一种聚丙烯改性材料及其制备方法和应用
文献发布时间：2024-04-18 19:53:33
技术领域
本申请涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种聚丙烯改性材料及其制备方法和应用。
背景技术
聚丙烯（PP）具有价廉、质轻、耐腐蚀性、成型加工性好，被广泛应用于包装、汽车零部件和建筑材料等领域，是三大通用塑料之一。随着塑料工业的发展，越来越多的塑料应用到了生活的各个部分，随着时间的推移，塑料制品不可避免遭受老化、破损和废弃。聚丙烯是一种常见的高分子材料，具有较好的性能和广泛的应用范围，其废弃量也在逐年增加。近年来，因生活成本、生产成本及运营成本不断上升，不少企业为寻求利益最大化，把目标放到了废旧塑料的回收再改性上。
一般来讲，回收的聚丙烯因老化、降解，其力学性能、机械性能以及电气性能已明显衰减，再次造粒时，聚丙烯受螺杆剪切力和加工温度影响，又加速了聚丙烯链段的破坏和降解。另外，回收的聚丙烯一般会有一定程度的填充量。此外，因其亲水性及抗静电性能差，喷涂、着色和粘合等二次加工性能差，与其它极性材料的相容性差等，为使废旧回收的聚丙烯能达到所需制品的性能要求，必须对废旧回收的聚丙烯进行改性。若能通过方便实用的改性方法提高其综合性能，特别是机械性能和电气性能，将使废聚丙烯再生材料具有更好的应用前景。
回收聚丙烯基本采用玻璃纤维、矿物或通过添加聚丙烯新料等进行增强改性。而玻璃纤维对聚丙烯增强、增韧的改性取得了很好的效果，已具有广泛的应用前景，许多研究者对玻璃纤维改性聚丙烯进行了大量的研究。
如中国专利申请201310112147.5中公开了一种以回收聚丙烯为基体改性的复合材料，包含100份回收聚丙烯；6-12份聚乙烯；6-15份矿物；8-12份聚乙烯辛烯共弹性体；12-30份玻璃纤维；4-10份助剂。该发明还公开了一种以回收聚丙烯为基体改性的复合材料的制备方法，利用单螺杆挤出机对回收聚丙烯熔融造粒，再将聚丙烯粗造粒料、矿物、聚乙烯等混匀从双螺杆挤出机主喂料口加入，将玻璃纤维从侧喂料口加入，最后拉条造粒。该发明通过利用玻璃纤维和矿物的协同对回收聚丙烯进行改性，提高了材料的强度和刚性，同时也提升了材料的耐磨性和抗冲击性，而且以回收聚丙烯作为主要原材料，具有资源可利用性，但是该申请并没有涉及复合材料的电气性能。
再如中国专利申请201510778899.4中公开了一种改性聚丙烯回收料及其制备方法，由聚丙烯回收料：30-75份，聚丙烯：10-30份，聚丙烯接枝丙烯酸：5-15份，无碱玻纤：10-25份，抗氧剂：0.2-1份，2,5-二甲基-2,5-双(叔丁过氧基)己烷：0.5-2份经混合、挤出造粒制成。该发明通过在聚丙烯回收料中加入聚丙烯接枝丙烯酸引入强极性反应性基团，使材料具有高的极性和反应性，极大的改善了聚丙烯与纤维的相容性；同时结合2,5-二甲基-2,5-双(叔丁过氧基 )己烷提高材料的强度、黏结力和分散性能，得到优良的分散性和相容性及优异的刚韧平衡性，但是该申请同样没有关注改性聚丙烯回收料的电气性能。
因此，需要开发一种具有更好机械性能和电气性能的聚丙烯改性材料及其制备方法和应用。
发明内容
基于现有技术中存在的不足，本申请提供了一种聚丙烯改性材料，在实施过程中以回收聚丙烯为主料，以炭黑为填料，掺杂少量导电聚合物聚苯胺和聚（3,4-乙烯二氧噻吩）熔融共混，在聚合物基质内形成导电网络，不仅增强了回收聚丙烯的导电性，还增加了复合材料的强度和硬度。
为了实现上述技术效果，本申请通过以下技术方案实现：
一种聚丙烯改性材料，按重量百分含量计包括如下组分：
回收聚丙烯82-92%；
填料4-8%；
导电聚合物2-4%；
加工助剂0.1-1%；
偶联剂0.5-4%；
抗氧化剂0.1-0.5%；
润滑剂0.5-1%。
优选地，所述的聚丙烯改性材料，按重量百分含量计包括如下组分：
回收聚丙烯85-91%；
填料4-6%；
导电聚合物3-4%；
加工助剂0.2-1%；
偶联剂1-3%；
抗氧化剂0.2-0.6%；
润滑剂0.6-1.4%。
再优选地，所述的聚丙烯改性材料，按重量百分含量计包括如下组分：
回收聚丙烯85-89%；
填料5-7%；
导电聚合物2.5-3.5%；
加工助剂0.2-0.8%；
偶联剂1.5-2.5%；
抗氧化剂0.2-1%；
润滑剂0.6-0.9%。
其中，
所述的填料为炭黑；
所述的导电聚合物为聚苯胺和聚（3,4-乙烯二氧噻吩）的混合物；
所述的炭黑、聚苯胺和聚（3,4-乙烯二氧噻吩）的质量比为2-4:1:1；
优选地，所述的炭黑、聚苯胺和聚（3,4-乙烯二氧噻吩）的质量比为3:1:1。
优选地，所述的炭黑、聚苯胺和聚（3,4-乙烯二氧噻吩）的质量比为4:1:1。
所述的加工助剂为马来酸酐接枝聚丙烯；
所述的偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷；
所述的抗氧化剂为Irganox 1010；
所述的润滑剂为聚乙烯蜡。
本申请提供了上述聚丙烯改性材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）将配方用量的回收聚丙烯、填料和导电聚合物混合后过筛，得到混合物1；
（2）将混合物1送入熔融挤出机中混合，得到混合物2；
（3）将配方用量的加工助剂、偶联剂、抗氧化剂和润滑剂加入混合物2中继续混合，混合均匀后降温、冷却，即得到所述的聚丙烯改性材料。
上述步骤（2）中所述的熔融挤出机的温度为190-240℃；优选为210℃；
上述步骤（2）中所述的熔融挤出机的螺杆转速为460-520 rpm；优选为500 rpm。
本申请还提供了上述聚丙烯改性材料在制备片材、薄膜或注塑件中的应用。
与现有技术相比，本申请的有益效果在于：
本申请在传统导电填料炭黑中掺入少量聚苯胺和聚（3,4-乙烯二氧噻吩），并控制三者的质量比为2-4:1:1，与主料回收聚丙烯熔融共混，增加复合材料的分散性，在聚合物基质内形成导电网络不仅增强了回收聚丙烯的导电性，同时维持复合材料较高的强度和硬度。
附图说明
图1为实施例1制备的聚丙烯改性材料的断面电子扫描电镜图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
具体如下：
实施例1一种聚丙烯改性材料及其制备方法
按重量百分含量计包括如下组分：
上述聚丙烯改性材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）将配方用量的回收聚丙烯、填料和导电聚合物混合后过筛，得到混合物1；
（2）将混合物1送入熔融挤出机中混合，得到混合物2；
（3）将配方用量的加工助剂、偶联剂、抗氧化剂和润滑剂加入混合物2中继续混合，混合均匀后降温、冷却，即得到所述的聚丙烯改性材料。
上述步骤（2）中所述的熔融挤出机的温度为210℃；
上述步骤（2）中所述的熔融挤出机的螺杆转速500 rpm。
实施例2一种聚丙烯改性材料及其制备方法
按重量百分含量计包括如下组分：
上述聚丙烯改性材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）将配方用量的回收聚丙烯、填料和导电聚合物混合后过筛，得到混合物1；
（2）将混合物1送入熔融挤出机中混合，得到混合物2；
（3）将配方用量的加工助剂、偶联剂、抗氧化剂和润滑剂加入混合物2中继续混合，混合均匀后降温、冷却，即得到所述的聚丙烯改性材料。
上述步骤（2）中所述的熔融挤出机的温度为210℃；
上述步骤（2）中所述的熔融挤出机的螺杆转速500 rpm。
实施例3一种聚丙烯改性材料及其制备方法
按重量百分含量计包括如下组分：
上述聚丙烯改性材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）将配方用量的回收聚丙烯、填料和导电聚合物混合后过筛，得到混合物1；
（2）将混合物1送入熔融挤出机中混合，得到混合物2；
（3）将配方用量的加工助剂、偶联剂、抗氧化剂和润滑剂加入混合物2中继续混合，混合均匀后降温、冷却，即得到所述的聚丙烯改性材料。
上述步骤（2）中所述的熔融挤出机的温度为210℃；
上述步骤（2）中所述的熔融挤出机的螺杆转速500 rpm。
实施例4一种聚丙烯改性材料及其制备方法
按重量百分含量计包括如下组分：
上述聚丙烯改性材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）将配方用量的回收聚丙烯、填料和导电聚合物混合后过筛，得到混合物1；
（2）将混合物1送入熔融挤出机中混合，得到混合物2；
（3）将配方用量的加工助剂、偶联剂、抗氧化剂和润滑剂加入混合物2中继续混合，混合均匀后降温、冷却，即得到所述的聚丙烯改性材料。
上述步骤（2）中所述的熔融挤出机的温度为210℃；
上述步骤（2）中所述的熔融挤出机的螺杆转速500 rpm。
实施例5一种聚丙烯改性材料及其制备方法
按重量百分含量计包括如下组分：
上述聚丙烯改性材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）将配方用量的回收聚丙烯、填料和导电聚合物混合后过筛，得到混合物1；
（2）将混合物1送入熔融挤出机中混合，得到混合物2；
（3）将配方用量的加工助剂、偶联剂、抗氧化剂和润滑剂加入混合物2中继续混合，混合均匀后降温、冷却，即得到所述的聚丙烯改性材料。
上述步骤（2）中所述的熔融挤出机的温度为210℃；
上述步骤（2）中所述的熔融挤出机的螺杆转速500 rpm。
对比例1
与实施例1的区别在于：不添加聚苯胺，只添加聚（3,4-乙烯二氧噻吩）（含量为聚苯胺和聚（3,4-乙烯二氧噻吩）的总量），其他组分含量及制备方法与实施例1相同。
对比例2
与实施例1的区别在于：不添加聚（3,4-乙烯二氧噻吩），只添加聚苯胺（含量为聚苯胺和聚（3,4-乙烯二氧噻吩）的总量），其他组分含量及制备方法与实施例1相同。
对比例3
与实施例1的区别在于：不添加聚（3,4-乙烯二氧噻吩）和聚苯胺，只添加炭黑（含量为炭黑、聚苯胺和聚（3,4-乙烯二氧噻吩）的总量），其他组分含量及制备方法与实施例1相同。
对比例4
与实施例2的区别在于：炭黑、聚苯胺和聚（3,4-乙烯二氧噻吩）的质量比为8:1:1，其他组分含量及制备方法与实施例2相同。
即：
炭黑8%；
聚苯胺1%；
聚（3,4-乙烯二氧噻吩）1%；
效果实验：
1、表面电阻检测：检测方法为：GB/T 1410-2006；
2、屏蔽效能检测，检测方法为：GB/T 25471-2010；
3、拉伸强度检测，检测方法为：GB/T 1040.1-2006；
4、弯曲强度检测，检测方法为：GB/T 1040.1-2006。
检测数据见下表1。
表1
根据上表1的检测结果可以看出，本申请实施例1-5制备的聚丙烯改性材料具有更好的电气性能和机械性能，而对比例1-3中不添加聚苯胺，或不添加聚（3,4-乙烯二氧噻吩），或同时不添加聚（3,4-乙烯二氧噻吩）和聚苯胺得到的聚丙烯改性材料的电气性能与本申请实施例1-5有一定程度的降低，但是机械性能，尤其是拉伸强度和弯曲强度明显减弱；对比例4中炭黑、聚苯胺和聚（3,4-乙烯二氧噻吩）的质量比不在本申请保护范围内，其机械性能也会明显降低。