專利名稱：聚烯烴共混填充體系改性加工方法
聚烯烴是使用量大應(yīng)用面廣的通用塑料，約占塑料總產(chǎn)量的35％。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)聚烯烴塑料的性能提出了更高更苛刻的要求，因此對(duì)聚烯烴進(jìn)行改性以滿足更高性能的要求，促進(jìn)聚烯烴塑料工業(yè)的發(fā)展，具有重要意義。共混、填充復(fù)合等方法為聚合物改性和制備新的聚合物材料提供了簡(jiǎn)捷有效的途徑，已成為聚烯烴塑料高性能化研究的主流。但由于結(jié)構(gòu)和形態(tài)等差異，聚烯烴與許多高分子材料不相容，不能直接進(jìn)行共混。改善共混物的相容性，控制共混物的形態(tài)結(jié)構(gòu)，提高共混物的性能是當(dāng)今的主要研究方向，目前改善聚烯烴與含有極性基團(tuán)的材料相容性的主要途徑有1)加入嵌段/接枝共聚物，此共聚物起到界面乳化劑的作用，增強(qiáng)共混體系的界面相互作用(特開(kāi)昭63-309547等)；2)加入含有官能團(tuán)的共聚物，其中官能團(tuán)與含有極性基團(tuán)的材料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，就地生成嵌段/接枝共聚物，作為增容劑(C.C.Sun，J.E.Mark，Journal of Polymer SciencePart BPolymer Physics，25，15613-1564(1987)等)；3)采用化學(xué)方法和其他技術(shù)(γ射線輻照、電子束輻照、紫外線輻照，微波輻照、分子復(fù)合等)，使聚烯烴帶有反應(yīng)性官能團(tuán)(羧基、羥基、過(guò)氧基團(tuán)等)，然后再與一些極性材料進(jìn)行反應(yīng)共混，在共混過(guò)程中就地生成嵌段/接枝共聚物作為增容劑(中國(guó)專利ZL96117564.8等)，達(dá)到增強(qiáng)聚烯烴與極性材料的界面相互作用，提高共混物的強(qiáng)度和韌性。但是在目前，合適的工業(yè)化增容劑尚很缺乏；如采用化學(xué)方法和現(xiàn)有的其他技術(shù)對(duì)聚烯烴進(jìn)行改性，在賦予其反應(yīng)官能團(tuán)的同時(shí)，常會(huì)伴有降解和交聯(lián)反應(yīng)，影響共混物加工性能和力學(xué)性能。研究既能增強(qiáng)聚烯烴共混材料的界面相互作用，又能改善聚烯烴共混復(fù)合材料的加工性能的新方法，具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而公開(kāi)一種既能增強(qiáng)聚烯共混物料的界面相互作用，又能改善聚烯烴共混復(fù)合材料的力學(xué)性能和加工性能的聚烯烴共混填充體系改性加工方法。
本發(fā)明的核心思想是通過(guò)對(duì)熔融狀態(tài)的聚烯烴共混填充體系施加超聲輻照，以改善共混填充體系的不同物相間的分散性和相容性，進(jìn)而提高共混物的力學(xué)性能和加工性能。
本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)將共混填充體系組分物料在固體狀態(tài)下充分混后，混合后的共混填充體系物料加入擠塑機(jī)，在擠塑機(jī)內(nèi)加熱至熔融狀態(tài)，經(jīng)擠塑機(jī)擠塑混合，并在共混填充體系物料熔體從機(jī)模擠出口排出之前對(duì)熔體施加頻率為18～25KHz的超聲輻照，其強(qiáng)度為28～170W/cm2。
為了更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，還可進(jìn)一步采取以下技術(shù)措施共混填充體系物料在擠塑機(jī)內(nèi)被加熱至160～220℃的熔融狀態(tài)。
共混填充體系物料在擠塑機(jī)內(nèi)被加熱的溫度從物料入口到擠出口由低到高成階梯狀分布。
共混填充體系物料經(jīng)擠塑機(jī)加熱擠塑混合的次數(shù)不多于三次，對(duì)熔體施加超聲輻照的次數(shù)不少于一次。
在擠塑機(jī)的機(jī)頭口模處對(duì)共混熔體施加超聲輻照。
本發(fā)明所揭示的超聲輻照方法不僅可用于改善聚烯烴共混填充體系的相容性與分散性，還可適用于改善其它聚合物共混填充體系的分散性及相容性。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，超聲輻照作用可以活化聚合物分子和分子鏈段的運(yùn)動(dòng)，能顯著降低聚烯烴共混填充體系的擠出口模壓力和表觀粘度，有利于聚合物分子的擴(kuò)散，經(jīng)輻照作用后，共混填充體系中分散相顆粒尺寸減小，分布變得更均勻，兩相界面相互作用增強(qiáng)，共混填充體系力學(xué)性能提高。
下面給出本發(fā)明的10個(gè)實(shí)施例，通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更具體的描述。
有必要在此指出的是，以下實(shí)施例只用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)上述本發(fā)明內(nèi)容對(duì)本發(fā)明作出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。
實(shí)施例1.控制擠塑機(jī)各段加熱溫度分別為170℃，180℃，210℃，210℃，擠塑機(jī)轉(zhuǎn)速10rpm，在HDPE/PS(80/20)共混物的第一次共混擠出過(guò)程中施加頻率20KHz，強(qiáng)度為113W/cm2的超聲輻照，經(jīng)測(cè)試輻照后擠出物的沖擊強(qiáng)度由35.7J/m提高到54.3J/m，提高約52％；經(jīng)掃描電鏡分析可知輻照后共混物中分散相顆粒變小，分布變均勻，通過(guò)對(duì)電鏡照片進(jìn)行計(jì)算機(jī)圖象分析可知，輻照后共混物的平均粒徑由2.27μm下降到1.66μm，粒徑分布的平均偏差由1.08μm下降到0.66μm；將該擠出物壓片后用1，2-二氯乙烷萃取72小時(shí)后用紫外光譜分析可知，受超聲輻照作用的樣品萃取后其紫外吸收光譜中還有苯乙烯的吸收峰，而未受超聲輻照作用的樣品萃取后其紫外吸收光譜中沒(méi)有苯乙烯的吸收峰，說(shuō)明超聲輻照作用有利于聚乙烯與聚苯乙烯形成共聚物，提高共混物的相容性。
2.控制擠塑機(jī)各段加熱溫度分別為170℃，180℃，210℃，210℃，擠塑機(jī)轉(zhuǎn)速10rpm，在HDPE/PS(80/20)共混物的第一次共混擠出過(guò)程中施加頻率20KHz，強(qiáng)度為57W/cm2的超聲輻照，經(jīng)掃描電鏡分析可知輻照后共混物中分散相顆粒變小，分布變均勻，通過(guò)對(duì)電鏡照片進(jìn)行計(jì)算機(jī)圖象分析可知，輻照后共混物的平均粒徑由2.27μm下降到1.63μm，粒徑分布的平均偏差由1.08μm下降到0.52μm。
3.控制擠塑機(jī)各段加熱溫度分別為170℃，180℃，210℃，210℃，擠塑機(jī)轉(zhuǎn)速10rpm，HDPE/PS(80/20)共混擠出兩次，在第一次共混擠出過(guò)程中施加頻率20KHz，強(qiáng)度為57W/cm2的超聲輻照，第二次擠出不加超聲輻照，經(jīng)測(cè)試得到的擠出物的沖擊強(qiáng)度由35.7J/m提高到54.7J/m，提高約53％；斷裂伸長(zhǎng)率由43.4％提高到426.6％，提高約10倍；經(jīng)掃描電鏡分析可知輻照后共混物中分散相顆粒變小，分布變均勻，共混物中兩相間的間隙變小。
4.控制擠塑機(jī)各段加熱溫度分別為170℃，180℃，210℃，210℃，擠塑機(jī)轉(zhuǎn)速10rpm，HDPE/PS(20/80)共混擠出兩次，在第一次共混擠出過(guò)程中施加頻率20KHz，強(qiáng)度為113W/cm2的超聲輻照，第二次擠出過(guò)程中不加超聲輻照，經(jīng)掃描電鏡分析可知輻照后共混物中分散相顆粒變小，分布變均勻。
5.控制擠塑機(jī)各段加熱溫度分別為170℃，180℃，210℃，210℃，擠塑機(jī)轉(zhuǎn)速10rpm，HDPE/PS(77/23)共混擠出兩次，在兩次共混擠出過(guò)程中都施加頻率20KHz，強(qiáng)度為57W/cm2的超聲輻照，經(jīng)測(cè)試得到的擠出物的沖擊強(qiáng)度由35.7J/m提高到52.5J/m，提高約47％。
6.控制擠塑機(jī)各段加熱溫度分別為170℃，180℃，210℃，210℃，擠塑機(jī)轉(zhuǎn)速10rpm，HDPE/PS(77/23)共混擠出三次，在第一次共混擠出過(guò)程中不加超聲輻照，第二次共混擠出過(guò)程中施加頻率20KHz，強(qiáng)度為57W/cm2的超聲輻照，第三次共混擠出過(guò)程中不加超聲輻照，經(jīng)測(cè)試得到的擠出物的沖擊強(qiáng)度由35.6J/m提高到44.7J/m，提高約26％。
7.控制擠塑機(jī)各段加熱溫度分別為170℃，180℃，210℃，210℃，擠塑機(jī)轉(zhuǎn)速10rpm，HDPE/PS(77/23)共混擠出三次，在第一次共混擠出過(guò)程中施加頻率20KHz，強(qiáng)度為57W/cm2的超聲輻照，第二次共混擠出過(guò)程中不加超聲輻照，第三次共混擠出過(guò)程中不加超聲輻照，經(jīng)測(cè)試得到的擠出物的沖擊強(qiáng)度由35.6J/m提高到45.7J/m，提高約28％；斷裂伸長(zhǎng)率由46.1％提高到102.7％，提高2倍多。
8.控制擠塑機(jī)各段加熱溫度分別為170℃，180℃，210℃，210℃，擠塑機(jī)轉(zhuǎn)速10rpm，HDPE/PS(82/18)共混擠出三次，在三次共混擠出過(guò)程中都施加頻率20KHz，強(qiáng)度為57W/cm2的超聲輻照，經(jīng)測(cè)試得到的擠出物的沖擊強(qiáng)度由35.6J/m提高到42.6J/m，提高約20％；斷裂伸長(zhǎng)率由46.1％提高到416.7％，提高9倍多；經(jīng)掃描電鏡分析可知輻照后共混物中分散相顆粒變小，分布變均勻，通過(guò)對(duì)電鏡照片進(jìn)行計(jì)算機(jī)圖象分析可知，輻照后共混物的平均粒徑由2.63μm下降到1.45μm，粒徑分布的平均偏差由1.64μm下降到0.61μm。
9.控制擠塑機(jī)各段加熱溫度分別為170℃，180℃，210℃，210℃，擠塑機(jī)轉(zhuǎn)速10rpm，HDPE/PS(82/18)共混擠出三次，在三次共混擠出過(guò)程中都施加頻率20KHz，強(qiáng)度為113W/cm2的超聲輻照，經(jīng)掃描電鏡分析可知輻照后共混物中分散相顆粒變小，分布變均勻，通過(guò)對(duì)電鏡照片進(jìn)行計(jì)算機(jī)圖象分析可知，輻照后共混物的平均粒徑由2.63μm下降到1.68μm，粒徑分布的平均偏差由1.64μm下降到0.65μm。
10.控制擠塑機(jī)各段加熱溫度分別為150℃，180℃，200℃，200℃，擠塑機(jī)轉(zhuǎn)速20rpm，HDPE/伊利石(70/30)填充復(fù)合物在擠出過(guò)程中施加頻率20KHz，強(qiáng)度為141W/cm2的超聲輻照，經(jīng)掃描電鏡分析可知，未經(jīng)超聲輻照的復(fù)合物，填料粒子分散不均勻，有聚集現(xiàn)象存在，而經(jīng)超聲輻照的復(fù)合物，其填料粒子均勻分散于基體中，填料粒子無(wú)聚集現(xiàn)象，填料與基體之間的界面相互作用明顯增強(qiáng)，復(fù)合物的力學(xué)性能提高。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1.通過(guò)超聲輻照，能顯著改善聚烯烴共混填充體系中分散相分布情況，使分散相顆粒尺寸變小，分布變均勻，兩相界面相互作用增強(qiáng)，兩相間相容性得到改善，從而改善其力學(xué)性能。
2.通過(guò)超聲輻照，能克服由于添加增容劑而導(dǎo)致的產(chǎn)品成本升高和可能帶來(lái)的化學(xué)工業(yè)污染；通過(guò)超聲輻照還可以引起聲化學(xué)反應(yīng)而不必靠引進(jìn)其它反應(yīng)劑來(lái)引發(fā)化學(xué)反應(yīng)，因此是一種清潔而方便的反應(yīng)性加工方式。
3.采用超聲輻照技術(shù)，只需將現(xiàn)有的加工成型設(shè)備稍加改造，既可用來(lái)改善聚烯烴共混填充體系的相容性和力學(xué)性能，又可以用來(lái)改善其它聚合物共混填充體系的相容性和分散性，裝置費(fèi)用和生產(chǎn)成本低，且操作簡(jiǎn)單易行、安全可靠。
權(quán)利要求
1.一種聚烯烴共混填充體系改性加工方法，將共混填充體系組分物料在固體狀態(tài)下充分混后，混合后的共混填充體系物料加入擠塑機(jī)，并在擠塑機(jī)內(nèi)加熱至熔融狀態(tài)，經(jīng)擠塑機(jī)擠塑混合從機(jī)模擠出口排出，其特征是在熔體從機(jī)模擠出口排出之前對(duì)熔體施加頻率為18～25KHz超聲輻照，超聲輻照的強(qiáng)度為28～170W/cm2。
2.按照權(quán)利要求1所述的聚烯烴共混填充體系改性加工方法，其特征是共混填充體系物料在擠塑機(jī)內(nèi)加熱至160～220℃的熔融狀態(tài)。
3.按照權(quán)利要求2所述的聚烯烴共混填充體系改性加工方法，其特征是共混填充體系物料在擠塑機(jī)內(nèi)被加熱的溫度從物料入口到擠出口由低到高成階梯狀分布。
4.按照權(quán)利要求1或2或3所述的聚烯烴共混填充體系改性加工方法，其特征是共混填充體系物料經(jīng)擠塑機(jī)加熱擠塑混合的次數(shù)不多于三次，對(duì)熔體施加超聲輻照的次數(shù)不少于一次。
5.按照權(quán)利要求4所述的聚烯烴共混填充體系改性加工方法，其特征是在擠塑機(jī)的機(jī)頭口模處對(duì)熔體施加超聲輻照。
全文摘要
本發(fā)明是一種聚烯烴共混填充體系改性加工的方法,其特點(diǎn)是聚烯烴共混填充體系物料在擠塑機(jī)內(nèi)加熱至熔融狀態(tài),并在熔體從機(jī)模擠出口排出之前,對(duì)熔體施加頻率18～25KHz的超聲輻照。采用本發(fā)明的方法,不僅可加劇聚烯烴共混填充體系分子鏈段的運(yùn)動(dòng),導(dǎo)致共混物的表觀粘度降低,加工性能得到改善,而且可促使聚合物分子的擴(kuò)散,使聚烯烴共混填充體系中分散相顆粒變小,分布更均勻,兩相界面相互作用增強(qiáng),其相容性得到明顯改善,從而使體系的力學(xué)性能得到提高。
文檔編號(hào)B29C71/00GK1370672SQ01107149
公開(kāi)日2002年9月25日 申請(qǐng)日期2001年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月21日
發(fā)明者郭少云, 陳光順, 李云濤, 李惠林 申請(qǐng)人:四川大學(xué)