高熔体强度的聚丙烯材料及其制备方法与装置与流程

本发明涉及材料科学领域，尤其是一高熔体强度的聚丙烯材料及其制备方法与装置。

背景技术：

高熔体强度聚丙烯(hmspp)既克服了普通聚丙烯熔体的强度低和耐熔垂体性差的缺点，又继承了普通聚丙烯的优良特性，具有较高的熔体强度和优异的物理机械性能，广泛应用于挤出发泡、热成型、挤出涂布以及吹塑薄膜等领域。目前，hmspp的制备途径主要是通过直接聚合、射线辐照法、硅烷接枝交联法、共混改性法使聚丙烯产生支化结构,形成长支链聚丙烯,最终得到hmspp。但是所需要的加工改性的成本高，并且其中还伴随很多的副产物的产生，对聚丙烯的物理性能带来很多负面影响。所以开发一种工艺简便、成本低廉的高熔体强度聚丙烯的新型制备方法具有重要工业应用意义。

技术实现要素：

本发明的目的是：提供一种高熔体强度的聚丙烯材料及其制备方法与装置，它的熔体强度和耐熔垂性能显著提高，并且加工方法简单，产品性能可控且稳定，易于工业化生产，以克服现有技术的不足。

本发明是这样实现的：高熔体强度的聚丙烯材料，按质量份数计算，包括70～98份聚丙烯基体，2～30份成纤相，相容剂1～9份以及抗氧剂0.1～0.5份。

所述的聚丙烯基体为等规聚丙烯、无规聚丙烯或间规聚丙烯中的一种或几种的任意组合。

所述的成纤相为尼龙6、尼龙66、尼龙610、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯或对苯二甲酸丁二醇酯中的一种或几种的任意组合。

所述的相容剂为聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、聚丙烯接枝马来酸酐、乙烯-辛烯共聚物接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐、聚乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯或聚乙烯接枝马来酸酐中的一种或几种的任意组合。

所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1098、抗氧剂1076、抗氧剂168、抗氧剂b215、抗氧剂dltp、抗氧剂b225、抗氧剂2246、抗氧剂330中一种或几种的任意组合。

高熔体强度的聚丙烯材料的制备方法，按上述的重量份数，将聚丙烯基体，成纤相，相容剂及助剂混合均匀，获得混合料；将混合料加入聚合物微纳层叠共挤装置进行挤出，获得高熔强度聚丙烯原位微纤复合材料。

在将预混料经聚合物微纳层叠共挤装置挤出前，先将成纤相材料在100～110℃温度下干燥4～8h，相容剂在50～60℃温度下干燥4～10h。

微纳层叠共挤装置，包括层分配器，层分配器上连接1～3台挤出机(2)，在层分配器的出口上连接有2～10个层倍增器，在层倍增的最后出口连接口模，口模的前方设有牵引辊。在高熔强度聚丙烯材料制备过程中，通过增加层倍增器数量，增强成纤相在流道中的剪切作用，有利于分散相由液滴相转变为纤维，从而改变成纤相的形态。

挤出机为单螺杆挤出机或双螺杆挤出机。

层分配器连接的挤出机与层分配器之间设有熔体泵。熔体泵的作用是将聚合物熔体往前输送,增加聚合物熔体的流动稳定性。

本发明基于的原理如下：以聚丙烯为基体，热塑性聚合物(tp)为分散相，形成原位微纤复合材料，以反应型相容剂通过界面反应提高微纤和基体之间的作用强度，进一步提聚丙烯的熔体强度。微纤的形成极大的增加了体系的粘度，由于形成的微纤长度较长，微纤直径较细,可达纳米级,所以形成的微纤之间容易缠结，与基体聚丙烯的分子链形成物理交联网络，增加了与基体的摩擦力，提高了聚丙烯材料的熔体强度和耐熔垂性能

与现有技术相比，与现有技术相比，本发明直接将聚丙烯材料、成纤相、相容剂与抗氧剂加入到微纳层叠挤出装置中的挤出机进行挤出，再经过聚合物微纳层叠共挤装置流中层倍增器的强烈剪切作用及挤出后的进一步拉伸，成纤相形成的微纤在聚丙烯基体材料中分散均匀，微纤长度较长且微纤直径很细，直径可以达到纳米级别；长而细的微纤与聚丙烯分子链之间会缠结形成物理网络，从而提高聚丙烯材料的熔体强度，改善聚丙烯材料的发泡性能。本发明工艺简单，操作方便，生产效率高，适合进行工业生产。

附图说明

附图1为本发明的结构示意图；

附图2为本发明的产品电镜扫描图；

附图3为本发明的熔体强度曲线；

附图4为本发明的发泡情况示意图。

具体实施方式

本发明的实施例1：高熔体强度聚丙烯材料的制备方法，按重量份数计算，包括90份pp基体材料，10份pet成纤相，3份pp-gma以及0.4份的抗氧剂，抗氧剂1010用量为总抗氧剂用量的30％，抗氧剂dltp用量为总抗氧剂用量的70％。

高熔体强度聚丙烯材料的制备方法，将pet材料在110℃温度下干燥5～7h，pp-gma在60℃温度下干燥8～10h，按上述的重量份数，将pp，pet，pp-gma，抗氧剂1010及dltp混合均匀后，将混合料加入到聚合物微纳层叠共挤装置(图1)中的挤出机中进行挤出、牵引，造粒，获得高熔体强度pp材料；将获得的高熔体强度pp材料中pp基体用二甲苯刻蚀后剩下的纤维形貌如图2(a)所示；将此高熔体强度pp材料在170℃,应变速率0.01s-¹下进行流变测试，瞬态单轴拉伸流变黏度ηe随时间的变化曲线如图3所示。

本发明的实施例2：高熔体强度聚丙烯材料的制备方法，按重量份数计算，包括85份pp基体材料，10份pet与5份pbt成纤相，4份pp-mah以及0.5份的抗氧剂1076和辅助抗氧剂dltp；抗氧剂1076用量为总抗氧剂用量的40％，抗氧剂dltp用量为总抗氧剂用量的60％。

高熔体强度聚丙烯材料的制备方法，将pet与pbt材料在110℃温度下干燥5～7h，pp-mah在60℃温度下干燥8～10h，按上述的重量份数，将pp，pet，pbt，pp-mah，抗氧剂1076及dltp混合均匀后，将混合料加入到聚合物微纳层叠共挤装置(图1)中的挤出机中进行挤出、牵引，造粒，获得高熔体强度pp材料；将获得的高熔体强度pp材料中pp基体用二甲苯刻蚀后剩下的纤维形貌如图2(b)所示；将此高熔体强度pp材料在170℃,应变速率0.01s-¹下进行流变测试，瞬态单轴拉伸流变黏度ηe随时间的变化曲线如图3所示。

本发明的实施例3：高熔体强度聚丙烯材料的制备方法，按重量份数计算，包括88份pp基体材料，7份ptt与4份pa66成纤相，5份pp-gma以及0.5份的抗氧剂1010和辅助抗氧剂330；抗氧剂1010用量为总抗氧剂用量的40％，抗氧剂330用量为总抗氧剂用量的60％。

高熔体强度聚丙烯材料的制备方法，将ptt与pa66材料在100～110℃温度下干燥4～7h，pp-gma在60℃温度下干燥8～10h，按上述的重量份数，将pp，ptt，pa66，pp-gma，抗氧剂1010及330混合均匀后，将混合料加入到聚合物微纳层叠共挤装置(图1)中的挤出机中进行挤出、牵引，造粒，获得高熔体强度pp材料；将获得的高熔体强度pp材料中pp基体用二甲苯刻蚀后剩下的纤维形貌如图2(c)所示；将此高熔体强度pp材料在170℃,应变速率0.01s-¹下进行流变测试，瞬态单轴拉伸流变黏度ηe随时间的变化曲线如图3所示。

本发明的实施例4：高熔体强度聚丙烯材料的制备方法，按重量份数计算，包括83份pp基体材料，7份pet,5份ptt与5份pa6成纤相，7份pp-gma以及0.5份的抗氧剂1010和辅助抗氧剂b225；抗氧剂1010用量为总抗氧剂用量的50％，抗氧剂b225用量为总抗氧剂用量的50％。

高熔体强度聚丙烯材料的制备方法，将pet,ptt与pa6材料在100～110℃温度下干燥4～7h，pp-gma在60℃温度下干燥8～10h，按上述的重量份数，将pp，pet,ptt，pa6，pp-gma，抗氧剂1010及b225混合均匀后，将混合料加入到聚合物微纳层叠共挤装置(图1)中的挤出机中进行挤出、牵引，造粒，获得高熔体强度pp材料；将获得的高熔体强度pp材料中pp基体用二甲苯刻蚀后剩下的纤维形貌如图2(d)所示；将此高熔体强度pp材料在170℃,应变速率0.01s-¹下进行流变测试，瞬态单轴拉伸流变黏度ηe随时间的变化曲线如图3所示。

由图2及图3可知：采用本发明制备的高熔体强度pp材料，其中纤维直径较细，细而长的微纤能显著提高pp熔体强度。为验证本发明制备的高熔体强度pp材料的发泡性能，将实施例1～4制备的高熔体强度pp材料进行发泡，按重量份数计算，将90份的高熔体强度pp材料与10份的偶氮二甲酰胺发泡剂混合均匀后，于175℃温度下在注塑机中进行注塑发泡，获得pp发泡材料，其发泡断面如图4所示。

由图4测试结果表明：采用本发明制备的高熔体强度pp材料比普通pp材料发泡倍率更大，泡孔尺寸更小，泡孔分布均匀，泡孔壁不易塌陷。