[发明专利]一种耐热氧老化聚丙烯组合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐热氧老化聚丙烯组合物及其制备方法。

背景技术

聚烯烃因其有良好的物理机械性能、化学性能和加工性能，在建筑工程材料、包装材料、给水管材以及汽车用和家用电器材料等方面有着广泛的用途。聚烯烃在存储、加工和制品使用过程中，极易受热、氧、紫光线等外界因素引发老化降解，导致其制品表面泛黄、龟裂以及力学和机械性能大幅度下降。其中热氧老化是最重要的因素。一个较好的解决方法是在聚烯烃粉料的造粒阶段加入适量的抗氧剂，来提高聚烯烃的耐热氧化性能和延长其使用寿命。高分子量受阻酚、亚磷酸酯及其复合产品是当前聚烯烃抗氧剂的主体，通常受阻酚作为主抗氧剂俘获自由基而亚磷酸酯是辅抗氧剂分解氢过氧化物。这些抗氧剂本身也是有机小分子化合物，具有从聚烯烃中不断向外迁移的特性，从而显著降低其抗氧化效果。此外，目前国内抗氧剂的添加量通常为1500-2000ppm，远高于国外同类产品用量，高添加量导致其制品的高成本，从而大大降低相关产品的竞争力。

层状复合金属氢氧化物（Layered Double Hydroxides，简写为LDH），是一类应用广泛的阴离子型无机层状材料，是由二维尺寸的层板沿第三维有序排列而形成的晶体，二价和三价金属氢氧化物相互间高度分散并以共价键构成主体层板，且富含正电荷；层间阴离子均匀分布，以静电作用力平衡主体层板电荷，使晶体呈电中性。由于LDH的特殊结构，决定了其主体层板金属离子及层间阴离子的可调变性，利用插层组装手段可将各种功能客体插入LDH层间，得到性能优良的插层结构复合材料，如专利CN1803901。

本发明基于受阻酚类化合物优良的抗氧性能及LDH类层状化合物结构和功能的可调变性，以LDH为主体，通过插层反应，将受阻酚化合物以弱化学键的形式固定在LDH的层板之间，制备了受阻酚插层层状复合金属氢氧化物（AO-LDH），与聚丙烯进行混合，有效防止抗氧剂的迁移，提高抗氧剂的使用效果，从而减少抗氧剂的用量，解决聚烯烃中传统抗氧剂容易外迁以及抗热氧老化效果不良等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种耐热氧老化聚丙烯组合物及其制备方法。

本发明将研磨成粉末的受阻酚插层层状复合金属氢氧化物AO-LDH按一定比例与辅助抗氧剂添加到聚丙烯粉料中，混合均匀后，用螺杆挤出造粒。采用熔融指数测定仪、差热分析等表征手段对共混造粒后的粒料进行表征。测定了粒料1-5次挤出的熔指变化，测定了聚丙烯的氧化诱导期和诱导温度。结果表明AO-LDH与聚丙烯组成的复合体系抗热氧老化的性能得到显著提高。AO-LDH加入到聚丙烯中可以显著提高聚丙烯的抗氧化效果，AO-LDH完全可以替代纯的受阻酚作为主抗氧剂，同时可以降低受阻酚抗氧剂的使用量，降低助剂成本。

本发明中所述的AO-LDH的化学组成为：

[M²⁺_1-xM³⁺_x(OH)₂](3-R₁-5-R₂-4-OH-Phenyl)(CH₂)_yCOO]x^-.mH₂O

其中0.2≤x≤0.33；m为层间结晶水分子数，0≤m≤2；y=0-3;

M²⁺、M³⁺分别代表层板二价、三价金属离子，M²⁺中的金属为镁、锌、镍、铜中的任何一种，优选镁和锌；M³⁺中的金属是铝、钴、铁中的任何一种，优选为铝；M²⁺/M³⁺的摩尔比例为2-4:1。R₁为甲基、乙基、异丙基、叔丁基、苯基或取代苯基中的任何一种，优选叔丁基；R₂为甲基、乙基、异丙基、叔丁基、苯基或取代苯基中的任何一种，优选叔丁基。该AO-LDH按如CN200910084222中所述的方法进行制备。该AO-LDH在红外光谱1540-1560cm^-1之间有明显的羰基吸收峰；XRD测试显示出层状氢氧化物特有的00l晶面（003，006，009）衍射峰，这三个衍射峰分别位于3.24°，6.63°和10.03°/2θ。

本发明所述的耐热氧老化聚丙烯组合物，组合物中含有受阻酚类插层层状复合金属氢氧化物（AO-LDH），按重量份计算，聚丙烯树脂为100份，AO-LDH为0.03-0.15份，辅助抗氧剂为0.05-0.3份；