[发明专利]一种苯乙烯/异戊二烯原位增韧聚丙烯的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种原位增韧聚丙烯的制备方法，特别涉及一种反应挤出制备苯乙烯和异戊二烯共接枝聚丙烯的方法。

背景技术

聚丙烯(PP)以其优异的耐热性和环境友好性而在塑料家族中日益重要。但是由于PP的半结晶型结构导致了其低温脆性，冲击性能差，限制了它在工程受力材料领域的应用，因此对聚丙烯进行增韧改性以期提高其韧性成为技术关键。

目前对于聚丙烯增韧改性的手段为共混增韧、形态控制增韧、交联增韧、低发泡增韧等，其中，共混改性最为常见，它是利用溶度参数相近和反应原理在反应器或挤出机中将两种或两种以上的聚合物材料及其助剂通过混合，最终形成宏观上均相、微观上分相的新材料。

中国专利CN102504406A采用双叔丁基过氧化异丙基苯为硫化剂、硫磺作助硫化剂、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物作为增韧剂改性聚丙烯，该发明所得产品冲击强度较纯聚丙烯提高了约一倍，融指也大幅下降，增韧剂在聚丙烯基体中以较小粒径均匀分散，但是由于其使用硫磺，气味很重。

中国专利CN102174270A提供了一种改善木塑复合材料加工流动性和冲击韧性的制备方法，通过将纳米粒子在增塑剂中预分散成纳米溶胶，再对木粉/聚丙烯复合材料进行增塑增韧，进而影响聚丙烯的结晶行为，达到提高木塑复合材料的加工流动性和冲击韧性的目的。但该专利工艺复杂，且纳米粒子增加成本。

中国专利CN101698722A提供了一种制备乙丙橡胶接枝马来酸酐改性聚丙烯增韧母料的方法，产物零下冲击强度可提高20倍，但是乙丙橡胶的加入量为15～25份，势必牺牲聚丙烯基体的拉伸强度和模量。

中国专利CN102432762A提供了一种具有高熔体强度的接枝聚丙烯的制备方法，以马来酸酐、异戊二烯、苯乙烯为改性单体，所得产物融指下降最高可达85％，190℃熔垂值为12～19.5cm，熔体强度大幅提高，但该发明未涉及产物的力学性能。

异戊二烯(Isoprene)是高活性的低分子量二烯烃，空间位阻小，与聚丙烯分子链相容性好，且分子柔顺性好，可起到提高聚丙烯韧性的作用。苯乙烯(St)是刚性分子，且可在一定程度上提高供电子基团的活性单体，可与聚丙烯大分子自由基快速反应抑制聚丙烯降解，同时还能有效减缓室温下异戊二烯的挥发。

本发明同时使用苯乙烯/异戊二烯单体进行挤出加工，可形成苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯接枝聚丙烯(PP-SIS)，增加了分子链长度和分子量，且热塑性弹性体SIS可显著改善聚丙烯基体的韧性，原位增韧增强聚丙烯。单体用量很低即可得到与聚丙烯和5％热塑性弹性体苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS)共混所得增韧效果，断裂伸长率与之持平甚至稍高，而拉伸强度和屈服强度反而有所上升，可能是刚性苯乙烯分子直接接枝到聚丙烯大分子自由基上，对聚丙烯基体产生了增强作用。熔融指数都有不同程度的下降，加工时聚丙烯降解得到抑制，从而熔体强度也相应提高。

本发明采用苯乙烯和异戊二烯单体直接通过反应挤出改善聚丙烯韧性，工艺简单易于控制、成本低、环境友好，产物可用于发泡和汽车工业等领域。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是一种原位增韧且具有高熔体强度的聚丙烯的制备方法，该聚丙烯断裂伸长率较纯聚丙烯增大近1倍，熔融指数减少高达70％，弹性模量有所下降，拉伸强度却没有太大变化甚至稍高，可满足发泡要求及汽车工业等领域应用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

使用同向九段加热筒式双螺杆挤出机作为连续反应器，双螺杆挤出机的螺杆转速为60～120r/min，将聚丙烯树脂从挤出机主加料口加入；苯乙烯、异戊二烯和过氧化物引发剂由计量泵注入挤出机第三段；于一定工艺条件下，实现对聚丙烯分子链的接枝改性，熔融接枝得到一种增韧且具有高熔体强度的聚丙烯。所述的各原料，以重量份数计，配比为：聚丙烯100份，苯乙烯0.50～1.50份，异戊二烯0.50～1.50份，引发剂0.04～0.10份；

所述的聚丙烯的熔融指数在1.80～2.50g/10min，优选熔融指数为2.20g/10min的聚丙烯；

所述引发剂选自过氧化二叔丁基、2，5-二甲基-2，5-二叔丁基过氧化己烷的一种或多种的混合物；

所述挤出的工艺条件为：挤出机螺杆转速60～120r/min，第一段温度70℃、第二段温度170℃、第三段温度至第九段温度200～205℃，并在挤出机尾部进行真空脱挥。