一种低收缩率、高韧性聚丙烯复合材料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种低收缩率、高韧性聚丙烯复合材料及其制备方法 (Low-shrinkage high-toughness polypropylene composite material and preparation method thereof ) 是由 杨桂生 宋伟华 姚晨光 邵灵芝 王�华 计娉婷 朱敏 于 2020-05-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种低收缩率、高韧性聚丙烯复合材料及其制备方法,复合材料由以下组分按重量份组成：聚丙烯：42～66份,聚乳酸：10～20份,增韧剂：5～10份,界面相容剂：4～8份,滑石粉：15～25份,耐热助剂：0.2～0.4份；所述界面相容剂为乙烯-丙烯酸乙酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三嵌段共聚物。本发明通过添加结晶速率低的聚乳酸,可以在一定程度上延缓聚丙烯结晶,降低聚丙烯的收缩率；通过添加增韧剂SEBS、界面相容剂E-MA-GMA,形成的SEBS物理交联网络与E-MA-GMA/聚丙烯/聚乳酸物理交联网络相互缠结,形成稳定的互穿网络结构,阻碍了材料的收缩,使材料的韧性和尺寸稳定性都得到显著提高。(The invention discloses a low-shrinkage high-toughness polypropylene composite material and a preparation method thereof, wherein the composite material comprises the following components in parts by weight: polypropylene: 42-66 parts of polylactic acid: 10-20 parts of a toughening agent: 5-10 parts of an interfacial compatilizer: 4-8 parts, talcum powder: 15-25 parts of a heat-resistant auxiliary agent: 0.2-0.4 part; the interfacial compatilizer is an ethylene-ethyl acrylate-glycidyl methacrylate triblock copolymer. According to the invention, by adding polylactic acid with low crystallization rate, the crystallization of polypropylene can be delayed to a certain extent, and the shrinkage rate of polypropylene is reduced; by adding the toughening agent SEBS and the interface compatilizer E-MA-GMA, the formed SEBS physical crosslinking network and the E-MA-GMA/polypropylene/polylactic acid physical crosslinking network are intertwined to form a stable interpenetrating network structure, so that the shrinkage of the material is hindered, and the toughness and the dimensional stability of the material are obviously improved.)
技术领域
本发明属于高分子材料改性
技术领域
和加工技术领域，特别涉及一种低收缩率、高韧性聚丙烯复合材料及其制备方法。背景技术
聚丙烯(PP)作为通用塑料之一，具有耐热性高、强度均衡、密度低、加工性好等特点，同时价格便宜，在汽车、家电等领域都有广泛应用。但是聚丙烯结晶度高，收缩率大，尺寸稳定性差，限制了其使用。通常的改进办法是通过在原料中加入矿物填充和玻纤来降低其收缩率，但是这些改善方法都会明显提高材料的密度并降低材料的冲击韧性。近几年，家电、汽车行业受成本及环保的限制，对于聚丙烯复合材料替代ABS的需求越来越强烈。因此，研究制备低收缩率、高韧性的聚丙烯复合材料成为改性聚丙烯的重要方向之一。
聚乳酸(PLA)是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物，是一种绿色高分子材料，具有良好的力学性能、生物可降解性、化学惰性和可加工性，是最有前途的生物可降解高分子材料之一，在家电、汽车等领域有极大的潜在应用价值。聚乳酸结晶速率低，可以在一定程度上延缓聚丙烯结晶，降低聚丙烯的收缩率，在聚丙烯改性方面具有极大的应用前景。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种低收缩率、高韧性聚丙烯复合材料。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种低收缩率、高韧性聚丙烯复合材料，由以下组分按重量份组成：
聚丙烯：42～66份，
聚乳酸：10～20份，
增韧剂：5～10份，
界面相容剂：4～8份，
滑石粉：15～25份，
耐热助剂：0.2～0.4份；
所述界面相容剂为乙烯-丙烯酸乙酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三嵌段共聚物(E-MA-GMA)。
进一步方案，所述聚丙烯为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的至少一种，其在230℃，2.16kg的测试条件下熔融指数为10-100g/10min。
进一步方案，所述聚乳酸的重均分子量为1.0×105～3.0×105。
进一步方案，所述增韧剂为氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)。
进一步方案，所述滑石粉的粒径范围为2～15微米。
进一步方案，所述耐热助剂为抗氧剂1010、抗氧剂168和抗氧剂1076中的至少一种。
本发明的另一个目的是提供上述所述的低收缩率、高韧性聚丙烯复合材料的制备方法，步骤如下：
(1)按配比称取聚丙烯、聚乳酸、增韧剂、界面相容剂、滑石粉、耐热助剂后，混合均匀得到混合物；
(2)将上述混合物加入双螺杆挤出机中挤出，挤出物料经过冷却、干燥、造粒得到最终产品，即低收缩率、高韧性聚丙烯复合材料。
进一步方案，步骤(2)中，所述双螺杆挤出机的长径比为48:1，所述双螺杆挤出机的各段温度为190-240℃
与现有技术相比，本发明有益效果体现在：
(1)本发明配方中添加结晶速率低的聚乳酸，可以在一定程度上延缓聚丙烯结晶，降低聚丙烯的收缩率。
(2)本发明采用SEBS增韧，当SEBS加到复合材料体系中，聚苯乙烯链段为分散相，丁烯链段为连续相，链段缠结，形成物理交联的网络；本发明添加的界面相容剂为E-MA-GMA，其分子中的乙烯链段与聚丙烯相容性很好，其分子中的环氧基团，与聚乳酸的端羟基、端羧基的相容性很好，三者同样形成物理交联的网络。SEBS物理交联网络与E-MA-GMA/聚丙烯/聚乳酸物理交联网络相互缠结，形成稳定的互穿网络结构，阻碍了材料的收缩，使材料的韧性和尺寸稳定性都得到显著提高。
(3)本发明制得的复合材料具有低收缩率、高韧性，具有很高的实际应用性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下列实施例与对比例中所用试剂的型号以及供应商只是为了说明本发明实验时所采用的试剂来源和成分，以便充分公开，并不表示采用其他同类试剂或其他供应商提供的试剂就不能实现本发明。
材料的综合性能通过拉伸强度、悬臂梁缺口冲击强度和收缩率的数值进行评判。各实施例和对比例制备得到的粒子注塑成标准样条后，进行性能测试。拉伸强度按照ISO527执行，测试速度为50mm/min，样条为哑铃形，样条尺寸为170mm*10mm*4mm；悬臂梁缺口冲击强度按照ISO 180执行，测试常温(23℃)悬臂梁缺口冲击强度，样条为矩形(V型模塑缺口)，样条尺寸为80mm*10mm*4mm；收缩率按照ISO 294-4执行。
实施例1
称取42份聚丙烯(牌号S2040，上海赛科石油化工有限责任公司)、20份聚乳酸(牌号3052D，美国Nature Works公司)、10份SEBS(牌号6150，台橡股份有限公司)、8份E-MA-GMA(牌号AX8900，阿科玛集团)、20份滑石粉(牌号HTP1，辽宁艾海滑石有限公司)、0.4份耐热助剂(0.2份抗氧剂1010和0.2份抗氧剂168，巴斯夫股份公司)，放入高速混合机中混合得到混合物。将上述混合物加入双螺杆挤出机中挤出，挤出条通过循环水槽冷却至室温，经过吹风机干燥后进入切粒机造粒得到本发明的低收缩率、高韧性聚丙烯复合材料。
双螺杆挤出机的长径比为48:1，双螺杆挤出机的料筒各区段温度分别设置为：一区200℃、二区210℃、三区215℃、四区220℃、五区225℃、六区230℃、机头230℃。实施例1所获得的产品按照相应标准测试其性能，测试结果见表1。
实施例2
称取54份聚丙烯(牌号S2040，上海赛科石油化工有限责任公司)、15份聚乳酸(牌号：REVODE201浙江海正生物材料股份有限公司)、10份SEBS(牌号G1657，美国科腾聚合物公司)、6份E-MA-GMA(牌号AX8900，阿科玛集团)、15份滑石粉(牌号HTP1，辽宁艾海滑石有限公司)、0.2份耐热助剂(0.1份抗氧剂1076和0.1份抗氧剂168，巴斯夫股份公司)，放入高速混合机中混合得到混合物。将上述混合物加入双螺杆挤出机中挤出，挤出条通过循环水槽冷却至室温，经过吹风机干燥后进入切粒机造粒得到本发明的低收缩率、高韧性聚丙烯复合材料。
双螺杆挤出机的长径比为48:1，双螺杆挤出机的料筒各区段温度分别设置为：一区210℃、二区220℃、三区225℃、四区230℃、五区235℃、六区240℃、机头240℃。实施例2所获得的产品按照相应标准测试其性能，测试结果见表1。
实施例3
称取49份聚丙烯(牌号K7926，上海赛科石油化工有限责任公司)、15份聚乳酸(牌号3052D，美国Nature Works公司)、5份SEBS(牌号6150，台橡股份有限公司)、6份E-MA-GMA(牌号AX8900，阿科玛集团)、25份滑石粉(牌号HTP1，辽宁艾海滑石有限公司)、0.3份耐热助剂(0.1份抗氧剂1076和0.2份抗氧剂168，巴斯夫股份公司)，放入高速混合机中混合得到混合物。将上述混合物加入双螺杆挤出机中挤出，挤出条通过循环水槽冷却至室温，经过吹风机干燥后进入切粒机造粒得到本发明的低收缩率、高韧性聚丙烯复合材料。
双螺杆挤出机的长径比为48:1，双螺杆挤出机的料筒各区段温度分别设置为：一区190℃、二区200℃、三区205℃、四区210℃、五区215℃、六区220℃、机头220℃。实施例3所获得的产品按照相应标准测试其性能，测试结果见表1。
实施例4
称取66份聚丙烯(牌号K9829H，北京燕山石油化工有限公司)、10份聚乳酸(牌号：REVODE201浙江海正生物材料股份有限公司)、5份SEBS(牌号G1657，美国科腾聚合物公司)、4份E-MA-GMA(牌号AX8900，阿科玛集团)、15份滑石粉(牌号HTP1，辽宁艾海滑石有限公司)、0.4份耐热助剂(0.2份抗氧剂1010和0.2份抗氧剂168，巴斯夫股份公司)，放入高速混合机中混合得到混合物。将上述混合物加入双螺杆挤出机中挤出，挤出条通过循环水槽冷却至室温，经过吹风机干燥后进入切粒机造粒得到本发明的低收缩率、高韧性聚丙烯复合材料。
双螺杆挤出机的长径比为48:1，双螺杆挤出机的料筒各区段温度分别设置为：一区205℃、二区215℃、三区220℃、四区225℃、五区230℃、六区230℃、机头230℃。实施例4所获得的产品按照相应标准测试其性能，测试结果见表1。
对比例1
称取75份聚丙烯(牌号S2040，上海赛科石油化工有限责任公司)、25份滑石粉(牌号HTP1，辽宁艾海滑石有限公司)、0.3份耐热助剂(0.1份抗氧剂1076和0.2份抗氧剂168，巴斯夫股份公司)，放入高速混合机中混合得到混合物。将上述混合物加入双螺杆挤出机中挤出，挤出条通过循环水槽冷却至室温，经过吹风机干燥后进入切粒机造粒。
双螺杆挤出机的长径比为48:1，双螺杆挤出机的料筒各区段温度分别设置为：一区190℃、二区200℃、三区205℃、四区210℃、五区215℃、六区220℃、机头220℃。对比例1所获得的产品按照相应标准测试其性能，测试结果见表1。
对比例2
称取60份聚丙烯(牌号S2040，上海赛科石油化工有限责任公司)、15份聚乳酸(牌号：REVODE201浙江海正生物材料股份有限公司)、10份SEBS(牌号G1657，美国科腾聚合物公司)、15份滑石粉(牌号HTP1，辽宁艾海滑石有限公司)、0.2份耐热助剂(0.1份抗氧剂1076和0.1份抗氧剂168，巴斯夫股份公司)，放入高速混合机中混合得到混合物。将上述混合物加入双螺杆挤出机中挤出，挤出条通过循环水槽冷却至室温，经过吹风机干燥后进入切粒机造粒。
双螺杆挤出机的长径比为48:1，双螺杆挤出机的料筒各区段温度分别设置为：一区210℃、二区220℃、三区225℃、四区230℃、五区235℃、六区240℃、机头240℃。对比例2所获得的产品按照相应标准测试其性能，测试结果见表1。
对比例3
称取66份聚丙烯(牌号S2040，上海赛科石油化工有限责任公司)、15份聚乳酸(牌号REVODE201，浙江海正生物材料股份有限公司)、6份E-MA-GMA(牌号AX8900，阿科玛集团)、15份滑石粉(牌号HTP1，辽宁艾海滑石有限公司)、0.2份耐热助剂(0.1份抗氧剂1076和0.1份抗氧剂168，巴斯夫股份公司)，放入高速混合机中混合得到混合物。将上述混合物加入双螺杆挤出机中挤出，挤出条通过循环水槽冷却至室温，经过吹风机干燥后进入切粒机造粒得到本发明的低收缩率、高韧性聚丙烯复合材料。
双螺杆挤出机的长径比为48:1，双螺杆挤出机的料筒各区段温度分别设置为：一区210℃、二区220℃、三区225℃、四区230℃、五区235℃、六区240℃、机头240℃。对比例3所获得的产品按照相应标准测试其性能，测试结果见表1。
对比例4
称取62份聚丙烯(牌号S2040，上海赛科石油化工有限责任公司)、10份SEBS(牌号6150，台橡股份有限公司)、8份E-MA-GMA(牌号AX8900，阿科玛集团)、20份滑石粉(牌号HTP1，辽宁艾海滑石有限公司)、0.4份耐热助剂(0.2份抗氧剂1010和0.2份抗氧剂168，巴斯夫股份公司)，放入高速混合机中混合得到混合物。将上述混合物加入双螺杆挤出机中挤出，挤出条通过循环水槽冷却至室温，经过吹风机干燥后进入切粒机造粒得到本发明的低收缩率、高韧性聚丙烯复合材料。
双螺杆挤出机的长径比为48:1，双螺杆挤出机的料筒各区段温度分别设置为：一区200℃、二区210℃、三区215℃、四区220℃、五区225℃、六区230℃、机头230℃。对比例4所获得的产品按照相应标准测试其性能，测试结果见表1。
表1实施例1～4和对比例1～4制得的产品的性能测试结果
从实施例1～4和对比例1～4可以看出，本发明制备的聚丙烯复合材料具有低收缩率、高韧性，具有很高的实际应用性。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
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