一种耐低温的聚丙烯材料及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及IPC C08L领域，更具体地，涉及一种耐低温的聚丙烯材料及其制备方法与应用。

背景技术

由于聚丙烯价格便宜、来源丰富且易加工成型，成型后的材料力学性能优异，可耐受高温，因此目前自加热食品的包装盒材质大多为聚丙烯，但是聚丙烯材料虽然具有良好的性能，但是其韧性差，且耐寒性差，在低温下冲击强度低，因此会影响产品在冬天运输以及在低温环境中的使用。

申请号为CN201711474529.7的专利文件，公开了一种低温抗冲击聚丙烯树脂、其制备方法及由其制备的中空制品，通过选择合适的聚丙烯树脂基料和聚乙烯树脂基料进行配混得到聚丙烯树脂，能够提高素质的强度和耐热性，但是对于低温冲击性能提高有限。

申请号为CN 202010467620.1的专利文件，公开了一种高光泽抗冲击透明改性聚丙烯及其制备方法和应用，所制备的改性聚丙烯材料同时具有高光泽、高抗冲、高透明度的特点，但是对低温冲击强度的改善有限。

发明内容

为了解决上述问题，本发明第一方面，提供了一种耐低温的聚丙烯材料，按重量份计，其制备原料包括：

聚丙烯(PP)35-55份、聚乙烯(PE)40-60份、聚烯烃弹性体(POE)1-10份。

优选的，所述聚丙烯的等规指数≥95％，灰分≤150ppm；进一步优选的，所述聚丙烯的等规指数为96.6％，灰分为90ppm。

在一些优选的方案中，所述聚丙烯购买自绍兴三圆生产的T30S。

发明人创造性的发现，通过选用等规指数≥95％，灰分≤150ppm的聚丙烯作为原料之一，能够提高制备得到的聚丙烯材料的力学性能和抗冲击强度。这可能是由于等规指数高的聚丙烯，其甲基主要分布在主链一侧，从而能够提高聚丙烯的结晶度，进而能够提高其熔点、力学性能，熔点高使得其高温稳定性好，而且聚丙烯重量轻，价格低廉，非常适合应用于包装领域，尤其是作为自加热食品的包装盒。但是只有聚丙烯作为原料之一，会影响产品的耐低温性，导致产品低温冲击强度低，韧性差，易脆化，使得制备得到的包装材料在温度较低的时候无法使用。

优选的，所述聚乙烯为高密度聚乙烯。

优选的，所述高密度聚乙烯的拉伸屈服强度为22-30MPa，弯曲模量为1000-1500MPa，断裂伸长率为350-550％；进一步优选的，所述高密度聚乙烯的拉伸屈服强度为26MPa，弯曲模量为1200MPa，断裂伸长率为450％。

在一些优选的方案中，所述高密度聚乙烯购买自上海赛科生产的5502。

发明人创造性的发现，通过加入一定量的高密度聚乙烯，且所述高密度聚乙烯的拉伸屈服强度为22-30MPa，弯曲模量为1000-1500MPa，断裂伸长率为350-550％时，能够在保证力学性能的同时，提高制备得到的材料的抗冲击性能。这可能是由于在混炼过程中，聚丙烯和高密度聚乙烯属于热力学不相容体系，其各自结晶过程中，聚乙烯尤其是高密度聚乙烯，对于聚丙烯的球晶有插入、细化、分割的能力，从而提高了界面之间的相互作用，达到增加体系的韧性、力学性能和抗低温冲击的能力。此外，高密度聚乙烯无毒且无味无臭，非常适合作为包装材料，尤其是自加热食品的包装盒材料的原材料。但是高密度聚乙烯的加入可能会影响到体系的刚度和强度，而且其与聚丙烯之间的相容性有限，其加入量也不宜过多，过多会导致其聚集结晶的能力提高，反而会降低制备得到的材料的低温抗冲击性能。

优选的，所述聚烯烃弹性体在190℃下的熔融指数为0.5-2g/10min，乙烯含量为10-20wt％，撕裂强度为30-38kN/m；进一步优选的，所述聚烯烃弹性体在190℃下的熔融指数为0.5-2g/10min，乙烯含量为10-20wt％，撕裂强度为30-38kN/m。

在一些优选的方案中，所述聚烯烃弹性体购买自埃克森美孚生产的POE 6102。

优选的，所述聚丙烯、聚乙烯和聚烯烃弹性体的重量比为(7-12)：(8-13):1；进一步优选的，为9.2:9.8:1。

发明人创造性的发现，选用在190℃下的熔融指数为0.5-2g/10min，乙烯含量为10-20wt％，撕裂强度为30-38kN/m作为聚烯烃弹性体，且所述聚丙烯、聚乙烯和聚烯烃弹性体的重量比为(7-12)：(8-13):1时，能够在保证低温抗冲击性能的同时，还能够提高材料的韧性，使得其能够在加工过程中顺利挤出制得薄的包装产品。这可能由于一方面聚烯烃弹性体不仅与聚丙烯之间的相容性好，而且还与高密度聚乙烯也具有良好的相容性，其能够和高密度聚乙烯共同作用，对聚丙烯进行混合增韧，从而大大的提升了增韧效果，进一步细化了分散相的颗粒，提高了分布均匀度，从而使得制备得到的材料具有优异的综合力学性能，还能够降低材料成本，能够大批量的生产该材料应用于包装领域。

本发明第二方面提供了所述耐低温的聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：

将原料干混后，通过双螺杆挤出机进行造粒，造粒后烘干至恒重即得。

优选的，所述双螺杆挤出机的加工区的温度分别为：加工区一区的螺杆温度为210-230℃，二区的螺杆温度为215-235℃，三区的螺杆温度为220-240℃、四区的螺杆温度为215-235℃、五区的螺杆温度为205-225℃、六区的螺杆温度为205-225℃。

优选的，所述双螺杆挤出机的螺杆转速为机器最大转速的60-80％。

优选的，所述双螺杆挤出机的溶体泵的速度为机器最大转速的55-75％。

本发明第三方面提供了所述耐低温的聚丙烯材料的应用，应用于包装领域，具体应用于自加热食品的包装盒。

有益效果：

1、本发明通过选用等规指数≥95％，灰分≤150ppm的聚丙烯作为原料之一，能够提高制备得到的聚丙烯材料的力学性能和抗冲击强度。

2、本发明通过加入一定量的高密度聚乙烯，且所述高密度聚乙烯的拉伸屈服强度为22-30MPa，弯曲模量为1000-1500MPa，断裂伸长率为350-550％时，能够在保证力学性能的同时，提高制备得到的材料的抗冲击性能。

3、本发明通过选用在190℃下的熔融指数为0.5-2g/10min，乙烯含量为10-20wt％，撕裂强度为30-38kN/m作为聚烯烃弹性体，且所述聚丙烯、聚乙烯和聚烯烃弹性体的重量比为(7-12)：(8-13):1时，能够在保证低温抗冲击性能的同时，还能够提高材料的韧性，使得其能够在加工过程中顺利挤出制得薄的包装产品。

4、本发明针对现有技术中自加热食品包装材料领域聚丙烯低温抗冲击性差的问题，选用特定的聚乙烯和聚烯烃弹性体对聚丙烯进行改性，得到的聚丙烯材料不仅具有良好的力学性能，且韧性好，易加工，还具有优异的耐高温和高的抗低温冲击强度，非常适合应用于包装材料，尤其是自加热食品包装材料。

具体实施方式

实施例

实施例1

实施例1提供了一种耐低温的聚丙烯材料，按重量份计，其制备原料包括：

聚丙烯46份、聚乙烯49份、聚烯烃弹性体5份。

所述聚丙烯的等规指数为96.6％，灰分为90ppm。

所述聚丙烯购买自绍兴三圆生产的T30S。

所述聚乙烯为高密度聚乙烯。

所述高密度聚乙烯的拉伸屈服强度为26MPa，弯曲模量为1200MPa，断裂伸长率为450％。

所述高密度聚乙烯购买自上海赛科生产的5502。

所述聚烯烃弹性体在190℃下的熔融指数为0.5-2g/10min，乙烯含量为10-20wt％，撕裂强度为30-38kN/m。

所述聚烯烃弹性体购买自埃克森美孚生产的POE 6102。

本实施例第二方面提供了所述耐低温的聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：

将原料干混后，通过双螺杆挤出机进行造粒，造粒后烘干至恒重即得。

所述双螺杆挤出机的加工区的温度分别为：加工区一区的螺杆温度为220℃，二区的螺杆温度为225℃，三区的螺杆温度为230℃，四区的螺杆温度为225℃、五区的螺杆温度为215℃、六区的螺杆温度为215℃。

所述双螺杆挤出机的螺杆转速为机器最大转速的70％。

所述双螺杆挤出机的溶体泵的速度为机器最大转速的65％。

实施例2

实施例2提供了一种耐低温的聚丙烯材料，具体实施方式同实施例1，不同之处在于：

按重量份计，其制备原料包括：

聚丙烯35份、聚乙烯40份、聚烯烃弹性体5份。

实施例3

实施例3提供了一种耐低温的聚丙烯材料，具体实施方式同实施例1，不同之处在于：

按重量份计，其制备原料包括：

聚丙烯55份、聚乙烯60份、聚烯烃弹性体5份。

对比例1

对比例1提供了一种耐低温的聚丙烯材料，具体实施方式同实施例1，不同之处在于：

按重量份计，其制备原料包括：

聚丙烯46份、聚乙烯49份。

对比例2

对比例2提供了一种耐低温的聚丙烯材料，具体实施方式同实施例1，不同之处在于：

按重量份计，其制备原料包括：

聚丙烯46份、聚乙烯49份、聚烯烃弹性体1份。

对比例3

对比例3提供了一种耐低温的聚丙烯材料，具体实施方式同实施例1，不同之处在于：

按重量份计，其制备原料包括：

聚丙烯46份、聚乙烯49份、聚烯烃弹性体12份。

性能测试

1、抗低温碎裂试验

对于实施例1-3和对比例1-3制备得到的聚丙烯材料，将其放置在-18℃下24h后，从1.5m高度处自由落体，观察聚丙烯材料是否有破损现象，每个例子准备样品50个，记录破损数量，并计算良品率，良品率(％)＝未破损数量/50×100％，结果记入表1。

2、硬挺度测试

分别按压实施例1-3和对比例1-3制备得到的聚丙烯材料，以实施例1作为硬挺度标准，评价其他几个产品的硬挺度，结果记入表1。

表1