一种高表面亲水性聚丙烯复合材料及其制备方法和应用
阅读说明：本技术 一种高表面亲水性聚丙烯复合材料及其制备方法和应用 (High-surface-hydrophilicity polypropylene composite material and preparation method and application thereof ) 是由 杨友强 丁超 陈平绪 程文建 简思强 许齐勇 李振华 魏金刚 余小鸽 戴剑 夏超 于 2021-07-22 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种高表面亲水性聚丙烯复合材料及其制备方法和应用,所述复合材料包括如下按重量份计算的组分：聚丙烯树脂55～85份；玻璃纤维10～40份；第一亲水改性剂1～20份；第二亲水改性剂大于0小于等于5份；其它功能助剂0～7份；所述第一亲水改性剂的重均分子量为50000～200000的含羧基、羟基、酰胺基或酯基的聚合物；所述第二亲水改性剂为重均分子量为500～10000的含羧基、羟基、酰胺基或酯基的C5～C50烷基寡聚物。所述复合材料通过第一亲水改性剂和第二亲水改性剂的协同作用,使得能够满足制备塑料手模,且成品率和寿命得到大幅度提高,手套成品率大于等于97％,使用寿命达到2年以上。(The invention provides a high-surface-hydrophilicity polypropylene composite material, a preparation method and an application thereof, wherein the composite material comprises the following components in parts by weight: 55-85 parts of polypropylene resin; 10-40 parts of glass fiber; 1-20 parts of a first hydrophilic modifier; the second hydrophilic modifier is more than 0 and less than or equal to 5 parts; 0-7 parts of other functional additives; the first hydrophilic modifier is a polymer containing carboxyl, hydroxyl, amide or ester groups, and the weight-average molecular weight of the first hydrophilic modifier is 50000-200000; the second hydrophilic modifier is C5-C50 alkyl oligomer which has the weight-average molecular weight of 500-10000 and contains carboxyl, hydroxyl, amido or ester groups. The composite material can meet the requirement of preparing a plastic hand mold through the synergistic effect of the first hydrophilic modifier and the second hydrophilic modifier, the yield and the service life of the composite material are greatly improved, the glove yield is more than or equal to 97%, and the service life of the composite material reaches more than 2 years.)
技术领域
本发明涉及高分子塑料技术领域，更具体地，涉及一种高表面亲水性聚丙烯复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
手套模具是橡胶、乳胶和PVC手套行业生产上用来做手套浸胶成形的专用模具。使用之前手套模型要经过酸液的清洗、浸入热水加热，浸凝固剂并干燥、之后再用熔化好的橡胶或乳胶进行浸胶、浸胶后送烘箱进行烘干、加纤维内套、冲热水再送至烘箱硫化、烘干成形。整个过程中手套模具经受反复的急冷急热和化学腐蚀，要求手套模具要具有良好的耐腐蚀性和热稳定性，因此手套行业都使用陶瓷手模，陶瓷手模除具有良好的耐热、耐酸、耐碱、耐腐蚀性。
但是陶瓷手模具有比重大(生产能耗高)、易碎且不耐用使用时间短，现有技术生产的陶瓷手模在丁腈橡胶手套生产中在线使用寿命一般为6个月、无法回收利用(环保性差)等缺陷。
因此，基于上述原因，科研工作者也在寻找替代陶瓷手模的方法，例如中国专利(CN107053564A)公开了一种塑料手模的制作方法，但是其采用的是氟塑料为原料，氟塑料亲水性能不好，会导致其使用寿命不长，手套制品合格率低等缺陷。
因此，有必要提出一种新的复合材料用于制备手模，使得其使用寿命长、手套制品合格率高。
发明内容
本发明为克服上述塑料手模使用寿命短、手套成品率低的缺陷，提供一种高表面亲水性聚丙烯复合材料。
本发明的另一目的在于提供所述高表面亲水性聚丙烯复合材料的制备方法。
本发明的另一目的在于提供所述高表面亲水性聚丙烯复合材料的应用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种高表面亲水性聚丙烯复合材料，包括如下按重量份计算的组分：
所述第一亲水改性剂的重均分子量为50000～200000的含羧基、羟基、酰胺基或酯基的聚合物；
所述第二亲水改性剂为重均分子量为500～10000的含羧基、羟基、酰胺基或酯基的C5～C50烷基寡聚物。
发明人发现聚丙烯树脂具有比重轻、耐酸碱性能优异等优点，但是聚丙烯是典型的疏水性材料，水接触角大于90°，若要应用到制备手模则还需要改善聚丙烯的亲水性能，因此发明人采用第一亲水改性剂和第二亲水改性剂对聚丙烯树脂形成协同作用，第一亲水改性剂是大分子亲水改性剂，主要分布在聚丙烯树脂基体中，提升聚丙烯树脂的分子极性，从而改善材料的整体亲水能力；而第二亲水改性剂作为小分子亲水改性剂直接提高聚丙烯树脂表面的亲水能力，所以聚丙烯树脂的亲水能力得到提高。
另外，由于第一亲水改性剂缓慢迁移至聚丙烯树脂的表面，能够极大的提高手模的使用寿命，使用寿命达到2年。
进一步的发现，第二亲水改性剂含量小于等于5份时，能够保证在制备手套制品时浸胶量能够控制在手套制品的厚度控制在0.04～0.08毫米以内，手套成品率高，若添加量过高则会导致浸胶量过多且均匀性下降，从而导致成品率下降。
所述第一亲水改性剂的含量少于1份时不能达到亲水性能，超过20份后材料的冲击强度和拉伸强度急剧下降，不能用于制备聚丙烯手模。
优选地，所述高表面亲水性聚丙烯复合材料，包括如下按重量份计算的组分：
当所述玻璃纤维在15～25时，刚性和韧性效果更好；所述第一亲水改性剂在5～15份时，表面亲水均匀性和力学性能都较好；所述第二亲水改性剂的含量低于0.5时，表面的亲水润湿性效果在使用过程中显现较慢，添加量超过2份，第二亲水改性剂容易迁移至表面，导致成品率会有所下降。
优选地，所述第一亲水改性剂的重均分子量为100000～150000，当所述重均分子量在50000～150000时具有较好的效果。
优选地，所述第二亲水改性剂的重均分子量为1000～5000，分子量太低时迁移效率太快导致亲水效果长效性不足，分子量太高时迁移效率太慢导致亲水效果不足。
更优选地，所述第一亲水改性剂为聚醚酰胺、乙烯丙烯酸共聚物、聚醚多元醇、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物或聚酰胺中的一种或多种。
所述第一亲水改性剂为聚醚酰胺、乙烯丙烯酸共聚物、聚醚多元醇、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物或聚酰胺中的一种或多种时，分子结构中带有强极性亲水基团，可显著提升聚丙烯材料的极性，从而提升亲水性能。
更优选地，所述第二亲水改性剂为聚乙二醇辛基苯基醚、端羟基硬酯酰胺、芥酸酰胺或季戊四醇硬脂酸酯中的一种或多种。
优选地，所述玻璃纤维的保留长度为0.1～1mm。
当所述玻璃纤维的保留长度在0.1～1mm范围时，材料兼具良好的强度和外观性能，玻纤保留长度太短，材料的强度较低，玻纤保留长度太长，材料容易出现浮纤等的外观缺陷。
所述玻璃纤维的初始长度为2～10mm。
优选地，所述聚丙烯树脂为均聚聚丙烯或共聚聚丙烯中的一种或两种。
优选地，所述其它功能助剂为接枝相容剂、抗氧剂、润滑剂中的一种或多种。
体系中加入接枝相容剂，复合材料的兼容性更好，复合材料中加入抗氧剂具有抗氧化效果，加入润滑剂则润滑效果更好。
所述接枝相容剂的含量为0～5份，接枝相容剂为极性单体与聚丙烯的接枝聚合物，其中极性单体选自马来酸酐、丙烯酸或丙烯酸酯类衍生物中的一种或几种。
接枝相容剂可有效提升聚丙烯和玻纤之间的相容性，改善材料的外观和力学性能。
所述抗氧剂含量为0～1份，抗氧剂包括但不限于受阻胺类抗氧剂、受阻酚抗氧剂类、亚磷酸酯类抗氧剂、杯芳烃类抗氧剂或硫代酯类抗氧剂中的一种或几种。
所述润滑剂含量为0～1份，润滑剂包括但不限于酰胺类润滑剂、金属皂类润滑剂或低分子酯类润滑剂中的一种或几种。
所述高表面亲水性聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
S1.按比例称取聚丙烯树脂、玻璃纤维、第一亲水改性剂、第二亲水改性剂和其它功能助剂共混至均匀，得到预混物；
S2.将步骤S2的预混物熔融挤出、造粒即得高表面亲水性聚丙烯复合材料。
一种塑料手模，由含有所述高表面亲水性聚丙烯复合材料制成。
采用高表面亲水性聚丙烯复合材料制成塑料手模成品率高，使用寿命久。
所述塑料手模的制备方法通过吹塑或注塑方法制备得到。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供了一种高表面亲水性聚丙烯复合材料，所述复合材料具有耐热和耐溶剂性能，发明人通过实验还发现，第一亲水改性剂和第二亲水改性剂的协同作用，使得能够满足制备塑料手模，且手套成品率和手模的使用寿命得到大幅度提高，成品率大于等于97％，使用寿命达到2年以上。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，但本发明的实施方式不限于此。
本发明所采用的试剂、方法和设备，如无特殊说明，均为本技术领域常规试剂、方法和设备。
以下实施例及对比例中采用的原料如下：
聚丙烯树脂：中国石油化工集团公司；
玻璃纤维：纤维长度为3mm，保留长度为0.25mm：中国巨石股份有限公司；
第一亲水改性剂A：聚醚酰胺，重均分子量50000，法国阿科玛；
第一亲水改性剂B：聚醚酰胺，重均分子量100000，法国阿科玛；
第一亲水改性剂C：聚醚酰胺，重均分子量200000，法国阿科玛；
第一亲水改性剂D：聚酰胺，重均分子量150000，广东新会美达锦纶股份有限公司；
第一亲水改性剂E：乙烯-丙烯酸共聚物，重均分子量300000，陶氏化学；
第一亲水改性剂F：聚醚多元醇，重均分子量20000,陶氏化学；
第二亲水改性剂A：端羟基硬酯酰胺，重均分子量500，金发科技；
第二亲水改性剂B：端羟基硬酯酰胺，重均分子量2000，金发科技；
第二亲水改性剂C：端羟基硬酯酰胺，重均分子量10000，金发科技；
第二亲水改性剂D：芥酸酰胺，重均分子量1000，禾大西普化学；
第二亲水改性剂E：季戊四醇硬脂酸酯，重均分子量5000，德国科宁；
第二亲水改性剂F：聚乙二醇辛基苯基醚，重均分子量20000，陶氏化学；
接枝相容剂：佳易容相容剂江苏有限公司；
润滑剂：中山华明泰化工股份有限公司；
抗氧剂：天津利安隆新材料股份有限公司。
下面结合实施例和对比例来详细说明本发明。
本发明各实施例和对比例均通过以下方法制备高表面亲水性聚丙烯复合材料，包括如下步骤：
S1.按比例称取聚丙烯树脂、玻璃纤维、第一亲水改性剂、第二亲水改性剂和其它功能助剂共混至均匀，得到预混物；
S2.将步骤S2的预混物熔融挤出、造粒即得高表面亲水性聚丙烯复合材料，所述挤出的加工温度为180～220℃。
实施例1～12
实施例提供一系列高表面亲水性聚丙烯复合材料，具体配方见表1；
表1实施例1～12的配方(份)
实施例13～19
实施例提供一系列高表面亲水性聚丙烯复合材料，具体配方见表2；
表2实施例13～19的配方(份)
对比例1～7
对比例提供一系列聚丙烯复合材料，具体配方见表3；
表3对比例1～7的配方(份)
上述实施例和对比例的聚丙烯复合材料注塑方法制备塑料手模，步骤如下：
N1.将实施例和对比例的高表面亲水性聚丙烯复合材料烘干，通过注塑机注塑出左、右单侧件；
N2.将左、右单侧件粘合得到完整的塑料手模产品。
上述实施例和对比例的复合材料，或者由上述复合材料制成的手模均通过下述性能测试方法进行测试：
复合材料的亲水性：按照ISO 8296：2006-9标准方法，采用达因指数表征材料亲水性，达因指数越高，亲水性越好。
手套成品率：采用挂水法测试，统计30000个手套的挂水测试漏液的比率。
使用寿命：手模的使用寿命采用连续运行法进行评价，按照标准的丁腈手套生产工艺运行一次的时间约为1h，连续运行17520次(对应2年)，每隔720h(对应1个月)观测一次手模，评估运行过程中手模是否有脆化、凹坑、表面粗糙等现象出现，同时记录手套成品率是否有明显下降(较正常成品率降低5％以上)，当手模有明显缺陷或手套成品率明显下降时，说明手模已经无法继续使用，此时的时间记录为使用寿命。
耐热：将手模置于120℃烘箱中烘烤8h，评估手模的变形或软化情况，手模经烘烤后不能出现明显变形或软化现象，未出现明显变形或软化现象则通过。
耐溶剂：将手模先置于5％硝酸溶液中浸泡一周后再置于5％氢氧化钠溶液中浸泡一周，取出观察，手模经酸碱浸泡后不能出现脆化、凹坑、表面粗糙等现象，未有上述现象则为通过。
表4实施例和对比例的数据
从实施例1～5看，第二亲水改性剂的含量在0.5～2份之间时，亲水性和成品率的效果都比较好；从实施例6～9看，随着第一亲水改性剂的含量增加，亲水性和成品率都会增加，但是第一亲水剂的增加会导致力学性能会下降，因此，当第一亲水剂的含量为5～15时，综合效果比较好。从实施13～15看。第一亲水改性剂中的重均分子量在50000～150000时效果较好。
从对比例1和2看，全部用一种亲水改性剂成品率和使用寿命都会大大下降；从对比例3和4看，对比例3是第二亲水改性剂含量过高，不能实现成品率高和使用寿命的延长；对比例4由于第一亲水改性剂含量过高，导致其力学性能急剧下降，不能制备手模，无法测试相关性能。
对比例5中第一亲水改性剂的重均分子量过大，使用寿命不能满足要求；对比例6中第二亲水改性剂的重均分子量过大，导致亲水能力下降，成品率和使用寿命也不满足要求。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：抗菌面料