CN114989530A - 一种抗老化的pp塑料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗老化的PP塑料及其制备方法，该抗老化PP塑料的主要原料包括：聚丙烯80～100重量份，植物纤维9～13重量份，抗菌剂4～8重量份，热稳定剂1～4重量份，分散剂1～5重量份，交联剂5～7重量份、复合藻提取物2～6重量份。本发明发现，将复合藻提取物添加到聚丙烯塑料中能起到有效的抗老化作用，复合藻提取物的活性阻碍了塑料中参与氧化的自由基的衰变。尤其是在塑料受到光老化影响时，光照可促进复合藻提取物从初始结构转化为具有屏蔽保护功能的子结构，同时复合藻提取物的稳定性相对于其他天然氧化剂效果较好，不易降解。与现有技术相比，该配方下制备的PP塑料具备良好的抗老化性能、韧性以及抑菌性。

Description

一种抗老化的PP塑料及其制备方法
技术领域
本发明涉及塑料制备技术领域，具体涉及一种抗老化的PP塑料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯(PP)是通用热塑性塑料中增长最快的种类之一，与其它通用塑料相比，PP具有原料的来源及其广泛，成本很低，成型和加工简单以及密度很低等良好的通用性能，无毒，加工性能优良，耐热性能好，在110～120℃温度内可长期使用，有较高的屈服、拉伸强度，弹性模量以及对电的绝缘性能良好，优秀的耐应力龟裂性和耐化学药品性，己广泛地应用在化工、食品、包装、建材、医药、汽车等领域中，遍及了我们日常生活的方方面面。
尽管聚丙烯在众多领域均得到广泛的开发应用，但其分子链结构在光(紫外线)、热和氧的影响下，易产生外观发黄、发黏，力学性能下降等现象，而且在低温条件下，聚丙烯耐候性和耐磨性均表现不佳，限制了聚丙烯的应用范围和发展前景。因此对聚丙烯进行改性和抗老化研究是拓展聚丙烯应用范围必不可少的。
聚丙烯老化是在制造、储存、输送和利用等过程中，受光、热和化学催化等的综合作用，化学组成部分以及物理结构发生明显变化，性能相应削弱的现象。其中，光和热是对聚丙烯老化起主导作用的两种因素，分别称为光氧老化和热氧老化，它们均能够使聚丙烯自动发生催化氧化反应。聚丙烯老化主要有四种变化，即外观、物理性能、力学性能和电学性能的变化，故而很大程度上限制了其在户外使用。
抗氧剂是一种可以降低氧气副作用的物质，可以捕捉和中和自由基，减少其后续的损伤，提高使用寿命。主要作用机理为抗氧剂通过还原反应降低氧气含量，与聚合物之前氧化反应产生的过氧化物结合，中断连锁反应。添加抗氧剂提高PP的防老化能力是目前最为普遍的方法，近年来人们对此进行了广泛的研究，主要分为合成类抗氧剂和天然抗氧剂。研究发现添加对羟酪醇后PP提高了氧化诱导时间和氧化诱导温度，表现出了较好的抗氧化性能。但是化学合成的抗氧化剂具有较高的制备成本，实验过程中涉及的有机物质也会对人体和环境造成伤害和污染。
中国专利CN 103881237 A公开了一种抗老化聚丙烯塑料，所述抗老化聚丙烯塑料由以下重量份的原料组分组成：聚丙烯100份、抗氧剂10100.4-0.6份、光稳定剂0.1-0.3份、紫外线吸收剂0.2-0.3份、炭黑36-40份、纳米二氧化钛2-4份、环氧树脂12-16份、三聚氰胺15-20份、分散剂0.2-0.6份、偶联剂0.5-0.8份。该发明抗老化聚丙烯塑料添加纳米二氧化钛，纳米二氧化钛在聚丙烯塑料中分散性好；该发明抗老化聚丙烯塑料添加三聚氰胺，使得本发明制备得到的聚丙烯塑料具有阻燃性能，满足户外使用要求；该发明制备得到的聚丙烯塑料具有良好的抗冲击性能、抗老化性能、增韧性也得到提高。
中国专利CN 104327381 A公开了一种新型耐用抗老化聚丙烯塑料，所述聚丙烯塑料是由共聚聚丙烯60-120份、抗氧剂0.3-0.5份、环氧树脂10-15份、相容剂6-9份、紫外线吸收剂0.15-0.35份、分散剂0.3-0.5份、助剂1.5-2.5份、三聚氰胺16-20份及光稳定剂0.15-0.25份配制而成。该发明的新型耐用抗老化聚丙烯塑料添加三聚氰胺，使得该发明制得的聚丙烯塑料具有良好的抗老化与阻燃性能，同时还具有良好的耐磨性、耐热性、耐化学性且环保等优点；生产工艺简单，加工成型方便，材料易得，造价低廉。但现有技术中抗氧化剂大多对环境污染严重，而部分天然抗氧化剂与聚丙烯基体相容性不好，因此研发出一种具备较好抗老化性能而同时绿色环保的PP塑料显得尤为重要。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足，本发明提供一种抗老化的PP塑料及其制备方法。具体技术方案如下：
一种抗老化的PP塑料，包括以下重量份原料：
聚丙烯80～100份，植物纤维9～13份，抗菌剂4～8份，热稳定剂1～4份，分散剂1～5份，交联剂5～7份。
植物纤维一般有木本纤维、草本纤维和藤禾类纤维3种。植物纤维回收率低，很多会被焚烧，既污染生态环境又浪费资源；而另一方面现代社会对塑料材料又提出了更高的要求，如降低成本、改进自身不足的性能等。因此，人们开始将种类有限的单一塑料复合成各种新型复合材料，从而满足各方面的要求。
所述植物纤维为黄麻纤维、玉米秸秆纤维中的一种。
所述抗菌剂为N-(三氯甲硫基)邻苯二甲酰亚胺、抗坏血酸硬脂酸酯、丁基羟基茴香醚中的一种。
所述热稳定剂为环氧丙烷、异辛酸钙中的一种。
所述分散剂为硬脂酸、聚乙烯蜡、液体石蜡、聚乙二醇中的一种或几种。
所述交联剂为二乙氨基丙胺。
进一步的，所述抗老化的PP塑料，包括以下重量份原料：
聚丙烯80～100份，植物纤维9～13份，抗菌剂4～8份，热稳定剂1～4份，分散剂1～5份，交联剂5～7份、复合藻提取物2～6份。
聚丙烯塑料的使用寿命本质上取决于它们的抗氧化能力，因此，在制备聚丙烯塑料时常常需要添加氧化保护剂，但出于环保以及低污染的角度考虑，很多天然氧化保护剂成为了人们研究的重点。藻类是天然活性成分的重要来源。科学家对藻类天然化合物生物活性的研究由来已久。藻类的有效成分大致可以分为两类：一类主要是黏性多糖；另一类分子量较小，主要包括脂类、酚类、萜类、生物碱和类胡萝卜素等。几乎所有的植物，包括海藻等进行光合作用都是暴露在一个高光强和高氧浓度的环境中，不可避免地会受到强氧化胁迫，导致自由基的形成，但是它们在新陈代谢中却很少受到严重的氧化损伤。这个事实显示它们细胞内肯定有一些保护性抗氧化机制和天然抗氧化活性成分的存在。
进一步的，所述复合藻提取物由亨氏马尾藻提取物以及盐泽螺旋藻粉混合而成。
优选的，所述复合藻提取物由亨氏马尾藻提取物、盐泽螺旋藻粉按照质量比1:3～6混合而成。
所述亨氏马尾藻提取物采用如下方法制备得到：称取亨氏马尾藻干品粉末80～100g，按料液比1：5～8g/mL加入甲醇-氯仿有机相溶液，甲醇与氯仿的体积比为3：1，100℃热水恒温回流2～3次，每次50～60min，真空抽滤获得滤液，滤液经旋转蒸发浓缩使得浓缩液体积为滤液体积的1/8～1/5，再于﹣40～﹣30℃下冷冻干燥8～10h得到亨氏马尾藻提取物。
本发明人发现，将复合藻提取物添加到聚丙烯塑料中能起到有效的抗老化作用，且其对塑料的保护的效率在很大程度上是由所述复合藻提取物中的多酚类物质决定的。复合藻提取物的活性阻碍了塑料中参与氧化的自由基的衰变。尤其是在塑料受到光老化影响时，光照可促进复合藻提取物从初始结构转化为具有屏蔽保护功能的子结构，同时复合藻提取物的热稳定性相对于其他天然氧化剂效果较好，不易降解。但发明人在实验中发现复合藻提取物与聚丙烯塑料基体的生物相容性不足，因此还需对复合藻提取物进行进一步的处理。
更优选的，所述复合藻提取物由改性亨氏马尾藻提取物、盐泽螺旋藻粉按照质量比1:3～6混合而成。
最优选的，所述复合藻提取物由改性亨氏马尾藻提取物、盐泽螺旋藻粉按照质量比1:4混合而成。
进一步的，所述改性亨氏马尾藻提取物采用如下方法制备得到：称取亨氏马尾藻干品粉末80～100g，按料液比1：5～8g/mL加入甲醇-氯仿有机相溶液，甲醇与氯仿的体积比为3：1，100℃热水恒温回流2～3次，每次50～60min，真空抽滤获得滤液，滤液经旋转蒸发浓缩使得浓缩液体积为滤液体积的1/8～1/5，再于﹣40～﹣30℃下冷冻干燥8～10h得到亨氏马尾藻提取物，再取20～40g亨氏马尾藻提取物加80～100mL水混匀，然后用0.1～0.3mol/L的氢氧化钠水溶液调节体系pH值为7.5～8.5，再升温至40～50℃，再量取10～30mL 15～20wt％次氯酸钠水溶液于20～30min内滴加完毕，反应结束后加入3～5g亚硫酸氢钠；再滴加52～68wt％的双环[2.2.2]辛-7-烯-2,3,5,6-四羧酸二酐乙醇溶液，反应2～4h后加入0.1～0.2mol/L的盐酸调节pH至5.5～6.5，再经过水洗、抽滤和烘干得到改性亨氏马尾藻提取物。
亨氏马尾藻提取物经过改性引入了羧基和成功发生了酯化引入了酯羰基，使得亨氏马尾藻提取物内部的空间位阻发生改变，使得亨氏马尾藻提取物表面变得粗糙且孔洞数量明显增加。因此更利于亨氏马尾藻提取物与聚丙烯基体的相容，增强了二者的胶黏作用，增强了复合藻提取物对于聚丙烯塑料的保护，使得PP塑料具备更强的抗老化性能。同时还能增强PP塑料的韧性，除此以外，复合藻提取物中还含有抑菌活性物质，能增强聚丙烯塑料的抗菌性。
本发明还提供了上述抗老化的PP塑料的制备方法，包括如下步骤：
S1按照配方称取聚丙烯，植物纤维，抗菌剂，热稳定剂，分散剂，交联剂后加入混合机中混合搅拌均匀，搅拌速度为400～600r/min，混合温度为120～150℃，混合时间为20～30min，混合均匀后，得到混合物料；
S2将混合物料与复合藻提取物混合后加入双螺杆挤出造粒机，在150～160℃下塑化和切粒即得所述抗老化的PP塑料。
本发明在聚丙烯塑料制备的过程中加入了复合藻提取物，提高了塑料的抗热和抗辐射能力，光热下聚丙烯的裂解过程产生高浓度的氧化引发剂，而复合藻提取物能有效地延缓和减缓降解。本发明中的亨氏马尾藻提取物和盐泽螺旋藻粉能阻断自由基转化为过氧结构的反应。而将亨氏马尾藻提取物经过改性引入了羧基和成功发生了酯化引入了酯羰基，使得亨氏马尾藻提取物内部的空间位阻发生改变，使得亨氏马尾藻提取物表面变得粗糙且孔洞数量明显增加，因此更利于亨氏马尾藻提取物与聚丙烯基体的相容，增强了二者的胶黏作用。相比现有技术，本发明中添加的复合藻提取物能赋予聚丙烯塑料抗老化、抑菌以及增强韧性等性能，与此同时还对环境友好，进一步拓宽了PP塑料的应用。
具体实施方式
实施例中各原料介绍：
聚丙烯，PP RJ700，东莞市英翔塑胶原料有限公司；
黄麻纤维，长度70mm，东莞市顺成纺织有限公司；
盐泽螺旋藻粉，100目，上海光语生物科技有限公司；
亨氏马尾藻干品粉末，120～140目，济南特兴化工有限公司；
双环[2.2.2]辛-7-烯-2,3,5,6-四羧酸二酐，CAS：1719-83-1，上海吉至生化科技有限公司。
实施例1
一种抗老化的PP塑料的制备，包括如下步骤：
S1称取聚丙烯100kg，黄麻纤维12kg，L-抗坏血酸硬脂酸酯5kg，2-乙基己酸钙3kg，聚乙二醇-1000 4kg，二乙氨基丙胺6kg、复合藻提取物4kg后加入混合机中混合搅拌均匀，搅拌速度为500r/min，混合温度为140℃，混合时间为30min，混合均匀后，得到混合物料；
S2将混合物料与复合藻提取物混合后加入双螺杆挤出造粒机，在155℃下塑化和切粒即得所述抗老化的PP塑料。
所述复合藻提取物由改性亨氏马尾藻提取物、盐泽螺旋藻粉按照质量比1:4混合而成。
所述改性亨氏马尾藻提取物采用如下方法制备得到：称取亨氏马尾藻干品粉末100g，按料液比1：8g/mL加入甲醇-氯仿有机相溶液，甲醇与氯仿的体积比为3：1，100℃热水恒温回流3次，每次60min，真空抽滤获得滤液，滤液经旋转蒸发浓缩使得浓缩液体积为滤液体积的1/8，再于﹣40℃下冷冻干燥10h得到亨氏马尾藻提取物，再取30g亨氏马尾藻提取物加90mL水混匀，然后用0.2mol/L的氢氧化钠水溶液调节体系pH值为8.5，再升温至50℃，再量取20mL 15wt％次氯酸钠水溶液于30min内滴加完毕，反应结束后加入4g亚硫酸氢钠；再滴加61wt％的双环[2.2.2]辛-7-烯-2,3,5,6-四羧酸二酐乙醇溶液，反应4h后加入0.1mol/L的盐酸调节pH至6.5，再经过水洗、抽滤和烘干得到改性亨氏马尾藻提取物。
实施例2
一种抗老化的PP塑料的制备，包括如下步骤：
S1称取聚丙烯100kg，黄麻纤维12kg，L-抗坏血酸硬脂酸酯5kg，2-乙基己酸钙3kg，聚乙二醇-1000 4kg，二乙氨基丙胺6kg、复合藻提取物4kg后加入混合机中混合搅拌均匀，搅拌速度为500r/min，混合温度为140℃，混合时间为30min，混合均匀后，得到混合物料；
S2将混合物料与复合藻提取物混合后加入双螺杆挤出造粒机，在155℃下塑化和切粒即得所述抗老化的PP塑料。
所述复合藻提取物由亨氏马尾藻提取物、盐泽螺旋藻粉按照质量比1:4混合而成。
所述亨氏马尾藻提取物采用如下方法制备得到：称取亨氏马尾藻干品粉末100g，按料液比1：8g/mL加入甲醇-氯仿有机相溶液，甲醇与氯仿的体积比为3：1，100℃热水恒温回流3次，每次60min，真空抽滤获得滤液，滤液经旋转蒸发浓缩使得浓缩液体积为滤液体积的1/8，再于﹣40℃下冷冻干燥10h得到亨氏马尾藻提取物。
实施例3
一种抗老化的PP塑料的制备，包括如下步骤：
S1称取聚丙烯100kg，黄麻纤维12kg，L-抗坏血酸硬脂酸酯5kg，2-乙基己酸钙3kg，聚乙二醇-1000 4kg，二乙氨基丙胺6kg、亨氏马尾藻提取物4kg后加入混合机中混合搅拌均匀，搅拌速度为500r/min，混合温度为140℃，混合时间为30min，混合均匀后，得到混合物料；
S2将混合物料与亨氏马尾藻提取物混合后加入双螺杆挤出造粒机，在155℃下塑化和切粒即得所述抗老化的PP塑料。
所述亨氏马尾藻提取物采用如下方法制备得到：称取亨氏马尾藻干品粉末100g，按料液比1：8g/mL加入甲醇-氯仿有机相溶液，甲醇与氯仿的体积比为3：1，100℃热水恒温回流3次，每次60min，真空抽滤获得滤液，滤液经旋转蒸发浓缩使得浓缩液体积为滤液体积的1/8，再于﹣40℃下冷冻干燥10h得到亨氏马尾藻提取物。
实施例4
一种抗老化的PP塑料的制备，包括如下步骤：
S1称取聚丙烯100kg，黄麻纤维12kg，L-抗坏血酸硬脂酸酯5kg，2-乙基己酸钙3kg，聚乙二醇-1000 4kg，二乙氨基丙胺6kg、盐泽螺旋藻粉4kg后加入混合机中混合搅拌均匀，搅拌速度为500r/min，混合温度为140℃，混合时间为30min，混合均匀后，得到混合物料；
S2将混合物料与盐泽螺旋藻粉混合后加入双螺杆挤出造粒机，在155℃下塑化和切粒即得所述抗老化的PP塑料。
实施例5
一种抗老化的PP塑料的制备，包括如下步骤：
S1称取聚丙烯100kg，黄麻纤维12kg，L-抗坏血酸硬脂酸酯5kg，2-乙基己酸钙3kg，聚乙二醇-1000 4kg，二乙氨基丙胺6kg、改性亨氏马尾藻提取物4kg后加入混合机中混合搅拌均匀，搅拌速度为500r/min，混合温度为140℃，混合时间为30min，混合均匀后，得到混合物料；
S2将混合物料与改性亨氏马尾藻提取物混合后加入双螺杆挤出造粒机，在155℃下塑化和切粒即得所述抗老化的PP塑料。
所述改性亨氏马尾藻提取物采用如下方法制备得到：称取亨氏马尾藻干品粉末100g，按料液比1：8g/mL加入甲醇-氯仿有机相溶液，甲醇与氯仿的体积比为3：1，100℃热水恒温回流3次，每次60min，真空抽滤获得滤液，滤液经旋转蒸发浓缩使得浓缩液体积为滤液体积的1/8，再于﹣40℃下冷冻干燥10h得到亨氏马尾藻提取物，再取30g亨氏马尾藻提取物加90mL水混匀，然后用0.2mol/L的氢氧化钠水溶液调节体系pH值为8.5，再升温至50℃，再量取20mL 15wt％次氯酸钠水溶液于30min内滴加完毕，反应结束后加入4g亚硫酸氢钠；再滴加61wt％的双环[2.2.2]辛-7-烯-2,3,5,6-四羧酸二酐乙醇溶液，反应4h后加入0.1mol/L的盐酸调节pH至6.5，再经过水洗、抽滤和烘干得到改性亨氏马尾藻提取物。
对比例1
一种抗老化的PP塑料的制备，包括如下步骤：
S1称取聚丙烯100kg，黄麻纤维12kg，L-抗坏血酸硬脂酸酯5kg，2-乙基己酸钙3kg，聚乙二醇-1000 4kg，二乙氨基丙胺6kg后加入混合机中混合搅拌均匀，搅拌速度为500r/min，混合温度为140℃，混合时间为30min，混合均匀后，得到混合物料；
S2将混合物料加入双螺杆挤出造粒机，在155℃下塑化和切粒即得所述抗老化的PP塑料。
测试例1
对实施例1～5及对比例1制备的抗老化的PP塑料进行抗老化性能测试，测试标准为GB/T 1040.1-2018，检测上述PP塑料的拉伸强度1，然后将上述塑料置于500W的紫外灯下照射7天，然后按照相同的方法检测拉伸强度2，具体结果见表1。
表1 PP塑料抗老化性能测试结果表
Figure BDA0003719535650000091
由表1可知，实施例1的抗老化性能最好，将复合藻提取物添加到聚丙烯塑料中能起到有效的抗老化作用，且其对塑料的保护的效率在很大程度上是由所述复合藻提取物中的多酚类物质决定的。复合藻提取物的活性阻碍了塑料中参与氧化的自由基的衰变。尤其是在塑料受到光老化影响时，光照可促进复合藻提取物从初始结构转化为具有屏蔽保护功能的子结构，光照下聚丙烯的裂解过程产生高浓度的氧化引发剂，而复合藻提取物能有效地延缓和减缓降解，本发明中的亨氏马尾藻提取物和盐泽螺旋藻粉能阻断自由基转化为过氧结构的反应。同时复合藻提取物的稳定性相对于其他天然氧化剂效果较好，不易降解。
测试例2
对实施例1～5及对比例1制备的抗老化的PP塑料进行冲击强度测试，测试标准为GB/T1843-2008，具体测试结果见表2。
表2冲击强度测试结果表
冲击强度KJ/M<sup>2</sup>
实施例1 18.4
实施例2 16.2
实施例3 15.4
实施例4 12.7
实施例5 15.8
对比例1 11.1
由表2看出，复合藻提取物的添加增强了聚丙烯塑料的韧性，而实施例1中将亨氏马尾藻提取物经过改性引入了羧基和成功发生了酯化引入了酯羰基，使得亨氏马尾藻提取物内部的空间位阻发生改变，使得亨氏马尾藻提取物表面变得粗糙且孔洞数量明显增加，因此更利于亨氏马尾藻提取物与聚丙烯基体的相容，增强了二者的胶黏作用，有利于提高PP塑料的抗冲击性能。

Claims (10)

1.一种抗老化的PP塑料，其特征在于，包括以下重量份原料：聚丙烯80～100份，植物纤维9～13份，抗菌剂4～8份，热稳定剂1～4份，分散剂1～5份，交联剂5～7份、复合藻提取物2～6份。
2.如权利要求1所述的抗老化的PP塑料，其特征在于：所述复合藻提取物由改性亨氏马尾藻提取物、盐泽螺旋藻粉按照质量比1:3～6混合而成。
3.如权利要求2所述的抗老化的PP塑料，其特征在于，所述改性亨氏马尾藻提取物采用如下方法制备得到：称取亨氏马尾藻干品粉末80～100g，按料液比1：5～8g/mL加入甲醇-氯仿有机相混合溶液，100℃热水恒温回流2～3次，每次50～60min；真空抽滤获得滤液，滤液经旋转蒸发，再冷冻干燥得到亨氏马尾藻提取物，再取20～40g亨氏马尾藻提取物加80～100mL水混匀，然后用0.1～0.3mol/L的氢氧化钠水溶液调节体系pH值为7.5～8.5，再升温至40～50℃，再量取10～30mL 15～20wt％次氯酸钠水溶液于20～30min内滴加完毕，反应结束后加入3～5g亚硫酸氢钠；再滴加52～68wt％的双环[2.2.2]辛-7-烯-2,3,5,6-四羧酸二酐乙醇溶液，反应2～4h后加入0.1～0.2mol/L的盐酸调节pH至5.5～6.5，再经过水洗、抽滤和烘干得到改性亨氏马尾藻提取物。
4.如权利要求1所述的抗老化的PP塑料，其特征在于：所述植物纤维为黄麻纤维、玉米秸秆纤维中的一种。
5.如权利要求1所述的抗老化的PP塑料，其特征在于：所述抗菌剂为N-(三氯甲硫基)邻苯二甲酰亚胺、抗坏血酸硬脂酸酯、丁基羟基茴香醚中的一种。
6.如权利要求1所述的抗老化的PP塑料，其特征在于：所述热稳定剂为环氧丙烷、异辛酸钙中的一种。
7.如权利要求1所述的抗老化的PP塑料，其特征在于：所述分散剂为硬脂酸、聚乙烯蜡、液体石蜡、聚乙二醇中的一种或几种。
8.如权利要求1所述的抗老化的PP塑料，其特征在于：所述交联剂为二乙氨基丙胺。
9.如权利要求1～8任一项所述的抗老化的PP塑料的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：
S1按照配方称取聚丙烯，植物纤维，抗菌剂，热稳定剂，分散剂，交联剂后加入混合机中混合搅拌均匀，搅拌速度为400～600r/min，混合均匀后，得到混合物料；
S2将混合物料与复合藻提取物混合后加入双螺杆挤出造粒机，在150～160℃下塑化和切粒即得所述抗老化的PP塑料。
10.如权利要求9所述的抗老化的PP塑料的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中的混合搅拌的温度为120～150℃，混合搅拌的时间为20～30min。
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