一種聚丙烯涂覆料及其制備方法

王仁龍 整理

一、概述

隨著包裝工業(yè)的不斷發(fā)展，對涂覆料的應(yīng)用及使用范圍逐步擴(kuò)大，市場需求量日益增加。聚丙烯具有良好的加工性能和物理、力學(xué)、化學(xué)性能和電絕緣性能，同時質(zhì)輕、價廉，是一種應(yīng)用廣泛的通用塑料。將聚丙烯用于涂覆料的制備中，所得到的聚丙烯涂覆料適用于塑料編織袋表面涂層、紙塑復(fù)合、薄膜復(fù)合等。聚丙烯涂覆料一般需要具有以下特點(diǎn)：（1）流動性能好；（2）分子量分布窄；（3）熔體強(qiáng)度高。聚丙烯涂覆料由于具有良好的流動性、成膜性、黏合性，加工性能穩(wěn)定，作為包裝行業(yè)涂覆料備受關(guān)注。

目前國內(nèi)生產(chǎn)聚丙烯涂覆料主要方式有兩種，一是上游石化廠家進(jìn)行合成，并對工藝技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行控制；二是對雙向拉伸聚丙烯薄膜生產(chǎn)線的廢膜進(jìn)行降解改性，做成聚丙烯涂覆料。

聚丙烯薄膜因其具有高透明度和高光澤度而被廣泛使用，成為包裝領(lǐng)域最大品種的塑料包裝薄膜，霧度是其檢驗(yàn)的一項(xiàng)關(guān)鍵性能。而在多數(shù)的研究中，為了提高聚丙烯涂覆料的加工流變性能，往往需要添加聚丙烯化學(xué)降解劑，若降解劑在涂覆料的制備構(gòu)成中分散不均勻，容易導(dǎo)致熔融指數(shù)（MFR）波動，從而影響涂覆工藝的穩(wěn)定性；且均聚聚丙烯的結(jié)晶度較大，還會導(dǎo)致涂覆料或涂覆料應(yīng)用制品的透明度變差。對于聚丙烯涂覆料的性能，組合和配比以及制備方法是相輔相成、共同起決定性的作用的，若組分的選擇和配比不合理，反而會導(dǎo)致涂覆料的均勻性下降，進(jìn)而進(jìn)一步影響強(qiáng)度、抗沖擊性等性能。近年來，人們針對涂覆料的成分、配比與應(yīng)用和性能進(jìn)行了廣泛的研究，涂覆料的成分和配比成為研發(fā)的重要途徑，如何通過優(yōu)化涂覆料的成分、配比以及制備方法開發(fā)出一種產(chǎn)品均一、穩(wěn)定、高澤度和透明度高，力學(xué)性能和耐熱性能好的聚丙烯涂覆料，對涂料的發(fā)展具有重要的意義。

本文介紹了一種聚丙烯涂覆料及其制備方法，具有高均勻性、穩(wěn)定性、高光澤度和透明度，耐腐蝕性能優(yōu)異，力學(xué)性能顯著提高的聚丙烯涂覆料。

二、技術(shù)方案

一種聚丙烯涂覆料，包括成分：聚丙烯粉料、熔指調(diào)節(jié)劑、分散劑、潤滑劑和填料；所述分散劑、潤滑劑和填料的質(zhì)量比為2.5-5:2.5-5:2.5-4。

所述聚丙烯涂覆料，按照重量份包括組分：45-94 份聚丙烯粉料、0.05-0.16 份熔指調(diào)節(jié)劑、2.5-5 份分散劑、2.5-5 份潤滑劑和2.5-4 份填料。

所述聚丙烯涂覆料，按照重量份包括組分：75-92 份聚丙烯粉料、0.08-0.13 份熔指調(diào)節(jié)劑、3-4 份分散劑、2.8-3.8 份潤滑劑和2.9-3.5 份填料。

所述聚丙烯涂覆料，按照重量份包括組分：90.3 份聚丙烯粉料、0.11 份熔指調(diào)節(jié)劑、3.29 份分散劑、3.1 份潤滑劑和3.2 份填料。

本技術(shù)中，所述聚丙烯粉料既可以是由丙烯通過加聚反應(yīng)而得的單純的聚丙烯聚合物，也可以是雙向拉伸聚丙烯薄膜的廢料，也可以是聚丙烯回收料進(jìn)行降解改性而得到的聚丙烯回收粉料。本技術(shù)并不對聚丙烯粉料進(jìn)行種類的限定。

所述聚丙烯粉料的粒徑為100-200 目。

所述熔指調(diào)節(jié)劑選自 2,5-二叔丁基過氧化-2,5-二甲基已烷（BPDH）和過氧化二異丙苯（DCP）中的至少一種。

所述熔指調(diào)節(jié)劑為BPDH 和DCP 的混合物，BPDH 和DCP 的質(zhì)量比為0.8-2:1。

所述BPDH 和DCP 的質(zhì)量比為1-1.5:1。

所述分散劑選自硬脂酸、硬脂酸鋅和硬脂酸鈣中的至少一種。

所述分散劑為硬脂酸和硬脂酸鋅的混合物，或?yàn)橛仓岷陀仓徕}的混合物。

所述硬脂酸和硬脂酸鋅的質(zhì)量比為0.8-1.5:1；所述硬脂酸和硬脂酸鈣的質(zhì)量比為0.8-1.5:1。

所述潤滑劑選自聚丙烯蠟、聚乙烯蠟和硬質(zhì)酰胺中的至少一種。

所述填料選自二氧化硅、碳酸鈣、硅酸鋁、滑石粉和玻璃粉中的至少兩種。

所述填料選自二氧化硅、碳酸鈣和玻璃粉中的至少兩種。

所述填料為二氧化硅和玻璃粉的混合物，二氧化硅和玻璃粉的質(zhì)量比為2-5:1。

所述二氧化硅和玻璃粉的質(zhì)量比為3-4:1。

所述填料的粒徑為300-350 目。

所述分散劑、潤滑劑和填料的質(zhì)量比為3-4:2.8-3.8:2.9-3.5。

所述分散劑、潤滑劑和填料的質(zhì)量比為3.29:3.1:3.2。

本技術(shù)所述的聚丙烯涂覆料，還包括其他組分，包括但不限于抗氧劑、穩(wěn)定劑、增滑劑、抗靜電劑，此類組分僅少量存在。所述抗氧劑為本領(lǐng)域所常規(guī)使用的抗氧劑，優(yōu)選自1,3,5-三甲基-2,4,6-三（3,5-二叔丁基-4-羥基芐基）苯、抗氧劑1010 和三（2,4-二叔丁基苯基）亞磷酸酯（TBP）中的至少一種。

然后，本技術(shù)介紹一種聚丙烯涂覆料的制備方法，包括步驟：

S1、將聚丙烯粉料、分散劑、填料和熔指調(diào)節(jié)劑進(jìn)行共混粉碎，得到混合物1；

S2、將混合物1 與潤滑劑混合攪拌，得到混合物2；

S3、混合物2 進(jìn)行熔融、擠出，制得聚丙烯涂覆料。

步驟S1 中所述的共混粉碎為超高速氣流下的共混粉碎，得到的混合物 1 的平均粒徑為380-450 目。

所述共混粉碎在氣流粉碎機(jī)中完成。

步驟S2 中，所述混合攪拌在高速攪拌機(jī)中進(jìn)行，攪拌10min 以上，至完全分散均勻。

步驟S3 中，所述熔融、擠出的具體設(shè)置為：雙螺桿擠出機(jī)長徑比為25:1，雙螺桿溫度設(shè)置為：一區(qū)120-140℃、二區(qū)155-165℃、三區(qū)165-175℃、四區(qū)175-185℃、五區(qū)185-195℃、六區(qū)200-220℃，雙螺桿轉(zhuǎn)速為35-45rpm。

所述熔融、擠出的具體設(shè)置為：雙螺桿擠出機(jī)長徑比為 25:1，雙螺桿溫度設(shè)置為：一區(qū)125-130℃、二區(qū)158-162℃、三區(qū)168-172℃、四區(qū)178-182℃、五區(qū)188-192℃、六區(qū)210-215℃，雙螺桿轉(zhuǎn)速為35-45rpm。

三、有益效果

1. 本技術(shù)通過對聚丙烯粉料與熔指調(diào)節(jié)劑、分散劑、潤滑劑和填料的協(xié)同搭配，以及各組分間特定的配比，得到的聚丙烯涂覆料產(chǎn)品具有較高的均勻性、穩(wěn)定性，聚丙烯涂覆料的力學(xué)性能和耐熱性也增強(qiáng)。

2. 本技術(shù)通過使用特定組分的分散劑、潤滑劑和填料進(jìn)行復(fù)配，各組分配比合理，與聚丙烯粉料充分分散，不僅使得聚丙烯涂覆料的均一性提高；且由于填料和分散劑中的組分的特定選擇和配比，使聚丙烯涂覆料具有良好的穩(wěn)定性、透明度高、反光效果好，光澤度提高。

3. 本技術(shù)的聚丙烯粉料既可以是由聚丙烯通過加聚反應(yīng)而得的單純的聚丙烯聚合物；也可以是含有聚丙烯成分的回收再生材料；本技術(shù)充分對聚丙烯材料進(jìn)行回收利用，提高利用率，緩解環(huán)境負(fù)荷。

四、具體實(shí)施方式

下述實(shí)施例中，所述各成分均為市售產(chǎn)品。其中，BPDH 購自濟(jì)南樂奇化工有限公司；氧化二異丙苯（DCP）購自東莞歐文新材料有限公司；聚丙烯粉料（聚丙烯聚合物）購自上海優(yōu)晟塑膠有限公司；聚丙烯回收粉料的材料為普通市售餐盒；硬脂酸和碳酸鈣購自濟(jì)南輝騰化工有限公司；硬脂酸鋅和硬脂酸鈣購自高密市新偉助劑有限公司；聚丙烯蠟和聚乙烯蠟購自揚(yáng)州羅蘭新材料有限公司；二氧化硅購自河南榮申化工有限公司；玻璃粉購自石家莊潤邦新材料科技有限公司；TBP 購自南京米蘭新材料有限公司。

實(shí)施例1-5

一種聚丙烯涂覆料，按照重量份包括以下組分，具體見表1。

表1

本實(shí)施例中，所述的聚丙烯粉料為聚丙烯聚合物。

實(shí)施例1-5 所述聚丙烯涂覆料的制備方法，包括步驟：

S1、將聚丙烯粉料、分散劑、填料和熔指調(diào)節(jié)劑在超高速氣流下進(jìn)行共混粉碎，得到混合物1，混合物1 的平均粒徑為400 目；

S2、將混合物1 與潤滑劑在高速攪拌機(jī)（1000 rpm/min）中混合攪拌15-20min，直至完全分散均勻，得到混合物2；所述潤滑劑的平均粒徑為380 目；

S3、混合物2 進(jìn)行熔融、擠出，制得聚丙烯涂覆料；所述熔融、擠出的具體設(shè)置為：雙螺桿擠出機(jī)長徑比為25:1，雙螺桿溫度設(shè)置為：一區(qū)125℃、二區(qū)160℃、三區(qū)170℃、四區(qū)180℃、五區(qū)190℃、六區(qū)210℃，雙螺桿的轉(zhuǎn)速為40rpm。

實(shí)施例6-8

與實(shí)施例1 不同的是，所述熔指調(diào)節(jié)劑中，BPDH 和DCP 的質(zhì)量比不同，具體為：

實(shí)施例6 中，BPDH 和DCP 的質(zhì)量比為1:1。

實(shí)施例7 中，BPDH 和DCP 的質(zhì)量比為0.8:1。

實(shí)施例8 中，BPDH 和DCP 的質(zhì)量比為1.5:1。

實(shí)施例6-8 分別根據(jù)實(shí)施例1 所述的制備方法進(jìn)行聚丙烯涂覆料的制備。

實(shí)施例9-11

與實(shí)施例1 不同的是，所述分散劑中，分散劑的質(zhì)量比、成分不同，具體為：

實(shí)施例9 的分散劑為硬脂酸和硬脂酸鋅的混合物，硬脂酸和硬脂酸鋅的質(zhì)量比為0.8:1。

實(shí)施例10 的分散劑為硬脂酸和硬脂酸鋅的混合物，硬脂酸和硬脂酸鋅的質(zhì)量比為1.5:1。

實(shí)施例11 的分散劑為硬脂酸和硬脂酸鈣的混合物，硬脂酸和硬脂酸鈣的質(zhì)量比為1.0:1。

實(shí)施例9-11 分別根據(jù)實(shí)施例1 所述的制備方法進(jìn)行聚丙烯涂覆料的制備。

實(shí)施例12

與實(shí)施例1 不同的是，所述的潤滑劑替換為聚乙烯蠟。根據(jù)實(shí)施例1 所述的制備方法進(jìn)行聚丙烯涂覆料的制備。

實(shí)施例13-15

與實(shí)施例1 不同的是，所述填料中，填料的質(zhì)量比、成分不同，具體為：

實(shí)施例13 的填料為二氧化硅和玻璃粉的混合物，二氧化硅和玻璃粉的質(zhì)量比為3:1。

實(shí)施例14 的填料為二氧化硅和玻璃粉的混合物，二氧化硅和玻璃粉的質(zhì)量比為5:1。

實(shí)施例15 的填料為二氧化硅和碳酸鈣的混合物，二氧化硅和碳酸鈣的質(zhì)量比為3.5:1。

實(shí)施例13-15 分別根據(jù)實(shí)施例1 所述的制備方法進(jìn)行聚丙烯涂覆料的制備。

實(shí)施例16-17

與實(shí)施例1 不同的是，僅在于分散劑、潤滑劑和填料的質(zhì)量比不同，成分相同。具體為：

實(shí)施例16 中，分散劑、潤滑劑和填料的質(zhì)量比為4:3.8:3.5。

實(shí)施例17 中，分散劑、潤滑劑和填料的質(zhì)量比為5:2.5:2.5。

實(shí)施例16-17 分別根據(jù)實(shí)施例1 所述的制備方法進(jìn)行聚丙烯涂覆料的制備。

實(shí)施例18

與實(shí)施例1 不同的是，聚丙烯涂覆料的制備方法不同，具體為包括步驟：

S1、將聚丙烯粉料、分散劑、填料和熔指調(diào)節(jié)劑在超高速氣流下進(jìn)行共混粉碎，得到混合物1，混合物1 的平均粒徑為420nm；

S2、將混合物1 與潤滑劑在高速攪拌機(jī)（1100 rpm/min）中混合攪拌15-20min，直至完全分散均勻，得到混合物2；所述潤滑劑的平均粒徑為420 目；

S3、混合物2 進(jìn)行熔融、擠出，制得聚丙烯涂覆料；所述熔融、擠出的具體設(shè)置為：雙螺桿擠出機(jī)長徑比為25:1，雙螺桿溫度設(shè)置為：一區(qū)120℃、二區(qū)155℃、三區(qū)165℃、四區(qū)175℃、五區(qū)185℃、六區(qū)200℃，雙螺桿的轉(zhuǎn)速為45rpm。

實(shí)施例19

與實(shí)施例1 不同的是，所使用的聚丙烯粉料為含有聚丙烯成分的餐盒配料進(jìn)行重新熔融、擠壓、粉碎而得到的聚丙烯回收粉料，具體制備方法為：（1）根據(jù)顏色、材質(zhì)對餐盒進(jìn)行分類，分別進(jìn)行清洗、風(fēng)干、破碎；（2）將步驟（1）所制得的材料進(jìn)行攪拌、喂料、熔融、擠出、干燥、粉碎過篩，制成粒徑為75μ m 的聚丙烯回收粉料；所述熔融、擠出的具體設(shè)置為：雙螺桿擠出機(jī)長徑比為 25:1，雙螺桿溫度設(shè)置為：一區(qū)140℃、二區(qū)165℃、三區(qū)175℃、四區(qū)185℃、五區(qū)195℃、六區(qū)220℃，雙螺桿的轉(zhuǎn)速為20rpm。

本實(shí)施例中，聚丙烯涂覆料的制備方法，包括步驟：

S1、將聚丙烯粉料、分散劑、填料和熔指調(diào)節(jié)劑在超高速氣流下進(jìn)行共混粉碎，得到混合物1，混合物1 的平均粒徑為400 目；

S2、將混合物1 與潤滑劑在高速攪拌機(jī)（1000 rpm/min）中混合攪拌15-20min，直至完全分散均勻，得到混合物2；所述潤滑劑的平均粒徑為380 目；

S3、混合物2 進(jìn)行熔融、擠出，制得聚丙烯涂覆料；所述熔融、擠出的具體設(shè)置為：雙螺桿擠出機(jī)長徑比為25:1，雙螺桿溫度設(shè)置為：一區(qū)125℃、二區(qū)160℃、三區(qū)170℃、四區(qū)180℃、五區(qū)190℃、六區(qū)210℃，雙螺桿的轉(zhuǎn)速為40rpm。

其中，聚丙烯回收粉料的重量份為94 份，熔指調(diào)節(jié)劑0.11 份（BPDH:DCP＝1.2:1），分散劑3.29 份（硬脂酸:硬脂酸鋅＝1:1），潤滑劑3.1 份（聚丙烯蠟）和填料3.2 份（二氧化硅:玻璃粉＝3.5:1）。

對比例1-5

一種聚丙烯涂覆料，按照重量份包括以下組分，具體見表2。

表2

根據(jù)實(shí)施例1 所述的聚丙烯涂覆料的制備方法進(jìn)行聚丙烯涂覆料的制備。

對比例6-7

與實(shí)施例1 不同的是，所述熔指調(diào)節(jié)劑的種類、質(zhì)量比不同，具體為：對比例6 的熔指調(diào)節(jié)劑為1,3-雙（叔丁基過氧異丙基）苯（DB），重量份為0.11；對比例7 的熔指調(diào)節(jié)劑為BPDH 和DCP 的混合物，BPDH 和DCP 的質(zhì)量比為0.5:1；

根據(jù)實(shí)施例1 所述的制備方法進(jìn)行聚丙烯涂覆料的制備。

對比例8-9

與實(shí)施例1 不同的是，所述分散劑的種類、質(zhì)量比不同，具體為：對比例8 的分散劑為二氧化硅，重量份為3.29 份；對比例9 的分散劑為硬脂酸和硬脂酸鋅的混合物，硬脂酸和硬脂酸鋅的質(zhì)量比為0.2:1。

根據(jù)實(shí)施例1 所述的制備方法進(jìn)行聚丙烯涂覆料的制備。

對比例10

與實(shí)施例1 不同的是，所述的潤滑劑的重量份不同，本對比例的潤滑劑的重量份為0.3 份；根據(jù)實(shí)施例1 所述的制備方法進(jìn)行聚丙烯涂覆料的制備。

對比例11-12

與實(shí)施例1 不同的是，所述的填料的種類、質(zhì)量比不同，具體為：對比例11 的填料替換為高嶺土，高嶺土的重量份為3.2 份；對比例12 的填料為二氧化硅和玻璃粉的混合物，二氧化硅和玻璃粉的質(zhì)量比為10:1。

根據(jù)實(shí)施例1 所述的制備方法進(jìn)行聚丙烯涂覆料的制備。

對比例13

與實(shí)施例1 不同的是，僅在于分散劑、潤滑劑和填料的質(zhì)量比不同，成分相同。

具體為：分散劑、潤滑劑和填料的質(zhì)量比0.1:3.0:0.1；根據(jù)實(shí)施例1 所述的制備方法進(jìn)行聚丙烯涂覆料的制備。

對比例14

與實(shí)施例1 不同的是，聚丙烯涂覆料的制備方法不同，具體為包括步驟：

S1、將聚丙烯粉料、分散劑、填料、熔指調(diào)節(jié)劑和潤滑劑在高速攪拌機(jī)（1100rpm/min）中混合攪拌15-20min，直至完全分散均勻，得到混合物；

S2、將混合物進(jìn)行熔融、擠出，制得聚丙烯涂覆料；所述熔融、擠出的具體設(shè)置為：雙螺桿擠出機(jī)長徑比為25:1，雙螺桿溫度設(shè)置為：一區(qū)120℃、二區(qū)155℃、三區(qū)165℃、四區(qū)180℃、五區(qū)180℃、六區(qū)180℃，雙螺桿轉(zhuǎn)速為45rpm。

試驗(yàn)1 透明度、光澤度檢測

將得到的聚丙烯涂覆料應(yīng)用于薄膜的制備中，所得到的薄膜的厚度為20μ m。

霧度的檢測采用GB/T 2410-2008 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測，分光光度計法測定。結(jié)果以霧度%表示。霧度值越高表示散射越大；霧度值越低則透明度越高。

光澤度的檢測采用GB/T 8807-1988 標(biāo)準(zhǔn)，使用60°角進(jìn)行測量。

對照組、實(shí)施例和對比例的聚丙烯涂覆料以及薄膜的霧度檢測結(jié)果、光澤度檢測結(jié)果見表3。

表3

其中，對照組1 為原料聚丙烯聚合物；對照組2 為聚丙烯回收粉料（實(shí)施例19 的原料）。

本技術(shù)的一種聚丙烯涂覆料，包括組分：聚丙烯粉料、熔指調(diào)節(jié)劑、分散劑、潤滑劑，各組分以一定重量配比條件下混合，制得聚丙烯涂覆料。其中熔指調(diào)節(jié)劑的加入使得涂覆料的熔指指數(shù)增加，進(jìn)而提高了流動性和均一性；填料中含有玻璃粉，賦予聚丙烯涂料更優(yōu)的化學(xué)穩(wěn)定性，透明度好、反光度高、提高光澤感；分散劑以及各成分在超高速氣流下共混粉碎，提高了涂覆料的分散均勻度，具有改善霧度和沖擊強(qiáng)度性能的效果。

本技術(shù)在未使用澄清劑的條件下，即可得到透明度高、光澤度高、均一穩(wěn)定的聚丙烯涂覆料。

試驗(yàn)2 力學(xué)性能和耐熱性檢測

將得到的聚丙烯涂覆料應(yīng)用于薄膜的制備中，所得到的薄膜的厚度為20μ m。

抗沖擊強(qiáng)度檢測：根據(jù)GB/T 13525-1992 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測。

拉伸性能檢測：根據(jù)GB/T 13022-1991 的拉伸性能試驗(yàn)方法進(jìn)行拉伸強(qiáng)度的檢測，檢測得值為縱向拉伸強(qiáng)度。

耐熱性能檢測：將所制備得到的薄膜在150℃的條件下，檢測聚丙烯涂覆料的耐熱性能。對照組、實(shí)施例和對比例的聚丙烯涂覆料以及薄膜的抗沖擊強(qiáng)度、拉伸性能、耐熱性能的檢測結(jié)果見表4。其中，對照組1 為原料聚丙烯聚合物；對照組2 為聚丙烯回收粉料（實(shí)施例19 的原料）。

表4