專利名稱：聚丙烯共混體系原位增強作用的形成與強化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種的聚丙烯共混體系中原位增強作用的強化方法。
背景技術(shù)：
聚丙烯是一種通用高分子材料，具有價格低、密度小、容易成型加工等特點，因此被廣泛應用于家庭用品及醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域。但是在機械、電子、汽車等高科技領(lǐng)域，聚丙烯的應用受到了一定的限制，其原因在于聚丙烯與工程塑料相比還有一些不足，例如表面硬度低，力學強度不夠等。因此，對聚丙烯進行改性以提高其性能，是十分必要的。
聚丙烯的改性方法多種多樣，總體上可分為化學改性和物理改性?；瘜W改性主要包括共聚、接枝、交聯(lián)、氯化、氯磺化等。物理改性主要包括共混、填充、增強等。
通過新的加工方法對聚丙烯進行填充，共混及增強改性，是當今發(fā)展新品種，提高性能的主要途徑。聚合物共混還可以使共混組分在性能上實現(xiàn)互補，開發(fā)性能優(yōu)越的材料，并可以有效地降低材料的成本。因此，共混改性在相當長的時間里一直是高分子材料科學研究中頗為熱門的領(lǐng)域。目前，聚丙烯的共混改性方法除了一些傳統(tǒng)工藝外，還發(fā)展了許多新的技術(shù)。原位增強技術(shù)即為聚合物共混改性技術(shù)的一種延伸。
文獻，(PP/PET原位成纖復合材料的增強效應，復合材料學報，2004，21(4)33-39.)沈經(jīng)緯等人公開的以聚丙烯為連續(xù)相、聚對苯二甲酸乙二醇酯為分散相進行了原位增強技術(shù)的研究，當PET的添加量為10％(質(zhì)量分數(shù))，共混后復合材料的拉伸強度為35MPa左右，與未采用原位增強技術(shù)的復合材料相比有一定的提高，但增幅不大，增強效果不顯著。黎學東等人(PP/PA6原位成纖復合材料，復合材料學報，1998，15(2)58-66.)在對PP/PA6復合體系研究中發(fā)現(xiàn)，雖然PA6已經(jīng)形成纖維，但聚丙烯材料的力學性能提高沒有達到較高的水平。程奎等人(PE-HD/PA66原位復合材料的制備、形態(tài)與性能，中國塑料，2004，18(7)16-22.)對PE-HD/PA66原位復合體系進行了研究，并發(fā)現(xiàn)通過適當?shù)募庸し椒拔锪吓浔?，分散相PA66可以形成纖維狀而增強基體，但增強作用仍不顯著，當分散相的用量超過15％時，才顯現(xiàn)明顯的增強效果。無法取得顯著增強效果的原因主要在于盡管分散相PET、PA66等已形成微纖狀，但是分散相的結(jié)晶度較低，所形成微纖中分子鏈的取向程度亦較低，共混過程中原位形成的微纖其強度、模量均有待提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于公開一種聚丙烯共混體系中原位增強作用的強化方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷。
本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思是這樣的本發(fā)明通過控制聚丙烯共混物中分散相的取向與成纖，形成原位增強作用，經(jīng)熱處理，提高分散相微纖的強度與模量，從而強化原位增強作用，提高共混體系中增強相對連續(xù)相的增強效果，獲得高性能的原位復合材料。
本發(fā)明的方法包括如下步驟(1)將聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、馬來酸酐接枝聚丙烯和抗氧劑混合后擠出機擠出，擠出機由料斗至口模各段溫度設置為100～130℃、200～230℃、260～270℃、270～275℃、260～265℃、255～260℃、250～255℃、245～250℃、240～245℃、240～242℃、238～240℃，主螺桿轉(zhuǎn)速為60r/min。
物料的重量百分比為聚丙烯 67～92％聚對苯二甲酸乙二醇酯 5～30％
馬來酸酐接枝聚丙烯 3～6％抗氧劑1010以聚丙烯的重量計為0.1～0.5％優(yōu)選的比例為聚丙烯 77％聚對苯二甲酸乙二醇酯20％馬來酸酐接枝聚丙烯 3％抗氧劑以聚丙烯的重量計為0.3％；抗氧劑的化學名稱為四[β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯，商品名稱為1010，上海汽巴高橋化學有限公司產(chǎn)品馬來酸酐接枝聚丙烯由本實驗室采用固相接枝法的方法制備(2)拉伸牽引將從擠出機擠出的料條置于5～15℃的冷卻水中冷卻0.3～1分鐘，并以10～14m/min的牽引速度進行拉伸，拉伸倍數(shù)為5～7倍；(3)冷卻造粒將拉伸、冷卻后的料條風干、造粒；(4)將獲得的粒子置于80～100℃的溫度下干燥3～5小時，獲得目標粒料。
(5)將目標粒料注塑成型，獲得制品，注塑機由口模至料斗三段溫度分別為205～210℃，210～215℃，210～215℃。將制品在60～140℃的溫度下熱處0.5～36小時，用于性能檢測。
或先將步驟(4)將獲得的粒子置于60～140℃的溫度下熱處理0.5～36小時，獲得目標產(chǎn)物粒料。將產(chǎn)物粒料注塑成型，獲得制品，注塑機由口模至料斗三段溫度分別為205～210℃，210～215℃，210～215℃。
本發(fā)明的原理是聚丙烯為連續(xù)相、聚對苯二甲酸乙二醇酯為分散相的共混體系在加工過程中，分散相在剪切及拉伸作用下形成微纖，控制適當?shù)募庸l件使該微纖在后續(xù)的成型加工過程中得以保存，經(jīng)一定溫度、一定時間的熱處理，提高微纖的結(jié)晶程度及其強度、模量，并使連續(xù)相與分散相間的熱應力得以松弛和消除，從而強化原位增強的效果，顯著提高聚丙烯材料的力學性能。
采用本發(fā)明的方法，可顯著地改善聚丙烯材料的力學性能，在添加少量增強相(PET 10％)的情況下，可使PP的彎曲強度從37MPa提高到55MPa，對拓展聚丙烯的應用范圍具有十分重要的意義。


圖1形成原位增強作用的PP/PET共混物的形態(tài)結(jié)構(gòu)。
圖2PP/PET普通共混物的形態(tài)結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式
實施例11)物料干燥將聚對苯二甲酸乙二醇酯在150℃下干燥6小時；聚丙烯、馬來酸酐接枝聚和抗氧劑1010在100℃下干燥3小時。
2)配料(均按質(zhì)量百分比)按聚丙烯87％，聚對苯二甲酸乙二醇酯10％，馬來酸酐接枝聚丙烯3％，以及抗氧劑1010(占聚丙烯的0.3％)。
3)熔融共混擠出物料預混合后經(jīng)雙螺桿擠出機擠出。擠出機由料斗至口模各段溫度設置為130℃、220℃、270℃、275℃、265℃、260℃、255℃、250℃、245℃、240℃、238℃，主螺桿轉(zhuǎn)速為60r/min。
4)拉伸牽引將從擠出機擠出料條置于8℃的冷卻水中冷卻0.5分鐘，并以12m/min的牽引速度進行拉伸，拉伸倍數(shù)為6倍。
5)冷卻造粒將在冷卻水中冷卻后的料條風干、造粒。
6)將獲得的粒子置于100℃的溫度下干燥3小時，獲得目標粒料。
7)成型制品將目標粒料放入螺桿式注塑機成型制品，注塑機由口模至料斗三段溫度分別為210℃，215℃，215℃。
實施例2聚丙烯92％(均按質(zhì)量百分比，以下同)，聚對苯二甲酸乙二醇酯5％；馬來酸酐接枝聚丙烯3％，抗氧劑1010 0.1％。其它同實施例1。
實施例3聚丙烯82％，聚對苯二甲酸乙二醇酯15％；馬來酸酐接枝聚丙烯3％，抗氧劑1010 0.3％。其它同實施例1。
實施例4聚丙烯77％，聚對苯二甲酸乙二醇酯20％；馬來酸酐接枝聚丙烯3％，以聚丙烯的重量計，抗氧劑1010 0.3％。其它同實施例1。
實施例5聚丙烯67％，聚對苯二甲酸乙二醇酯30％；馬來酸酐接枝聚丙烯3％，以聚丙烯的重量計，抗氧劑1010 0.5％。其它同實施例1。
實施例6聚丙烯74％，聚對苯二甲酸乙二醇酯20％；馬來酸酐接枝聚丙烯6％，以聚丙烯的重量計，抗氧劑1010 0.3％。其它同實施例1。
實施例7聚丙烯71％，聚對苯二甲酸乙二醇酯20％；馬來酸酐接枝聚丙烯9％，以聚丙烯的重量計，抗氧劑1010 0.3％。其它同實施例1。
實施例8按照實施例1的配方，以6m/min的牽引速度對擠出物進行拉伸，其它同實施例1。
實施例9按照實施例1的配方，以18m/min的牽引速度對擠出物進行拉伸，其它同實施例1。
實施例10將實施例1中成型的制品在120℃下進行熱處理，處理時間為30分鐘，力學性能的對比見表1。
實施例11熱處理時間為1小時，其它同實施例10，力學性能的對比見表1。
實施例12熱處理時間為5小時，其它同實施例10，力學性能的對比見表1。
實施例13熱處理時間為12小時，其它同實施例10，力學性能的對比見表1。
實施例14熱處理時間為24小時，其它同實施例10，力學性能的對比見表1。
實施例15熱處理時間為36小時，其它同實施例10，力學性能的對比見表1。
實施例16將實施例1成型的制品在60℃下熱處理30分鐘，力學性能的對比見表1。
實施例17熱處理溫度為80℃，其它同實施例16，力學性能的對比見表1。
實施例18熱處理溫度為100℃，其它同實施例16，力學性能的對比見表1。
實施例19熱處理溫度為120℃，其它同實施例16，力學性能的對比見表1。
實施例20熱處理溫度為140℃，其它同實施例16，力學性能的對比見表1。
對比例1未經(jīng)過任何改性及處理的純聚丙烯制備的材料采用CMT-4204型電子萬能試驗機上按GB1040-92和GB9341-88進行拉伸及彎曲性能的測定。實施例與對比例的力學性能的對比見表1。
表1


由表1可見，在聚丙烯與PET共混體系中，經(jīng)牽伸等作用使分散相成纖可形成原位增強作用，獲得明顯的增強效果。對已形成原位增強作用的共混體系進行熱處理，能大幅度提高材料的抗彎強度及模量，適當增加熱處理溫度及延長熱處理時間，有利于材料性能的提高。
權(quán)利要求
1.聚丙烯共混體系中原位增強作用的強化方法包括如下步驟(1)將聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、馬來酸酐接枝聚丙烯和抗氧劑1010混合后擠出機擠出，物料的重量百分比為聚丙烯 67～92％聚對苯二甲酸乙二醇酯5～30％馬來酸酐接枝聚丙烯 3～6％抗氧劑1010以聚丙烯的重量計為0.1～0.5％(2)拉伸牽引將從擠出機擠出的料條置于5～15℃的冷卻水中冷卻0.3～1分鐘，并以10～14m/min的牽引速度進行拉伸，拉伸倍數(shù)為5～7倍；(3)冷卻造粒將拉伸、冷卻后的料條風干、造粒；(4)將獲得的粒子置于80～100℃的溫度下干燥3～5小時，獲得目標粒料。(5)將目標粒料注塑成型，獲得制品，在60～140℃下處理0.5～36小時；或?qū)⒛繕肆Ａ显?0～140℃下處理0.5～36小時，而后注塑成型，獲得制品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，擠出機由料斗至口模各段溫度設置為100～130℃、200～230℃、260～270℃、270～275℃、260～265℃、255～260℃、250～255℃、245～250℃、240～245℃、240～242℃、238～240℃，主螺桿轉(zhuǎn)速為60r/min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，物料的重量百分比為聚丙烯 77％聚對苯二甲酸乙二醇酯 20％馬來酸酐接枝聚丙烯 3％抗氧劑以聚丙烯的重量計為 0.3％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，注塑機由料斗至口模處的三段溫度設置為205～210℃，210～215℃，210～215℃。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種聚丙烯共混體系中原位增強作用的形成與強化方法。本發(fā)明以通用聚合物聚丙烯(PP)為連續(xù)相、工程塑料聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)為分散相，制備聚合物共混物。通過控制共混體系的形態(tài)結(jié)構(gòu)，使分散相取向、成纖，同時對所獲得的共混體系進行適當?shù)臒崽幚恚纳埔讶∠?、成纖的PET的結(jié)晶程度，以提高PET微纖的力學性能及原位增強效果。采用本發(fā)明的方法，可顯著地改善聚丙烯材料的力學性能，可使PP的彎曲強度從37MPa提高到55MPa，對拓展聚丙烯的應用范圍具有十分重要的意義。
文檔編號B29C71/00GK1843737SQ20061002492
公開日2006年10月11日 申請日期2006年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月21日
發(fā)明者周曉東, 侯靜強, 周雷行, 林群芳, 王秋峰 申請人:華東理工大學