一种用于制备高耐热聚丙烯塑料的母料及其制备方法和应用.pdf

本发明提供了一种用于制备高耐热聚丙烯塑料的母料及其制备方法和应用。所述母料是由聚丙烯与粉料按重量比100∶30～45制成；所述粉料由以下重量份数的组分制成：11～30份片状填料、1～3份纳米填料以及0.1～0.3份聚丙烯成核剂；所述片状填料为白云母或绢云母。所述用于制备高耐热聚丙烯塑料的母料的制备方法是：将片状填料和纳米填料混合；用丙酮将成核剂溶解然后均匀洒入混合填料；混均后干燥；将干燥的粉料与聚丙烯熔融混合，制得用于制备高耐热聚丙烯塑料的母料。所述母料在制备高耐热聚丙烯塑料中的应用，是将所述5～10重量份母料粉碎后与50～100份聚丙烯熔融挤出制备得到高耐热聚丙烯塑料。本发明通过各组分的协同作提高了聚丙烯的耐热性，市场前景广阔。

1.  一种用于制备高耐热聚丙烯塑料的母料，其特征是由聚丙烯与粉料按重量比100∶30～45制成；所述粉料由以下重量份数的组分制成：11～30份片状填料、1～3份纳米填料以及0.1～0.3份聚丙烯成核剂；所述片状填料为白云母或绢云母。

2.  如权利要求1所述的母料，其特征在于所述纳米填料是纳米硬脂酸钙、纳米硬脂酸钠、纳米硬脂酸锌或纳米硬脂酸镁。

3.  如权利要求1所述的母料，其特征在于所述聚丙烯成核剂为双酚磷酸酯盐。

4.  如权利要求3所述的母料，其特征在于所述双酚磷酸酯盐为2，2’-亚甲基双(4，6-二叔丁基苯基)磷酸酯钠盐或2，2’-亚甲基双(4，6-二叔丁基苯基)磷酸酯铝盐。

5.  一种权利要求1所述用于制备高耐热聚丙烯塑料的母料的制备方法，其特征是：将片状填料和纳米填料混合；用丙酮将成核剂溶解然后均匀洒入混合填料；混均后干燥制得粉料；将干燥的粉料与聚丙烯熔融混合，制得用于制备高耐热聚丙烯塑料的母料。

6.  如权利要求5所述的制备方法，其特征在于所述用丙酮将成核剂溶解中成核剂的重量百分比浓度为0.1％。

7.  如权利要求5所述的制备方法，其特征在于所述片状填料和纳米填料混合为高速混合8-10分钟。

8.  如权利要求5所述的制备方法，其特征在于所述加入成核剂与混合填料混均的方法为采用间歇式搅拌法，每搅动约2分钟，停止片刻，待粉尘落下后，再重复上述搅拌过程5次，以使所有粉料充分混合均匀。

9.  如权利要求5所述的制备方法，其特征在于所述熔融混合的温度为175-185℃，混合时间6-8分钟。

10.  权利要求1所述母料在制备高耐热聚丙烯塑料中的应用，其特征是将所述5～10重量份母料粉碎后与50～100份聚丙烯熔融挤出制备得到高耐热聚丙烯塑料材料。

一种用于制备高耐热聚丙烯塑料的母料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种用于制备高耐热聚丙烯塑料的母料及其制备方法和应用，属于塑料加工技术领域。
背景技术
与聚乙烯相比，聚丙烯(PP)在现有的聚烯烃塑料材料中，是一种很有应用发展潜力的塑料品种。它质量轻，拉伸，弯曲强度及模量高，综合性能好，而且价廉易得，易于加工。经过改性现在已经在很多应用场合替代了工程塑料。故目前也已成为当今世界产量最大，应用最广的塑料品种之一。
随着市场应用范围的扩大与深化，对聚丙烯的性能要求也越来越高。其中提高聚丙烯的耐热温度，以满足高温加工条件下仍有良好性能的要求。目前提高聚丙烯的热变形温度到130℃以上的途径主要有两个，一是通过添加玻纤或片状填料，二是添加取代双酚磷酯盐成核剂的。前者可以使力学性能，耐热性能和成型收缩率都得到全面改性。但比重大和流动性变差且失去光泽。后者同时可以改善透明性、加工性能，且比重不变，适合更广泛的用途，但该成核剂价格昂贵，进口的一般500元/KG以上，国产产品尚未市场化。据了解，国外高耐热聚丙烯商品是在生产后期添加成核剂造粒的。因此，研究比重在1.1左右(小于1.2)，热变形温度在130℃或以上的聚丙烯专用料且其价格明显低于采用高价成核剂的组成物，是市场很需求的聚丙烯品种，而目前尚未见相关的报道。
发明内容
本发明的目的在于弥补已有技术的不足，提供一种用于制备高耐热聚丙烯塑料，能明显改善聚丙烯塑料的耐热性的、低成本的母料。
本发明的另一个目的是提供一种简单高效的上述用于制备高耐热聚丙烯塑料的母料的制备方法。
本发明还有一个目的是提供上述母料在制备高耐热聚丙烯塑料中的应用。
本发明通过以下技术方案实现上述目的：
一种用于制备高耐热聚丙烯塑料的母料，是聚丙烯与粉料按重量比100∶30～45制成；所述粉料由以下重量份数的组分制成：11～30份片状填料、1～3份纳米填料以及0.1～0.3份聚丙烯成核剂；
所述片状填料为白云母或绢云母；母料中云母的含量应为30重量％或更高。
所述纳米填料是纳米硬脂酸钙、纳米硬脂酸钠、纳米硬脂酸锌或纳米硬脂酸镁。
所述聚丙烯成核剂为双酚磷酸酯盐；所述双酚磷酸酯盐优选2，2’-亚甲基双(4，6-二叔丁基苯基)磷酸酯钠盐或2，2’-亚甲基双(4，6-二叔丁基苯基)磷酸酯铝盐。
本发明中，云母的独特片状结构使它成为典型的增强填料，并可提高塑料制品的韧性，耐热性和尺寸稳定性。绢云母为白云母的一个亚种，为鳞片状晶体，与白云母呈玻璃光泽相比，其具丝绢光泽，比重2.6～2.7，硬度2～3，富弹性，可弯曲，抗磨性和耐磨性好；耐热绝缘，难溶于酸碱溶液，化学性质稳定；特别是其可以屏蔽八成以上紫外线，提高塑料的耐候性、延迟粉化、变色。绢云母高径厚比的二维片状结构，对于增强塑料的综合机械性能，抗龟裂、耐酸、耐碱、耐热和防腐性能有利。本发明选择了片层结构的云母及绢云母为增强填料，同时成为成核剂的载体，以有效分散成核剂，提高成核剂的成核效率。此外，还选择了工业化的纳米碳酸钙及纳米二氧化硅为纳米填料，增强及增韧PP，同时作为成核剂的载体，以提高成核剂与PP的接触面积，使成核剂效率提高。
本发明所述用于制备高耐热聚丙烯塑料的母料的制备方法为：
将按目数计量的片状填料和纳米填料混合；用适量丙酮将成核剂溶解(重量百分比浓度约0.1％)，然后再均匀洒入混合填料；混均后干燥；将干燥的粉料与聚丙烯熔融混合，制得用于制备高耐热聚丙烯塑料的母料。
所述片状填料和纳米填料混合的优选调整混合8-10分钟。
所述加入成核发剂与混合填料混均的方法优选采用间歇式搅拌法，每搅动约2分钟，停止片刻，待粉尘落下后，重复上述搅拌过程5次，以使所有粉料充分混合均匀。
所述熔融混合的温度优选175-185℃，混合时间6-8分钟。
本发明还提供上述母料在制备高耐热聚丙烯塑料中的应用，是将所述5～10重量份母料粉碎后与50～100份聚丙烯熔融挤出制备得到高耐热聚丙烯塑料材料。
所述挤出机各区温度分别为185，200，210，220，210℃。
在本发明中，片层状填料及纳米填料与成核剂对PP耐热性具有协同促进作用，单纯添加云母、纳米填料及成核剂的PP的热变形温度最高达到120-125℃。比纯PP的105℃提高。通过填料及成核剂的协同作用，PP的热变形温度提高到130℃以上，且比重低于1g/cm³，拉伸强度、弯曲强度及冲击强度均得到不同程度提高，其中弯曲强度明显提高。改性PP具有特殊光泽。据有关绢云母改性聚合物涂料的文献报道，其中绢云母还能赋予PP耐紫外光性能。
本发明基于成核作用是表面成核原理。通过将高熔点(熔点大于350℃)的磷酸酯盐的粉状结构通过一定的工艺将其改造成几个分子层结构附着具抗紫外性能的纳米级层状矿物体表面上。达到成核剂总用量从0.25％降低到0.05％以下。高成本成核剂用量降低为常规配方的1/3以下，同样达到提高聚丙烯的热变形温度高于130℃的效果。
与现有技术相比，本发明还具有以下有益效果：本发明通过片层状填料及纳米填料与聚丙烯成核剂的协同作用来提高PP的耐热性，得到机械性能与现有技术的PP相当，但比重低于的现有技术中的PP。
具体实施方式
以下通过具体的实施例进一步说明本发明的技术方案。所涉及的份数如未特别说明的，均为重量份。
实施例1
100份聚丙烯、11～30份片状填料、1～3份纳米填料以及0.1～0.3份聚丙烯成核剂；
将1份纳米硬脂酸钙与600目的白云母11份在高速搅拌机中预搅拌10分钟，均匀的撒入0.1份2，2’-亚甲基双(4，6-二叔丁基苯基)磷酸酯钠盐的丙酮溶液，其中溶质质量分数为0.1％。采用间歇式搅拌法，每搅动2分钟，停止片刻，让粉状物落下，重复上述搅拌过程5次，使所有粉料混合均匀，并将其烘干。
将30份烘干的粉料与100份PP于混炼机中，在185℃的温度条件下，熔融混合8分钟，制得高耐热聚丙烯塑料的母料。将混练母料经破碎后取10份母料与100份聚丙烯(质量)熔融挤出制备耐热复合PP材料。挤出机各区温度分别为185，200，210，220，210℃。
对该专用料进行测试后得出如下测试数据：
比重：0.97
拉伸强度：37MPa；断裂伸长率：33％；(GB1040-92)
弯曲强度：62MPa                    (GB9341-2000)
弯曲模量：3.12GPa
冲击强度：3.43KJ/m²                (悬臂梁法)
热变形温度：136℃(GB1634.2-2004)
熔融指数：5.0g/10min(230℃，2160g)
实施例2
将3份纳米硬脂酸钠与1200目的绢云母13份在高速搅拌机中预搅拌8分钟，均匀的撒入0.3份2，2’-亚甲基双(4，6-二叔丁基苯基)磷酸酯铝盐的丙酮溶液，其中溶质质量分数为0.1％。采用间歇式搅拌法，每搅动2分钟，停止一会，让粉状物落下，重复上述搅拌过程5次，使所有粉料混合均匀，并将其烘干。
将45份烘干的粉料与100份PP于混炼机中，在180℃的温度条件下，熔融混合6分钟，制得高耐热聚丙烯塑料的母料。将混练母料经破碎后取5份母料与100份PP(质量)熔融挤出制备耐热复合材料。挤出机各区温度分别为185，200，210，220，210℃。
对该专用料进行测试后得出如下测试数据：
比重：0.95
拉伸强度：34MPa；断裂伸长率：30％；(GB1040-92)
弯曲强度：49MPa                    (GB9341-2000)
弯曲模量：1.7GPa
冲击强度：3.53KJ/m²
热变形温度：134℃(GB1634.2-2004)
熔融指数：5.0g/10min(230℃，2160g)
实施例3
将2份纳米碳酸锌与600目的白云母11份在高速搅拌机中预搅拌8分钟，均匀的撒入0.2份2，2’-亚甲基双(4，6-二叔丁基苯基)磷酸酯钠盐的丙酮溶液，其中溶质质量分数为0.1％。采用间歇式搅拌法，每搅动2分钟，停止一会，让粉状物落下，重复上述搅拌过程5次，使所有粉料混合均匀，并将其烘干。
将40份(质量)烘干的粉料与100份PP于混炼机中，在185℃的温度条件下，熔融混合8分钟，制得高耐热聚丙烯塑料的母料。将混练母料经破碎后取10份与50份(质量)母料与PP熔融挤出制备耐热复合材料。挤出机各区温度分别为185，200，210，220，210℃。
对该专用料进行测试后得到如下测试数据：
比重：0.97
拉伸强度：38MPa；断裂伸长率：28％；(GB1040-92)
弯曲强度：53MPa                    (GB9341-2000)
弯曲模量：2.5GPa
冲击强度：4.68KJ/m²                (悬臂梁法)
热变形温度：135℃(GB1634.2-2004)
熔融指数：5.0g/10min(230℃，2160g)
对比例
将30份滑石粉、0.25份2，2’-亚甲基双(4，6-二叔丁基苯基)磷酸酯铝盐，在高速搅拌机中预搅拌10分钟。将混合粉料与100份PP于双螺杆挤出机中挤出造粒，制备耐热PP复合材料。挤出机各区温度分别为160，180，200，220，210℃。
对该专用料进行测试后得到如下测试数据：
比重：1.16
拉伸强度：26MPa；断裂伸长率：25％；(GB1040-92)
弯曲强度：55MPa                    (GB9341-2000)
弯曲模量：2.5GPa
冲击强度：4.14KJ/m²                (悬臂梁法)
热变形温度：130℃(GB1634.2-2004)
熔融指数：4.7g/10min(230℃，2160g)
对比例中使用了滑石粉，其表面没有活性。因为没有附着和键合作用，成核剂分子最终是自身仍成粉状与矿物粉末混合在一起的。这样就无法成核剂减少用量，并且提高的热变形温度上限的效果还不及云母。本发明中使用的分散的新方法，即通过添加更多载体的量(母料的添加量)，借助母料的分散使成核剂分散得更好而降低成核剂的总体添加量。