用於高填充聚烯烴材料的新型相容劑母粒及其製備方法
2023-04-24 16:21:21 2
用於高填充聚烯烴材料的新型相容劑母粒及其製備方法
【專利摘要】本發明涉及用於高填充聚烯烴材料的新型相容劑母粒及其製備方法，將聚烯烴40-88％，功能性單體1-10％，加工助劑0.1-10％，抗氧劑0.1-5％按比例放入高混機中混合3-5分鐘，出料，餵入雙螺杆擠出機，引發劑0.1-5％採用側餵料方式從第一側餵料口餵入，潤滑劑10-30％從第二餵料口餵入，擠出後再造粒。與現有技術相比，本發明製備的相容劑母粒，兼具高接枝率、高潤滑性、降低加工溫度的特點，高接枝率可改善木粉等植物纖維浸潤效果，能顯著改善其在樹脂中的分散，從而提高木塑複合材料的綜合力學性能；同時高潤滑性可大幅度提高生產速度，提高生產的穩定性，改善產品表觀性能；配合加工溫度低的特點可降低木塑材料加工過程中的扭矩及塑化溫度。
【專利說明】用於高填充聚烯烴材料的新型相容劑母粒及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於高分子領域，涉及一種新型相容劑母粒，可用於高填充聚烯烴材料，特別是木塑複合材料。
【背景技術】
[0002]木塑複合材料(Wood-Plastics Composites)是指採用植物纖維和熱塑性樹脂,經混煉加工製成的新型綠色環保材料。木塑複合材料有利於保護森林資源和生態環境，充分利用廢舊塑料，變廢為寶，消除「白色汙染」，經濟效益和社會效益顯著。
[0003]但木塑複合材料中的植物纖維具有強極性，而聚烯烴幾乎沒有極性。如果不經過處理，兩相間粘結效果差，為了提高共混物中分散相和連續相的界面張力，許多人提出了利用物理或者化學的方法，對植物纖維的表面進行處理，改變纖維表面的狀態，以達到改善表面相容性的目的。由於植物纖維材料的界面特性十分複雜，同時組成植物纖維材料的纖維素、半纖維素、木素等成分中含有大量的極性羥基和酚羥基等官能團，其表面的化學極性很強，因而通過加入含有反應性官能團的相容劑，可有效降低其表面能，提高流動性，改善材料的界面粘合性。
[0004]目前，木塑複合材料中所使用的相容劑主要是各類聚烯烴接枝馬來酸酐的產品，比如PP-g-MAH，HDPE-g-MAH, LLDPE-g-MAH等。但是由於植物纖維中的半纖維素和木素有氧存在時200°C左右即發煙變色，所以木塑複合材料的加工溫度相對較低，一般在140~180°C，其中所使用的聚合物材料因此必須有較低的熔點。
[0005]雖然PE類接枝馬來酸酐的相容劑產品熔點較低，但是由於此類材料進行熔融接枝的過程中容易產生交聯副反應，因而流動性一般都較差，接枝率也不高，對木粉等植物纖維浸潤效果有限。雖然PP接枝馬來酸酐的相容劑產品的流動性較高，一般可達到100g/10min，但是由於PP的熔點較高(一般在170°C左右)，因而在木塑複合材料中的加工性能不好。
【發明內容】
[0006]本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種兼具高接枝率、高流動性、加工溫度低的用於高填充聚烯烴材料的新型相容劑母粒及其製備方法。
[0007]本發明的目的可以通過以下技術方案來實現:一種用於高填充聚烯烴材料的新型相容劑母粒，其特徵在於，包括以下重量百分比含量的組分:聚烯烴40-88%，功能性單體1-10 %，引發劑0.1-10 %，加工助劑0.1-5 %，抗氧劑0.1-5 %，潤滑劑10-30 %。
[0008]所述的相容劑優選以下重量百分比含量的組分:聚烯烴60-65%，功能性單體5-8 %，引發劑5-8 %，加工助劑2-3 %，抗氧劑2-3 %，潤滑劑18-22 %。
[0009]所述的聚烯烴為由40~90wt%的低結晶性的聚烯烴與10~60wt%的高結晶性的聚烯烴混合而成的復配體系，包括均聚聚丙烯、共聚聚丙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯中的兩種或兩種以上的混合物。[0010]所述的低結晶性的聚烯烴是指結晶度為60~80%的聚烯烴，所述的高結晶性的聚烯烴是指結晶度為20~40%的聚烯烴。
[0011]所述的功能性單體可以是馬來酸酐、甲基丙烯酸縮水甘油酯、丙烯酸中的一種或幾種的混合物。 [0012]所述的引發劑一種復配體系，由兩種在不同溫度下具有近似引發效率的引發劑按質量比1: 4~4: I組成，包括過氧化二異丙苯、過氧化二苯甲醯、2，5_ 二甲基-2，5-雙(叔丁過氧基)己烷、2，5-二甲基-2，5-雙(叔丁過氧基)己炔或雙叔丁過氧異丙基苯中兩種的復配物。
[0013]所述的加工助劑為鑭系稀土氧化物，可以是Ce02、Nd2O3中的一種；所述的潤滑劑是脂肪酸皂鹽類潤滑劑、矽酮類潤滑劑、低分子蠟中的一種或幾種；所述的抗氧劑為一種受阻酚類抗氧劑與亞磷酸酯類抗氧劑的復配體系。
[0014]所述的脂肪酸皂鹽類潤滑劑包括硬脂酸鈣、硬脂酸鋅、乙撐雙脂肪酸醯胺或改性乙撐雙脂肪酸醯胺；所述的抗氧劑為質量比為1:1的抗氧劑1010與抗氧劑168的混合物。
[0015]一種用於高填充聚烯烴材料的新型相容劑母粒的製備方法，其特徵在於，將聚烯烴40-88 %，功能性單體1-10 %，加工助劑0.1-5 %，抗氧劑0.1-5 %按比例放入高混機中混合3-5分鐘，出料，餵入雙螺杆擠出機，引發劑0.1-10%採用側餵料方式從第一側餵料口餵入，潤滑劑10-30 %從第二餵料口餵入，擠出後再造粒。
[0016]所述的雙螺杆擠出機的加工溫度在80_210°C，螺杆轉數在180-600轉/分。
[0017]將上述方法製得的相容劑母粒用於木塑複合材料中，可降低木塑材料加工過程中的扭矩及塑化溫度。具體應用方法為:在100-200°C下的雙輥煉塑機使樹脂熔融包輥，接著加入木粉(在電熱鼓風乾燥箱110°C下乾燥2h)、潤滑劑、抗氧劑及相容劑，混煉10-20min至均勻，然後拉片下輥。接著在(175±5) °C的平板硫化機(工作壓力約IOMPa)上熱壓5min。最後移至另一臺平板硫化機室溫保壓500s，之後開模取出樣品，製得木塑複合材料。
[0018]本發明製備的相容劑母粒，兼具高接枝率、高潤滑性、降低加工溫度的特點，高接枝率可改善木粉等植物纖維浸潤效果，能顯著改善其在樹脂中的分散，從而提高木塑複合材料的綜合力學性能；同時高潤滑性可大幅度提高生產速度，提高生產的穩定性，改善產品表觀性能；配合加工溫度低的特點可降低木塑材料加工過程中的扭矩及塑化溫度。
[0019]與現有技術相比，本發明採用上述配方及加工工藝製得一種用於高填充聚烯烴材料的新型相容劑母粒，與現有相容劑產品相比，具有以下突出特點及顯著優勢:
[0020]1、本發明通過改變聚烯烴鏈段的規整性，有效降低了相容劑產品的起始熔融溫度，從而可降低木塑複合材料的加工溫度，改善加工性能，降低塑化溫度，有效避免熱氧變色等副反應。
[0021]2、本發明通過復配的引發體系，有效提高了相容劑產品的接枝率，降低了單體殘留率，是一種低氣味、綠色環保產品。而高接枝率可更有效地對植物纖維表面進行浸潤，降低其表面能，提高流動性，改善材料的界面粘合性。與其他相容劑相比，在同等性能要求下，可降低其用量，從而降低配方成本，複合低碳環保的發展趨勢。
[0022]3、本發明製備的新型相容劑，具有高潤滑性，能有效提高植物纖維在熱塑性樹脂中的分散，對木塑複合材料的力學性能改善效果明顯可大幅度提高生產速度，提高生產的穩定性，改善產品表觀性能，可降低木塑材料加工過程中的扭矩，特別適用於高填充量的木塑複合材料。
【具體實施方式】
[0023]下面結合實施例，對本發明作進一步詳細說明:
[0024]實施例1:
[0025]1000g聚丙烯採用國產的共聚丙烯，17g引發劑採用2，5-二甲基-2，5-雙(叔丁過氧基)己烷，1.5g抗氧劑為CIBA公司的168和1010(1: I)，20g功能單體採用馬來酸酐。將上述組分按比例放入高混機中混合3-5分鐘，出料，然後用螺杆擠出機擠出造粒，各區加工溫度設定在80-210°C，螺杆轉數在450轉/分。
[0026]實施例2:
[0027]1000g聚乙烯採用韓國進口的高密度聚乙烯，17g引發劑採用2，5_ 二甲基_2，5-雙(叔丁過氧基)己燒，20g功能單體採用馬來酸酐，1.5g抗氧劑為CIBA公司的168和1010(1: I)，4g抗交聯劑採用硬脂酸醯胺。將上述組分按比例放入高混機中混合3-5分鐘，出料，然後用螺杆擠出機擠出造粒，加工溫度在80-200°C，螺杆轉數在450轉/分。
[0028]實施例3:
[0029]700g聚丙烯採用國產的無規共聚聚丙烯和常規共聚聚丙烯(70: 30)，15g功能單體採用馬來酸酐，1.5g抗氧劑為CIBA公司的168和1010(1: I) ; 13g引發劑採用2，5-二甲基-2，5-雙(叔丁過氧基)己烷和 雙叔丁過氧異丙 基苯得復配物(2: 3) ;300g潤滑劑(硬脂酸鈣:矽酮:低分子PE蠟=I: 2.5: 0.5)，^加工助劑(^02。將上述組分分別按比例放入高混機中混合3-5分鐘，出料，然後分別從主餵料口和第一、第二側餵料口加入擠出機，經螺杆擠出機擠出造粒，加工溫度在80-200°C，螺杆轉數在450轉/分。
[0030]實施例4:
[0031]將250g聚丙烯採用國產的共聚聚丙烯和250g韓國進口高密度聚乙烯，500g木粉(60目的楓樹木粉)，30g改性乙撐雙脂肪酸醯胺，3g抗氧劑為CIBA公司的168和1010(1: I)，80g相容劑採用實施例1-3製得的樣品1-3。將上述組分按比例在170°C下的雙輥煉塑機使樹脂熔融包輥，接著加入木粉(在電熱鼓風乾燥箱110°C下乾燥2h)、潤滑劑、抗氧劑及相容劑，混煉15min左右至均勻，然後拉片下輥。接著在(175±5)°C的平板硫化機(工作壓力約IOMPa)上熱壓5min。最後移至另一臺平板硫化機室溫保壓500s,之後開模取出樣品，製備樣品4-6#。
[0032]實施例5:
[0033]將250g聚丙烯採用國產的共聚聚丙烯和250g韓國進口高密度聚乙烯，500g木粉(60目的楓樹木粉)，30g改性乙撐雙脂肪酸醯胺，3g抗氧劑為CIBA公司的168和1010(1: I)，60g相容劑採用實施例3製得的樣品3。將上述組分按比例在160°C下的雙輥煉塑機使樹脂熔融包輥，接著加入木粉(在電熱鼓風乾燥箱110下乾燥2h)、潤滑劑、抗氧劑及相容劑，混煉15min左右至均勻，然後拉片下輥。接著在(175±5) °C的平板硫化機(工作壓力約IOMPa)上熱壓5min。最後移至另一臺平板硫化機室溫保壓500s，之後開模取出樣品，製備樣品7#。
[0034]根據實施例1-3製得的樣品1-3#，與市售科聚亞的polybond3000進行以下對比:[0035]表1.樣品
[0036]1-3#基本物性對比對比
[0037]
【權利要求】
1.一種用於高填充聚烯烴材料的新型相容劑母粒，其特徵在於，包括以下重量百分比含量的組分:聚烯烴40-88%，功能性單體1_10%，引發劑0.1-5%，加工助劑0.1-10%，抗氧劑0.1-5%，潤滑劑10-30% ο
2.根據權利要求1所述的一種用於高填充聚烯烴材料的新型相容劑母粒，其特徵在於，所述的相容劑優選以下重量百分比含量的組分:聚烯烴60-65%，功能性單體5-8%，引發劑5-8 %，加工助劑2-3 %，抗氧劑2-3 %，潤滑劑18-22 %。
3.根據權利要求1或2所述的一種用於高填充聚烯烴材料的新型相容劑母粒，其特徵在於，所述的聚烯烴為由40~90?〖％的低結晶性的聚烯烴與10~60?〖％的高結晶性的聚烯烴混合而成的復配體系，包括均聚聚丙烯、共聚聚丙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯中的兩種或兩種以上的混合物。
4.根據權利要求3所述的一種用於高填充聚烯烴材料的新型相容劑母粒，其特徵在於，所述的低結晶性的聚烯烴是指結晶度為60~80%的聚烯烴，所述的高結晶性的聚烯烴是指結晶度為20~40%的聚烯烴。
5.根據權利要求1或2所述的一種用於高填充聚烯烴材料的新型相容劑母粒，其特徵在於，所述的功能性單體可以是馬來酸酐、甲基丙烯酸縮水甘油酯、丙烯酸中的一種或幾種的混合物。
6.根據權利要求1或2所述的一種用於高填充聚烯烴材料的新型相容劑母粒，其特徵在於，所述的引發劑一種復配體系，由兩種在不同溫度下具有近似引發效率的引發劑按質量比1: 4~4:1組成，包括過氧化二異丙苯、過氧化二苯甲醯、2，5-二甲基-2，5-雙(叔丁過氧基)己烷、2，5_ 二甲基-2，5-雙(叔丁過氧基)己炔或雙叔丁過氧異丙基苯中兩種的復配物。
7.根據權利要求1或2所述的一種用於高填充聚烯烴材料的新型相容劑母粒，其特徵在於，所述的加工助劑為鑭系稀·土氧化物，包括Ce02、Nd203中的一種。;所述的潤滑劑是脂肪酸皂鹽類潤滑劑、矽酮類潤滑劑、低分子蠟中的一種或幾種；所述的抗氧劑為一種受阻酚類抗氧劑與亞磷酸酯類抗氧劑的復配體系。
8.根據權利要求7所述的一種用於高填充聚烯烴材料的新型相容劑母粒，其特徵在於，所述的脂肪酸皂鹽類潤滑劑包括硬脂酸鈣、硬脂酸鋅、乙撐雙脂肪酸醯胺或改性乙撐雙脂肪酸醯胺；所述的抗氧劑為質量比為1:1的抗氧劑1010與抗氧劑168的混合物。
9.一種如權利要求1所述的用於高填充聚烯烴材料的新型相容劑母粒的製備方法，其特徵在於，將聚烯烴40-88 %，功能性單體1-10 %，加工助劑0.1-10 %，抗氧劑0.1-5 %按比例放入高混機中混合3-5分鐘，出料，餵入雙螺杆擠出機，引發劑0.1-5%採用側餵料方式從第一側餵料口餵入，潤滑劑10-30 %從第二餵料口餵入，擠出後再造粒。
10.根據權利要求9所述的一種用於高填充聚烯烴材料的新型相容劑母粒，其特徵在於，所述的雙螺杆擠出機的加工溫度在80-210°C，螺杆轉數在180-600轉/分。
【文檔編號】B29C47/92GK103540074SQ201210244206
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年7月13日 優先權日:2012年7月13日
【發明者】段浩, 郭建鵬, 齊陽城, 湯俊傑, 蘇吉英 申請人:上海日之升新技術發展有限公司