一種PP‑PA高分子合金材料及其製造方法與流程

2023-09-18 01:37:45

本發明屬於化學材料領域，具體涉及一種PP-PA高分子合金材料及其製造方法。

背景技術：

聚丙烯是由丙烯聚合而製得的一種熱塑性樹脂。有等規物、無規物和間規物三種構型，工業產品以等規物為主要成分。聚丙烯無毒、無味，密度小(0.90g/cm3,是最輕的通用塑料，耐腐蝕，強度高(30MPa)，剛度、硬度、耐熱性均優於低壓聚乙烯,有較高的抗彎曲疲勞強度，可在100度左右使用.具有良好的電性能和高頻絕緣性不受溼度影響, 常見的酸、鹼有機溶劑對它幾乎不起作用，可用於食具。

聚醯胺(PA，俗稱尼龍)是美國DuPont公司最先開發用於纖維的樹脂，於1939年實現工業化。最初用作製造合成纖維的原料，後來由於PA具有無毒、質輕、優良的機械強度、高強韌度、耐磨、自潤滑、使用溫度範圍寬(高溫強度好、低溫韌度好)、耐油和耐腐蝕等優良綜合性能，為了取代金屬滿足下遊工業製品輕量化、降低成本的要求，成為開發最早的工程塑料品種。並獲得廣泛的應用，其產量約佔工程塑料總產量的三分之。

聚醯胺主鏈上含有許多重複的醯胺基，用作塑料時稱尼龍，用作合成纖維時我們稱為錦綸，聚醯胺可由二元胺和二元酸製取，也可以用ω-胺基酸或環內醯胺來合成。根據二元胺和二元酸或胺基酸中含有碳原子數的不同，可製得多種不同的聚醯胺，聚醯胺品種多達幾十種，其中以聚醯胺-6、聚醯胺-66和聚醯胺-610的應用最廣泛。該類樹脂具有堅韌性、柔軟性、自潤滑、結合力強，使用溫度範圍寬(高溫強度好、低溫韌度好)、耐磨,耐油,耐水,抗酶菌，和耐腐蝕等優良綜合性能。

由於聚醯胺具有無毒、質輕、衝擊強度高，優良的耐磨性及較好的耐腐蝕性（其中尤以尼龍66彈性好，衝擊強度高，耐磨性好），得以在現代工業裡被廣泛應用，主要用於代替銅等金屬在機械、化工、儀表、汽車等工業中製造軸承、齒輪、泵葉及其他零件。

現有技術中，能夠用於注射成型的聚醯胺或聚丙烯高分子材料由於改性差、聚合物分子取向度高，形成的材料機械強度不足，力學性能差使得現有的注射成型高分子材料易開裂變形。

技術實現要素：

為克服現有注射成型高分子材料所存在的技術缺陷，本發明公開了一種PP-PA高分子合金材料及其製造方法。

本發明所述一種PP-PA高分子合金材料製造方法，包括如下步驟 ：

步驟1.將聚丙烯70-80份、聚醯胺8-15份、碳酸鈣微粒5-10份及鋁

酸酯偶聯劑0.5-1.5份，預混3-5分鐘，預混溫度為65-80℃；

步驟2.將相容劑3-8份加入步驟1得到的混合物中，繼續混合；以上份數均為重量份；

步驟3.混合均勻後熔融加熱形成合金材料。

優選的，所述步驟2中還加入以下成分中的一種或多種:抗氧化劑0.3-0.5份，紫外線屏蔽劑0.4-0.6份，成核劑0.05-0.2份，穩定劑0.1-0.5份，步驟2的溫度為105-115℃。

進一步的，所述抗氧化劑為GK-1010和GK-106的混合物，所述紫外線屏蔽劑為UV326，所述穩定劑為ZnSt,所述成核劑為聚丙烯成核劑。

優選的，所述粉末狀碳酸鈣大於3000目。

優選的，所述相容劑為SEBS-g-MA。

優選的，所述步驟1之前包括對聚醯胺和碳酸鈣微粒的預加熱，加熱溫度75-90℃，時間1-2小時。

優選的，所述步驟3中還包括熔融後的擠出定型，定型時使用雙螺杆造粒機，溫度控制從機頭起依次為：255℃、245℃、220℃、215℃、200℃、200℃、190℃、170℃、165℃共九區，在四至五區之間抽取真空、主機轉速控制在200-230轉/min之間，加料速度控制在10-30轉/min之間。

本發明還公開了一種PP-PA高分子合金材料，其組分重量份數比為：聚

丙烯70-80份、聚醯胺8-15份、粉末狀碳酸鈣5-10份、鋁酸酯偶聯劑0.5-1.5份、相容劑3-8份。

優選的，還包括以下成分中的一種或多種:抗氧化劑0.3-0.5份，紫外線屏蔽劑0.4-0.6份，成核劑0.05-0.2份，穩定劑0.1-0.5份。

優選的，所述粉末狀碳酸鈣大於3000目

採用本發明所述的PP-PA高分子合金材料及其製造方法，具備如下優越性：

一.通過偶聯劑對輕質碳酸鈣微粒進行表面活化處理，添加相容劑使各組分材料在相容劑和偶聯劑的作用下有機的鍵合在一起，解決了不同材料的相容性問題，達到材料改性目的，提高了材料機械性能。

二．加入碳酸鈣微粒嵌入聚合物分子之間，使得分子取向隨機化，有效降低了原有高分子材料的分子取向度，提高了材料的韌性和各向同性。

三.本發明得到的高分子合金材料無毒無害、耐磨耐腐蝕、抗老化、耐候性好，成型收縮率小；綜合力學性能優異。

四.本發明所需原料為普通常用高分子材料，生產所需設備均為常規化工設備，生產成本低，適合大規模量產製造。

附圖說明

圖1為本發明所述PP-PA高分子合金材料製造方法的一種具體實施方式流程示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發明的發明原理及具體實施方式作進一步的詳細說明。

本發明所述一種PP-PA高分子合金材料製造方法，包括如下步驟 ：

步驟1.將聚丙烯70-80份、聚醯胺8-15份、碳酸鈣微粒5-10份及鋁

酸酯偶聯劑0.5-1.5份，預混3-5分鐘，預混溫度為65-80℃；

步驟2.將相容劑3-8份加入步驟1得到的混合物中，繼續混合；以上份數均為重量份。

聚丙烯無毒無味，密度小，耐腐蝕，強度高(30MPa)，特別是抗彎曲疲勞強度優異，化學性質穩定，綜合力學性能較好，價廉易購；聚醯胺無毒、質輕、衝擊強度高，具有優良的耐磨性及較好的耐腐蝕性，其中尤以尼龍66彈性好，衝擊強度高，耐磨性好

聚丙烯和聚醯胺作為兩種基幹聚合物材料，為合金材料的主體成分，但這兩種成分要形成一種機械性能強的合金材料，需要對二者進行改性，並降低二者分子結合的取向一致性。

本發明中，以碳酸鈣微粒作為聚合物分子的連接橋梁，當碳酸鈣細粒在材料的組分組成結構中並不是融入，而是以嵌入的形式存在於合金材料的分子界面，相當於是有機材料分子與無機材料微粒表面的粘接；此種合金分子組分結構使得碳酸鈣超細微粒在受到外力作用時，碳酸鈣微粒表面曲面與大量的PP及PA合金材料分子接觸粘接，使用碳酸鈣後，碳酸鈣與PP和PA形成的分子團對於外力的傳遞已不再是直線的，而是以隨機方向向各個方向傳遞外力，在宏觀上取得機械性能的各向同性。碳酸鈣分子不僅能夠降低材料成本和使材料補強，還能有效的減小材料的成型收縮率，降低取向一致性。

在碳酸鈣分子作為聚合物分子連接中介時，碳酸鈣顆粒希望儘可能小粒徑從而與聚合物分子更好的連接，碳酸鈣顆粒應在3000目以上。

官能團是決定有機化合物的化學性質的原子或原子團。常見官能團烯烴、醇、酚、醚、醛、酮等。有機化學反應主要發生在官能團上，官能團對有機物的性質起決定作用。

本發明所用的聚丙烯、聚醯胺、碳酸鈣三種主要成分材料，前兩種為有機高分子材料，後一種為無機材料；它們的物化性能各不相同，共混相容效果較差；因此本發明採取選擇能與各組分材料分子結構相近、相似的相容劑和偶聯劑並用，猶如在整個共混物組分中人為植入了一個能與各組分共同反應的共用官能團，改善和提高共混體系的相容性，滿足發明改性的目的。

相容劑又稱增容劑，是指藉助於分子間的鍵合力，促使不相容的兩種聚合物結合在一體，進而得到穩定的共混物的助劑。

本發明中添加鋁酸酯偶聯劑的主要目的是對無機材料輕質碳酸鈣微粒進行表面活化處理，添加相容劑是為了在聚丙烯（PP）樹脂與聚醯胺（PA）樹脂之間鍵入馬來酸酐丙烯接枝基團，使各組分材料在相容劑和偶聯劑的作用下有機的鍵合在一起，解決了不同材料的相容性問題，達到改性的目的。本發明中優選所添加的偶聯劑是鋁酸酯偶聯劑，所添加的相容劑是SEBS-g-MA，選擇該相容劑的原因為相容劑與PP和PA在溶度參數、分子極性、分子結構、結晶能力、表面張力、黏度等都相接近，尤其是極性較強，相容效果好。

所述步驟2中還可以加入以下成分中的一種或多種:抗氧化劑0.3-0.5份，紫外線屏蔽劑0.4-0.6份，成核劑0.05-0.2份，穩定劑0.1-0.5份，步驟2的溫度為105-115℃。穩定劑、抗氧劑、成核劑、紫外線屏蔽劑加入聚丙烯（PP）、聚醯胺（PA）、輕質碳酸鈣三種材料的共混體系中，其目的是在製造合金材料的生產過程中不損失聚丙烯（PP）、聚醯胺（PA）的其它物理特性，尤其是熱穩定性能，從而使合金材料的結晶速度提高，同時在材料成形時表面狀態優良，以及增加該合金材料戶外使用的抗光氧化能力，延長產品使用壽命。

為了達到以上目的，在本發明中使用了穩定劑、抗氧化劑、成核劑、紫外線屏蔽劑，其中所述抗氧化劑為GK-1010和GK-106的混合物，所述紫外線屏蔽劑為UV326，所述穩定劑為ZnSt，所述成核劑為聚丙烯成核劑。

本發明中，所述步驟1之前還可以包括對聚醯胺樹脂和輕質碳酸鈣的預加熱，加熱溫度75-90℃，時間1-2小時。以除去聚醯胺樹脂和碳酸鈣中的低聚物及水份。

步驟1、2之後將混合物混合均勻後熔融加熱形成合金材料。但所得到的合金並不利於後續的運輸、包裝和計量等。因此還可以利用雙螺杆造粒機進行熔融擠出定型，溫度控制從機頭起依次為：255℃、245℃、220℃、215℃、200℃、200℃、190℃、170℃、165℃共九區，在四至五區之間抽取真空、主機轉速控制在200-230轉/min之間，加料速度控制在10-30轉/min之間。

雙螺杆造粒機各溫區具有基本等長的物理長度。加溫曲線基本呈正態分布曲線，同時在第四區和第五區之間抽真空，以進一步除去汽化了的低聚物、環狀化合物、和揮發性其他雜質;所有熔體管道都必須保溫，整體各個區段的溫度均保持在聚丙烯樹脂與聚醯胺樹脂熔點之上15-30℃的範圍內。

以下給出本發明的若干具體實施例：

具體實施例1

將聚丙烯70份、聚醯胺15份、3000目粉末狀碳酸鈣10份及鋁

酸酯偶聯劑0.5份，預混5分鐘，預混溫度為65℃；

將相容劑SEBS-g-MA 5份，抗氧化劑GK-1010和GK-106各0.2份，紫外線屏蔽劑UV326 0.4份，穩定劑為ZnSt 0.1份加入步驟1得到的混合物中，繼續混合；以上份數均為重量份，混合後熔融加熱。

具體實施例2

將聚醯胺8份、3000目粉末狀碳酸鈣5份在90攝氏度下預熱1小時，

隨後加入聚丙烯80份、鋁酸酯偶聯劑1份預混5分鐘，預混溫度為80℃；

將相容劑SEBS-g-MA 8份，抗氧化劑GK-1010和GK-106各0.15份，紫外線屏蔽劑UV326 0.6份，穩定劑為ZnSt 0.5份，成核劑0.2份加入步驟1得到的混合物中，繼續混合；以上份數均為重量份，混合後熔融加熱。

具體實施例3

將聚醯胺6份、3000目粉末狀碳酸鈣8份在80攝氏度下預熱2小時，

隨後加入聚丙烯75份、鋁酸酯偶聯劑1.5份預混3分鐘，預混溫度為70℃；

將相容劑SEBS-g-MA 8份，抗氧化劑GK-1010和GK-106各0.15份，紫外線屏蔽劑UV326 0.6份，穩定劑為ZnSt 0.5份，成核劑0.2份加入步驟1得到的混合物中，繼續混合；以上份數均為重量份，混合後熔融加熱。

利用雙螺杆造粒機進行熔融擠出定型，溫度控制從機頭起依次為：255℃、245℃、220℃、215℃、200℃、200℃、190℃、170℃、165℃共九區，在四至五區之間抽取真空、主機轉速控制在200-230轉/min之間，加料速度控制在20-25轉/min之間。

具體實施例4

將聚醯胺6份、3000目粉末狀碳酸鈣10份在80攝氏度下預熱1.5小時，

隨後加入聚丙烯75份、鋁酸酯偶聯劑1.5份預混3分鐘，預混溫度為70℃；

將相容劑SEBS-g-MA 8份，抗氧化劑GK-1010和GK-106各0.15份，紫外線屏蔽劑UV326 0.6份，穩定劑為ZnSt 0.2份，聚丙烯成核劑0.05份加入步驟1得到的混合物中，繼續混合；以上份數均為重量份，混合後熔融加熱。

利用雙螺杆造粒機進行熔融擠出定型，溫度控制從機頭起依次為：255℃、245℃、220℃、215℃、200℃、200℃、190℃、170℃、165℃共九區，在四至五區之間抽取真空、主機轉速控制在220-230轉/min之間，加料速度控制在25-30轉/min之間。

採用本發明所述的PP-PA高分子合金材料及其製造方法，具備如下優越性：

一.通過偶聯劑對輕質碳酸鈣微粒進行表面活化處理，添加相容劑使各組分材料在相容劑和偶聯劑的作用下有機的鍵合在一起，解決了不同材料的相容性問題，達到材料改性目的，提高了材料機械性能。

二．加入碳酸鈣微粒嵌入聚合物分子之間，使得分子取向隨機化，有效降低了原有高分子材料的分子取向度，提高了材料的韌性和各向同性。

三.本發明得到的高分子合金材料無毒無害、耐磨耐腐蝕、抗老化、耐候性好，成型收縮率小；綜合力學性能優異。

四.本發明所需原料為普通常用高分子材料，生產所需設備均為常規化工設備，生產成本低，適合大規模量產製造。

前文所述的為本發明的各個優選實施例，各個優選實施例中的優選實施方式如果不是明顯自相矛盾或以某一優選實施方式為前提，各個優選實施方式都可以任意疊加組合使用，所述實施例以及實施例中的具體參數僅是為了清楚表述發明人的發明驗證過程，並非用以限制本發明的專利保護範圍，本發明的專利保護範圍仍然以其權利要求書為準，凡是運用本發明的說明書及附圖內容所作的等同結構變化，同理均應包含在本發明的保護範圍內。