一种聚丙烯增容剂及其制备方法、聚丙烯改性塑料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及功能材料
技术领域：
，具体涉及一种聚丙烯增容剂及其制备方法、聚丙烯改性塑料及其制备方法和应用。
背景技术：
：聚丙烯塑料是由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂，其结构规整且高度结晶化，耐热、耐腐蚀，抗张强度、刚性和透明性都比聚乙烯好，然而现有的聚丙烯塑料耐低温冲击性差、较易老化且阻燃性能差。通过对聚丙烯改性能够改善聚丙烯塑料的性能，常见的聚丙烯改性方法有共混改性、填充改性、纤维增强复合材料、化学改性和表面改性，其中共混改性是一种最简单，也是最常用的聚丙烯改性方法。共混改性过程中各组分相容是最基本的要求，也是决定其最终性能的重要因素之一，然而由于大多数共混物的不同组分在热力学上并非相容体系，因此在熔融加工过程中出现宏观的相分离，导致共混物的多种性能包括力学性能、热稳定性等达不到理想状态。因此，改善共混物各组分之间的相容性是制备高性能聚合物共混材料需要解决的重要问题。现有技术中对聚丙烯进行共混改性常用的增容剂为马来酸酐接枝聚丙烯类增容剂，然而现有的马来酸酐接枝聚丙烯类增容剂中马来酸酐的接枝率仅为0.8～1.2％，接枝率低，应用于聚丙烯共混改性过程中易导致改性聚丙烯的性能不够理想。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种聚丙烯增容剂及其制备方法、聚丙烯改性塑料及其制备方法和应用。本发明提供的聚丙烯增容剂的马来酸酐接枝聚丙烯的接枝率高，作为聚丙烯改性塑料的增容剂，能够显著提高聚丙烯改性塑料的力学性能和阻燃性能。为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：本发明提供了一种聚丙烯增容剂，由包括以下质量份数的组分制备得到：聚丙烯65～70份；成核剂35～40份；马来酸酐10～15份；引发剂5～6份。优选的，所述聚丙烯包括ppbj100n、ppmt20、ppz30s和ppk7227中的一种或几种；所述成核剂包括聚丙烯β-晶型成核剂、wbg和8202cq中的一种或几种；所述引发剂包括氧化二异丙苯和/或双叔丁基过氧化二异丙基苯。本发明提供了上述技术方案所述聚丙烯增容剂的制备方法，包括以下步骤：将聚丙烯、成核剂、马来酸酐和引发剂混合后挤出造粒，得到聚丙烯增容剂。优选的，所述挤出造粒的温度为160～180℃。本发明提供了一种聚丙烯改性塑料，由包括以下质量份数的组分制备得到：复合聚丙烯75～90份；聚丙烯增容剂5～7份；阻燃剂20～25份；抗氧剂0.1～0.2份；稳定剂0.05～0.1份；所述聚丙烯增容剂为上述技术方案所述的聚丙烯增容剂或上述技术方案所述制备方法制备得到的聚丙烯增容剂。优选的，所述复合聚丙烯包括ppbj100n、ppk8003和ppbx3905；所述ppbj100n、ppk8003和ppbx3905的质量比为(5～6)：(5～8)：(3～4)。优选的，所述阻燃剂包括磷氮系阻燃剂；所述抗氧剂包括亚磷酸酯类抗氧剂；所述稳定剂包括受阻胺类光稳定剂。本发明提供了上述技术方案所述聚丙烯改性塑料的制备方法，包括以下步骤：将复合聚丙烯、聚丙烯增容剂、抗氧剂和稳定剂混合，得到混合物料；将所述混合物料和阻燃剂进行挤出造粒，得到聚丙烯改性塑料；所述阻燃剂采用侧喂方式加入。优选的，所述挤出造粒在双螺杆挤出机中进行，所述双螺杆挤出机中各区的温度分别为：一区155～175℃、二区165～185℃、三区165～185℃、四区170～190℃、五区170～190℃、六区170～190℃、七区170～190℃、八区170～190℃、九区165～185℃和十区165～185℃。本发明还提供了上述技术方案所述聚丙烯改性塑料或上述技术方案所述制备方法制备得到的聚丙烯改性塑料在轨道交通中的应用。本发明提供了一种聚丙烯增容剂，由包括以下质量份数的组分制备得到：聚丙烯65～70份；成核剂35～40份；马来酸酐10～15份；引发剂5～6份。本发明提供的聚丙烯增容剂以聚丙烯为主体，配合使用马来酸酐，在成核剂和引发剂的共同作用下，聚丙烯非极性的分子主链上引入了强极性的侧基马来酸酐，制备的聚丙烯增容剂中马来酸酐接枝聚丙烯的接枝率高于2.3％，作为制备聚丙烯改性塑料的增容剂，能够极大地改善阻燃剂、抗氧剂、稳定剂与聚丙烯亲和性，同时能够有效地增强阻燃剂、抗氧剂、稳定剂在聚丙烯中的分散性，从而显著提高聚丙烯改性塑料的力学性能和阻燃性能。本发明提供的聚丙烯增容剂的制备方法操作简单，适宜工业化生产。本发明提供的聚丙烯改性塑料具有优异的力学性能和阻燃性能，如本实施例测试结果所示，本发明提供的聚丙烯改性塑料的拉伸强度为16.9～17.4mpa，断裂伸长率为359～395％，拉伸模量为565～605mpa，弯曲强度为20.6～21.5mpa，弯曲模量为987～1147mpa，熔体指数大于8.1g/10min，冲击强度大于50kj/m2，机械及加工性能和耐应力开裂性能优异；氧指数大于45％，燃烧的发热量、有毒气体及烟的释放量低，燃烧等级为v0级，火焰蔓延为6～12，火焰传播速度为class1，烟气毒性为1.5～1.7r，烟密度为7.02～7.12，燃烧试验完全符合bs6853-1999(包含修正1):2002测试标准要求，在轨道交通中具有很好的应用效果。本发明提供的聚丙烯改性塑料的制备方法中阻燃剂采用侧喂方式加入，同时能充分保证阻燃剂在双螺杆挤出机中的停留时间，与混合物料实现充分的分布混合和分散混合，避免阻燃剂被碳化且能够提高树脂与阻燃剂的耦合率，进而提高聚丙烯增容剂的阻燃效果，同时控制挤出造粒的温度和工艺参数，能够有效提高聚丙烯改性塑料的力学性能和阻燃效果，且操作简单，适宜工业化生产。附图说明图1为制备聚丙烯改性塑料的工艺流程图。具体实施方式本发明提供了一种聚丙烯增容剂，由包括以下质量份数的组分制备得到：聚丙烯65～70份；成核剂35～40份；马来酸酐10～15份；引发剂5～6份。在本发明中，若无特殊说明，所有的原料组分均为本领域技术人员熟知的市售商品。在本发明中，按重量份数计，制备所述聚丙烯增容剂的原料包括聚丙烯65～70份，优选为66～70份，更优选为67份、68份、69份或70份。在本发明中，所述聚丙烯优选包括ppbj100n(北欧化工有限公司)、ppmt20(中国石化中原石油化工有限责任公司)、ppz30s(中国石化集团茂名石化分公司)和ppk7227(中韩(武汉)石油化工有限公司)中的一种或几种，更优选为ppbj100n、ppmt20、ppz30s或ppk7227，最优选为ppbj100n。在本发明中，以所述聚丙烯的重量份数为基准，制备所述聚丙烯增容剂的原料包括成核剂35～40份，优选为36～40份，更优选为36份、37份、38份、39份或40份。在本发明中，所述成核剂优选包括聚丙烯β-晶型成核剂(tmb-5，山西省化工研究所)、wbg(广东炜林纳功能材料有限公司)和8202cq(巴斯夫股份公司)中的一种或几种，更优选为tmb-5、wbg或8202cq，最优选为tmb-5。在本发明中，以所述聚丙烯的重量份数为基准，制备所述聚丙烯增容剂的原料包括马来酸酐10～15份，优选为11～15份，更优选为11份、12份、13份、14份或15份。在本发明中，以所述聚丙烯的重量份数为基准，制备所述聚丙烯增容剂的原料包括引发剂5～6份，优选为5.5～6份。在本发明中，所述引发剂优选包括过氧化二异丙苯(dcp)和/或双叔丁基过氧化二异丙基苯(bipb，湖南以翔科技有限公司)，更优选为dcp或bipb，最优选为dcp。本发明提供的聚丙烯增容剂以聚丙烯为主体，配合使用马来酸酐，在成核剂和引发剂的共同作用下，聚丙烯的非极性的分子主链上引入了强极性的侧基马来酸酐，制备的聚丙烯增容剂中马来酸酐接枝聚丙烯的接枝率高于2.3％，力学性能好，作为制备聚丙烯改性塑料的增容剂，能够极大地改善阻燃剂、抗氧剂、稳定剂与聚丙烯亲和性，同时能够有效地增强阻燃剂、抗氧剂、稳定剂在聚丙烯中的分散性，从而显著提高聚丙烯改性塑料的力学性能和阻燃性能。本发明提供了上述技术方案所述聚丙烯增容剂的制备方法，包括以下步骤：将ppbj100n、成核剂、马来酸酐和引发剂混合后挤出造粒，得到聚丙烯增容剂。本发明对于所述混合的速度和时间没有特殊限定，采用本领域熟知的混合速度和时间即可。在本发明中，所述挤出造粒优选在双螺旋挤出机中进行，所述双螺旋挤出机的型号优选为shj–35型(南京浩特机械设备有限公司)。在本发明中，所述挤出造粒的温度为160～180℃，即，所述双螺旋挤出机的一区至十区的温度独立地优选为160～180℃，更优选为165～175℃，最优选为170℃。在本发明中，所述双螺旋挤出机的工作参数为：主机转速优选为400～550rpm，更优选为420～480rpm，最优选为440～460rpm；主机电流优选为400～480a，更优选为420～460a，最优选为440a；膜孔数优选为32～40，更优选为34～38，最优选为35～36；膜孔孔径优选为4mm；滤网的层数优选为一层，滤网的孔径优选为60目；真空度优选≥0.04mpa，即真空压力优选≤0.04mpa。在本发明中，所述挤出造粒过程，在双螺杆挤出机螺杆混炼段复合聚丙烯和聚丙烯增容剂发生接枝反应。本发明提供了一种聚丙烯改性塑料，由包括以下质量份数的组分制备得到：复合聚丙烯75～90份；聚丙烯增容剂5～7份；阻燃剂20～25份；抗氧剂0.1～0.2份；稳定剂0.05～0.1份；所述聚丙烯增容剂为上述技术方案所述的聚丙烯增容剂或上述技术方案所述制备方法制备得到的聚丙烯增容剂。在本发明中，按重量份数计，制备所述聚丙烯改性塑料的原料包括复合聚丙烯75～90份，优选为76～90份，更优选为77份、78份、79份、80份、81份、82份、83份、84份、85份、86份、87份、88份或89份。在本发明中，所述聚丙烯优选包括ppbj100n(北欧化工有限公司)、ppk8003(中国石油化工集团公司)和ppbx3905(韩国lg集团)的混合物；所述ppbj100n、ppk8003和ppbx3905的质量比优选为(5～6)：(5～8)：(3～4)，更优选为(5.5～6)：(5.5～8)：(3～4)，最优选为(5.5～6)：(6～8)：(3～4)。在本发明中，所述ppbj100n、ppk8003和ppbx3905配合使用，能够提高聚丙烯改性塑料的力学性能和阻燃性能。在本发明中，以所述复合聚丙烯的重量份数计，制备所述聚丙烯改性塑料的原料包括聚丙烯增容剂5～7份，优选为5.5～7份，更优选为5.5份、6份、6.5份或7份。在本发明中，所述聚丙烯增容剂的接枝率高，作为制备聚丙烯改性塑料的增容剂，能够极大地改善阻燃剂、抗氧剂、稳定剂与聚丙烯亲和性，同时能够有效地增强阻燃剂、抗氧剂、稳定剂在聚丙烯中的分散性，从而显著提高聚丙烯改性塑料的力学性能和阻燃性能。在本发明中，以所述复合聚丙烯的重量份数计，制备所述聚丙烯改性塑料的原料包括阻燃剂20～25份，优选为21～25份，更优选为21份、21.5份、22份、22.5份、23份、23.5份、24份、24.5份或25份；在本发明中，所述阻燃剂优选包括磷氮系阻燃剂，更优选为hs-fp20(广州市合诚化学有限公司)。本发明采用的阻燃剂阻燃效果好，与其他原料配合使用，能够提高聚丙烯改性塑料的耐阻燃性能和力学性能，且不含有卤素，不会对设备造成腐蚀。在本发明中，以所述复合聚丙烯的重量份数计，制备所述聚丙烯改性塑料的原料包括稳定剂0.05～0.1份，优选为0.06～0.1份，更优选为0.06份、0.07份、0.08份、0.09份或0.1份。在本发明中，所述稳定剂优选包括受阻胺类光稳定剂，更优选为770df(巴斯夫中国有限公司)、hals、hl-744(日本三菱公司)、chimassorb119、chimassorb2020(汽巴－嘉基公司)、gw-628(山西省化工研究所)、770、774、gw-540、pds，最优选为770df。本发明采用的受阻胺类光稳定剂毒性低、耐热加工性良好，光稳定效率高、与其他原料并用，能够提高聚丙烯改性塑料的耐燃烧性能和力学性能。在本发明中，以所述复合聚丙烯的重量份数计，制备所述聚丙烯改性塑料的原料包括抗氧剂0.1～0.2份，优选为0.12～0.2份，更优选为0.10份、0.11份、0.12份、0.13份、0.14份、0.15份、0.16份、0.17份、0.18份、0.19份或0.2份；在本发明中，所述抗氧剂优选包括亚磷酸酯类抗氧剂，更优选为s-9228a(巴斯夫中国有限公司)。本发明采用的抗氧剂具体突出的耐高温性和耐变色性，与抗氧剂和稳定剂并用能够产生极好的协同效应，能提高聚丙烯改性塑料的耐候性能、耐变色性、耐应力开裂性能和力学性能。本发明提供了上述技术方案所述聚丙烯改性塑料的制备方法，包括以下步骤：将聚丙烯、聚丙烯增容剂、抗氧剂和稳定剂混合，得到混合物料；将所述混合物料和阻燃剂进行挤出造粒，得到聚丙烯改性塑料；所述阻燃剂采用侧喂方式加入。制备聚丙烯改性塑料的工艺流程图如图1所示。本发明将聚丙烯、聚丙烯增容剂、抗氧剂和稳定剂混合，得到混合物料。本发明中，所述混合的方式优选为先将聚丙烯和聚丙烯增容剂进行第一混合，加入抗氧剂和稳定剂进行第二混合。在本发明中，所述第一混合的转速优选为1500～2000rpm，更优选为1500rpm。本发明对于所述第一混合的时间没有特殊限定，混合均匀即可。在本发明中，所述第二混合的转速优选为200～300rpm，更优选为200rpm；所述第二混合的时间优选为3～5min，更优选为3min。发明对于所述第一混合和第二混合的设备没有特殊限定，采用本领域熟知的混合设备即可，具体如高混机；本发明对于所述第一混合和第二混合的温度没有特殊限定，采用本领域熟知的混合温度即可，具体如常温。本发明采用的混料方式能够保证各原料混合的均匀性，且原料在混合过程中，温度可控，从而保证聚丙烯改性塑料具有优异的稳定性、力学性能和阻燃效果。得到混合物料后，本发明将所述混合物料和阻燃剂进行挤出造粒，得到聚丙烯改性塑料；所述阻燃剂采用侧喂方式加入。在本发明中，所述挤出造粒优选在双螺旋挤出机中进行，所述双螺旋挤出机的型号优选为shj–35型(南京浩特机械设备有限公司)。在本发明中，所述混合物料优选置于所述双螺杆挤出机的喂料槽中，经双螺杆挤出机造粒。在本发明中，所述双螺杆挤出机中各区的温度分别为：一区优选155～175℃，更优选为160～170℃，最优选为165℃；二区优选为165～185℃，更优选为170～180℃，最优选为175℃；三区优选为165～185℃，更优选为170～180℃，最优选为175℃；四区优选为170～190℃，更优选为175～185℃，最优选为180℃；五区优选为170～190℃，更优选为175～185℃，最优选为180℃；六区优选为170～190℃，更优选为175～185℃，最优选为180℃；七区优选为170～190℃，更优选为175～185℃，最优选为180℃；八区优选为170～190℃，更优选为175～185℃，最优选为180℃；九区优选为165～185℃，更优选为170～180℃，最优选为175℃；十区优选为165～185℃，更优选为170～180℃，最优选为175℃。在本发明中，所述双螺旋挤出机的工作参数为：主机转速优选为400～550rpm，更优选为420～480rpm，最优选为440～460rpm；主机电流优选为400～480a，更优选为420～460a，最优选为440a；膜孔数优选为32～40，更优选为34～38，最优选为35～36；膜孔孔径优选为4mm；滤网的层数优选为一层，滤网的孔径优选为60目；真空度优选≥0.04mpa，即真空压力优选≤0.04mpa。完成所述挤出造粒后，本发明优选还包括将所得颗粒进行冷却、切粒和成品检测。本发明对于所述冷却的方式和操作没有特殊限定，采用本领域熟知的冷却方式和操作即可。本发明对于所述切粒没有特殊限定，采用本领域熟知的切粒操作即可。在本发明中，所述聚丙烯改性塑料的颗粒尺寸优选为(3～5)mm×(3～5)mm，更优选为4mm×4mm。在本发明中，所述成品优选经检测合格后再进行使用。本发明提供的聚丙烯改性塑料的制备方法中阻燃剂采用侧喂方式加入，能保证阻燃剂在双螺杆挤出机中的停留时间，且能与混合物料实现分散均匀，同时避免了阻燃剂被碳化，可以更好的保护阻燃剂的阻燃效果，同时能够提高树脂与阻燃剂的耦合率，从而提高了聚丙烯增容剂的阻燃效果，同时控制挤出造粒的温度和工艺参数，能够有效提高聚丙烯改性塑料的力学性能和阻燃效果，且操作简单，适宜工业化生产。本发明还提供了上述技术方案所述聚丙烯改性塑料或上述技术方案所述制备方法制备的聚丙烯改性塑料在轨道交通中的应用。在本发明中，所述聚丙烯改性塑料优选应用于轨道交通工具中，具体如客运列车、火车或高铁中。在本发明中，所述聚丙烯改性塑料优选应用于上述交通工具的电池壳体。下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例1按重量份数计，将65份ppbj100n、35份tmb-5成核剂、10份马来酸酐和5份dcp聚合引发剂混合后，通过双螺旋挤出机挤出造粒，冷却、切粒，得到聚丙烯增容剂(简写为cmg3001-t)；其中，双螺旋挤出机第一区～十区的温度均为170℃；所述双螺旋挤出机的工作参数为：主机转速为500rpm，主机电流为440a，膜孔数为35；膜孔孔径为4mm；滤网的层数为一层，滤网的孔径为60目；真空压力为0.04mpa。采用红外分光光度计法测试所得聚丙烯增容剂中马来酸酐的接枝率。实施例2～3按照实施例1的方法制备聚丙烯增容剂，实施例1～3各原料的用量和马来酸酐的接枝率如表1所示：表1实施例1～3各原料用量(质量份数)和马来酸酐的接枝率原料ppbj100ntmb-5成核剂马来酸酐dcp聚合引发剂接枝率/％实施例165351052.3实施例26837125.52.4实施例370401562.5由表1可知，本发明制备的聚丙烯增容剂的接枝率在2.3％以上，接枝率高。测试例1对实施例1制备的聚丙烯增容剂、kt-1(沈阳科通塑胶有限公司)增容剂和ppgm30(宁波能之光新材料科技股份有限公司)增容剂的力学性能进行测试，测试结果如表2所示。表2增容剂性能测试结果由表2可知，本发明制备的聚丙烯增容剂比市售的聚丙烯增容剂kt-1、ppgm30的力学性能优异，进而作为聚丙烯改性塑料的增容剂，进而其增容效果比市售的聚丙烯增容剂kt-1、ppgm30更佳。实施例4按重量份数计，将25份ppbj100n、35份ppk8003、15份ppbx3905和5份实施例1制备的聚丙烯增容剂(cmg3001-t)在1500rpm条件下预混，加入0.1份s-9228a和0.1份770df在200rpm条件下混合3min，得到混合物料；20份hs-fp20采用侧喂方式加入，与所述混合物料混合均匀，通过双螺旋挤出机挤出造粒，得到聚丙烯改性塑料；其中，所述双螺杆挤出机中各区的温度分别为：一区165℃；二区175℃；三区175℃；四区180℃；五区180℃；六区180℃；七区180℃；八区180℃；九区175℃；十区175℃；所述双螺旋挤出机的工作参数为：主机转速为500rpm，主机电流为440a，膜孔数为35；膜孔孔径为4mm；滤网的层数为一层，滤网的孔径为60目；真空压力为0.04mpa。实施例5～8按照实施例4的方法制备聚丙烯改性塑料，实施例5～8各原料的用量如表2所示。对照例1按照实施例4的方法制备聚丙烯改性塑料，与实施例4的区别在于，hs-fp20、s-9228a和770df同时加入，对照例1各原料的用量如表2所示。表2实施例4～8和对照例1各原料用量(质量份数)原料实施例4实施例5实施例6实施例7实施例8对照例1ppbj100n2530252524.525ppk80033525402526.335ppbx3905151510202015cmg3001-t575855hs-fp20202225252420s-9228a0.10.10.20.20.10.1770df0.10.050.10.10.10.1测试例将实施例4～8和对照例1制备的聚丙烯改性塑料进行注塑成型，得到测试试件，其中，注塑成型采用的注塑机的型号优选为htf160w1型(宁波海天集团股份有限公司)，测试试件的尺寸为80mm×40mm×10mm。对实施例4～8和对照例1制备的聚丙烯改性塑料进行力学性能和燃烧性能测试，测试结果如表3所示：表3聚丙烯改性塑料的力学性能和阻燃性能测试结果由表3可知，本发明提供的聚丙烯改性塑料的拉伸强度为16.9～17.4mpa，断裂伸长率为359～395％，拉伸模量为565～605mpa，弯曲强度为20.6～21.5mpa，弯曲模量为987～1147mpa，熔体指数大于8.1g/10min，冲击强度大于50kj/m2，机械及加工性能和耐应力开裂性能优异；氧指数大于45％，燃烧的发热量、有毒气体及烟的释放量低，燃烧等级为v0级，火焰蔓延为6～12，火焰传播速度为class1，烟气毒性为1.5～1.7r，烟密度为7.02～7.12，燃烧试验完全符合bs6853-1999(包含修正1):2002测试标准要求，力学性能和阻燃性能都优于对照例1。表明，本发明提供的聚丙烯改性塑料力学性能和阻燃性能优异，在轨道交通中具有很好的应用效果。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。当前第1页1 2 3