一种利用OBC及PE协同增强增韧聚丙烯的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用OBC及PE协同增强增韧聚丙烯的方法。该方法通过将乙烯‑辛烯嵌段共聚物OBC、聚乙烯PE和聚丙烯PP在超声波耦合机械剪切力场作用下挤出共混，使得聚丙烯增强增韧。该方法在超声波耦合机械剪切力场作用下使OBC优先分散在PP与PE的相界面上，形成核壳包覆结构，使得PP与HDPE分子相互渗透，以致PP与PE的界面相容性最终得以改善，该方法可以在改善PP韧性的同时，不损害甚至提高其物理机械性能，最终得到具有较好冲击性能的高性能的聚丙烯复合材料。

A synergistic reinforcing and toughening method of polypropylene by OBC and PE

The invention discloses a method for reinforcing and Toughening Polypropylene by synergistic use of OBC and PE. In this method, the polypropylene (ethylene) block copolymer OBC, polyethylene PE and polypropylene PP were extruded by the ultrasonic coupling mechanical shear force, so that the toughening of the polypropylene was enhanced. Under the action of ultrasonic coupling mechanical shear field, OBC is dispersed on the phase interface of PP and PE, forming a core shell coating, which makes PP and HDPE molecules permeate each other, so that the interface compatibility between PP and PE can be improved. This method can improve the physical and mechanical properties of the PP toughness at the same time, and even improve its physical and mechanical properties. Finally, high performance polypropylene composites with good impact properties can be obtained.

【技术实现步骤摘要】
一种利用OBC及PE协同增强增韧聚丙烯的方法
本专利技术属于聚烯烃改性
，具体涉及到的是一种利用OBC及PE协同增强增韧聚丙烯的方法。
技术介绍
聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)等聚烯烃高分子材料自工业化以来，因其优异的力学性能、良好的电绝缘性、耐腐蚀性以及易于成型加工等优点被广泛地应用于各行各业。随着汽车、电子、计算机等行业的迅猛发展，聚烯烃高分子材料作为无毒无害的环保材料越来越受到人们的青睐。聚丙烯作为世界上最广泛使用的热塑性塑料之一，自1957年意大利Montecatini公司实现其工业化以来，聚丙烯的发展非常迅速。据统计，2014年我国聚丙烯总生产能力达到了1672万吨，同比增长8.64％，而2015年我国聚丙烯产能达到了1752万吨，同时随着我国煤制烯烃装置的陆续投产，预计到2016年，我国聚丙烯产能将达到2000万吨以上。聚丙烯虽然在工业、生活等各方面都有着广泛的应用，但仍然具有一定的缺点，主要包括抗冲性能差、收缩率较大、熔体强度低等，例如在汽车行业，汽车保险杠往往需要较好的抗冲性能，同时由于季节变换，温度的变化对材料的冲击性能的影响也不可忽视，而常规使用的聚丙烯本身不具有高的抗冲击性能，这就限制了其在汽车领域的应用。另外在热成型、发泡等领域，由于聚丙烯的熔点与其软化点十分接近，加工温度范围较窄，进行发泡时容易造成泡孔塌陷等问题。因此聚丙烯高分子材料的功能化是未来聚丙烯发展的一大趋势。为了提高聚丙烯的抗冲性能，研究学者们自上个世纪80年代就开始对聚丙烯的增韧改性方法进行了研究，20世纪90年代左右，对PP的增韧改性主要是采用橡胶(弹性体)与PP进行共混以提升其韧性。近几年来，对于增韧PP的研究趋势主要集中在两个方面：一方面是采用新型的橡胶(弹性体)。传统的橡胶(弹性体)如三元乙丙橡胶(EPDM)、乙烯-辛烯无规共聚物(POE)、氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)等对PP增韧改性可以显著提高其常温冲击强度，但对低温下PP的抗冲性能影响较小，近几年Dow化学开发出的新型弹性体乙烯-辛烯嵌段共聚物(OBC)由于具有较好的低温抗冲性，同时耐热性能、加工性能优良引起了科学界广泛的关注。另一方面是采用不同的加工方法，传统的共混方式主要是采用双螺杆挤出机、注塑机等，而随着科技的发展，像转矩流变仪、超声辅助双螺杆挤出机、四螺杆挤出机等加工设备的出现，显著提高了共混时复合材料中各组分的相容性，进一步改善了PP的韧性。但由于橡胶(弹性体)的拉伸性能较差，添加到PP中时会使其刚性下降，因此自21世纪初，研究学者们开始利用高密度聚乙烯(HDPE)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、纳米粒子等刚性较好的材料与橡胶(弹性体)协同对PP进行增韧，提升PP韧性的同时不会使其刚性显著下降，但其界面的相容性较差直接影响其在高性能材料领域的广泛应用。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种利用OBC及PE协同增强增韧聚丙烯的方法。本专利技术通过超声波耦合机械剪切力场作用，使得PP与PE的界面相互作用提高，从而改善其韧性，最终协同提高其刚性、冲击性能等。本专利技术中，在超声波耦合机械剪切力场作用下将弹性体乙烯-辛烯嵌段共聚物OBC、聚乙烯PE与聚丙烯PP共混，在超声波耦合机械剪切力场作用下使乙烯-辛烯嵌段共聚物OBC优先分散在聚丙烯PP与聚乙烯PE的相界面上，形成核壳包覆结构，同时使得聚丙烯PP与聚乙烯PE分子相互渗透，以致聚丙烯PP与聚乙烯PE的界面相容性最终得以改善，从而可以在改善聚丙烯PP韧性的同时，不损害甚至提高其物理机械性能，最终得到具有较好冲击性能的高性能的聚丙烯复合材料。本专利技术的技术方案具体介绍如下。本专利技术提供一种利用OBC及PE协同增强增韧聚丙烯的方法，其通过将乙烯-辛烯嵌段共聚物OBC、聚乙烯PE和聚丙烯PP在超声波耦合机械剪切力场作用下熔融共混挤出成型，使得聚丙烯增强增韧。本专利技术中，所述聚乙烯PE为高密度聚乙烯HDPE或者超高分子量聚乙烯UHMWPE。本专利技术中，所述聚乙烯PE为高密度聚乙烯HDPE时，乙烯-辛烯嵌段共聚物OBC、高密度聚乙烯HDPE和聚丙烯PP的质量份数分别为1～20phr、1～20phr、80～99phr；所述聚乙烯PE为超高分子量聚乙烯UHMWPE时，乙烯-辛烯嵌段共聚物OBC、高密度聚乙烯HDPE和聚丙烯PP的质量份数分别为1～6phr、1～5phr、95～99phr。本专利技术中，熔融共混挤出时，温度在80～350℃之间。优选的，温度在150～250℃之间。本专利技术中，通过使用超声辅助的单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、行星螺杆挤出机、锥形螺杆挤出机或连续混炼机实现超声波耦合机械剪切力场作用。本专利技术中，实现超声波耦合机械剪切力场作用时，所用超声波设备的功率为400～600W。本专利技术中，所述聚丙烯PP为无规共聚聚丙烯PPR或者嵌段共聚聚丙烯PPB。本专利技术中，挤出共混时，在体系中加入抗氧化剂。和现有技术相比，本专利技术的有益效果在于，该聚丙烯的改性方法工艺简单、无需溶剂、成本低、无污染，还可以大批量连续生产；同时本专利技术得到的聚丙烯复合材料具有较好冲击性能。附图说明图1是实施例1中PP及其复合材料的拉伸应力-应变曲线。图2是实施例1中不同OBC含量的PP/OBC/HDPE复合材料的拉伸应力-应变曲线。图3是实施例1中复合材料断面的扫描电镜分析。图4是实施例1中复合材料断面形貌的形成机理图。图5是实施例1中复合材料的复合粘度-剪切频率曲线。图6是实施例1中复合材料的储能模量-剪切频率曲线。图7是实施例1中复合材料的熔体流动速率。图8是实施例2中不同超声功率处理的复合材料的力学性能。图9是实施例2中不同超声功率处理的复合材料的断面扫描电镜分析。图10是实施例2中不同超声功率处理的复合材料的结晶(a)与熔融(b)曲线。图11是实施例3中OBC含量对复合材料拉伸应力-应变曲线的影响。图12是实施例3中PP/OBC/UHMWPE复合材料的断面扫描电镜分析。图13是实施例3中复合材料的复合粘度-剪切频率曲线。图14是实施例3中复合材料的储能模量-剪切频率曲线。图15是实施例4中复合材料的熔体流动速率。图16是实施例4中不同超声功率处理的复合材料的力学性能。图17是实施例4中不同超声功率处理的复合材料的断面扫描电镜分析。图18是实施例4中不同超声功率处理的复合材料的结晶(a)与熔融(b)曲线。图19是实施例5中PPR及其复合材料的拉伸应力-应变曲线。图20是实施例5中PPB复合材料的拉伸应力-应变曲线。图21是实施例5中PPR复合材料的断面扫描电镜分析。图22是实施例5中PPB复合材料的断面扫描电镜分析。图23是实施例5中PPR复合材料的结晶(a)与熔融(b)曲线。图24是实施例5中PPB复合材料的结晶(a)与熔融(b)曲线。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细阐述。本专利技术实施例所用的超声辅助双螺杆挤出机是由双螺杆挤出机与超声波发射器组成。螺杆直径21.7mm，长径比L/D＝40，共7段加热，两台由上海生析超声仪器公司生产的超声波发射器安装在机头处，超声频率20KHz，超声功率0-600W可调。当物料经双螺杆挤出机挤出至机头处时，机头上下的超声波发射器同时发射超声波，可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用OBC及PE协同增强增韧聚丙烯的方法，其特征在于，其通过将乙烯‑辛烯嵌段共聚物OBC、聚乙烯PE和聚丙烯PP在超声波耦合机械剪切力场作用下熔融共混挤出，使得聚丙烯增强增韧。

【技术特征摘要】
1.一种利用OBC及PE协同增强增韧聚丙烯的方法，其特征在于，其通过将乙烯-辛烯嵌段共聚物OBC、聚乙烯PE和聚丙烯PP在超声波耦合机械剪切力场作用下熔融共混挤出，使得聚丙烯增强增韧。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚乙烯PE为高密度聚乙烯HDPE或者超高分子量聚乙烯UHMWPE。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述聚乙烯PE为高密度聚乙烯HDPE时，乙烯-辛烯嵌段共聚物OBC、高密度聚乙烯HDPE和聚丙烯PP的质量份数分别为1～20phr、1～20phr、80～99phr。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述聚乙烯PE为超高分子量聚乙烯UHMWPE时，乙烯-辛烯嵌段共聚物OBC、超高分子量聚乙烯UHMWPE和聚丙烯PP的质...

【专利技术属性】
技术研发人员：周浩，翁向斌，曲云春，蒋纪国，何雪莲，吴磊，刘柏平，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石化上海石油化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11