一种高熔体强度聚丙烯材料及其制备方法

一种高熔体强度聚丙烯材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种聚丙烯材料及其制备方法，特别涉及一种高熔体强度聚丙烯材料 及其制备方法。

背景技术

聚丙烯(PP)作为五大通用热塑性树脂之一，不仅原料丰富、价格低廉，还具有熔点 高、耐热性优良、机械性能优异且易于成型加工等特点，在运输(汽车内装饰及保险杆)、硬 包装(瓶盖、托盘、周转箱等)、器械及医用制品(注射器、工具箱等)、食品快餐盒、工农业及 生活用品等领域都得到普遍的应用。

由于普通聚丙烯软化点接近于熔融温度，导致加工时PP的熔体强度(熔体粘度)会 急剧下降，适宜于加工的温度范围窄，挤出发泡时易造成热成型时容器壁厚薄不均匀，没有 显著的应变硬化效应，发泡时泡孔塌陷等问题。提高聚丙烯熔体强度后的聚丙烯具有显著 的应变硬化行为，可以较宽的温度范围内表现出较高的熔体强度和接伸黏度，对挤出发泡、 高速涂布、熔融纺丝等加工工艺有利，高熔体强度聚丙烯(HMSPP)的支链结构是普通PP的 1.5-15倍，凝胶含量低，加工性好，可回收利用，HMSPP作为通用塑料PP的重要改性品种上， 近年来其研制和表征倍受国内外研究者关注。

提高聚丙烯的熔体强度一般有化学交联、辐照交联、反应接枝和共混改性等方法。 化学交联是在聚丙烯中加入过氧化物，加热分解产生自由基，引发聚丙烯分子链的交联反 应，由于分子结构的原因，聚丙烯在化学交联的过程中极易发生β断裂，最后导致材料降解。 中科院化学所曾采用DCP引发不饱和硅烷接枝，制备出HMSPP，但要在较高DCP和硅烷含量同 时存在的条件下才能获得凝胶，同时化学交联的产物有难闻的异味，限制了应用。

中国专利CN1142514A报道了北京化工研究院和北京大学通过⁶⁰Co产生的γ射线辐 射聚丙烯制备高熔体强度聚丙烯，其特点是在聚丙烯中加入一定量的成核剂，以克服现有 技术中存在的辐射交联过程中聚丙烯降解及常温下力学性能没有明显改善的缺点。聚丙烯 辐射改性一般需要真空或氮气保护，以减少辐射过程中的氧化降解反应，加工环境给工业 化生产带来很大的阻碍。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：本发明提供一种高熔体强度聚丙烯材料，以及提供 一种以挤出反应接枝法制备高熔体强度聚丙烯材料的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明高熔体强度聚丙烯材料，包含如下重量份的组分 通过挤出机挤出反应接枝制备而成：

所述的聚丙烯树脂的熔融指数为6-15g/10min,所述过氧化苯甲酰糊中过氧化苯 甲酰的质量含量为50％-55％。

优选的，所述的交联剂选自三官能团丙烯酸酯、三丙烯酸酯、三羟甲基丙 烷三丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙希酸酯中的一种或多种的混合物。

优选的，所述的交联剂是三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。

优选的，所述的交联剂是乙氧基化三羟甲基丙烷三丙希酸酯。

本发明高熔体强度聚丙烯材料的制备方法，所述的高熔体强度聚丙烯材料包含如 下重量份的组分通过挤出机挤出反应接枝制备而成：

所述的聚丙烯树脂的熔融指数为6-15g/10min，所述过氧化苯甲酰糊中过氧化苯 甲酰的质量含量为50％-55％，所述的交联剂选自三官能团丙烯酸酯、三丙烯酸 酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙希酸酯中的一种或多种的混合 物，所述的挤出机指三螺杆同向平行旋转挤出机，其三根螺杆平行排列，三根螺杆的轴线在 同一平面内。

优选的，本发明高熔体强度聚丙烯材料的制备方法包括如下步骤：

(1)取聚丙烯树脂、交联剂、过氧化苯甲酰糊、抗氧化剂；

(2)将聚丙烯树脂、过氧化苯甲酰糊、抗氧化剂全部组分依次加入高混机中以450 转/每分钟速度混合5min后，在不停机不变速的条件下加入交联剂再混合10min；混合过程 中高混机中的物料温度控制在40-60℃；

(3)将混合好的物料经三螺杆同向平行旋转挤出机挤出，物料在挤出机的挤出过 程中进行交联、接枝反应，制成高熔体强度聚丙烯材料，三螺杆同向平行旋转挤出机从喂料 口到出料口依次设置有九个加热区及加热机头，第九加热区与加热机头之间设置有液压换 网器区，液压换网器中设置了滤板，挤出时在滤板上加置不锈钢滤网，使得不锈钢滤网可以 更换，三根螺杆平行设置，三根螺杆的轴线在同一平面内，三根螺杆贯穿九个加热区，出料 口设置在机头上，运转时三根螺杆同向转动，不锈钢滤网包括两层40目不锈钢滤网，挤出机 的九个加热区温度依次设定为130℃、135℃、135℃、140℃、155℃、190℃、190℃、190℃、190 ℃，液压换网器温度200℃，机头温度190℃，生产时每四小时更换一次不锈钢滤网，三根螺 杆的转速200转/每分钟,挤出机内的真空度保持在-0.08Mpa到-0.1Mpa的范围内。

本发明的有益效果是：本发明在一种聚丙烯树脂中加入交联剂、过氧化苯甲酰糊、 抗氧化剂，经三螺杆同向旋转挤出机配混，通过在三螺杆同向旋转挤出机中交联和支化反 应，得到高熔体强度聚丙烯材料。该方法对加工环境及加工设备、工艺无苛刻要求，简单无 污染，是一种工业化生产高熔体强度聚丙烯材料的理想方法。生产的高熔体强度聚丙烯材 料其熔体强度是其主要组分聚丙烯树脂的1.5-15倍，耐热性好、应变硬化效应、机械性能优 异，根据需求控制结构，可广泛应用在聚丙烯发泡和热成型等领域。

本发明在聚丙烯树脂中加入交联剂，用过氧化苯甲酰糊引发交联剂，在三螺杆同 向旋转挤出机中挤出交联、接枝反应，且三螺杆同向旋转挤出机流场复杂、停留时间长、混 炼性能好，物料在三螺杆同向旋转挤出机内流动过程中，也会将分子进行接枝，可以较好的 控制高熔体强度聚丙烯的结构，以分别应用于聚丙烯发泡和热成型等不同加工工艺，给高 熔体强度聚丙烯开拓了更广阔的应用领域。

具体实施方式

本发明通过以下方法制备高熔体强度聚丙烯材料：

(1)取聚丙烯树脂、交联剂、过氧化苯甲酰糊、抗氧化剂；过氧化苯甲酰糊是过氧化 苯甲酰用硅油搅拌至糊状制得，过氧化苯甲酰糊中过氧化苯甲酰质量含量是50-55％，抗氧 化剂可采用四{β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸}酯。

(2)将聚丙烯树脂、过氧化苯甲酰糊、抗氧化剂全部组分依次加入高混机中以450 转/每分钟速度混合5min后，在不停机不变速的条件下加入交联剂再混合10min；混合过程 中高混机中的物料温度控制在40-60℃；

(3)将混合好的物料经三螺杆同向平行旋转挤出机挤出，物料在挤出机的挤出过 程中进行交联、接枝反应，制成高熔体强度聚丙烯材料，三螺杆同向平行旋转挤出机从喂料 口到出料口依次设置有九个加热区及加热机头，第九加热区与加热机头之间设置有液压换 网器区，液压换网器中设置了滤板，挤出时在滤板上设置不锈钢滤网，使得不锈钢滤网可以 更换，三根螺杆平行设置，三根螺杆的轴线在同一平面内，三根螺杆贯穿九个加热区，出料 口设置在机头上。运转时三根螺杆同向转动。不锈钢滤网包括两层40目不锈钢滤网。挤出机 的九个加热区温度依次设定为130℃、135℃、135℃、140℃、155℃、190℃、190℃、190℃、190 ℃，液压换网器温度200℃，机头温度190℃，生产时每四小时更换一次不锈钢滤网，三根螺 杆的转速200转/每分钟,第八加热区连接有真空泵，挤出机内的真空度保持在-0.08Mpa到- 0.1Mpa的范围内。

本发明具体按上述方法实施了以下几组实施例，每组实施例的组分及含量见表1， 每组实施例获得的高熔体强度聚丙烯材料性能见表2。

本发明中熔融指数测定采用GB-T 3682-2000热塑性塑料熔体质量流动速率和熔 体体积流动速率的测定，测试条件：标称负荷2.16KG,试验温度230℃。本发明采用的聚丙烯 树脂熔体强度：2.5-2.6cN。

表1

表2