用于高填充聚烯烴材料的新型相容劑母粒及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于高填充聚烯烴材料的新型相容劑母粒及其制備方法，將聚烯烴40-88％，功能性單體1-10％，加工助劑0.1-10％，抗氧劑0.1-5％按比例放入高混機(jī)中混合3-5分鐘，出料，喂入雙螺桿擠出機(jī)，引發(fā)劑0.1-5％采用側(cè)喂料方式從第一側(cè)喂料口喂入，潤(rùn)滑劑10-30％從第二喂料口喂入，擠出后再造粒。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明制備的相容劑母粒，兼具高接枝率、高潤(rùn)滑性、降低加工溫度的特點(diǎn)，高接枝率可改善木粉等植物纖維浸潤(rùn)效果，能顯著改善其在樹脂中的分散，從而提高木塑復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能；同時(shí)高潤(rùn)滑性可大幅度提高生產(chǎn)速度，提高生產(chǎn)的穩(wěn)定性，改善產(chǎn)品表觀性能；配合加工溫度低的特點(diǎn)可降低木塑材料加工過程中的扭矩及塑化溫度。
【專利說明】用于高填充聚烯烴材料的新型相容劑母粒及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高分子領(lǐng)域，涉及一種新型相容劑母粒，可用于高填充聚烯烴材料，特別是木塑復(fù)合材料。
【背景技術(shù)】
[0002]木塑復(fù)合材料(Wood-Plastics Composites)是指采用植物纖維和熱塑性樹脂,經(jīng)混煉加工制成的新型綠色環(huán)保材料。木塑復(fù)合材料有利于保護(hù)森林資源和生態(tài)環(huán)境，充分利用廢舊塑料，變廢為寶，消除“白色污染”，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。
[0003]但木塑復(fù)合材料中的植物纖維具有強(qiáng)極性，而聚烯烴幾乎沒有極性。如果不經(jīng)過處理，兩相間粘結(jié)效果差，為了提高共混物中分散相和連續(xù)相的界面張力，許多人提出了利用物理或者化學(xué)的方法，對(duì)植物纖維的表面進(jìn)行處理，改變纖維表面的狀態(tài)，以達(dá)到改善表面相容性的目的。由于植物纖維材料的界面特性十分復(fù)雜，同時(shí)組成植物纖維材料的纖維素、半纖維素、木素等成分中含有大量的極性羥基和酚羥基等官能團(tuán)，其表面的化學(xué)極性很強(qiáng)，因而通過加入含有反應(yīng)性官能團(tuán)的相容劑，可有效降低其表面能，提高流動(dòng)性，改善材料的界面粘合性。
[0004]目前，木塑復(fù)合材料中所使用的相容劑主要是各類聚烯烴接枝馬來酸酐的產(chǎn)品，比如PP-g-MAH，HDPE-g-MAH, LLDPE-g-MAH等。但是由于植物纖維中的半纖維素和木素有氧存在時(shí)200°C左右即發(fā)煙變色，所以木塑復(fù)合材料的加工溫度相對(duì)較低，一般在140~180°C，其中所使用的聚合物材料因此必須有較低的熔點(diǎn)。
[0005]雖然PE類接枝馬來酸酐的相容劑產(chǎn)品熔點(diǎn)較低，但是由于此類材料進(jìn)行熔融接枝的過程中容易產(chǎn)生交聯(lián)副反應(yīng)，因而流動(dòng)性一般都較差，接枝率也不高，對(duì)木粉等植物纖維浸潤(rùn)效果有限。雖然PP接枝馬來酸酐的相容劑產(chǎn)品的流動(dòng)性較高，一般可達(dá)到100g/10min，但是由于PP的熔點(diǎn)較高(一般在170°C左右)，因而在木塑復(fù)合材料中的加工性能不好。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種兼具高接枝率、高流動(dòng)性、加工溫度低的用于高填充聚烯烴材料的新型相容劑母粒及其制備方法。
[0007]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):一種用于高填充聚烯烴材料的新型相容劑母粒，其特征在于，包括以下重量百分比含量的組分:聚烯烴40-88%，功能性單體1-10 %，引發(fā)劑0.1-10 %，加工助劑0.1-5 %，抗氧劑0.1-5 %，潤(rùn)滑劑10-30 %。
[0008]所述的相容劑優(yōu)選以下重量百分比含量的組分:聚烯烴60-65%，功能性單體5-8 %，引發(fā)劑5-8 %，加工助劑2-3 %，抗氧劑2-3 %，潤(rùn)滑劑18-22 %。
[0009]所述的聚烯烴為由40~90wt%的低結(jié)晶性的聚烯烴與10~60wt%的高結(jié)晶性的聚烯烴混合而成的復(fù)配體系，包括均聚聚丙烯、共聚聚丙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯中的兩種或兩種以上的混合物。[0010]所述的低結(jié)晶性的聚烯烴是指結(jié)晶度為60~80%的聚烯烴，所述的高結(jié)晶性的聚烯烴是指結(jié)晶度為20~40%的聚烯烴。
[0011]所述的功能性單體可以是馬來酸酐、甲基丙烯酸縮水甘油酯、丙烯酸中的一種或幾種的混合物。 [0012]所述的引發(fā)劑一種復(fù)配體系，由兩種在不同溫度下具有近似引發(fā)效率的引發(fā)劑按質(zhì)量比1: 4~4: I組成，包括過氧化二異丙苯、過氧化二苯甲酰、2，5_ 二甲基-2，5-雙(叔丁過氧基)己烷、2，5-二甲基-2，5-雙(叔丁過氧基)己炔或雙叔丁過氧異丙基苯中兩種的復(fù)配物。
[0013]所述的加工助劑為鑭系稀土氧化物，可以是Ce02、Nd2O3中的一種；所述的潤(rùn)滑劑是脂肪酸皂鹽類潤(rùn)滑劑、硅酮類潤(rùn)滑劑、低分子蠟中的一種或幾種；所述的抗氧劑為一種受阻酚類抗氧劑與亞磷酸酯類抗氧劑的復(fù)配體系。
[0014]所述的脂肪酸皂鹽類潤(rùn)滑劑包括硬脂酸鈣、硬脂酸鋅、乙撐雙脂肪酸酰胺或改性乙撐雙脂肪酸酰胺；所述的抗氧劑為質(zhì)量比為1:1的抗氧劑1010與抗氧劑168的混合物。
[0015]一種用于高填充聚烯烴材料的新型相容劑母粒的制備方法，其特征在于，將聚烯烴40-88 %，功能性單體1-10 %，加工助劑0.1-5 %，抗氧劑0.1-5 %按比例放入高混機(jī)中混合3-5分鐘，出料，喂入雙螺桿擠出機(jī)，引發(fā)劑0.1-10%采用側(cè)喂料方式從第一側(cè)喂料口喂入，潤(rùn)滑劑10-30 %從第二喂料口喂入，擠出后再造粒。
[0016]所述的雙螺桿擠出機(jī)的加工溫度在80_210°C，螺桿轉(zhuǎn)數(shù)在180-600轉(zhuǎn)/分。
[0017]將上述方法制得的相容劑母粒用于木塑復(fù)合材料中，可降低木塑材料加工過程中的扭矩及塑化溫度。具體應(yīng)用方法為:在100-200°C下的雙輥煉塑機(jī)使樹脂熔融包輥，接著加入木粉(在電熱鼓風(fēng)干燥箱110°C下干燥2h)、潤(rùn)滑劑、抗氧劑及相容劑，混煉10-20min至均勻，然后拉片下輥。接著在(175±5) °C的平板硫化機(jī)(工作壓力約IOMPa)上熱壓5min。最后移至另一臺(tái)平板硫化機(jī)室溫保壓500s，之后開模取出樣品，制得木塑復(fù)合材料。
[0018]本發(fā)明制備的相容劑母粒，兼具高接枝率、高潤(rùn)滑性、降低加工溫度的特點(diǎn)，高接枝率可改善木粉等植物纖維浸潤(rùn)效果，能顯著改善其在樹脂中的分散，從而提高木塑復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能；同時(shí)高潤(rùn)滑性可大幅度提高生產(chǎn)速度，提高生產(chǎn)的穩(wěn)定性，改善產(chǎn)品表觀性能；配合加工溫度低的特點(diǎn)可降低木塑材料加工過程中的扭矩及塑化溫度。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用上述配方及加工工藝制得一種用于高填充聚烯烴材料的新型相容劑母粒，與現(xiàn)有相容劑產(chǎn)品相比，具有以下突出特點(diǎn)及顯著優(yōu)勢(shì):
[0020]1、本發(fā)明通過改變聚烯烴鏈段的規(guī)整性，有效降低了相容劑產(chǎn)品的起始熔融溫度，從而可降低木塑復(fù)合材料的加工溫度，改善加工性能，降低塑化溫度，有效避免熱氧變色等副反應(yīng)。
[0021]2、本發(fā)明通過復(fù)配的引發(fā)體系，有效提高了相容劑產(chǎn)品的接枝率，降低了單體殘留率，是一種低氣味、綠色環(huán)保產(chǎn)品。而高接枝率可更有效地對(duì)植物纖維表面進(jìn)行浸潤(rùn)，降低其表面能，提高流動(dòng)性，改善材料的界面粘合性。與其他相容劑相比，在同等性能要求下，可降低其用量，從而降低配方成本，復(fù)合低碳環(huán)保的發(fā)展趨勢(shì)。
[0022]3、本發(fā)明制備的新型相容劑，具有高潤(rùn)滑性，能有效提高植物纖維在熱塑性樹脂中的分散，對(duì)木塑復(fù)合材料的力學(xué)性能改善效果明顯可大幅度提高生產(chǎn)速度，提高生產(chǎn)的穩(wěn)定性，改善產(chǎn)品表觀性能，可降低木塑材料加工過程中的扭矩，特別適用于高填充量的木塑復(fù)合材料。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明:
[0024]實(shí)施例1:
[0025]1000g聚丙烯采用國(guó)產(chǎn)的共聚丙烯，17g引發(fā)劑采用2，5-二甲基-2，5-雙(叔丁過氧基)己烷，1.5g抗氧劑為CIBA公司的168和1010(1: I)，20g功能單體采用馬來酸酐。將上述組分按比例放入高混機(jī)中混合3-5分鐘，出料，然后用螺桿擠出機(jī)擠出造粒，各區(qū)加工溫度設(shè)定在80-210°C，螺桿轉(zhuǎn)數(shù)在450轉(zhuǎn)/分。
[0026]實(shí)施例2:
[0027]1000g聚乙烯采用韓國(guó)進(jìn)口的高密度聚乙烯，17g引發(fā)劑采用2，5_ 二甲基_2，5-雙(叔丁過氧基)己燒，20g功能單體采用馬來酸酐，1.5g抗氧劑為CIBA公司的168和1010(1: I)，4g抗交聯(lián)劑采用硬脂酸酰胺。將上述組分按比例放入高混機(jī)中混合3-5分鐘，出料，然后用螺桿擠出機(jī)擠出造粒，加工溫度在80-200°C，螺桿轉(zhuǎn)數(shù)在450轉(zhuǎn)/分。
[0028]實(shí)施例3:
[0029]700g聚丙烯采用國(guó)產(chǎn)的無規(guī)共聚聚丙烯和常規(guī)共聚聚丙烯(70: 30)，15g功能單體采用馬來酸酐，1.5g抗氧劑為CIBA公司的168和1010(1: I) ; 13g引發(fā)劑采用2，5-二甲基-2，5-雙(叔丁過氧基)己烷和 雙叔丁過氧異丙 基苯得復(fù)配物(2: 3) ;300g潤(rùn)滑劑(硬脂酸鈣:硅酮:低分子PE蠟=I: 2.5: 0.5)，^加工助劑(^02。將上述組分分別按比例放入高混機(jī)中混合3-5分鐘，出料，然后分別從主喂料口和第一、第二側(cè)喂料口加入擠出機(jī)，經(jīng)螺桿擠出機(jī)擠出造粒，加工溫度在80-200°C，螺桿轉(zhuǎn)數(shù)在450轉(zhuǎn)/分。
[0030]實(shí)施例4:
[0031]將250g聚丙烯采用國(guó)產(chǎn)的共聚聚丙烯和250g韓國(guó)進(jìn)口高密度聚乙烯，500g木粉(60目的楓樹木粉)，30g改性乙撐雙脂肪酸酰胺，3g抗氧劑為CIBA公司的168和1010(1: I)，80g相容劑采用實(shí)施例1-3制得的樣品1-3。將上述組分按比例在170°C下的雙輥煉塑機(jī)使樹脂熔融包輥，接著加入木粉(在電熱鼓風(fēng)干燥箱110°C下干燥2h)、潤(rùn)滑劑、抗氧劑及相容劑，混煉15min左右至均勻，然后拉片下輥。接著在(175±5)°C的平板硫化機(jī)(工作壓力約IOMPa)上熱壓5min。最后移至另一臺(tái)平板硫化機(jī)室溫保壓500s,之后開模取出樣品，制備樣品4-6#。
[0032]實(shí)施例5:
[0033]將250g聚丙烯采用國(guó)產(chǎn)的共聚聚丙烯和250g韓國(guó)進(jìn)口高密度聚乙烯，500g木粉(60目的楓樹木粉)，30g改性乙撐雙脂肪酸酰胺，3g抗氧劑為CIBA公司的168和1010(1: I)，60g相容劑采用實(shí)施例3制得的樣品3。將上述組分按比例在160°C下的雙輥煉塑機(jī)使樹脂熔融包輥，接著加入木粉(在電熱鼓風(fēng)干燥箱110下干燥2h)、潤(rùn)滑劑、抗氧劑及相容劑，混煉15min左右至均勻，然后拉片下輥。接著在(175±5) °C的平板硫化機(jī)(工作壓力約IOMPa)上熱壓5min。最后移至另一臺(tái)平板硫化機(jī)室溫保壓500s，之后開模取出樣品，制備樣品7#。
[0034]根據(jù)實(shí)施例1-3制得的樣品1-3#，與市售科聚亞的polybond3000進(jìn)行以下對(duì)比:[0035]表1.樣品
[0036]1-3#基本物性對(duì)比對(duì)比
[0037]
【權(quán)利要求】
1.一種用于高填充聚烯烴材料的新型相容劑母粒，其特征在于，包括以下重量百分比含量的組分:聚烯烴40-88%，功能性單體1_10%，引發(fā)劑0.1-5%，加工助劑0.1-10%，抗氧劑0.1-5%，潤(rùn)滑劑10-30% ο
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高填充聚烯烴材料的新型相容劑母粒，其特征在于，所述的相容劑優(yōu)選以下重量百分比含量的組分:聚烯烴60-65%，功能性單體5-8%，引發(fā)劑5-8 %，加工助劑2-3 %，抗氧劑2-3 %，潤(rùn)滑劑18-22 %。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于高填充聚烯烴材料的新型相容劑母粒，其特征在于，所述的聚烯烴為由40~90?〖％的低結(jié)晶性的聚烯烴與10~60?〖％的高結(jié)晶性的聚烯烴混合而成的復(fù)配體系，包括均聚聚丙烯、共聚聚丙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯中的兩種或兩種以上的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于高填充聚烯烴材料的新型相容劑母粒，其特征在于，所述的低結(jié)晶性的聚烯烴是指結(jié)晶度為60~80%的聚烯烴，所述的高結(jié)晶性的聚烯烴是指結(jié)晶度為20~40%的聚烯烴。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于高填充聚烯烴材料的新型相容劑母粒，其特征在于，所述的功能性單體可以是馬來酸酐、甲基丙烯酸縮水甘油酯、丙烯酸中的一種或幾種的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于高填充聚烯烴材料的新型相容劑母粒，其特征在于，所述的引發(fā)劑一種復(fù)配體系，由兩種在不同溫度下具有近似引發(fā)效率的引發(fā)劑按質(zhì)量比1: 4~4:1組成，包括過氧化二異丙苯、過氧化二苯甲酰、2，5-二甲基-2，5-雙(叔丁過氧基)己烷、2，5_ 二甲基-2，5-雙(叔丁過氧基)己炔或雙叔丁過氧異丙基苯中兩種的復(fù)配物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于高填充聚烯烴材料的新型相容劑母粒，其特征在于，所述的加工助劑為鑭系稀·土氧化物，包括Ce02、Nd203中的一種。;所述的潤(rùn)滑劑是脂肪酸皂鹽類潤(rùn)滑劑、硅酮類潤(rùn)滑劑、低分子蠟中的一種或幾種；所述的抗氧劑為一種受阻酚類抗氧劑與亞磷酸酯類抗氧劑的復(fù)配體系。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種用于高填充聚烯烴材料的新型相容劑母粒，其特征在于，所述的脂肪酸皂鹽類潤(rùn)滑劑包括硬脂酸鈣、硬脂酸鋅、乙撐雙脂肪酸酰胺或改性乙撐雙脂肪酸酰胺；所述的抗氧劑為質(zhì)量比為1:1的抗氧劑1010與抗氧劑168的混合物。
9.一種如權(quán)利要求1所述的用于高填充聚烯烴材料的新型相容劑母粒的制備方法，其特征在于，將聚烯烴40-88 %，功能性單體1-10 %，加工助劑0.1-10 %，抗氧劑0.1-5 %按比例放入高混機(jī)中混合3-5分鐘，出料，喂入雙螺桿擠出機(jī)，引發(fā)劑0.1-5%采用側(cè)喂料方式從第一側(cè)喂料口喂入，潤(rùn)滑劑10-30 %從第二喂料口喂入，擠出后再造粒。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種用于高填充聚烯烴材料的新型相容劑母粒，其特征在于，所述的雙螺桿擠出機(jī)的加工溫度在80-210°C，螺桿轉(zhuǎn)數(shù)在180-600轉(zhuǎn)/分。
【文檔編號(hào)】B29C47/92GK103540074SQ201210244206
【公開日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2012年7月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月13日
【發(fā)明者】段浩, 郭建鵬, 齊陽(yáng)城, 湯俊杰, 蘇吉英 申請(qǐng)人:上海日之升新技術(shù)發(fā)展有限公司