料相比，聚丙烯具有密度小、较高的耐冲击性，机械性质强韧，抗多种有机溶剂、耐磨性和化学稳定性等优点，且原料来源丰富、价格低廉、易于加工成型，已广泛应用于家电、家具、汽车、日用品及包装等领域，也可用于贮罐、换热器等化工设备中。但是聚丙烯材料有一关键性弱点，即由于其分子链上存在着大量不稳定的叔碳原子，在有氧的情况下，只需要很小的能量就可以将叔碳原子上的氢脱除成为叔碳自由基。叔碳自由基非常活跃，可造成分子链的各种反应的发生，包括链增长、链降解，从而使PP原有性能丧失，致使PP材料老化。聚合物在加工、贮存和使用过程中常受到光、热、氧、水汽、微生物等外界环境因素的作用，这些因素均可以加速聚合物的老化，尤其对于编织袋类表面积较大的制品更为显著。
塑料编织袋使用量非常大，广泛应用于肥料、化工产品等物品的包装，主要生产工艺是利用聚合物塑料扁丝，经过经纬编织得到编织基布，再经过压合、缝合而成。目前，市场上的聚丙烯编织袋多为通用型，通常是不添加任何抗老化助剂的，其性能只能维持较短的时间，尤其是需要在户外贮存、运输的聚丙烯编织袋，在不添加抗老化助剂的情况下，使用寿命仅30天左右，之后便会出现老化，致使编织袋强度达不到使用要求，甚至出现完全粉化的现象，使得编织袋使用企业在贮存或运输途中需要更换编织袋，造成人力物力的大量浪费。因此，为了改善聚丙烯编织袋易老化的问题，现有企业大多采用添加光稳定剂的办法来改善其耐老化性能，但是光稳定剂多为低分子量受阻胺类，挥发性较高且为碱性物质，在加工或使用过程中容易从编织袋的表面逸出挥发，并能与弱酸性的填料发生化学反应，从而部分抵消掉光稳定剂的效能，即增加了生产成本，也没有达到改善易老化性的目的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有聚丙烯编织袋材料所存在的强度和耐老化性能差的缺陷，提供一种编织袋用高强度耐老化改性聚丙烯材料及其制备方法。本发明改性聚丙烯材料是将聚丙烯与二乙烯基二甲基硅烷、聚氯乙烯共聚后，再添加无机纤维和复合紫外线吸收剂进行复合而成的高分子复合材料，该材料具有强度高，耐老化性能好的优点，适合用于制造编织袋。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种编织袋用高强度耐老化改性聚丙烯材料，包括以下重量份原材料制备而成的：60-80份的聚丙烯，4-8份的二乙烯基二甲基硅烷，2-10份的无机纤维，1-2份的偶联剂，0.2-0.5份的引发剂，5-15份的聚氯乙烯，0.01-0.1份的复合紫外线吸收剂。
上述一种改性聚丙烯材料，其中，所述的聚丙烯聚合度为500-1000；聚丙烯的聚合度太小，二乙烯基二甲基硅烷链段嵌入点位间隔太小，严重影响改性聚丙烯分子链的柔性，聚丙烯的韧性降低严重；聚丙烯聚合度太大，二乙烯基二甲基硅烷链段嵌入点位间隔太大，对聚丙烯的强度和抗老化性能增强作用弱；优选的，所述的聚丙烯聚合度为700-800，在该聚合度范围内，共聚得到的改性聚丙烯材料的强度大，韧性大，耐老化性能好。
上述一种改性聚丙烯材料，其中，所述的聚氯乙烯聚合度为300-500；与该聚合度内的聚氯乙烯进行共聚后得到的分子链柔性好，强度高，耐老化性能好。
上述一种改性聚丙烯材料，其中，所述无机纤维为碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、硫酸钡纤维中的一种或多种；无机纤维不仅能增加聚丙烯的韧性和拉伸强度，还能提高抗老化性能和降低生产成本；优选的，所述的无机纤维直径为0.01-10μm，长径比为3-10︰1，在该条件下，无机纤维对聚丙烯的增强作用最佳。
上述一种改性聚丙烯材料，其中，优选的，所述的偶联剂为硅烷偶联剂，能提高无机纤维与聚丙烯之间的相容性，对提高聚丙烯性能具有积极作用。
上述一种改性聚丙烯材料，其中，优选的，所述的引发剂为过氧化二叔丁基、过氧化二异丙苯、异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢中的一种或多种；引发剂受热后能分解成自由基，引发原材料进行共聚合反应。
上述一种改性聚丙烯材料，其中，所述的复合紫外线吸收剂为三(1，2，2，6，6-五甲哌啶基)亚磷酸酯、2，2-硫代双(4-叔辛基酚氧基)镍和2-(2-羟基-3，5-二叔苯基)-5-氯化苯并***组成的混合物；优选的，所述的复合紫外线吸收剂中三(1，2，2，6，6-五甲哌啶基)亚磷酸酯、2，2-硫代双(4-叔辛基酚氧基)镍和2-(2-羟基-3，5-二叔苯基)-5-氯化苯并***的物质的量之比为1︰1︰3-6，由该比值构成的复合紫外线吸收剂中各组分之间具有协同增效作用，对紫外线的吸收效果更好，对改性聚丙烯材料的耐老化改善效果更好。
上述一种改性聚丙烯材料，其中，所述的一种编织袋用高强度耐老化改性聚丙烯材料，其原材料还包括分散剂、增塑剂、抗静电剂、染色剂、増亮剂中的一种或多种；上述的助剂能提高改性聚丙烯材料的加工性，增加其功能性等作用，从而提高其适用性。
本发明一种改性聚丙烯材料，材料中的聚丙烯分子链上键接的氯原子和硅烷基团能增强原子极性，减少自由基的形成，且分子链之间具有一定的交联度，分子间作用力增加，使聚丙烯具有更高的强度和化学稳定性；同时，材料中添加的无机纤维和复合紫外线吸收剂，由于其原材料之间的协同增效作用，使聚丙烯材料的强度和抗老化性能进一步增加；该改性聚丙烯材料具有非常优异的力学强度和抗老化性，用该材料制造的编织袋可应用于各类复杂环境，且使用寿命长，生产成本低。
进一步的，为了实现上述发明目的，本发明还供了一种编织袋用高强度耐老化改性聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将无机纤维用偶联剂进行预处理得到预处理无机纤维；将聚丙烯与二乙烯基二甲基硅烷、聚氯乙烯、引发剂混合均匀后进行共聚合反应得到三元共聚物；
(2)将预处理无机纤维、三元共聚物和复合紫外线吸收剂混合均匀后用双螺杆挤出机进行挤出、造粒，得到编织袋用高强度耐老化改性聚丙烯材料。
本发明一种编织袋用高强度耐老化改性聚丙烯材料的制备方法，先利用偶联剂对无机纤维的预处理，提高了无机纤维与高分子材料之间的相容性；再利用三元共聚，将聚丙烯、二乙烯基二甲基硅烷、聚氯乙烯进行适度的交联聚合，将氯原子和硅烷基团键接到了聚丙烯分子链上，并形成一定的交联度，增加了聚丙烯的强度和化学稳定性，提高了抗老化性能；最后通过复合处理，将预处理无机纤维、三元共聚物和复合紫外线吸收剂进行复合得到编织袋用高强度耐老化改性聚丙烯材料，该制备方法工艺简单，产品质量稳定，适合编织袋用高强度耐老化改性聚丙烯材料的工业化、规模化生产。
上述一种编织袋用高强度耐老化改性聚丙烯材料的制备方法，其中，步骤1中共聚合反应的温度为160-200℃，压力为2-8MPa，反应时间为1-3h；温度和压力过大，反应时副反应多，得到的共聚物支链多，韧性差；温度和压力过小，反应速度太慢，不利于生产；反应时间过长，得到的分子链聚合度太大，加工性差，反应时间太短，反应不彻底，得到的共聚物性能降低。
上述一种编织袋用高强度耐老化改性聚丙烯材料的制备方法，其中，步骤2中挤出的温度为180-230℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明改性聚丙烯材料的分子链上键接有氯原子和硅烷基团，且分子链之间具有一定的交联度，使聚丙烯具有更高的强度和化学稳定性。
2、本发明改性聚丙烯材料中含有无机纤维，能提高聚丙烯的强度和耐老化性。
3、本发明改性聚丙烯材料中含有的复合紫外线吸收剂中各组分之间具有协同增效作用，对紫外线的吸收效果更好，对改性聚丙烯材料的耐老化改善效果更好。
4、本发明制备方法工艺简单，产品质量稳定，适合编织袋用高强度耐老化改性聚丙烯材料的工业化、规模化生产。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
(1)将5份的玄武岩纤维与1份的硅烷偶联剂混合均匀后，在55℃的温度下进行搅拌处理20min得到预处理玄武岩纤维；将70份的聚合度为700的聚丙烯与6份的二乙烯基二甲基硅烷、10份的聚合度为400的聚氯乙烯、0.3份的过氧化二叔丁基混合均匀后在190℃的温度，5MPa的压力下进行共聚合2h得到三元共聚物；
(2)将预处理玄武岩纤维、三元共聚物、0.01份的三(1，2，2，6，6-五甲哌啶基)亚磷酸酯、0.01份的2，2-硫代双(4-叔辛基酚氧基)镍和0.03份的2-(2-羟基-3，5-二叔苯基)-5-氯化苯并***混合均匀后用双螺杆挤出机进行挤出、造粒，得到编织袋用高强度耐老化改性聚丙烯材料。
实施例2
(1)将2份的玻璃纤维与1份的硅烷偶联剂混合均匀后，在50℃的温度下进行搅拌处理30min得到预处理玻璃纤维；将80份的聚合度为800的聚丙烯与8份的二乙烯基二甲基硅烷、5份的聚合度为500的聚氯乙烯、0.2份的过氧化二异丙苯混合均匀后在180℃的温度，2MPa的压力下进行共聚合2h得到三元共聚物；
(2)将预处理玻璃纤维、三元共聚物、0.003份的三(1，2，2，6，6-五甲哌啶基)亚磷酸酯、0.003份的2，2-硫代双(4-叔辛基酚氧基)镍和0.004份的2-(2-羟基-3，5-二叔苯基)-5-氯化苯并***混合均匀后用双螺杆挤出机进行挤出、造粒，得到编织袋用高强度耐老化改性聚丙烯材料。
实施例3
(1)将10份的碳纤维与2份的钛酸酯偶联剂混合均匀后，在60℃的温度下进行搅拌处理10min得到预处理碳纤维；将60份的聚合度为500的聚丙烯与8份的二乙烯基二甲基硅烷、15份的聚合度为300的聚氯乙烯、0.5份的异丙苯过氧化氢混合均匀后在160℃的温度，2MPa的压力下进行共聚合3h得到三元共聚物；
(2)将预处理碳纤维、三元共聚物、0.01份的三(1，2，2，6，6-五甲哌啶基)亚磷酸酯、0.01份的2，2-硫代双(4-叔辛基酚氧基)镍和0.06份的2-(2-羟基-3，5-二叔苯基)-5-氯化苯并***混合均匀后用双螺杆挤出机进行挤出、造粒，得到编织袋用高强度耐老化改性聚丙烯材料。
实施例4
(1)将5份的硫酸钡纤维与1份的钛酸酯偶联剂混合均匀后，在60℃的温度下进行搅拌处理20min得到预处理硫酸钡纤维；将70份的聚合度为1000的聚丙烯与8份的二乙烯基二甲基硅烷、5份的聚合度为1000的聚氯乙烯、0.2-0.5份的过氧化二叔丁基、过氧化二异丙苯、异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢混合均匀后在200℃的温度，2-8MPa的压力下进行共聚合1-3h得到三元共聚物；
(2)将预处理硫酸钡纤维、三元共聚物、0.01份的三(1，2，2，6，6-五甲哌啶基)亚磷酸酯、0.01份的2，2-硫代双(4-叔辛基酚氧基)镍和0.01份的2-(2-羟基-3，5-二叔苯基)-5-氯化苯并***混合均匀后用双螺杆挤出机进行挤出、造粒，得到编织袋用高强度耐老化改性聚丙烯材料。
对比例1
(1)将5份的玄武岩纤维与1份的硅烷偶联剂混合均匀后，在55℃的温度下进行搅拌处理20min得到预处理玄武岩纤维；将70份的聚合度为400的聚丙烯与6份的二乙烯基二甲基硅烷、10份的聚合度为400的聚氯乙烯、0.3份的过氧化二叔丁基混合均匀后在190℃的温度，5MPa的压力下进行共聚合2h得到三元共聚物；
(2)将预处理玄武岩纤维、三元共聚物、0.01份的三(1，2，2，6，6-五甲哌啶基)亚磷酸酯、0.01份的2，2-硫代双(4-叔辛基酚氧基)镍和0.03份的2-(2-羟基-3，5-二叔苯基)-5-氯化苯并***混合均匀后用双螺杆挤出机进行挤出、造粒，得到改性聚丙烯材料。
对比例2
(1)将5份的玄武岩纤维与1份的硅烷偶联剂混合均匀后，在55℃的温度下进行搅拌处理20min得到预处理玄武岩纤维；将70份的聚合度为1200的聚丙烯与6份的二乙烯基二甲基硅烷、10份的聚合度为400的聚氯乙烯、0.3份的过氧化二叔丁基混合均匀后在190℃的温度，5MPa的压力下进行共聚合2h得到三元共聚物；
(2)将预处理玄武岩纤维、三元共聚物、0.01份的三(1，2，2，6，6-五甲哌啶基)亚磷酸酯、0.01份的2，2-硫代双(4-叔辛基酚氧基)镍和0.03份的2-(2-羟基-3，5-二叔苯基)-5-氯化苯并***混合均匀后用双螺杆挤出机进行挤出、造粒，得到改性聚丙烯材料。
对比例3
(1)将5份的玄武岩纤维与1份的硅烷偶联剂混合均匀后，在55℃的温度下进行搅拌处理20min得到预处理玄武岩纤维；
(2)将预处理玄武岩纤维、将70份的聚合度为700的聚丙烯与6份的二乙烯基二甲基硅烷、10份的聚合度为400的聚氯乙烯、0.3份的过氧化二叔丁基、0.01份的三(1，2，2，6，6-五甲哌啶基)亚磷酸酯、0.01份的2，2-硫代双(4-叔辛基酚氧基)镍和0.03份的2-(2-羟基-3，5-二叔苯基)-5-氯化苯并***混合均匀后用双螺杆挤出机进行挤出、造粒，得到改性聚丙烯材料。
对比例4
(1)将5份的玄武岩纤维与1份的硅烷偶联剂混合均匀后，在55℃的温度下进行搅拌处理20min得到预处理玄武岩纤维；将70份的聚合度为700的聚丙烯与10份的聚合度为400的聚氯乙烯、0.3份的过氧化二叔丁基混合均匀后在190℃的温度，5MPa的压力下进行共聚合2h得到二元共聚物；
(2)将预处理玄武岩纤维、二元共聚物、0.01份的三(1，2，2，6，6-五甲哌啶基)亚磷酸酯、0.01份的2，2-硫代双(4-叔辛基酚氧基)镍和0.03份的2-(2-羟基-3，5-二叔苯基)-5-氯化苯并***混合均匀后用双螺杆挤出机进行挤出、造粒，得到改性聚丙烯材料。
对比例5
(1)将5份的玄武岩纤维与1份的硅烷偶联剂混合均匀后，在55℃的温度下进行搅拌处理20min得到预处理玄武岩纤维；将70份的聚合度为700的聚丙烯与6份的二乙烯基二甲基硅烷、10份的聚合度为400的聚氯乙烯、0.3份的过氧化二叔丁基混合均匀后在190℃的温度，5MPa的压力下进行共聚合2h得到三元共聚物；
(2)将预处理玄武岩纤维、三元共聚物、0.01份的三(1，2，2，6，6-五甲哌啶基)亚磷酸酯、0.01份的2，2-硫代双(4-叔辛基酚氧基)镍和0.02份的2-(2-羟基-3，5-二叔苯基)-5-氯化苯并***混合均匀后用双螺杆挤出机进行挤出、造粒，得到编织袋用高强度耐老化改性聚丙烯材料。
对比例6
(1)将5份的玄武岩纤维与1份的硅烷偶联剂混合均匀后，在55℃的温度下进行搅拌处理20min得到预处理玄武岩纤维；将70份的聚合度为700的聚丙烯与6份的二乙烯基二甲基硅烷、10份的聚合度为400的聚氯乙烯、0.3份的过氧化二叔丁基混合均匀后在190℃的温度，5MPa的压力下进行共聚合2h得到三元共聚物；
(2)将预处理玄武岩纤维、三元共聚物、0.01份的三(1，2，2，6，6-五甲哌啶基)亚磷酸酯、0.01份的2，2-硫代双(4-叔辛基酚氧基)镍和0.07份的2-(2-羟基-3，5-二叔苯基)-5-氯化苯并***混合均匀后用双螺杆挤出机进行挤出、造粒，得到编织袋用高强度耐老化改性聚丙烯材料。
将上述实施例1-4和对比例1-6制备得到的改性聚丙烯材料进行力学性能及老化的实验(老化实验测试条件为：BLUESTAR--X65型氙灯人工加速老化箱，按GB/T16422.2进行)，数据记录如下表：
通过上述实验记录数据可知，本发明实施例1-4中制备得到的改性聚丙烯材料，具有高拉伸强度、缺口冲击强度和断裂伸长率，抗老化性能优异的优点；而对比例1中使用的聚丙烯聚合度过小，共聚合时得到的改性聚丙烯材料断裂伸长率显著降低；对比例2中使用的聚丙烯聚合度过大，对改性聚丙烯材料的拉伸强度和缺口冲击强度增强作用显著降低，抗老化性能显著降低；对比例3没有进行三元共聚合反应，得到的改性聚丙烯材料拉伸强度，缺口冲击强度和抗老化性能均显著降低；对比例4中没有添加二乙烯基二甲基硅烷，得到的改性聚丙烯材料分子链上没有硅原子，也没有进行交联，其拉伸强度，缺口冲击强度和抗老化性能均显著降低；对比例5和对比例6中添加的复合紫外线吸收剂中组分的比例不在所述的协同作用范围内，不具有协同增效作用，对紫外线的吸收效果显著降低，其抗老化性能降低。

Claims (10)

1.一种编织袋用高强度耐老化改性聚丙烯材料，其特征在于，包括以下重量份原材料制备而成的：60-80份的聚丙烯，4-8份的二乙烯基二甲基硅烷，2-10份的无机纤维，1-2份的偶联剂，0.2-0.5份的引发剂，5-15份的聚氯乙烯，0.01-0.1份的复合紫外线吸收剂；所述的聚丙烯聚合度为500-1000；所述的复合紫外线吸收剂为三(1，2，2，6，6-五甲哌啶基)亚磷酸酯、2，2-硫代双(4-叔辛基酚氧基)镍和2-(2-羟基-3，5-二叔苯基)-5-氯化苯并***组成的混合物。
2.根据权利要求1所述的改性聚丙烯材料，其特征在于，所述的聚丙烯聚合度为700-800。
3.根据权利要求1所述的改性聚丙烯材料，其特征在于，所述的复合紫外线吸收剂中三(1，2，2，6，6-五甲哌啶基)亚磷酸酯、2，2-硫代双(4-叔辛基酚氧基)镍和2-(2-羟基-3，5-二叔苯基)-5-氯化苯并***的物质的量之比为1︰1︰3-6。
4.根据权利要求1所述的改性聚丙烯材料，其特征在于，所述的聚氯乙烯聚合度为300-500。
5.根据权利要求1所述的改性聚丙烯材料，其特征在于，所述无机纤维为碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、硫酸钡纤维中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的改性聚丙烯材料，其特征在于，所述的无机纤维直径为0.01-10μm，长径比为3-10︰1。
7.根据权利要求1所述的改性聚丙烯材料，其特征在于，所述的引发剂为过氧化二叔丁基、过氧化二异丙苯、异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的改性聚丙烯材料，其特征在于，其原材料还包括分散剂、增塑剂、抗静电剂、染色剂、増亮剂中的一种或多种。
9.一种权利要求1-8任一项所述改性聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将无机纤维用偶联剂进行预处理得到预处理无机纤维；将聚丙烯与二乙烯基二甲基硅烷、聚氯乙烯、引发剂混合均匀后进行共聚合反应得到三元共聚物；
（2）将预处理无机纤维、三元共聚物和复合紫外线吸收剂混合均匀后用双螺杆挤出机进行挤出、造粒，得到编织袋用高强度耐老化改性聚丙烯材料。
10.根据权利要求9所述的改性聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，步骤1中共聚合反应的温度为160-200℃，压力为2-8MPa，反应时间为1-3h。
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