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CN104974419A - 一种发泡聚丙烯预混料及其制备方法 - Google Patents

一种发泡聚丙烯预混料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种发泡聚丙烯预混料的制备方法。本发明的发泡聚丙烯预混料，由包括下列组分的聚丙烯组合物反应挤出制得：预电子辐照处理后的聚丙烯或聚丙烯类共聚物1-15质量份，预辐照剂量5-100kGy；未辐照处理的聚丙烯85-99质量份。将上述组分混合均匀后于螺杆转速100-250转/分，温度170-260℃的双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，制得发泡聚丙烯预混料。本发明在于采用简单的辐照技术，再结合普通的挤出方法，即可实现高熔体强度聚丙烯原料。

Description

一种发泡聚丙烯预混料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子复合材料领域，具体涉及的是发泡聚丙烯预混料。
背景技术
聚丙烯(PP)泡沫塑料是20世纪70年代初开发的一种新型材料，它除具有一般发泡制品已知的特点外，还有良好的热稳定性、耐应力开裂性能及较高的拉伸强度和冲击强度，而且具有良好的可回收性，有利于环保。所有的这些特点使得PP泡沫塑料在汽车、包装、日用品和结构材料等各个领域具有显著的优越性。目前，国外少数国家如美国、德国及意大利等已经实现了PP泡沫塑料的工业化生产。我国近些年才开始PP泡沫塑料方面的研究，至今技术仍不成熟，工业化生产还处于起步阶段。
PP发泡研究中普遍存在的问题是PP为结晶性聚合物，结晶度较高，在温度到达结晶熔融温度后，其熔体粘度迅速下降，使发泡过程中产生的气体很难保持住。因此如何提高PP的熔体强度是其发泡成型中一个必须解决的问题。为了解决PP的发泡问题，必须改善PP的熔体强度。目前主要有下列3种方法，即采用高熔体强度PP(HMSPP)、PP部分交联、PP共混改性。HMSPP分子中含有支链结构，拉伸粘度明显高于普通PP，熔体强度提高，可以有效阻止气体流失，减少泡孔合并，提高PP泡沫塑料的体积膨胀率。PP部分交联就是高分子链之间通过支链连结成一个三维空间网状结构，PP经过适当交联之后，熔体强度会有显著提高。交联的方法有辐射交联和化学交联两种。然而，由于PP分子结构的特点，在交联的同时易发生降解，交联过程比其它聚烯烃要困难得多。PP共混改性是指PP与其它聚合物共混改性，可以获得良好的发泡性能，此技术受到了足够重视，发展很快，是当今研究的热点。
与PP交联相比，PP与其它树脂共混不需加入对人体有害的化学交联剂，制得的发泡产品可回收性好，有利于环保。2002年，A.C.Chang等分别从结构和力学性能方面对普通PP和HMSPP的混合物进行了大量的研究，发现HMSPP的加入提高了材料的拉伸弹性模量及熔体强度，与此同时，材料的横纵断面强度也得到了提高（AC Chang,L Tau,A Hiltner,E Baer.Structure of blown film from blends of polyethylene and high melt strength polypropylene.Polymer，2002,43(18):4923–4933）。2004年，中国石油华北石化公司刘振龙等采用普通挤出机，以掺混了质量分数10%-15%的HSMPP的普通PP为原料，加入化学发泡剂、成核剂生产出PP低发泡片材（刘振龙，孟斌，张丽晔，祖广欣，贾秀峰，聚丙烯低发泡片材的研制，塑料工业，2004，3：58-60）。2002年，C.P.Park采用间规立构PP与LDPE共混进行挤出发泡成型，制得了柔软的、尺寸稳定性较好的泡沫产品。研究表明，随着LDPE含量的增加，开孔率减小。可见，两者共混以后，PP熔体强度提高，泡孔合并减少（C.P.Park.Foams preparedfrom blends of syndiotactic polypropylenes and thermoplastic polymers.US6417240B1）。2007年，T.Koch等也对PP/PE共混物进行了研究，发现熔体强度得到了提高，并得到了较好的微观结构（T Koch,D Machl.Evaluation of scratch resistance in multiphase PP blends.Polymer Testing,2007，26（7）：927–936）。20世纪90年代中期，Wang Chicheng等利用玻璃化转变温度低的高抗冲聚苯乙烯(HIPS)与PP基体共混，制得了适用于注塑发泡的PP共混材料（C Wang,KCox,GA Campbell.Microcellular foaming of polypropylene containing low glass transition rubberparticles in an injection molding process.Journal of Vinyl and Additive Technology,1996,2(2):167–169）。《预辐照聚丙烯与间同1，2-聚丁二烯共混体系的研究》的主要目的是通过预辐照使得PP与聚丁二烯之间的相容性变好，并提高PP的力学性能，特别是冲击性能，（张成武，预辐照聚丙烯与间同1，2-聚丁二烯共混体系的研究，哈尔滨工业大学，2009）
发明内容
本发明了提供了一种发泡聚丙烯预混料的制备方法，该方法操作方便，环保无污染。
本发明通过聚丙烯与一种预辐照的聚丙烯或聚丙烯类共聚物共混反应挤出发泡聚丙烯预混料的制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种发泡聚丙烯预混料，所述的组合物为质量份，包括下列组分：
聚丙烯：85-99份；
预电子辐照处理后的聚丙烯或聚丙烯类共聚物：1-15份，预辐照剂量5-100kGy。
一种发泡聚丙烯预混料的制备方法，其步骤如下：
聚丙烯：85-99质量份；
预电子辐照处理后的聚丙烯或聚丙烯类共聚物：1-15质量份，预辐照剂量5-100kGy。
所述组分混合均匀后于螺杆转速100-250转/分，温度170-260℃的双螺杆挤出机中熔融挤出造粒即得发泡聚丙烯预混料。
所述的聚丙烯是熔体流动速率范围：0.1-60g/10min(GB/T3682-2000)，密度：0.920-0.980g/cm3，乙烯含量0-15%（质量份数），等规度90-99.9%的聚丙烯。
所述的预电子辐照处理后的聚丙烯或聚丙烯类共聚物包括聚丙烯，乙烯-丙嵌段共聚物，苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯共聚物，聚丙烯弹性体中的一种。
辐照技术即在辐照过程中，PP经高能射线辐照后，易于在叔碳位置形成活性自由基，发生支化或交联反应，这类反应可在线性PP分子链中引入长支链结构。
本发明的辐照技术，也是通过在线性PP分子链中引入长支链结构。长支链结构可使聚合物具备明显的“应变硬化”特征，即在恒定拉伸应变速率下，熔体的拉伸黏度随时间的增加而急剧上升的特性；长支链可以提高聚合物的熔体强度和拉伸黏度。
普通的发泡聚丙烯预混料的缺点是树脂在掺混时会损失某些性能，比如力学性能等，同时还需要考虑各相之间的相容性以及因此而产生的性能下降的问题，本方法由于共混的两种物质都是聚丙烯，两者相容性好，在不降低力学性能的情况下，还提高了熔体强度，且操作方便，环保无污染。
本发明与《预辐照聚丙烯与间同1，2-聚丁二烯共混体系的研究》有显著的区别。后者的主要目的是通过预辐照使得PP与聚丁二烯之间的相容性变好，并提高PP的力学性能，特别是冲击性能，而预辐照后对PP的熔体强度的提高却无详细表述，本发明则侧重于预辐照对PP处理后，经简单的共混方法即可得到可用于发泡的PP预混料。
有益效果：
本发明提供了一种操作方便，环保无污染的通过聚丙烯与一种预辐照的聚丙烯或聚丙烯类共聚物共混，反应挤出发泡聚丙烯预混料的制备方法。
本发明在于采用简单的辐照技术，再结合普通的挤出方法，即可实现高熔体强度聚丙烯原料。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。本发明的保护范围并不以具体实施方式为限，而是由权利要求加以限定。
实施例1～6是发泡聚丙烯预混料的制备。
实施例1
一种发泡聚丙烯预混料的制备，由如下组分的聚丙烯组合物反应挤出制得：
乙烯-丙烯嵌段共聚物1份，预辐照剂量100kGy；聚丙烯99份。
将原料按照组成比例在高速混合机中混合均匀，然后通过长径比L/D=40，直径35mm的双螺杆挤出机，在螺杆转速100转/分，反应温度最高170℃条件下熔融挤出造粒，得到高熔体强度聚丙烯树脂。
样品性能及熔体强度结果见表1。
实施例2
一种发泡聚丙烯预混料的制备，由如下组分的聚丙烯组合物反应挤出制得：
乙烯-丙烯嵌段共聚物15份，预辐照剂量100kGy；聚丙烯85份。
将原料按照组成比例在高速混合机中混合均匀，然后通过长径比L/D=40，直径35mm的双螺杆挤出机，在螺杆转速100转/分，反应温度最高190℃条件下熔融挤出造粒，得到高熔体强度聚丙烯树脂。
样品性能及熔体强度结果见表1。
实施例3
一种发泡聚丙烯预混料的制备，由如下组分的聚丙烯组合物反应挤出制得：
苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯共聚物3份，预辐照剂量100kGy；聚丙烯97份。
将原料按照组成比例在高速混合机中混合均匀，然后通过长径比L/D=40，直径35mm的双螺杆挤出机，在螺杆转速100转/分，反应温度最高170℃条件下熔融挤出造粒，得到高熔体强度聚丙烯树脂。
样品性能及熔体强度结果见表1。
实施例4
一种发泡聚丙烯预混料的制备，由如下组分的聚丙烯组合物反应挤出制得：
乙烯-丙烯共聚物10份，预辐照剂量25kGy；聚丙烯90份。
将原料按照组成比例在高速混合机中混合均匀，然后通过长径比L/D=40，直径35mm的双螺杆挤出机，在螺杆转速100转/分，反应温度最高190℃条件下熔融挤出造粒，得到高熔体强度聚丙烯树脂。
样品性能及熔体强度结果见表1。
实施例5
一种发泡聚丙烯预混料的制备，由如下组分的聚丙烯组合物反应挤出制得：
聚丙烯弹性体5份，预辐照剂量25kGy；聚丙烯95份。
将原料按照组成比例在高速混合机中混合均匀，然后通过长径比L/D=40，直径35mm的双螺杆挤出机，在螺杆转速150转/分，反应温度最高210℃条件下熔融挤出造粒，得到高熔体强度聚丙烯树脂。
样品性能及熔体强度结果见表1。
实施例6
一种发泡聚丙烯预混料的制备，由如下组分的聚丙烯组合物反应挤出制得：
聚丙烯弹性体10份，预辐照剂量5kGy；聚丙烯90份。
将原料按照组成比例在高速混合机中混合均匀，然后通过长径比L/D=40，直径35mm的双螺杆挤出机，在螺杆转速200转/分，反应温度最高230℃条件下熔融挤出造粒，得到高熔体强度聚丙烯树脂。
表1实施例1-6所得发泡聚丙烯的熔体强度结果
增加辐照量和提高预辐照的组分在共混物中的含量对发泡聚丙烯预混料的各性能有影响，特别是对预混料的熔体强度有显著的提高。普通的聚丙烯塑料的熔体强度低于4cN，而经过与辐照后的聚丙烯进行共混，得到的发泡聚丙烯预混料的熔体强度值有显著的提高，是一种可在发泡时得到较好泡孔结构的发泡聚丙烯预混料。

Claims (4)

1.一种发泡聚丙烯预混料，其特征在于，所述的组合物包括下列组分：预电子辐照处理后的聚丙烯或聚丙烯类共聚物1-15质量份，预辐照剂量5-100kGy；未经预辐照处理的聚丙烯85-99质量份。
2.根据权利要求1所述的发泡聚丙烯预混料，其特征在于，所述的聚丙烯或聚丙烯类共聚物包括聚丙烯，乙烯-丙嵌段共聚物，苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯共聚物，聚丙烯弹性体中的一种。
3.根据权利要求1所述的发泡聚丙烯预混料，其特征在于，所述的组合物包括下列组分：预电子辐照处理后的聚丙烯或聚丙烯类共聚物5-15质量份，预辐照剂量20-80kGy；未经预辐照处理的聚丙烯85-95质量份。
4.一种根据权利要求1至3任意一项所述的发泡聚丙烯预混料的制备方法，包括以下步骤：
1）采用高频高压电子加速器，对聚丙烯或聚丙烯类共聚物在室温、空气环境中辐照，辐照剂量控制在5-100kGy.
2）预辐照处理后的聚丙烯或聚丙烯类共聚物1-15质量份同未经预辐照处理的聚丙烯85-99质量份混合均匀，在螺杆转速控制在100-250转/分，反应温度控制在170-260℃的双螺杆挤出机中熔融挤出造粒即得。
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