CN114213763B - 一种改性聚丙烯复合材料及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改性聚丙烯复合材料及其制备方法与应用。本发明改性聚丙烯复合材料包括以下重量份的组分：聚丙烯66‑88.2份，滑石粉10‑25份，聚烯烃合成油2‑4份，硅氧烷聚合物1‑2份，润滑剂0.5‑1份，其他助剂0‑3份。本发明改性聚丙烯复合材料在聚烯烃合成油、硅氧烷聚合物和润滑剂的作用下，具有良好的防粘贴效果，同时本发明改性聚丙烯复合材料具有较高的熔体流动速率和力学性能。
Description
技术领域
本发明属于塑料领域，涉及一种改性聚丙烯复合材料及其制备方法与应用。
背景技术
共享单车通过分时租赁模式，在校园、地铁站、公交站、居民区、商业区、公共服务区等地点提供服务，完成公共交通“最后一公里”，为城市居民出行提供便利。但共享单车作为公共设施的一部分，经常遭到粘贴“小广告”的困扰，不仅影响共享单车用户的使用率，对共享单车企业造成损失，而且破坏了市容环境。传统共享单车的车身覆盖塑料件，如车篮、挡泥板、链盘罩等，多为聚丙烯材质，正常情况下对粘贴小广告的附着力较好，难以清除。目前国内专利中尚没有关于防粘贴聚丙烯方面的报导，关于防粘贴方面多为防粘贴涂料和通过使用防粘贴图层的产品设计，如果能够通过改性聚丙烯直接产生防粘贴效果，将大幅降低防粘贴效果实现的成本和便利性，因此，有必要开发一种防粘贴的聚丙烯材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改性聚丙烯复合材料及其制备方法与应用，旨在使聚丙烯材料具有很好的防粘贴效果，同时具有较高的熔体流动速率和力学性能。
为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种改性聚丙烯复合材料，其包括以下重量份的组分：聚丙烯66-88.2份，滑石粉10-25份，聚烯烃合成油2-4份，硅氧烷聚合物1-2份，润滑剂0.5-1份，其他助剂0-3份。
所述改性聚丙烯复合材料中添加与聚丙烯相容性良好的聚烯烃合成油，因为聚烯烃合成油是非结晶聚合物，可以从基体内部向外部迁移，迁移至表面后，如果接触到粘贴物表面的粘合剂，会削弱粘合剂与基体树脂的结合力，起到防粘贴作用；另外，所述改性聚丙烯复合材料中还添加硅氧烷聚合物和润滑剂，硅氧烷聚合物和润滑剂也可以迁移到基体的表面，通过特定官能团作用降低基体的表面能，起到表面疏水作用，能够有效增强基体的防粘贴效果。所述改性聚丙烯复合材料在上述特定用量的聚烯烃合成油、硅氧烷聚合物和润滑剂的作用下，相比普通的聚丙烯材料，具有更高的熔体流动速率、力学性能(如断裂伸长率、抗冲击强度等)和防粘贴性能。
优选地，所述聚烯烃合成油的40℃粘度为2200-18900mm2/s。当聚烯烃合成油的粘度太低时，会导致材料的断裂伸长率和抗冲击强度明显下降；当聚烯烃合成油的粘度太高时，材料的熔体流动速率和防粘贴性能较差，因此优选聚烯烃合成油的粘度为2200-18900mm2/s(40℃)以确保在具有良好的防粘贴性能(如贴纸掉落时间在50min以下)的同时，材料的熔体流动速率在13g/10min以上(测试标准GB/T 3682.1-2018，230℃、2.16kg)，断裂伸长率在35％以上，悬臂梁缺口冲击强度(A型)在10kJ/m2以上。所述聚烯烃合成油的粘度根据GB/T 10247-2008标准毛细管法测试，下同。
优选地，所述聚烯烃合成油为乙烯和丙烯的齐聚物合成油，如三井化学LUCANTLX100，但并不局限于此。
优选地，所述硅氧烷聚合物的重均分子量为0.5×106～1×106。当硅氧烷聚合物重均分子量太低时，断裂伸长率较低，低于35％；当硅氧烷聚合物重均分子量太高时，防粘贴性能较差，如贴纸掉落时间超过50min，因此优选硅氧烷聚合物的重均分子量为0.5×106～1×106。
优选地，所述润滑剂为硬脂酸类润滑剂、酰胺类润滑剂、酯类润滑剂、PPA氟类润滑剂中的至少一种。相较等剂量的其他种类润滑剂(如石蜡类润滑剂)，添加硬脂酸类润滑剂、酰胺类润滑剂、酯类润滑剂、PPA氟类润滑剂中的至少一种(即其中的任意一种、两种、三种或四种)，防粘贴效果更好。更优选地，所述润滑剂为PPA氟类润滑剂以便于生产时挤出。
优选地，所述聚丙烯包括无规共聚聚丙烯和嵌段共聚聚丙烯，所述无规共聚聚丙烯的质量为所述聚丙烯总质量的50～100％。相较嵌段共聚聚丙烯，无规共聚聚丙烯的结晶度比较低，使聚烯烃合成油、硅氧烷聚合物和润滑剂向外迁移效果比较好，从而具有更好的防粘贴效果，优选无规共聚聚丙烯质量占聚丙烯总量的50～100％以达到比较好的防粘贴效果。
优选地，所述改性聚丙烯复合材料具有如下特征(a)-(d)中的至少一项：
(a)所述硅氧烷聚合物以硅酮母粒的形式引入；
(b)所述滑石粉的粒径D50＝3.5～4.5μm；
(c)所述聚丙烯的熔体流动速率为2-27g/10min，根据GB/T 3682.1-2018并在230℃以及2.16kg载荷条件下测得；
(d)所述其他助剂包括抗氧剂、耐候剂、成核剂中的至少一种。
硅氧烷聚合物以硅酮母粒的形式添加，光滑性比较好，有利于制备时下料。硅酮母粒可选择市售产品或自制。通常硅酮母粒是将硅氧烷聚合物分散于聚烯烃中所得，如将硅氧烷聚合物分散于密度为0.92g/cm3的低密度聚乙烯中。
当所述聚丙烯的熔体流动速率根据GB/T 3682.1-2018并在230℃以及2.16kg载荷条件下测得为2-27g/10min时，便于注塑。
其他助剂可以根据实际需求选择添加，并不局限于为抗氧剂、耐候剂、成核剂等中的至少一种，优选其他助剂的用量为0.2-3重量份。
所述改性聚丙烯复合材料的制备方法无限制。作为一个示例，所述改性聚丙烯复合材料的制备方法包括以下步骤：将聚丙烯、滑石粉、聚烯烃合成油、硅氧烷聚合物、润滑剂和其他助剂混合均匀后，经熔融挤出，即得所述改性聚丙烯复合材料。熔融挤出可以在挤出机中进行，优选挤出机为双螺杆挤出机，熔融温度为180-240℃，如选择挤出机熔融挤出的加工条件如下：一区温度180-200℃，二区温度180-200℃，三区温度190-220℃，四区温度220-240℃，五区温度220-240℃，六区温度220-240℃，七区温度220-240℃，八区温度220-240℃，九区温度200-230℃，主机转速250-360转/分钟。
第二方面，本发明还提供了所述改性聚丙烯复合材料在制备塑料件中的应用。所述改性聚丙烯复合材料既可用于制备非防粘贴的塑料件，也可以用于制备防粘贴的塑料件，如家电、汽车、单车等领域中的防粘贴塑料件。
第三方面，本发明还提供了一种塑料件，其包含所述改性聚丙烯复合材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明改性聚丙烯复合材料在特定配比的聚烯烃合成油、硅氧烷聚合物和润滑剂的作用下，相比普通聚丙烯材料，具有更好的熔体流动速率、力学性能(如断裂伸长率、抗冲击强度等)和防粘贴性能。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明进一步说明。本领域技术人员应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
各实施例和对比例中所用原料的来源如下：
无规共聚聚丙烯1为乐天石化的PP SM198，根据GB/T 3682.1-2018并在230℃以及2.16kg载荷条件下测得其熔体流动速率为2g/10min；
无规共聚聚丙烯2为乐天华西的PP J-570S，根据GB/T 3682.1-2018并在230℃以及2.16kg载荷条件下测得其熔体流动速率为27g/10min；
嵌段共聚聚丙烯的生产厂家为兰州石化的PP SP179，根据GB/T 3682.1-2018并在230℃以及2.16kg载荷条件下测得其熔体流动速率为10g/10min；
滑石粉1的粒径D50＝4μm，市售，其他各实施例和对比例中为同种物质；
滑石粉2的粒径D50＝3.5μm，市售；
滑石粉3的粒径D50＝4.5μm，市售；
聚烯烃合成油1为三井集团的LX010，是乙烯和丙烯的齐聚物合成油，40℃粘度为1300mm2/s；
聚烯烃合成油2为三井集团的LX020，是乙烯和丙烯的齐聚物合成油，40℃粘度为2200mm2/s；
聚烯烃合成油3为三井集团的LX100，是乙烯和丙烯的齐聚物合成油，40℃粘度为9850mm2/s；
聚烯烃合成油4为三井集团的LX200，是乙烯和丙烯的齐聚物合成油，40℃粘度为18900mm2/s；
聚烯烃合成油5为三井集团的LX400，是乙烯和丙烯的齐聚物合成油，40℃粘度为37500mm2/s；
硅酮母粒1由道康宁的MB50-002与涵点科技的AS-025配制而成，所含硅氧烷聚合物的重均分子量为0.40×106～0.41×106，其中道康宁的MB50-002通过将重均分子量为0.8×104～1×104的硅氧烷聚合物按1:1的质量比分散于密度为0.92g/cm3的低密度聚乙烯中而制得，涵点科技的AS-025通过将重均分子量为8×105的硅氧烷聚合物按1:1的质量比分散于密度为0.92g/cm3的低密度聚乙烯中而制得；
硅酮母粒2由道康宁的MB50-002与涵点科技的AS-025配制而成，所含硅氧烷聚合物的重均分子量为0.50×106～0.51×106；
硅酮母粒3为涵点科技的AS-025，所含硅氧烷聚合物的重均分子量为0.8×106；
硅酮母粒4由涵点科技的AS-025与佳华的HG-600配制而成，所含硅氧烷聚合物的重均分子量为1×106，其中HG-600为重均分子量为1.2×107的硅氧烷聚合物分散于密度为0.92g/cm3的低密度聚乙烯中而制得，其中硅氧烷聚合物与低密度聚乙烯的质量比为1:1；
硅酮母粒5由涵点科技的AS-025与佳华的HG-600配制而成，所含硅氧烷聚合物的重均分子量为2×106；
润滑剂1为硬脂酸钙，市售，其他各实施例和对比例中为同种物质；
润滑剂2为硬脂酸锌，市售；
润滑剂3为芥酸酰胺，市售；
润滑剂4为酰胺类润滑剂，EBS B50，印尼PT.CMS；
润滑剂5为酯类润滑剂，DP310，美国路博润特种化工有限公司；
润滑剂6为PPA氟类润滑剂，FX 5911，3M公司；
润滑剂7为石蜡类润滑剂，LOXIOL 2050，美国路博润特种化工有限公司；
抗氧剂：市售，其他实施例和对比例中为同种物质；
耐候剂：市售，其他实施例和对比例中为同种物质；
成核剂：市售，其他实施例和对比例中为同种物质。
实施例与对比例
各实施例和对比例分别提供了一种改性聚丙烯复合材料，这些改性聚丙烯复合材料的组成如表1～2所示(表中“-”表示含量为0)；它们的制备方法相同，包括以下步骤：将全部原料混合均匀，从双螺杆挤出机的主喂料口喂入后经过熔融、挤出和造粒，即得改性聚丙烯复合材料，其中，挤出机熔融挤出的加工条件如下：一区温度180℃，二区温度190℃，三区温度190℃，四区温度220℃，五区温度220℃，六区温度220℃，七区温度220℃，八区温度220℃，九区温度230℃，主机转速350转/分钟。
表1实施例1-9与对比例1-2改性聚丙烯复合材料的组成/重量份
表2实施例3、10-20与对比例3改性聚丙烯复合材料的组成/重量份
效果例
对各实施例和对比例所得改性聚丙烯复合材料进行性能测试，具体方法如下：
熔体流动速率：根据GB/T 3682.1-2018，并在230℃以及2.16kg载荷条件下测试；
断裂伸长率：根据GB/T 1040.2-2006进行测试，拉伸速率50mm/min；
悬臂梁冲击强度(A型缺口)：根据GB/T 1843-2008进行测试；
防粘贴性测试：将改性聚丙烯复合材料加工成相同规格的立方体聚丙烯板(表面平整)，将相同贴纸粘附在所得聚丙烯板的同一面，贴纸有1/10超出该平面，72h后将贴有贴纸的聚丙烯样板垂直放置，并在贴纸的下边缘(即超出聚丙烯板的贴纸处)粘贴悬挂砝码50g，观察贴纸掉落时间。
测试结果见表3。
表3
由表1～3可知，本发明聚丙烯复合材料具有优异的防粘贴性能，同时还保持较高的熔体流动速率、断裂伸长率和抗冲击强度；在聚丙烯中添加聚烯烃合成油能有效提高防粘贴性，但聚烯烃合成油的粘度太低时，会导致材料的断裂伸长率和抗冲击强度明显下降，而聚烯烃合成油的粘度太高时，材料的熔体流动速率和防粘贴性能较差，因此优选聚烯烃合成油的粘度为2200-18900mm2/s(40℃)以确保贴纸掉落时间在50min以下的同时，材料的熔体流动速率在13g/10min以上，断裂伸长率在35％以上，抗冲击强度在10kJ/m2以上；在聚丙烯中添加硅氧烷聚合物能有效提高防粘贴性，但硅氧烷聚合物重均分子量太低时，断裂伸长率低于35％，而硅氧烷聚合物重均分子量太高时，防粘贴性能较差，贴纸掉落时间超过50min，因此优选硅氧烷聚合物的重均分子量为0.5×106～1×106；在聚丙烯中添加润滑剂也能提高防粘贴性，并能显著提高熔体流动速率、断裂伸长率和抗冲击强度，相比石蜡类润滑剂，添加等剂量的硬脂酸类润滑剂、酰胺类润滑剂、酯类润滑剂、PPA氟类润滑剂中的至少一种，能获得更好的防粘贴效果；相比嵌段共聚聚丙烯，无规共聚聚丙烯能使材料的防粘贴性能更好。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (6)
1.一种改性聚丙烯复合材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：聚丙烯66-88.2份，滑石粉10-25份，聚烯烃合成油2-4份，硅氧烷聚合物1-2份，润滑剂0.5-1份，其他助剂0-3份；所述聚烯烃合成油的40℃粘度为2200-18900mm2/s，所述聚烯烃合成油为乙烯和丙烯的齐聚物合成油；所述硅氧烷聚合物的重均分子量为0.5×106~1×106；所述润滑剂为硬脂酸类润滑剂、酰胺类润滑剂、酯类润滑剂、PPA氟类润滑剂中的至少一种。
2.如权利要求1所述的改性聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯包括无规共聚聚丙烯和嵌段共聚聚丙烯，所述无规共聚聚丙烯的质量为所述聚丙烯总质量的50~100%。
3.如权利要求1或2所述的改性聚丙烯复合材料，其特征在于，具有如下特征（a）-（d）中的至少一项：
（a）所述硅氧烷聚合物以硅酮母粒的形式引入；
（b）所述滑石粉的粒径D50=3.5~4.5μm；
（c）所述聚丙烯的熔体流动速率为2-27g/10min，根据GB/T 3682.1-2018并在230℃以及2.16kg载荷条件下测得；
（d）所述其他助剂包括抗氧剂、耐候剂、成核剂中的至少一种。
4.如权利要求1~3中任一项所述的改性聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将聚丙烯、滑石粉、聚烯烃合成油、硅氧烷聚合物、润滑剂和其他助剂混合均匀后，经熔融挤出，即得所述改性聚丙烯复合材料。
5.如权利要求1~3中任一项所述的改性聚丙烯复合材料在制备塑料件中的应用。
6.一种塑料件，其特征在于，包含如权利要求1~3中任一项所述的改性聚丙烯复合材料。
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