CN109575446A - 一种高性能聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

一种高性能聚丙烯材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本分明公开了一种高性能聚丙烯材料，按重量份数计，包含聚丙烯99.2‑54份，矿物晶须0.1‑2份，成核剂0.5‑2份，增韧剂0‑10份，无机填料0‑30份，抗氧剂及加工助剂0.2‑2份。其制备方法是将各组分混合均匀后加入螺杆挤出机中进行熔融共混反应并挤出造粒即得。本发明通过矿物晶须和成核剂配合作用，使得聚丙烯呈剪切层、结晶层反复交替的状态，这种结构的聚丙烯材料比传统聚丙烯具有更优的刚性和韧性，有助于聚丙烯的高性能制备。

Description

一种高性能聚丙烯材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种高性能聚丙烯材料及其制备方法。
背景技术：
聚丙烯由于其质轻、价廉、刚韧性能优异，是目前通用的五大工程塑料之一，在化工、建筑、汽车、家电等领域具有广泛的应用。但改性聚丙烯材料的刚性及韧性有限，特别是刚性和韧性作为一对矛盾性能，很难同时提高。
本发明首次提出从聚丙烯的分子结构角度做设计，在改性中同时加入晶须和成核剂，注塑过程中使得制品在垂直流动的方向形成剪切层、结晶层相互交替的多层形貌结构，这种结构有助于聚丙烯材料在结晶层的结晶状态更完全，有助于材料刚性的提高；剪切层的无定形区域在材料受力的时候，有助于将应力传递分散至周围。这种结构有助于聚丙烯改性材料整体机械性能的提高。
发明内容：
为解决上述现有技术的不足，本发明的首要目的在于提供一种高性能聚丙烯材料和制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现：
一种高性能聚丙烯材料，按重量份数计，包含以下组分：
聚丙烯 99.2-54份，
矿物晶须 0.1-2份，
成核剂 0.5-2份，
增韧剂 0-10份，
无机填料 0-30份，
抗氧剂及加工助剂 0.2-2份。
优选地，所述聚丙烯包括共聚聚丙烯和均聚聚丙烯中的一种或两种的混合物，其熔融指数范围为0.1-100g/10min。
优选地，所述的矿物晶须为碱式硫酸镁晶须、硫酸钡晶须、碳化硅晶须、钛酸钾晶须、碳酸钙晶须中的任意一种。
优选地，所述成核剂为聚丙烯用α成核剂或β成核剂。
优选地，所述增韧剂为POE、LLDPE、HDPE中的一种或两种以上的混合物。
优选地，所述无机填料为碳酸钙、滑石粉、云母、硅灰石中的一种。
优选地，所述抗氧剂为1010或168中的一种或两种混合物；加工助剂为硬脂酸锌或硬脂酸钙。
本发明还提供了上述一种高性能聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
a.将聚丙烯、矿物晶须、成核剂、增韧剂、无机填料、抗氧剂及加工助剂按配比加入到混合设备中，混合均匀；
b.将上述混合物用加工设备螺杆挤出机在190℃-230℃条件下熔融挤出，转速为50-400转/min；
c.挤出物经水冷却、切粒，即得到高性能聚丙烯材料。
本发明的有益效果在于：
1.本发明从分子结构角度设计，晶须本身具有长径比，注塑过程中，垂直于流动方向分散分布；成核剂的加入又提高了材料的结晶度和晶核完整程度；微量晶须和成核剂配合使用，晶须与流动方向平行，使得材料在注塑过程中垂直流动方向形成剪切层、结晶层相互交替的多层形貌，从而达到制备高性能聚丙烯的效果。
2.晶须和成核剂同时加入聚丙烯改性材料中，是通过晶核尺度设计聚丙烯材料，而不是将其作为填料，利用晶须本身的强度来增强材料的力学性能，所以可以通过添加微量的晶须就能获得高性能的复合材料。
3.剪切层中非晶无定形区域有助于材料在受力过程中，传导分散应力，从而提高材料的韧性；结晶层中的高结晶度和晶型的完整提供材料极好的刚性。
4.本发明改性聚丙烯的方法为传统的双螺杆熔融共混，操作简单，适合大规模工业化生产。
具体实施方式：
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明，以下实例为本发明较佳的实施方式，但并不受下述实施例的限制。
实施例1：
77.9重量份熔融指数为30g/10min的共聚聚丙烯、0.5重量份的碱式硫酸镁晶须、1重量份的α成核剂、5重量份的POE，15重量份的滑石粉、0.2重量份的1010、0.2重量份的168和0.2重量份的硬脂酸钙。
其制备工艺如下：
将上述各成分均匀混合后，加入到双螺杆挤出机中，挤出机的温度设定为190℃-210℃，转速为200rpm；挤出物经水冷却，切粒，即得到高性能聚丙烯材料。其力学性能如表1。
实施例2：
69.2重量份熔融指数为60g/10min的均聚聚丙烯、1重量份的硫酸钡晶须、0.8重量份的α成核剂、8重量份的POE，20重量份的碳酸钙、0.3重量份的1010、0.3重量份的168和0.4重量份的硬脂酸锌。
其制备工艺如下：
将上述各成分均匀混合后，加入到双螺杆挤出机中，挤出机的温度设定为200℃-220℃，转速为300rpm；挤出物经水冷却，切粒，即得到高性能聚丙烯材料。其力学性能如表1。
实施例3：
87.5重量份熔融指数为80g/10min的共聚聚丙烯、1.5重量份的碳化硅晶须、1.5重量份的β成核剂、3重量份的LLDPE，5重量份的云母、0.5重量份的168和1重量份的硬脂酸钙。
其制备工艺如下：
将上述各成分均匀混合后，加入到双螺杆挤出机中，挤出机的温度设定为210℃-230℃，转速为300rpm；挤出物经水冷却，切粒，即得到高性能聚丙烯材料。其力学性能如表1。
实施例4：
40重量份熔融指数为60g/10min的均聚聚丙烯和59.2熔指为0.1g/10min的共聚聚丙烯、0.1重量份的钛酸钾晶须、0.5重量份的β成核剂、0.1重量份的1010、0.1重量份的硬脂酸锌。
将上述各成分均匀混合后，加入到双螺杆挤出机中，挤出机的温度设定为190℃-230℃，转速为50rpm；挤出物经水冷却，切粒，即得到高性能聚丙烯材料。其力学性能如表1。
实施例5：
20重量份熔融指数为100g/10min的均聚聚丙烯和34重量份的熔指为70g/10min的共聚聚丙烯、2重量份的碳酸钙晶须、2重量份的α成核剂、5重量份的POE、5重量份HDPE、30重量份的滑石粉、0.5重量份的1010、0.5重量份的168和1重量份的硬脂酸锌。
其制备工艺如下：
将上述各成分均匀混合后，加入到双螺杆挤出机中，挤出机的温度设定为190℃-230℃，转速为400rpm；挤出物经水冷却，切粒，即得到高性能聚丙烯材料。其力学性能如表1。
对比例1：
78重量份熔融指数为40g/10min的均聚聚丙烯、20重量份滑石粉，0.5重量份1010、0.5重量份168、1重量份硬脂酸锌。
其制备工艺如下：
将上述各成分均匀混合后，加入到双螺杆挤出机中，挤出机的温度设定为190℃-230℃，转速为400rpm；挤出物经水冷却，切粒，即得到聚丙烯复合材料。其力学性能如表1。
对比例2：
73重量份熔融指数为40g/10min的均聚聚丙烯、25重量份碳酸钙，0.5重量份1010、0.5重量份168、1重量份硬脂酸锌。
其制备工艺如下：
将上述各成分均匀混合后，加入到双螺杆挤出机中，挤出机的温度设定为190℃-230℃，转速为400rpm；挤出物经水冷却，切粒，即得到聚丙烯复合材料。其力学性能如表1。
表1本发明各实施例和对比例按照ISO标准测试力学性能参数
从上表中可看出，本发明制备的高性能聚丙烯材料相比于传统的滑石粉、碳酸钙改性材料具有优异的刚性和冲击性能。
以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种高性能聚丙烯材料，其特征在于，按重量份数计，包含以下组分：
聚丙烯 99.2-54份，
矿物晶须 0.1-2份，
成核剂 0.5-2份，
增韧剂 0-10份，
无机填料 0-30份，
抗氧剂及加工助剂 0.2-2份。
2.根据权利要求1所述的一种高性能聚丙烯材料，其特征在于：所述聚丙烯包括共聚聚丙烯和均聚聚丙烯中的一种或两种的混合物，其熔融指数范围为0.1-100g/10min。
3.根据权利要求1所述的一种高性能聚丙烯材料，其特征在于：所述的矿物晶须为碱式硫酸镁晶须、硫酸钡晶须、碳化硅晶须、钛酸钾晶须、碳酸钙晶须中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种高性能聚丙烯材料，其特征在于：所述成核剂为聚丙烯用α成核剂或β成核剂。
5.根据权利要求1所述的一种高性能聚丙烯材料，其特征在于：所述增韧剂为POE、LLDPE、HDPE中的一种或两种以上的混合物。
6.根据权利要求1所述的一种高性能聚丙烯材料，其特征在于：所述无机填料为碳酸钙、滑石粉、云母、硅灰石中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种高性能聚丙烯材料，其特征在于：所述抗氧剂为1010或168中的一种或两种混合物；加工助剂为硬脂酸锌或硬脂酸钙。
8.制备权利要求1~7任一项所述的一种高性能聚丙烯材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：
a.将聚丙烯、矿物晶须、成核剂、增韧剂、无机填料、抗氧剂及加工助剂按配比加入到混合设备中，混合均匀；
b．将上述混合物用加工设备螺杆挤出机在190℃-230℃条件下熔融挤出，转速为50-400转/min；
c. 挤出物经水冷却、切粒，即得到高性能聚丙烯材料。
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