发明名称 --- 一种新型PP弹性体TPO
申请号-CN201810093052
申请日2018.01.31
公开（公告）号-CN108329587A
公开（公告）日2018.07.27
IPC分类号：C08L23/12; C08L23/06; C08L91/06; C08K3/36; C08K5/134; C08J3/22
申请（专利权）人：天津科技大学;
发明人：赵梓年;
申请人地址：天津市河西区大沽南路1038号天津科技大学;
申请人邮编：300222;
CPC分类号：
C08J3/226;C08K3/36;C08J2323/12;C08J2423/06;C08K5/1345;C08J2423/12
摘要：本发明涉及一种新型PP弹性体TPO，具体涉及熔融法制备包含超高分子量聚乙烯(UHMWPE)树脂、SiO2粉料、加工油、α成核剂以及抗氧剂的初级母粒，再将该母粒与UHMWPE树脂和PP树脂按照适当比例，熔融共混得到的改性材料即弹性体TPO。通过熔融共混的方法，在PP基材中加入弹性体TPO，提高了PP树脂的耐冲击性能和耐低温性能，可采用普通塑料用双螺杆挤出机及其相关设备。熔融挤出加工的制备工艺和生产过程，易于实现生产。
权利要求书
1.一种基于UHMWPE的增韧母料，由如下重量份数的组分混合均匀并挤出造粒：
2.根据权利要求1所述的增韧母料，其特征在于：所述的加工油为石蜡油、石蜡、聚乙烯蜡。
3.根据权利要求1所述的增韧母料，其特征在于：所述的抗氧剂为1010或168。
4.一种包含权利要求1所述的增韧母料的TPO弹性体，其特征在于：组分及重量份数为：
增韧母料 30-70份
UHMWPE 10-20份
PP 20-35份。
5.一种包含权利要求4所述的TPO弹性体的PP，其特征在于：TPO占PP质量的20～30％。
6.一种权利要求5所述的PP的制备方法：步骤如下：
第一步：增韧母料的制备：
UHMWPE、SiO2、矿物油、α成核剂以及抗氧剂混合均匀并挤出造粒；
第二步：TPO弹性体的制备：
将增韧母料、UHMWPE、PP按照配比混合均匀并挤出造粒；
第三步：PP/TPO的制备；
将PP与TPO按照配比经双螺杆挤出机熔融塑化混合后挤出造粒。
7.一种包含权利要求4所述的TPO弹性体的PP，其特征在于：TPO占PP质量的20～30％，TPE占PP质量的20～30％。
说明书
一种新型PP弹性体TPO
技术领域
本发明属于PP共混物生产领域，涉及PP冲击强度的改进，尤其是新型PP弹性体TPO。
背景技术
PP具有优秀的整体性能，较少的缺点，因此在很多方面都可以代替昂贵的其他材料。聚丙烯和聚乙烯相比，能够在更高的温度下使用，耐化学试剂的性能更好，拉伸强度、断裂伸长率比PE高而且拥有有杰出的刚性和耐弯曲性，被称为百折胶，重要的是PP原料获取容易，生产成本很低，合成和加工都很容易，因此被大规模应用。但是尽管如此，PP也存在一些特别突出的缺点：冲击强度特别低、尤其是在低温环境易脆裂、不耐磨、较难染色，而且注塑成型时的收缩率比较大；特别冲击强度在很多方面难以达到使用要求，使得PP不能大规模用来制成结构材料。这些缺点在很大程度上限制了PP在一些工程领域中的应用。所以，相关人员开始研究对普通PP进行改性，其中加入其它聚合物制成共混合金，以此来提高PP的缺陷性能进而拓宽它的应用范围。
发明内容
本发明目的在于提供一种新型PP弹性体TPO，对改善PP的冲击性能和耐低温性能有很明显的效果。
一种基于UHMWPE的增韧母料，由如下重量份数的组分混合均匀并挤出造粒：
而且，所述的加工油为石蜡油、石蜡、聚乙烯蜡。
而且，所述的抗氧剂为1010或168。
一种包含上述增韧母料的TPO弹性体，组分及重量份数为：
增韧母料 30-70份
UHMWPE 10-20份
PP 20-35份。
一种包含上述TPO弹性体的PP，TPO占PP质量的20～30％。
上述PP的制备方法：步骤如下：
第一步：增韧母料的制备：
UHMWPE、SiO2、矿物油、α成核剂以及抗氧剂混合均匀并挤出造粒；
第二步：TPO弹性体的制备：
将增韧母料、UHMWPE、PP按照配比混合均匀并挤出造粒；
第三步：PP/TPO共混合金的制备；
将PP与TPO按照配比经双螺杆挤出机熔融塑化混合后挤出造粒。
本发明的优点和有益效果：
本发明制备的弹性体TPO提高了PP树脂的耐冲击性能和耐低温性能，可采用普通塑料用双螺杆挤出机及其相关设备。熔融挤出加工的制备工艺和生产过程，易于实现生产。
附图说明
图1为不同复合体系的DSC曲线；
图1中(a)PP纯料(b)PP/TPO 80/20(c)PP/TPE 80/20(d)PP/TPE/TPO 80/20/20
图2(a)为PP纯料的结晶度-时间曲线；
图2(b)为PP/TPO 80/20的结晶度-时间曲线；
图2(c)为PP/TPE 80/20/的结晶度-时间曲线；
图2(d)为PP/TPE/TPO 80/20/20纯料的结晶度-时间曲线；
图3(a)为PP纯料lg[-ln(1-Xt)]与lgt的关系曲线；
图3(b)为PP/TPO80/20lg[-ln(1-Xt)]与lgt的关系曲线；
图3(c)为PP/TPE 80/20lg[-ln(1-Xt)]与lgt的关系曲线；
图3(d)为PP/TPE/TPO 80/20/20lg[-ln(1-Xt)]与lgt的关系曲线；
图4(a)为PP纯料在零下33℃时的冲击断面SEM照片；
图4(b)为PP/TPO80/20在零下33℃时的冲击断面SEM照片；
图4(c)为PP/TPE80/20在零下33℃时的冲击断面SEM照片；
图4(d)为PP/TPE/TPO80/20/20在零下33℃时的冲击断面SEM照片。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种基于UHMWPE的增韧母料，由如下重量份数的组分混合均匀并挤出造粒：
一种包含上述增韧母料的TPO弹性体，组分及重量份数为：
增韧母料 50份
UHMWPE 10份
PP 30份。
一种包含上述TPO弹性体的PP，TPO占PP质量的20％或30％。
PP经双螺杆挤出机熔融塑化混合后挤出成条，然后经过切粒机造粒，再在干燥箱中以70℃条件干燥两小时；后经注塑机熔融后制作成标准的待测样条，用剪刀分别将拉伸，弯曲，冲击样条剪下，再进行拉伸、弯曲、冲击等各项性能测试。
双螺杆挤出机的六个区段温度控制对成型加工影响很大，本次实验设定为温度分别为160℃，170℃，180℃，185℃，185℃，180℃。挤出后在切粒机中造粒，干燥。
注射成型
(1)料筒温度(从加料段到注射机喷嘴方向)：180℃，195℃，190℃，170℃。
(2)保压时间20s，冷却时间20s。
弹性体TPO对PP力学性能的影响
表1纯PP及PP/TPO体系的力学性能研究
表2 PP/TPE/TPO体系的力学性能研究
由于TPO中含有一定分量的超高分子量聚乙烯，超高分子量聚乙烯在集体中是以其较高的熔体粘度和强度以均匀的微纤状分散的，而且UHMWPE和PP组成了双连续相结构。在经挤出机塑化熔体冷却过程中，超高分子量聚乙烯的高分子链段与聚丙烯基体的部分聚乙烯链段形成共晶，生成了一种“共晶物理交联点的互穿网络结构”，得益于这种共晶结构，加入TPO的PP共混物，零下33℃时的低温冲击强度得到了大幅度提升。
PP共混物体系的非等温结晶动力学
1.不同共混合金的DSC焓变曲线分析
表3不同共混合金的峰数据
注：(a)PP纯料(b)PP/TPO 80/20(c)PP/TPE 80/20(d)PP/TPE/TPO 80/20/20
图1为PP纯料、PP/TPO 80/20、PP/TPE 80/20、PP/TPE/TPO 80/20/20共混合金的DSC曲线。从图1可以看出，对于四个配方体系，共有的特点是当在较低的降温速率下时(5℃/min)，PP共混合金体系的结晶温度较高，起始温度和终止温度也比较高，在较高的降温速率下，PP共混合金的峰整体向左移动。
由图1和表3还可以发现，对于四个配方，随着降温速率的增加，结晶峰的面积不断减小，宽度不断增加，而且结晶峰的高度有所上升。这说明在较快的降温速率下，链段的有序排列的速度根本跟不上结晶的速度，导致晶体尺寸下降，结晶也不够充分，所以导致了结晶宽度增加。而且相比于没有任何处理的纯PP，在加入弹性体TPO以后，其中弹性体和PP基体形成的不连续的部分相容的体系，这样在一定程度上降低了PP的结晶度。
2.相对结晶度与时间的关系
在非等温条件下，结晶时间公式t＝(T0-T)/Φ，用X(t)-T关系图进行时温转换，T为t时刻的结晶温度；Φ为降温速率。由此得到样品的相对结晶度对时间的关系曲线，如图2。由图可知降温速率越快，达到相同的结晶度所需的时间越短。
采用Jeziorny法研究非等温结晶动力学聚合物等温结晶过程用Avrami方程来分析。
1-X(t)＝exp(-Ztn) 式(1-1)
T是结晶时间；X(t)是t时刻的结晶度；Z是Avrami结晶速率常数；
将(1-1)方程两边取对数得到(1-2)式：
lg[-ln(1-X(t))]＝lgZ+nlgt 式(1-2)
以lg[-ln(1-X(t))]对lgt作图，在结晶初期一般直线关系，直线的斜率为n，截距为lgZ，从而得出n、Z随冷却速率的变化。
Jeziorny法就是先将非等温DSC结晶曲线视为等温结晶过程来进行处理，再修正所得的动力学参数。
lgZc＝lgZ/Φ 式(1-3)
Zc就是经冷却速率校正的Jeziorny结晶速率常数。
表4 Jeziorny修正后的Avrami方程参数
(a)PP纯料(b)PP/TPO 80/20(c)PP/TPE 80/20(d)PP/TPE/TPO 80/20/20
比较4种共混体系，发现在同样的降温速率下共混物均比纯PP的Zc略有提高。
PP、PP/TPO、PP/TPE、PP/TPE/TPO体系的相形态和力学性能的关系
图4为PP纯料、PP/TPO80/20、PP/TPE80/20、PP/TPE/TPO80/20/20四个组分在零下33℃时的冲击断面SEM照片。可以从图4(a)看出，纯PP冲击断面较为平整，虽出现了一定区域的应力发白和有较小范围的塑性变形，但整体呈现脆性断裂特征。观察图图4(b)可知PP/TPO 70/30的冲击断面非常粗糙，表面有很多的分层，这是由于在冲击时材料基体之间相互撕裂而造成的分层，表明材料有相当的韧性。从图4(c)图中可以看出，冲击断面SEM图比较粗糙，出现许多部分应力发白和一定范围的塑形形变，但是表现出部分的塑形断裂的特征。从图4(d)中可以看出，表面有大量的应力发白区域和很多的撕裂分层，体现出较为明显的韧性断裂。这是由于基体中不仅含有TPE、TPO这两种弹性体，还有超高分子量聚乙烯和部分二氧化硅，UHMWPE具有非常明显的增韧增强效果。而无机粒子在一定程度上起到了成核剂的作用，它不仅降低了球晶的尺寸，还在基体中作为“岛”相存在，在抵御冲击时起到应力集中吸收能量的重要，综合以上因素，就使得PP/TPE/TPO80/20/20配方的抗冲击性能得到了极大的提高。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
文章来源：国家知识产权局
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