一種耐析出的高效聚丙烯耐候母粒

《一種耐析出的高效聚丙烯耐候母粒》是新秀化學（煙臺）有限公司於2015年7月31日申請的發明專利，該專利申請號為2015104674544，公布號為CN105218856A，專利公布日為2016年01月06日，發明人是蔡智奇、宮青海、王軻。

《一種耐析出的高效聚丙烯耐候母粒》涉及一種耐儲運的高效聚丙烯塑膠耐候母粒，其組分按質量百分數配比為：載體樹脂40％～60％，受阻胺類光穩定劑40％～60％、受阻酚苯甲酸酯類穩定劑0.01％～0.5％，加工設備採用螺桿為多段式TME結構，且具有超聲變幅桿結構的嚙合同向雙螺桿擠出機。該發明的優勢效果在於，該發明採用配方與設備工藝相結合的方式，使製備的高含量的母粒顆粒硬度高，儲運過程中不會隨溫度的變化發生助劑析出，母粒顆粒破碎，粘接結塊等現象；該發明製備的母粒套用於聚丙烯塑膠製品時，使其具有優良的光穩定性，可以在嚴苛的條件下使用，並且在相應的原料儲運，製品的加工製造以及使用過程中，對人體無有害作用，其環境衛生性好，使用簡便，成本低廉。

2020年7月17日，《一種耐析出的高效聚丙烯耐候母粒》獲得安徽省第七屆專利獎優秀獎。

（概述圖為《一種耐析出的高效聚丙烯耐候母粒》的摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：一種耐析出的高效聚丙烯耐候母粒
• 公布號：CN105218856A
• 公布日：2016年1月6日
• 申請號：2015104674544
• 申請日：2015年7月31日
• 申請人：新秀化學（煙臺）有限公司
• 地址：山東省煙臺市經濟技術開發區北京路9號內7號內3號
• 發明人：蔡智奇、宮青海、王軻
• 代理機構：北京世譽鑫誠專利代理事務所
• 代理人：郭官厚
• Int.Cl.：C08K5/3435(2006.01)I；C08K5/134(2006.01)I；C08L23/12(2006.01)I；C08J3/22(2006.01)I
• 類別：發明專利

專利背景

自然條件下，在較高溫度以及大氣中的氧、水分和紫外線的作用下，聚丙烯極易發生分子鏈斷裂，從而造成機械強度下降，製品色變或褪色，甚至出現製品粉化，開裂等現象。截至2015年7月，提高聚丙烯製品的光穩定性的最主要途徑是通過添加光穩定劑來抑制分子鏈斷裂的發生，延緩聚丙烯製品的性能劣化。

母粒型製劑對於聚丙烯製品的生產具有操作方便，安全衛生等優點，但是通常情況下穩定物的光穩定效果優良，但是隨著在載體樹脂中助劑的添加量的增加，助劑的析出量逐漸變大，從而降低了耐候母粒的硬度和耐儲存性能，造成上述問題的主要原因除了助劑和基體材料本身的相容性外，助劑在基體材料中分散混合的均勻度也是一個非常重要的原因。中國專利CN102260393A公布了一種阻燃聚丙烯抗老化母粒，中國專利CN1608103A公開了一種光穩定化的熱塑性聚烯烴。中國專利CN103709669A公開了一種套用於聚酯纖維的光穩定耐候母粒。中國專利CN203818542U公開了一種母粒生產裝置，該裝置採用的螺桿為包含由螺紋段、由多個異型塊在外側端呈高低錯落設定而形成的混煉段的螺桿。美國阿克倫大學的專利US2012033751公開了一種用於聚合物解交聯的帶有超聲變幅桿的雙螺桿擠出機。

上述專利中提到的母粒或穩定化的材料具有良好的光穩定套用效果，但均未提到穩定劑或組合物在聚合物中的相容性情況，即母粒或穩定化的材料中助劑的耐析出性，也未指出某種加工方式或特殊的設備可以提高本專利所涉及的助劑在基材中的混合均勻度。眾所周知，提高兩種物質的混合均勻度的主要方式，除了增加混合過程中剪下效率外，通過超聲的方式也可以大幅降低分散相的尺寸，從而使分散相更均勻地分散於連續相中，進而降低了分散相的析出。

發明內容

專利目的

《一種耐析出的高效聚丙烯耐候母粒》的目的在於提供一種耐析出的高效耐候母粒，要求不僅有突出的光穩定作用還要有良好的相容性，主要是防止穩定物的結晶析出。該發明提出的耐候母粒是一種以聚丙烯為載體樹脂的耐候助劑複合物，它包含受阻酚類和受阻胺類化合物。該發明所述的耐候母粒除了具有高效的光穩定性外，耐助劑析出，粒子硬度增加，耐儲存性能優異。

技術方案

載體樹脂40％～70％；穩定物a 30％～60％；穩定物b 0.01％～2％，穩定物a是分子量較小的受阻胺類穩定劑，是一種較為常見的紫外線穩定劑，其特點是具有由於的耐老化性能，尤其是對製品表面有極好的保護性；低色污、低揮發性；相容性好，協同性能優良。

穩定物b是一種受阻酚對苯甲酸酯類穩定劑，它不僅可以顯著提高基體樹脂和穩定物a的可加工溫度，同時具有優良的光穩定性，以及與基體樹脂和穩定物a的相容性光澤、熱變形溫度、彎曲強度以及其它物理機械性能，在低添加量下達到顯著的透明效果。實驗發現，當R1為合適的取代基時，穩定物b與穩定物a一起添加既可以顯著提高基體樹脂的可加工溫度，從而降低了加工時整體的粘度，使穩定物a、b與聚合物的混合質量得到極大提高，因此在高溫條件下能夠保證穩定物a、b不會析出或只有極少的析出而不影響加工和使用。R1優選丙基、丁基、異丙基、異丁基、2-異丁基、叔丁基、丁氧基、二級丁氧基、三級丁氧基、羥甲基、羥乙基、羥丙基、羥丁基、苯甲醯甲基、甲氧基、乙氧基、乙醯基、羧甲基、醯胺基、戊基、苯胺基、甲苯氧基、苄基、苄氧基、甲氨基、二甲氨基二；更優為丙基或丁基、異丙基、異丁基、2-異丁基、叔丁基、丁氧基、二級丁氧基、三級丁氧基、羥甲基、羥乙基；最優為異丙基或異丁基、2-異丁基、叔丁基。

《一種耐析出的高效聚丙烯耐候母粒》還提供了製備所述複合型耐候母粒所用設備及製備方法，該發明所用設備為螺桿為多段式TME結構，且具有超聲變幅桿結構的嚙合同向雙螺桿擠出機；具體製備步驟如下：將各組分按重量比例配料，然後加入高速混合機或超音波發生器中，在40℃～50℃下混合10～15分鐘，再將混合好的物料加入雙螺桿擠出機熔融共混，熔融溫度控制在170℃～210℃，通過雙螺桿擠出機擠出後，經過冷卻、切粒、乾燥、包裝即得一種套用於聚丙烯製品的光穩定耐候母粒。

改善效果

《一種耐析出的高效聚丙烯耐候母粒》製備的光穩定耐候母粒首先具有優異的光穩定性能，其次母粒顆粒硬度高，韌性好，且在較高的儲存溫度下幾乎無析出，因此儲運性能得到較大提高。

附圖說明

圖1是《一種耐析出的高效聚丙烯耐候母粒》實施例6中雙螺桿擠出機不同出料孔的粒子示意圖。

圖1

技術領域

《一種耐析出的高效聚丙烯耐候母粒》涉及高分子材料技術領域，具體地說是一種套用於聚丙烯及其他製品的耐候母粒的製備。

權利要求

1 .《一種耐析出的高效聚丙烯耐候母粒》其特徵在於，所用的生產設 備為螺桿為多段式TME結構，且具有超聲變幅桿結構的嚙合同向雙螺桿擠出機，具體生產步 驟：將無填充聚丙烯塑膠耐候母粒中各組分按重量比例配料，然後加入高速混合機或超聲 波發生器中，在40℃～50℃下混合10～15分鐘，再將混合好的物料加入雙螺桿擠出機進行 熔融共混，熔融溫度控制在170℃～210℃，通過雙螺桿擠出機擠出後，經過冷卻、切粒、乾 燥、包裝即得一種套用於聚丙烯製品的光穩定耐候母粒；所述無填充聚丙烯塑膠耐候母粒 中各組分其配比按照質量百分數配比為：

載體樹脂40％～70％；穩定物a30％～60％；穩定物b0 .01％～2％；

所述的穩定物a需要選擇含有受阻胺基團的穩定劑，其分子結構式如下:

其中R1包括C1～26的直鏈或支鏈烷基、烯丙基、醯胺基、苯胺基、甲苯氧基、甲氧苯胺基、苄基、苯磺醯基、苯甲醯基、苯甲醯氧基、甲氨基、二甲氨基、乙醯胺基、甲基磺醯基、丁氧基、二級丁氧基、三級丁氧基、丁醯基、脲基、胺甲醯基、2-氯乙基、環氧丙基、羥甲基、羥乙基、羥丙基、羥丁基、苯甲醯甲基；

所述的穩定物b需要選擇對受阻酚甲酸酯類穩定劑，其分子結構式如下：

其中R1包括C1～26的直鏈或支鏈烷基、烯丙基、醯胺基、苯胺基、甲苯氧基、甲氧苯胺基、苄基、苯磺醯基、苯甲醯基、苯甲醯氧基、甲氨基、二甲氨基、乙醯胺基、甲基磺醯基、丁氧基、二級丁氧基、三級丁氧基、丁醯基、脲基、胺甲醯基、2-氯乙基、環氧丙基、羥甲基、羥乙基、羥丙基、羥丁基、苯甲醯甲基。

實施方式

實施例1

所需的試劑：塑諾穩5583（受阻胺類光穩定劑）和塑諾穩5586（受阻酚苯甲酸酯類穩定劑），均來自煙臺新秀化學用品有限公司，載體樹脂（聚丙烯）來自東莞市振宇塑膠原料有限公司，按下表配方：

按照上述配比，混合後通過本專利所述的雙螺桿擠出機擠出造粒，製成相應的用於聚丙烯製品的光穩定耐候母粒1。按下表配方：

按照上述配比，混合後通過本專利所述的雙螺桿擠出機擠出造粒，製成相應的用於聚丙烯製品的光穩定耐候母粒2。分別按照光穩定耐候母粒1和2的配方，混合後通過常規的螺桿為多段捏合塊結構的，且不帶超聲變幅桿結構的嚙合同向雙螺桿擠出機擠出造粒，分別製成相應的光穩定耐候母粒3和光穩定耐候母粒4。

實施例2

所需物料，未穩定化聚丙烯（來自東莞市振宇塑膠原料有限公司），實施例1中的光穩定耐候母粒1、光穩定耐候母粒2、光穩定耐候母粒3、光穩定耐候母粒4，滑石粉（來自山東創宇化工），顏料（來自克萊恩化工）。

在常溫下，用混料機將上述組合物混合3分鐘，然後分別在相同條件下分別用注塑機注塑成厚度為145毫米×45毫米×2毫米的標準色板，參照某汽車公司的檢測標準《PV3929：2008》的老化條件，老化3000小時，並參照標準《DIN53236-1983》測試不同色板的老化後的色差（ΔE），參照標準測試《DIN67530-1982》測試不同色板的光澤度，並計算光澤度保留率，結果如表1所示。

表1.不同樣板的老化3000h後的色差,光澤度和外觀變化

樣品	ΔE	光澤度保留率（%）	外觀變化
標準色板1	0.2	98.5	無開裂，無粉化，無析出
標準色板2	0.3	96.8	無開裂，無粉化，無析出
標準色板3	0.3	97	無開裂，無粉化，無析出
標準色板4	0.4	95.1	無開裂，無粉化，無析出

• 實施例3

分別稱取50克光穩定耐候母粒1、光穩定耐候母粒2、光穩定耐候母粒3、光穩定耐候母粒4，置於500ml燒杯中，同時置於80℃的鼓風乾燥箱中加熱24小時，觀察現象，並記錄實驗結果。實驗結果如表2所示。

表2.不同樣品的析出現象

樣品	母粒表面現象
光穩定耐候母粒1	光滑，燒杯底部乾燥，無明顯析出物
光穩定耐候母粒2	發粘，燒杯底部有少量液體，有明顯析出物
光穩定耐候母粒3	發粘，燒杯底部無液體，無明顯析出物
光穩定耐候母粒4	發粘，燒杯底部有大量液體，有明顯析出物

• 實施例4

分別稱取30克光穩定耐候母粒1、光穩定耐候母粒2、光穩定耐候母粒3、光穩定耐候母粒4，通過平板硫化機在175℃下用285千克/平方厘米的壓力條件下，保壓5分鐘，做成的坯樣後，裁切成厚度6毫米，40毫米見方的試驗片，參照標準《ISO7619-1：2004》測試不同試片的硬度。測量結果如表3所示。

表3.不同樣品的硬度

樣品	硬度
光穩定耐候母粒1	85D
光穩定耐候母粒2	44D
光穩定耐候母粒3	61D
光穩定耐候母粒4	43D

• 實施例5

分別稱取2千克光穩定耐候母粒1、光穩定耐候母粒2、光穩定耐候母粒3、光穩定耐候母粒4，分別在相同條件下分別用注塑機注塑成厚度為4毫米的標準啞鈴型樣條，參照標準《GB/T528-1998》測試不同試樣的拉伸性能，實驗結果如表4所示。

表4.不同樣條的相關力學性能

樣品	拉伸強度/兆帕	最大位移/毫米
光穩定耐候母粒1	1.72	26.8
光穩定耐候母粒2	1.44	19.5
光穩定耐候母粒3	1.58	21.2
光穩定耐候母粒4	1.23	16.1

• 實施例6

混合質量可以從側面反映穩定劑母粒的耐析出性能的優劣，混合質量好的，助劑在基體樹脂中分散均勻，分散相尺寸小，耐析出性能優良；反之則耐析出性能較差。我們分別取生產光穩定耐候母粒1、光穩定耐候母粒2、光穩定耐候母粒3、光穩定耐候母粒4時，雙螺桿擠出機不同出料孔的粒子，分別編號為1#、2#、3#、4#和5#，如圖1所示。

在同等條件下，分別萃取不同樣品中的光穩定劑，並計算光穩定劑的含量；具體結果如下表所示：

表5.不同樣品中光穩定劑的含量

樣品\編號	1#（%）	2#（%）	3#（%）	4#（%）	5#（%）
光穩定耐候母粒1	48	49.5	48.5	49.2	47.8
光穩定耐候母粒2	46.8	50.1	47.3	49.6	48.8
光穩定耐候母粒3	44.2	52.3	51.4	46.5	47.2
光穩定耐候母粒4	47.7	53.1	50.3	44.8	43.4

根據表5.中的數據我們可以通過計算不同樣品中光穩定劑的含量的離散度來作為混合質量的評價指標，具體計算步驟如下：首先計算不同出料孔樣品的中光穩定劑的含量的平均值（），計算公式如下：

（1.1）

Ci——不同出料孔樣品的濃度。

m——出料孔數目

然後計算不同樣品中光穩定劑含量的標準偏差值（S_c），計算公式如下：

（1.2）

最後分別計算不同樣品中光穩定劑含量的離散度（S），計算公式如下：

（1.3）

經過計算不同的樣品中光穩定劑含量的離散度如下表所示：

表6.不同樣品中光穩定劑含量的離散度

樣品	耐候母粒1	耐候母粒2	耐候母粒3	耐候母粒4
S	3.15X10	9.92X10	5.07X10	6.85X10

由實施例2～6的實驗結果可以看出，在穩定物a和載體樹脂中添加少量的穩定物b，並使用螺桿為多段TEM結構的，且帶有超聲變幅桿結構的嚙合同向雙螺桿擠出機擠出造粒，可以顯著降低母粒中穩定物a含量的離散度，即顯著提高穩定物a和載體樹脂的混合質量，使相應母粒的硬度，耐溫儲存性等性能得到較大提高，同時對於相應的塑膠製品的光穩定性也有一定的提高。

榮譽表彰

2020年7月17日，《一種耐析出的高效聚丙烯耐候母粒》獲得安徽省第七屆專利獎優秀獎。