[发明专利]β-晶型聚丙烯成核剂及其制法和其制造的β-晶型聚丙烯管材专用料

说明书

技术领域

本发明涉及一种表面改性的β-晶型聚丙烯成核剂，及利用其生产的β晶型聚丙烯管材专用料。

背景技术

自塑料管工业化以来，在工农业生产、建筑及生活等各个领域得到了广泛的应用，管道领域已逐步实现塑料化。聚丙烯(PP)作为五大通用塑料之一，在塑料管道中占有重要地位。因为PP质量轻、强度高、室温下不溶于一般溶剂、耐化学腐蚀，且无毒，可回收利用，无环境污染，因此其在新型建筑管道和工业管道领域获得了极大的发展。然而，聚丙烯属于准韧性材料，缺口敏感性大，常温或低温下冲击性能差，耐高温特性不突出，特别是工作温度和工作压力与其使用寿命直接相关，这大大限制了其在管材领域的应用。

传统聚丙烯改性技术中，采用橡胶或弹性体与PP共混，可提高其耐冲击性能，但同时大幅降低了拉伸强度和弯曲强度，难以达到强度和韧性的综合平衡。近来，人们发现可以通过控制聚丙烯的晶型来实现PP的高性能化。PP的晶体结构以α、β最为常见，与常见的α-晶型PP相比，β-晶型PP具有优异的冲击性能，并且其它力学性能与α-晶型相比下降并不明显，因而β-晶型PP在增韧方面的应用越来越受到重视，也已成为聚丙烯管道领域发展的一个重要方向。目前，添加β晶型成核剂是公认的得到高含量的β-晶型聚丙烯的最有效途径。β晶型成核剂主要有γ-喹吖啶酮染料、第IIa族元素的盐类或其与二元羧酸的复合物、芳香族酰胺化合物、稀土β-成核剂、无机酸盐或无机氧化物等。

现有技术中，将聚丙烯颗粒、β-晶型成核剂粉末混合、机械搅拌，然后熔融结晶得到产品。但是在该方法中，对于一些亚微米尺度或纳米尺度的成核剂，由于其具有很高的表面能，极易团聚；同时其与基体材料的相容性差，导致添加含量相对较低的β晶型成核剂，不能均匀分散于基体材料中，所得到的产品存在晶型转变率低，粒度大的问题，从而影响聚丙烯的性能。

为最大限度地发挥β-晶型成核剂控制晶型转变的作用，需要针对β晶型成核剂的化学特性，对成核剂作相应的表面改性，以提高成核剂在基体中的分散性及其与基体之间的相容性，从而达到更好的成核效果和晶型转变率。此外，表面改性成核剂的难点在于，经改性后，成核剂表面的微观结构会发生破坏，而影响其成核效率。目前，专利报道中较多关注于填充聚丙烯的填料的表面改性，但对于β-晶型成核剂作表面处理以提高聚丙烯β晶型转变率的专利尚未见报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，本发明提供了一种表面改性技术处理β-晶型成核剂，在不影响成核剂表面微观结构的前提下，克服了传统共混熔融法存在的β-晶型成核剂在聚丙烯中团聚及分散不均的弊病，从而达到更好的成核效果和聚丙烯β-晶型转变效率，进一步提高了聚丙烯的综合性能。

本发明的技术方案如下。

一种表面改性的β-晶型聚丙烯成核剂，表面改性剂可以是硅烷偶联剂、钛酸酯类偶联剂或自组装表面改性剂，表面改性剂的用量为成核剂质量的0.5％-1.5％。

上述的表面改性的β-晶型聚丙烯成核剂，所述的硅烷偶联剂可以是γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、β-(3，4环氧环己基)丙基三甲氧基硅烷或γ-(甲基丙烯酸氧)丙基三甲基氧硅烷；所述的钛酸酯类偶联剂可以是异丙基三(焦磷酸二辛酯)钛酸酯、钛酸酯偶联剂NDZ-102、钛酸酯偶联剂NDZ-201、二甲基羟乙酸钛酸酯；所述的自组装表面改性剂可以是十八烷基三氯硅烷(OTS)。

β-晶型聚丙烯成核剂可以是取代芳香酰胺类化合物或稀土元素的C₄-C₂₈羧酸盐类化合物，所述的取代芳香酰胺类化合物为TMB-5；稀土元素的C₄-C₂₈羧酸盐类化合物成核剂为WBG-II。

一种制备上述的表面改性的β-晶型聚丙烯成核剂的方法，它是将成核剂加入反应釜中，再加入庚烷，庚烷的用量为每克成核剂加庚烷20ml，并磁力搅拌成悬浮液，取成核剂质量0.5～1.5％的表面改性剂，在搅拌条件下，一次性注入上述悬浮液中，搅拌至成核剂在溶液中均匀分散后，继续搅拌20分钟，过滤后分别用丙酮、酒精多次洗涤，将改性后的成核剂在80℃下真空干燥5小时，得到表面改性的β-晶型聚丙烯成核剂。

一种用上述的表面改性的β-晶型聚丙烯成核剂制造的β-晶型聚丙烯管材专用料，它是采用上述的表面改性的β-晶型聚丙烯成核剂制得的β-晶型相对含量为83.6-86.8％的、在23℃下Izod缺口冲击强度为76-90kJ/m²的β-晶型聚丙烯管材专用料。