CN114621526A - 一种环保聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种环保聚丙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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CN114621526A CN202210269778.7A CN202210269778A CN114621526A CN 114621526 A CN114621526 A CN 114621526A CN 202210269778 A CN202210269778 A CN 202210269778A CN 114621526 A CN114621526 A CN 114621526A
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Abstract

本发明提供一种环保聚丙烯复合材料，其特征在于，包括如下按重量份计的各原料制成：聚丙烯60‑80份、超支化聚磷酰胺酯10‑20份、衣康酸2‑4份、N‑(4‑氰基‑3‑三氟甲基苯基)甲基丙烯酰胺3‑5份、烯丙基琥珀酰亚胺基碳酸酯2‑4份、双(1‑乙烯基咪唑‑2‑)酮1‑3份、偶联剂3‑5份、填料10‑20份、抗氧剂1‑3份、润滑剂0.5‑1.5份、相容剂1‑3份、催化剂0.8‑1.5份。本发明还公开了一种所述环保聚丙烯复合材料的制备方法。本发明公开的环保聚丙烯复合材料机械力学性能好，阻燃性、耐热性、耐老化性能足，环保性和性能稳定性优异，使用寿命长。

Description

一种环保聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种环保聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯是五大通用塑料之一，由于具有价廉、密度低、易加工和良好的机械性能等优点，被广泛应用于汽车内外饰件、建筑、包装、电子、家电产品的外壳等耐腐蚀和绝缘部件，是目前增长速度最快的通用热塑性塑料。 然而，传统的聚丙烯材料普遍存在机械力学性能较低，阻燃性、耐热性、耐老化性能不足，使用和生产安全性和环保性不佳，耐用性有待进一步提高。
为了改善传统聚丙烯材料的缺陷，提高其强度、韧性、性能稳定性、低温脆性和耐热性，往往采用共混、填充等方法制成复合材料。然而，现有的聚丙烯复合材料由于添加剂与聚丙烯之间相容性不好，在长期使用过程中易出现相分离、添加剂外渗的现象，影响性能稳定性和使用寿命。为了提高阻燃性，通常添加阻燃剂来实现，而市面上的阻燃聚丙烯复合材料中添加的阻燃剂通常含卤素，在发生火灾时会释放大量有毒烟气，同时引起产品表面光泽度降低，对人们的身体健康和环境造成严重威胁，也降低了产品品位。
如中国发明专利CN107434885B公开了一种环保聚丙烯复合材料，由包括下述重量份原料制备而成：均聚聚丙烯10-20份、共聚聚丙烯30-40份、POE树脂1-5份、玻璃纤维10-20份、季戊四醇硬脂酸酯1-5份、吸附剂1-5份、滑石粉15-25份、三元乙丙橡胶1-5份。该发明环保聚丙烯复合材料，气味低，VOC含量低，力学性能好，综合性能强。然而，该发明产品阻燃性和耐老化性能仍然不足，性能稳定性不佳，使用寿命短。
因此，开发一种机械力学性能好，阻燃性、耐热性、耐老化性能足，环保性和性能稳定性优异，使用寿命长的环保聚丙烯复合材料及其制备方法符合市场需求，具有广泛的市场价值和应用前景，对促进聚丙烯材料的进一步发展和应用具有非常重要的意义。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种机械力学性能好，阻燃性、耐热性、耐老化性能足，环保性和性能稳定性优异，使用寿命长的环保聚丙烯复合材料及其制备方法，该制备方法简单，操作方便，制备效率高。
为达到以上目的，本发明提供一种环保聚丙烯复合材料，其特征在于，包括如下按重量份计的各原料制成：聚丙烯60-80份、超支化聚磷酰胺酯10-20份、衣康酸2-4份、N-(4-氰基-3-三氟甲基苯基)甲基丙烯酰胺3-5份、烯丙基琥珀酰亚胺基碳酸酯2-4份、双(1-乙烯基咪唑-2-)酮1-3份、偶联剂3-5份、填料10-20份、抗氧剂1-3份、润滑剂0.5-1.5份、相容剂1-3份、催化剂0.8-1.5份。
优选的，所述催化剂为钛酸四丁酯、4-二甲氨基吡啶按质量比1:(3-5)混合形成的混合物。
优选的，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
优选的，所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、聚烯烃蜡中的一种或几种。
优选的，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂1034、抗氧剂1076中的至少一种。
优选的，所述填料为纳米硼纤维、氧化石墨烯、滑石粉按质量比0.5:(0.8-1.2):(3-5)混合形成的混合物。
优选的，所述纳米硼纤维的平均直径为300-500nm，长径比(12-16):1；所述填料的粒度为800-1000目。
优选的，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560、硅烷偶联剂KH570中的至少一种。
优选的，所述超支化聚磷酰胺酯的制备方法参见中国发明专利CN103360605B实施例1的方法。
优选的，所述聚丙烯为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯按质量比(2-3):3混合而成；所述均聚聚丙烯为上海石化牌号T300通用级均聚聚丙烯；所述共聚聚丙烯为埃克森美孚牌号7032E3共聚聚丙烯。
本发明的另一个目的，在于提供一种所述环保聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各原料按重量份混合均匀后，得到混合物料，然后将混合物料加入到双螺杆挤出机中挤出成型，得到环保聚丙烯复合材料。
优选的，所述挤出成型挤出加工温度为：一区150～165℃，二区165～170℃，三区170～180℃，四区170～180℃，五区180～190℃，六区190～200℃，七区190～200℃，八区195～205℃，九区195～205℃，模头200～210℃；所述双螺杆挤出机的主机转速为190-450转/分。
由于上述技术方案的运用，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明公开的环保聚丙烯复合材料的制备方法，将各原料按重量份混合均匀后再经过双螺杆挤出机挤出成型即可制成，无需专用设备，也无需对原有生产线进行改造，资金投入少，制成的产品性价比高，制备周期短，社会价值和生态价值高。
（2）本发明公开的环保聚丙烯复合材料，包括如下按重量份计的各原料制成：聚丙烯60-80份、超支化聚磷酰胺酯10-20份、衣康酸2-4份、N-(4-氰基-3-三氟甲基苯基)甲基丙烯酰胺3-5份、烯丙基琥珀酰亚胺基碳酸酯2-4份、双(1-乙烯基咪唑-2-)酮1-3份、偶联剂3-5份、填料10-20份、抗氧剂1-3份、润滑剂0.5-1.5份、相容剂1-3份、催化剂0.8-1.5份。各原料之间相互作用，使得制成的聚丙烯复合材料机械力学性能好，阻燃性、耐热性、耐老化性能足，环保性和性能稳定性优异，使用寿命长。
（3）本发明公开的环保聚丙烯复合材料，烯丙基琥珀酰亚胺基碳酸酯上的端羟基能与衣康酸上的羧基发生酯化反应，带有乙烯基的单体在双螺杆挤出机挤出成型过程中会与聚丙烯发生熔融接枝，使得它们形成有机整体，形成互穿网络结构，有效改善了机械力学性能、阻燃性、耐热性和耐老化性能，使得材料使用寿命长，耐用性佳。
（4）本发明公开的环保聚丙烯复合材料，在分子结构中同时引入琥珀酰亚胺、碳酸酯、三氟甲基苯基、酰胺、咪唑酮结构，这些结构相互配合，协同作用，使得制成的材料耐老化性、阻燃性和耐热性更好，使用寿命更长。
（5）本发明公开的环保聚丙烯复合材料，所述填料为纳米硼纤维、氧化石墨烯、滑石粉按质量比0.5:(0.8-1.2):(3-5)混合形成的混合物；它们之间配合作用，能对复合材料强度起到较好的改善作用，同时还能提高性能稳定性和耐磨性。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
实施例1
一种环保聚丙烯复合材料，包括如下按重量份计的各原料制成：聚丙烯60份、超支化聚磷酰胺酯10份、衣康酸2份、N-(4-氰基-3-三氟甲基苯基)甲基丙烯酰胺3份、烯丙基琥珀酰亚胺基碳酸酯2份、双(1-乙烯基咪唑-2-)酮1份、偶联剂3份、填料10份、抗氧剂1份、润滑剂0.5份、相容剂1份、催化剂0.8份。
所述催化剂为钛酸四丁酯、4-二甲氨基吡啶按质量比1:3混合形成的混合物；所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯；所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺；所述抗氧剂为抗氧剂1010。
所述填料为纳米硼纤维、氧化石墨烯、滑石粉按质量比0.5:0.8:3混合形成的混合物；所述纳米硼纤维的平均直径为300nm，长径比12:1；所述填料的粒度为800目；所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550。
所述超支化聚磷酰胺酯的制备方法参见中国发明专利CN103360605B实施例1的方法；所述聚丙烯为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯按质量比2:3混合而成；所述均聚聚丙烯为上海石化牌号T300通用级均聚聚丙烯；所述共聚聚丙烯为埃克森美孚牌号7032E3共聚聚丙烯。
一种所述环保聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各原料按重量份混合均匀后，得到混合物料，然后将混合物料加入到双螺杆挤出机中挤出成型，得到环保聚丙烯复合材料；所述挤出成型挤出加工温度为：一区150℃，二区165℃，三区170℃，四区170℃，五区180℃，六区190℃，七区190℃，八区195℃，九区195℃，模头200℃；所述双螺杆挤出机的主机转速为190转/分。
实施例2
一种环保聚丙烯复合材料，包括如下按重量份计的各原料制成：聚丙烯65份、超支化聚磷酰胺酯12份、衣康酸2.5份、N-(4-氰基-3-三氟甲基苯基)甲基丙烯酰胺3.5份、烯丙基琥珀酰亚胺基碳酸酯2.5份、双(1-乙烯基咪唑-2-)酮1.5份、偶联剂3.5份、填料12份、抗氧剂1.5份、润滑剂0.7份、相容剂1.5份、催化剂1份。
所述催化剂为钛酸四丁酯、4-二甲氨基吡啶按质量比1:3.5混合；所述润滑剂为聚烯烃蜡；所述抗氧剂为抗氧剂168；所述填料为纳米硼纤维、氧化石墨烯、滑石粉按质量比0.5:0.9:3.5混合形成的混合物；所述纳米硼纤维的平均直径为350nm，长径比13:1；所述填料的粒度为850目；所述偶联剂为硅烷偶联剂KH560。
所述超支化聚磷酰胺酯的制备方法参见中国发明专利CN103360605B实施例1的方法；所述聚丙烯为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯按质量比2.3:3混合而成；所述均聚聚丙烯为上海石化牌号T300通用级均聚聚丙烯；所述共聚聚丙烯为埃克森美孚牌号7032E3共聚聚丙烯。
一种所述环保聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：将各原料按重量份混合均匀后，得到混合物料，然后将混合物料加入到双螺杆挤出机中挤出成型，得到环保聚丙烯复合材料；所述挤出成型挤出加工温度为：一区153℃，二区167℃，三区172℃，四区173℃，五区183℃，六区192℃，七区192℃，八区198℃，九区198℃，模头203℃；所述双螺杆挤出机的主机转速为220转/分。
实施例3
一种环保聚丙烯复合材料，包括如下按重量份计的各原料制成：聚丙烯70份、超支化聚磷酰胺酯15份、衣康酸3份、N-(4-氰基-3-三氟甲基苯基)甲基丙烯酰胺4份、烯丙基琥珀酰亚胺基碳酸酯3份、双(1-乙烯基咪唑-2-)酮2份、偶联剂4份、填料15份、抗氧剂2份、润滑剂1份、相容剂2份、催化剂1.2份。
所述催化剂为钛酸四丁酯、4-二甲氨基吡啶按质量比1:4混合形成的混合物；所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯；所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺；所述抗氧剂为抗氧剂1034；所述填料为纳米硼纤维、氧化石墨烯、滑石粉按质量比0.5:1:4混合形成的混合物；所述纳米硼纤维的平均直径为400nm，长径比14:1；所述填料的粒度为900目。
所述偶联剂为硅烷偶联剂KH570；所述超支化聚磷酰胺酯的制备方法参见中国发明专利CN103360605B实施例1的方法；所述聚丙烯为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯按质量比2.5:3混合而成；所述均聚聚丙烯为上海石化牌号T300通用级均聚聚丙烯；所述共聚聚丙烯为埃克森美孚牌号7032E3共聚聚丙烯。
一种所述环保聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：将各原料按重量份混合均匀后，得到混合物料，然后将混合物料加入到双螺杆挤出机中挤出成型，得到环保聚丙烯复合材料；所述挤出成型挤出加工温度为：一区158℃，二区167℃，三区175℃，四区175℃，五区185℃，六区195℃，七区195℃，八区200℃，九区200℃，模头205℃；所述双螺杆挤出机的主机转速为300转/分。
实施例4
一种环保聚丙烯复合材料，包括如下按重量份计的各原料制成：聚丙烯75份、超支化聚磷酰胺酯18份、衣康酸3.5份、N-(4-氰基-3-三氟甲基苯基)甲基丙烯酰胺4.5份、烯丙基琥珀酰亚胺基碳酸酯3.5份、双(1-乙烯基咪唑-2-)酮2.5份、偶联剂4.5份、填料18份、抗氧剂2.5份、润滑剂1.3份、相容剂2.5份、催化剂1.4份。
所述催化剂为钛酸四丁酯、4-二甲氨基吡啶按质量比1:4.5混合形成的混合物；所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯；所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、聚烯烃蜡按质量比3:5混合形成的混合物；所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂1034、抗氧剂1076按质量比1:1:3:2混合形成的混合物。
所述填料为纳米硼纤维、氧化石墨烯、滑石粉按质量比0.5:1.1:4.5混合形成的混合物；所述纳米硼纤维的平均直径为450nm，长径比15:1；所述填料的粒度为950目；所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560、硅烷偶联剂KH570按质量比1:3:2混合形成的混合物。
所述超支化聚磷酰胺酯的制备方法参见中国发明专利CN103360605B实施例1的方法；所述聚丙烯为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯按质量比2.8:3混合而成；所述均聚聚丙烯为上海石化牌号T300通用级均聚聚丙烯；所述共聚聚丙烯为埃克森美孚牌号7032E3共聚聚丙烯。
一种所述环保聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：将各原料按重量份混合均匀后，得到混合物料，然后将混合物料加入到双螺杆挤出机中挤出成型，得到环保聚丙烯复合材料；所述挤出成型挤出加工温度为：一区163℃，二区169℃，三区179℃，四区179℃，五区188℃，六区198℃，七区198℃，八区203℃，九区203℃，模头208℃；所述双螺杆挤出机的主机转速为400转/分。
实施例5
一种环保聚丙烯复合材料，包括如下按重量份计的各原料制成：聚丙烯60-80份、超支化聚磷酰胺酯20份、衣康酸2-4份、N-(4-氰基-3-三氟甲基苯基)甲基丙烯酰胺5份、烯丙基琥珀酰亚胺基碳酸酯4份、双(1-乙烯基咪唑-2-)酮3份、偶联剂5份、填料20份、抗氧剂3份、润滑剂1.5份、相容剂3份、催化剂1.5份。
所述催化剂为钛酸四丁酯、4-二甲氨基吡啶按质量比1:5混合形成的混合物；所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯；所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺；所述抗氧剂为抗氧剂1076；所述填料为纳米硼纤维、氧化石墨烯、滑石粉按质量比0.5:1.2:5混合形成的混合物；所述纳米硼纤维的平均直径为500nm，长径比16:1；所述填料的粒度为1000目。
所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550；所述超支化聚磷酰胺酯的制备方法参见中国发明专利CN103360605B实施例1的方法；所述聚丙烯为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯按质量比3:3混合而成；所述均聚聚丙烯为上海石化牌号T300通用级均聚聚丙烯；所述共聚聚丙烯为埃克森美孚牌号7032E3共聚聚丙烯。
一种所述环保聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：将各原料按重量份混合均匀后，得到混合物料，然后将混合物料加入到双螺杆挤出机中挤出成型，得到环保聚丙烯复合材料；所述挤出成型挤出加工温度为：一区165℃，二区170℃，三区180℃，四区180℃，五区190℃，六区200℃，七区200℃，八区205℃，九区205℃，模头210℃；所述双螺杆挤出机的主机转速为450转/分。
对比例1
本例提供一种环保聚丙烯复合材料，其与实施例1基本相同，不同的是：没有添加N-(4-氰基-3-三氟甲基苯基)甲基丙烯酰胺。
对比例2
本例提供一种环保聚丙烯复合材料，其与实施例1基本相同，不同的是：没有添加双(1-乙烯基咪唑-2-)酮。
为了进一步说明本发明实施例中所涉及的环保聚丙烯复合材料的有益技术效果，对实施例1-5及对比例1-2所述的环保聚丙烯复合材料进行相关性能测试，测试结果见表1，测试方法如下：
（1）拉伸性能测试：采用国标GB/T1040-2006《塑料拉伸试验方法》测试拉伸强度。
（2）热变形温度性能测试：采用国标GB/T1634-2004《塑料弯曲负载热变形温度试验方法》测试热变形温度性能。
（3）耐热老化性能测试：将各例产品置于85℃下的热空气中进行人工加速老化150小时，再测定拉伸强度的保留率，其数值越大，耐热老化性能越好。
（4）阻燃性能测试：按照GB/T2406.2-2009测定极限氧指数。
表1
项目 拉伸强度 热变形温度（1.8MPa） 耐热老化性 极限氧指数
单位 MPa ℃ % %
实施例1 50 130 95.6 30
实施例2 53 132 96.2 32
实施例3 54 134 96.9 33
实施例4 56 135 97.4 33
实施例5 60 138 98.3 35
对比例1 48 124 92.1 28
对比例2 44 118 90.9 27
从表1可见，本发明实施例公开的环保聚丙烯复合材料，与对比例产品相比，具有更优异的机械力学性能、耐热性能、耐老化性能和阻燃性能，这是各组分协同作用的结果。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种环保聚丙烯复合材料，其特征在于，包括如下按重量份计的各原料制成：聚丙烯60-80份、超支化聚磷酰胺酯10-20份、衣康酸2-4份、N-(4-氰基-3-三氟甲基苯基)甲基丙烯酰胺3-5份、烯丙基琥珀酰亚胺基碳酸酯2-4份、双(1-乙烯基咪唑-2-)酮1-3份、偶联剂3-5份、填料10-20份、抗氧剂1-3份、润滑剂0.5-1.5份、相容剂1-3份、催化剂0.8-1.5份。
2.根据权利要求1所述的一种环保聚丙烯复合材料，其特征在于，所述催化剂为钛酸四丁酯、4-二甲氨基吡啶按质量比1:(3-5)混合形成的混合物；所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
3.根据权利要求1所述的一种环保聚丙烯复合材料，其特征在于，所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、聚烯烃蜡中的一种或几种；所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂1034、抗氧剂1076中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种环保聚丙烯复合材料，其特征在于，所述填料为纳米硼纤维、氧化石墨烯、滑石粉按质量比0.5:(0.8-1.2):(3-5)混合形成的混合物。
5.根据权利要求4所述的一种环保聚丙烯复合材料，其特征在于，所述纳米硼纤维的平均直径为300-500nm，长径比(12-16):1；所述填料的粒度为800-1000目。
6.根据权利要求1所述的一种环保聚丙烯复合材料，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560、硅烷偶联剂KH570中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种环保聚丙烯复合材料，其特征在于，所述超支化聚磷酰胺酯的制备方法参见中国发明专利CN103360605B实施例1的方法。
8.根据权利要求1所述的一种环保聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯按质量比(2-3):3混合而成；所述均聚聚丙烯为上海石化牌号T300通用级均聚聚丙烯；所述共聚聚丙烯为埃克森美孚牌号7032E3共聚聚丙烯。
9.一种根据权利要求1-8任一项所述环保聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各原料按重量份混合均匀后，得到混合物料，然后将混合物料加入到双螺杆挤出机中挤出成型，得到环保聚丙烯复合材料。
10.根据权利要求1所述的一种环保聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述挤出成型挤出加工温度为：一区150～165℃，二区165～170℃，三区170～180℃，四区170～180℃，五区180～190℃，六区190～200℃，七区190～200℃，八区195～205℃，九区195～205℃，模头200～210℃；所述双螺杆挤出机的主机转速为190-450转/分。
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