一種抗老化聚丙烯薄膜的製備方法與流程
2023-10-26 06:47:12 6
本發明涉及一種抗老化聚丙烯薄膜的製備方法，屬於功能薄膜製備技術領域。
背景技術：
聚丙烯是一種聚烯烴類的高分子材料，由於其原料來源方便，價格比較便宜，性能優良，所以具有廣泛的應用，可用來製作纖維、薄膜、管材等。聚丙烯薄膜具有物理穩定性、機械強度、氣密性較好，透明度和光澤度較高，堅韌耐磨等特點，是常用的薄膜品種之一，廣泛應用於包裝、印刷、農業等領域。但聚丙烯薄膜在戶外使用過程中，時常受到熱、水、輻射或應力、試劑等作用，會逐漸老化，導致聚丙烯薄膜發生力學性能降低、變色、透明度下降等不良變化，因此研究聚丙烯薄膜的抗老化問題具有非常重要的意義。
多年來科技工作者針對聚丙烯薄膜存在的缺陷，進行了大量的研究，以期製得具有強度高抗老化聚丙烯薄膜，現有聚丙烯薄膜的抗老化技術主要有兩種方法：一是通過表面塗覆的方法用抗老化劑對聚丙烯薄膜進行改性，該方法的抗老化效果持久性不好，改性劑易脫落等缺點；二是通過將改性劑添加到聚丙烯塑料粒子中，製成薄膜，但該方法一般存在混合不勻或制膜困難，製品力學性能不佳等。
白炭黑可以強烈地反射紫外線，添加到聚丙烯樹脂中可大大減少紫外線的降解作用，從而達到延緩材料老化的目的，由於白炭黑的高流動性和小尺寸效應，使材料表面更加緻密細潔，加之納米顆粒的高強度，使膜的強度大大增強。
凹凸棒晶的基本結構單元為棒狀、針狀、纖維狀單晶體，又稱凹凸棒土，凹凸棒土中棒晶的含量一般＜50％，凹凸棒晶長約0.5-5μm，寬約0.01-0.10μm，表面布滿凹凸相間的溝槽，莫氏硬度2-3級，加熱到700-800℃，硬度＞5級，比重為2.05-2.32，添加在塑料中既作為著色劑，又具有補強、阻燃、防老化。
碳酸鈣晶須用於改性塑料、橡膠、纖維等熱塑性材料表現出顯著的增強、增韌作用，還可以改善產品的彎曲強度、尺寸穩定性、熱穩定性、抗老化性能；還可提升加工性能及製品的表面光潔度。
硼酸鋁晶須是一種針狀單晶纖維，屬於正交繫結構的晶體，直徑0.5-1μm，長度10-30μm，這種晶須具有高的彈性模量、良好的機械強度、耐熱性、耐化學性、耐酸性、電絕緣性等特點，可用作熱塑性樹脂、熱固性樹脂的補強劑。硼酸鋁的價格較低，僅為碳化矽晶須的1/10-1/30，是一種有很大市場潛力的新型晶須材料。
蒙脫土是一類由納米厚度的表面帶負電的矽酸鹽片層，依靠層間的靜電作用而堆積在一起構成的土狀礦物，其晶體結構中的晶胞是由兩層矽氧四面體中間夾一層鋁氧八面體構成。蒙脫土具有很強的吸附能力，良好的分散性能，可以廣泛應用於高分子材料行業作為納米聚合物高分子材料的添加劑，提高抗衝擊、抗疲勞、尺寸穩定性及氣體阻隔性能等，從而起到增強聚合物綜合物理性能的作用，同時改善物料加工性能。
金紅石型鈦白粉在橡膠、塑料中既作為著色劑，又具有補強、防老化、填充作用。在塑料中加入少量金紅石型鈦白粉，在日光照射下，耐日曬，不開裂、不變色。可以提高塑料製品的耐熱性、耐光性、耐候性，使塑料製品的物理化學性能得到改善，增強制品的機械強度，延長使用壽命。
矽灰石針狀纖維是一種三斜晶系，細板狀晶體，集合體呈放射針狀或纖維狀，是塑料、橡膠製品較好的抗老化填充材料，可以提高塑料、橡膠製品的抗老化、增強流動性以及改善抗拉強度、衝擊強度、線性拉伸、無毒、耐化學腐蝕、熱穩定性及尺寸穩定良好，力學性能及電性能優良。
紫外線吸收劑UVP-327，能強烈吸收波長為270-380納米的紫外線，化學穩定性好，揮發性極小，特別適用於聚丙烯，與抗氧化劑並用為顯著的協同效應，顯著改善製品的熱氧穩定性。抗氧劑1010對聚丙烯有卓越的抗氧化性能，可有效地延長製品的使用期限。光穩定劑HPT，該品可用為聚丙烯光穩定劑，可賦予製品優良的戶外防老化性能。
技術實現要素：
本發明目的在於克服現有技術存在的不足，通過汽蒸反應、真空微波輻射、超聲波分散等複合處理，製得一種抗老化無機納米組份，該抗老化無機納米組份在聚丙烯材料中具有良好的相容性、分散度較好，得到具有較好力學性能，使用壽命長，能夠節約使用成本，減少環境汙染的一種抗老化聚丙烯薄膜的製備方法。
本發明所述的一種抗老化聚丙烯薄膜的製備方法，採用如下步驟：
A)按質量份數，將0.5-1份白炭黑，0.2-0.4份表徵參數長為0.5-5μm、寬為0.01-0.10μm凹凸棒晶，0.2-0.4份表徵參數直徑為0.5-3μm，長度為5-20μm有機碳酸鈣晶須，0.2-0.4份表徵參數直徑為0.5-1μm、長度為5-20μm的硼酸鋁晶須，0.2-0.4份納米蒙脫土，0.5-1份月桂胺聚氧乙烯醚，4-6份質量分數為30-40％的碳酸氫納水溶液混合，在180-200℃過熱蒸汽反應釜內攪拌汽蒸反應0.8-1h，在200-220℃條件下真空微波輻射2-3h，然後浸於90-100份質量分數為30％的氨基磺酸溶液中真空吸溼處理，吸透後加熱至85-95℃超聲波分散1-2h，再攪拌分散0.8-1h，取懸浮物；
B)按質量份數將由步驟A)獲得的2-4份懸浮物用8-10份含質量分數4-5％三聚磷酸鈉分散液的去離子水在85-95℃下超聲波處理1-2h，取上層懸浮物經100-120目過濾，蒸餾水洗滌乾淨，真空烘乾，得到一種抗老化無機納米組份；
C)按質量份數取步驟B)得到的3-5份抗老化無機納米組份，0.1-0.2份UVP-327紫外線吸收劑，0.1-0.2份HPT光穩定劑，0.2-0.4份金紅石型鈦白粉，0.2-0.4份納米二氧化矽，0.2-0.4份表徵參數長徑比為14-16:1的矽灰石針狀纖維，0.1-0.2份抗氧劑，0.8-1份PP-g-MAH，2-3份質量分數為10-20％的KH-550矽烷偶聯劑，80-90℃條件下在混合機中以400-500轉/min的速度攪拌反應0.8-1h，在60-80℃條件下真空烘乾，再加入300-400份等規聚丙烯塑料粉，以250-300轉/min的速度攪拌1-1.5h，在同向雙螺杆熔融混練擠出得到一種抗老化聚丙烯塑料粒子；
D)將由步驟C)得到的抗老化聚丙烯塑料粒子通過擠出流延工藝製成一種抗老化聚丙烯薄膜；
或E)將由步驟C)得到的抗老化聚丙烯塑料粒子通過擠出吹塑工藝製成一種抗老化聚丙烯薄膜；
或F)將由步驟C)得到的抗老化聚丙烯塑料粒子通過擠出拉伸、單向或雙向工藝製成一種抗老化聚丙烯薄膜；
或G)將由步驟C)得到的抗老化聚丙烯塑料粒子通過擠出機加熱熔融後從機頭細縫擠出一定厚度熔融膜作為皮層，與作為芯層的常規聚丙烯薄膜經壓力滾筒和冷卻滾筒複合製成一種抗老化聚丙烯薄膜。
本發明所述的一種抗老化聚丙烯薄膜的製備方法，採用如下步驟：
A)按質量份數，將0.7份白炭黑，0.3份表徵參數長為2.75μm、寬為0.05μm凹凸棒晶，0.3份表徵參數直徑為1.75μm，長度為12.5μm有機碳酸鈣晶須，0.3份表徵參數直徑為0.75μm、長度為12.5μm的硼酸鋁晶須，0.3份納米蒙脫土，0.7份月桂胺聚氧乙烯醚，5份質量分數為35％的碳酸氫納水溶液混合，在190℃過熱蒸汽反應釜內攪拌汽蒸反應0.9h，在210℃條件下真空微波輻射2.5h，然後浸於95份質量分數為30％的氨基磺酸溶液中真空吸溼處理，吸透後加熱至90℃超聲波分散1.5h，再攪拌分散0.9h，取懸浮物；
B)按質量份數，將由步驟A)製備的3份懸浮物用9份含質量分數4.5％三聚磷酸鈉分散液的去離子水在90℃下超聲波處理1.5h，取上層懸浮物經110目過濾，蒸餾水洗滌乾淨，真空烘乾，得到一種抗老化無機納米組份；
C)按質量份數，取步驟B)製備的4份抗老化無機納米組份，0.15份UVP-327紫外線吸收劑，0.15份HPT光穩定劑，0.3份金紅石型鈦白粉，0.3份納米二氧化矽，0.3份表徵參數長徑比為15:1的矽灰石針狀纖維，0.15份抗氧劑，0.9份PP-g-MAH，2.5份質量分數為15％的KH-550矽烷偶聯劑，85℃條件下在混合機中以450轉/min的速度攪拌反應0.9h，在70℃條件下真空烘乾，再加入350份等規聚丙烯塑料粉，以270轉/min的速度攪拌1.2h，在同向雙螺杆熔融混練擠出得到一種抗老化聚丙烯塑料粒子；
D)將由步驟C)製備的抗老化聚丙烯塑料粒子通過擠出機加熱熔融後從機頭細縫擠出一定厚度熔融膜作為皮層，與作為芯層的常規聚丙烯薄膜經壓力滾筒和冷卻滾筒複合製成一種抗老化聚丙烯薄膜。
與現有技術相比，本發明的有益效果主要體現在：本發明將白炭黑、無機晶須等材料通過汽蒸反應、真空微波輻射、超聲波分散等複合處理後，製得一種抗老化無機納米組份，再與紫外線吸收劑、光穩定劑和抗氧劑、PP-g-MAH、偶聯劑等改性劑混合後加入到等規聚丙烯粉體中，然後再進一步加工製成一種抗老化聚丙烯薄膜，使得抗老化無機納米材料在聚丙烯薄膜中具有良好的相容性、分散度較好，其抗老化效果優良；凹凸棒晶、碳酸鈣晶須、硼酸鋁晶須等材料在聚丙烯薄膜中以微原纖狀態存在，能增強聚丙烯薄膜的力學性能。
具體實施方式
下面將結合具體實施例對本發明作詳細的介紹：本發明所述的一種抗老化聚丙烯薄膜的製備方法，採用如下步驟：
A)按質量份數，將0.5-1份白炭黑，0.2-0.4份表徵參數長為0.5-5μm、寬為0.01-0.10μm凹凸棒晶，0.2-0.4份表徵參數直徑為0.5-3μm，長度為5-20μm有機碳酸鈣晶須，0.2-0.4份表徵參數直徑為0.5-1μm、長度為5-20μm的硼酸鋁晶須，0.2-0.4份納米蒙脫土，0.5-1份月桂胺聚氧乙烯醚，4-6份質量分數為30-40％的碳酸氫納水溶液混合，在180-200℃過熱蒸汽反應釜內攪拌汽蒸反應0.8-1h，在200-220℃條件下真空微波輻射2-3h，然後浸於90-100份質量分數為30％的氨基磺酸溶液中真空吸溼處理，吸透後加熱至85-95℃超聲波分散1-2h，再攪拌分散0.8-1h，取懸浮物；
B)按質量份數將由步驟A)獲得的2-4份懸浮物用8-10份含質量分數4-5％三聚磷酸鈉分散液的去離子水在85-95℃下超聲波處理1-2h，取上層懸浮物經100-120目過濾，蒸餾水洗滌乾淨，真空烘乾，得到一種抗老化無機納米組份；
C)按質量份數取步驟B)得到的3-5份抗老化無機納米組份，0.1-0.2份UVP-327紫外線吸收劑，0.1-0.2份HPT光穩定劑，0.2-0.4份金紅石型鈦白粉，0.2-0.4份納米二氧化矽，0.2-0.4份表徵參數長徑比為14-16:1的矽灰石針狀纖維，0.1-0.2份抗氧劑，0.8-1份PP-g-MAH，2-3份質量分數為10-20％的KH-550矽烷偶聯劑，80-90℃條件下在混合機中以400-500轉/min的速度攪拌反應0.8-1h，在60-80℃條件下真空烘乾，再加入300-400份等規聚丙烯塑料粉，以250-300轉/min的速度攪拌1-1.5h，在同向雙螺杆熔融混練擠出得到一種抗老化聚丙烯塑料粒子；
D)將由步驟C)得到的抗老化聚丙烯塑料粒子通過擠出流延工藝製成一種抗老化聚丙烯薄膜；
或E)將由步驟C)得到的抗老化聚丙烯塑料粒子通過擠出吹塑工藝製成一種抗老化聚丙烯薄膜；
或F)將由步驟C)得到的抗老化聚丙烯塑料粒子通過擠出拉伸、單向或雙向工藝製成一種抗老化聚丙烯薄膜；
或G)將由步驟C)得到的抗老化聚丙烯塑料粒子通過擠出機加熱熔融後從機頭細縫擠出一定厚度熔融膜作為皮層，與作為芯層的常規聚丙烯薄膜經壓力滾筒和冷卻滾筒複合製成一種抗老化聚丙烯薄膜。
實施例1：一種抗老化聚丙烯薄膜的製備方法，採用如下步驟：
A)按質量份數，將0.5份白炭黑，0.2份表徵參數長為0.5μm、寬為0.01μm凹凸棒晶，0.2份表徵參數直徑為0.5μm，長度為5μm有機碳酸鈣晶須，0.2份表徵參數直徑為0.5μm、長度為5μm的硼酸鋁晶須，0.2份納米蒙脫土，0.5份月桂胺聚氧乙烯醚，4份質量分數為30％的碳酸氫納水溶液混合，在180℃過熱蒸汽反應釜內攪拌汽蒸反應0.8h，在200℃條件下真空微波輻射2h，然後浸於90份質量分數為30％的氨基磺酸溶液中真空吸溼處理，吸透後加熱至85℃超聲波分散1h，再攪拌分散0.8h，取懸浮物；
B)按質量份數，將由步驟A)製備的2份懸浮物用8份含質量分數4％三聚磷酸鈉分散液的去離子水在85℃下超聲波處理1h，取上層懸浮物經100目過濾，蒸餾水洗滌乾淨，真空烘乾，得到一種抗老化無機納米組份；
C)按質量份數，取步驟B)製備的3份抗老化無機納米組份，0.1份UVP-327紫外線吸收劑，0.1份HPT光穩定劑，0.2份金紅石型鈦白粉，0.2份納米二氧化矽，0.2份表徵參數長徑比為14:1的矽灰石針狀纖維，0.1份抗氧劑，0.8份PP-g-MAH，2份質量分數為10％的KH-550矽烷偶聯劑，80℃條件下在混合機中以400轉/min的速度攪拌反應0.8h，在60℃條件下真空烘乾，再加入300份等規聚丙烯塑料粉，以250轉/min的速度攪拌1h，在同向雙螺杆熔融混練擠出得到一種抗老化聚丙烯塑料粒子；
D)將由步驟C)得到的抗老化聚丙烯塑料粒子通過擠出雙向拉伸工藝製成一種抗老化聚丙烯薄膜。
實施例2：一種抗老化聚丙烯薄膜的製備方法，採用如下步驟：
A)按質量份數將0.7份白炭黑，0.3份表徵參數長為2.75μm、寬為0.05μm凹凸棒晶，0.3份表徵參數直徑為1.75μm，長度為12.5μm有機碳酸鈣晶須，0.3份表徵參數直徑為0.75μm、長度為12.5μm的硼酸鋁晶須，0.3份納米蒙脫土，0.7份月桂胺聚氧乙烯醚，5份質量分數為35％的碳酸氫納水溶液混合，在190℃過熱蒸汽反應釜內攪拌汽蒸反應0.9h，在210℃條件下真空微波輻射2.5h，然後浸於95份質量分數為30％的氨基磺酸溶液中真空吸溼處理，吸透後加熱至90℃超聲波分散1.5h，再攪拌分散0.9h，取懸浮物；
B)按質量份數，將由步驟A)製備的3份懸浮物用9份含質量分數4.5％三聚磷酸鈉分散液的去離子水在90℃下超聲波處理1.5h，取上層懸浮物經110目過濾，蒸餾水洗滌乾淨，真空烘乾，得到一種抗老化無機納米組份；
C)按質量份數，取步驟B)製備的4份抗老化無機納米組份，0.15份UVP-327紫外線吸收劑，0.15份HPT光穩定劑，0.3份金紅石型鈦白粉，0.3份納米二氧化矽，0.3份表徵參數長徑比為15:1的矽灰石針狀纖維，0.15份抗氧劑，0.9份PP-g-MAH，2.5份質量分數為15％的KH-550矽烷偶聯劑，85℃條件下在混合機中以450轉/min的速度攪拌反應0.9h，在70℃條件下真空烘乾，再加入350份等規聚丙烯塑料粉，以270轉/min的速度攪拌1.2h，在同向雙螺杆熔融混練擠出得到一種抗老化聚丙烯塑料粒子；
D)將由步驟C)製備的抗老化聚丙烯塑料粒子通過擠出機加熱熔融後從機頭細縫擠出一定厚度熔融膜作為皮層，與作為芯層的常規聚丙烯薄膜經壓力滾筒和冷卻滾筒複合製成一種抗老化聚丙烯薄膜。
實施例3：一種抗老化聚丙烯薄膜的製備方法，採用如下步驟：
A)按質量份數，將1份白炭黑，0.4份表徵參數長為5μm、寬為0.10μm凹凸棒晶，0.4份表徵參數直徑為0.5-3μm，長度為20μm有機碳酸鈣晶須，0.4份表徵參數直徑為1μm、長度為20μm的硼酸鋁晶須，0.4份納米蒙脫土，1份月桂胺聚氧乙烯醚，6份質量分數為40％的碳酸氫納水溶液混合，在200℃過熱蒸汽反應釜內攪拌汽蒸反應1h，在220℃條件下真空微波輻射3h，然後浸於100份質量分數為30％的氨基磺酸溶液中真空吸溼處理，吸透後加熱至95℃超聲波分散2h，再攪拌分散1h，取懸浮物；
B)按質量份數，將由步驟A)製備的4份懸浮物用10份含質量分數5％三聚磷酸鈉分散液的去離子水在95℃下超聲波處理2h，取上層懸浮物經120目過濾，蒸餾水洗滌乾淨，真空烘乾，得到一種抗老化無機納米組份；
C)按質量份數，取步驟B)製備的5份抗老化無機納米組份，0.2份UVP-327紫外線吸收劑，0.2份HPT光穩定劑，0.4份金紅石型鈦白粉，0.4份納米二氧化矽，0.4份表徵參數長徑比為16:1的矽灰石針狀纖維，0.2份抗氧劑，1份PP-g-MAH，3份質量分數為20％的KH-550矽烷偶聯劑，90℃條件下在混合機中以500轉/min的速度攪拌反應1h，在80℃條件下真空烘乾，再加入400份等規聚丙烯塑料粉，以300轉/min的速度攪拌1.5h，在同向雙螺杆熔融混練擠出得到一種抗老化聚丙烯塑料粒子；
D)將由步驟C)得到的抗老化聚丙烯塑料粒子通過擠出雙向拉伸工藝製成一種抗老化聚丙烯薄膜。
本發明所述的實施例並不限於以上所述實施例，通過前述公開的數值範圍，在就具體實施例中進行任意替換，從而可以得到無數個實施例，對此不一一例舉。