專利名稱：高性能ps和pp合金新型合成紙材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于合成紙新材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種既改善了沖擊性能、拉伸性能、彎曲
性能、耐化學(xué)腐蝕性能、表面極性和表面硬度的新型PS/PP合成紙材料。
背景技術(shù)：
合成紙是以熱塑性高聚物如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯.為主要原料，加入 一定的有機或無機微粒，通過不同的生產(chǎn)設(shè)備及加工工藝而制得不同類別的產(chǎn)品。合成紙分
為PP合成紙、HDPE合成紙、PS合成紙、PVC合成紙、PET合成紙、ABS合成紙等。
當今世界，特別是我國，由于森林資源漸少，紙張原料需求成為新的難題。合成紙生產(chǎn) 過程以聚丙烯及碳酸鈣粉為主，不僅可解決原料問題，更主要的是這兩種原料無污染性，在 制造過程中產(chǎn)生廢料還可回收使用，如不使用也不污染空氣。我國合成紙起步較晚,，市場開 拓不足，技術(shù)仍有待進一步完善。目前全年全國用量為3-4萬噸，主要為進口，基本上為聚 丙烯合成紙。用作服裝袋、手提袋、編織袋、膠版印刷、絲網(wǎng)印刷、廣告噴繪、書本、印刷 商標等。其中廣告噴繪用量占40%;印刷商標占15%;編織袋、膠版印刷、絲網(wǎng)印刷用量各 占10%;手提袋、服裝袋用量占10%;書本用量占5%。合成紙具有成本低、強度優(yōu)、印刷性 能好、耐水、耐油、耐藥、不易老化等特性，在功能和用途上有著廣闊的前景，適用于民、 商、工、軍等各行各業(yè)。合成紙也存在以下缺點耐熱久性差，挺度較低；吸水性、浸透性 均較差等缺點。
PS樹脂苯乙烯聚合物，分為通用聚苯乙烯(GPPS)和高沖聚苯乙烯HIPS。其中GPPS是苯 乙烯的均聚物，具有非常好的剛性、透明性、表面光澤性、著色性、幾何穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、 電絕緣特性，且質(zhì)輕堅硬、熱容低、流動性好、易加工成型、能夠抵抗水和稀釋的無機酸。-HIPS是苯乙烯與丁二烯的接枝共聚物，含有6 8%的聚丁二烯橡膠，由于聚丁二烯是一種彈性體，它的引 入可以明顯改善GPPS的韌性，但是橡膠的引入雖然沖擊強度增加，但拉伸強度和彎曲強度一定程度下降。 針對PP收縮率大，導(dǎo)致制品尺寸穩(wěn)定性差，容易產(chǎn)生翹曲變形、低溫易脆斷、模量低，耐熱 性差及耐光、熱老化性能差等缺點，將PS與PP進行共混，并達到同時改善PS的耐熱性、力學(xué) 性能的目的。但是，由于PS與PP屬熱力學(xué)不相容體系，具有較高的界面張力，兩相界面粘結(jié) 性差，因而進行簡單的熔融共混所獲得的材料不僅會導(dǎo)致兩相界面粗糙，而且還會使沖擊強 度變差，故嘗試加入相容劑來對其進行改性。Cup taY. B. [Cup ta V B， Bhuvanesh Y C. Journal of Applied Po lymer Science, 1996,160: 1951 ~ 1963.〗和H lavata. D. [H lavata D, Ho rak Z， L ednicky F， d a/. Polymer N et wo r恩s &Blends， 1997， 7 (4): 195 ~ 202.]等對PP與高分子量 PS的共混體系的研究表明，加入PS后，體系剛性增強。相容劑通常分為接枝聚合物、嵌段 共聚物、反應(yīng)型及無機粉體等四種類型，如表l。表1 用于PP/ PS共混的相容劑
類型
品種
主要特點
接枝聚合性 PP-g-PS PP鏈段伸向共混物連續(xù)相的形態(tài)更有利于形成較厚的界面層
iPP-b"iPS 在iPP/iPS共混中起到"偶聯(lián)"和分散作用，增強了相結(jié)合力
PE-g-PS 有效降低界面張力，用量增加使共混物結(jié)晶溫度下降
嵌段聚合性 SBS 形成界面層的同時又形成第三相分布在PP中，相容效果有所降低
SEBS 低分子量共聚物容易滲透進PS相從而產(chǎn)生較強的結(jié)合力
SEP 與共泡物的作用能量密度大，對減小分散相粒徑的作用非常明顯
反應(yīng)型增容 PP-g-AVM 反應(yīng)性官能團與PS反應(yīng)，增強了兩聚合物之間的表面黏合力劑PP-g-MAH共混物DSC曲線上的兩個玻璃轉(zhuǎn)化點逐漸靠近最后達到完全互容
無機粉末蒙脫土 PP和PS鏈段部分插入蒙脫土片層納米結(jié)構(gòu)中中，加強了混合，延遲了分散相
_5§_
二氧化硅S02先形成界面層，后又遷移回到PP相，相容性在混合初期較好，后期有
'___所下降_
注:SB，SBS—苯乙烯丁二烯嵌段共聚物；SEBS —苯乙烯乙烯丁烯嵌段共聚物；SEP —苯乙烯乙烯丙烯嵌段共聚物；PE-g-PS一聚丙烯與苯乙烯接枝共聚物PE-g-PS —聚乙烯與苯乙烯接枝共聚物iPP-b-iPS —等規(guī)聚丙烯與等規(guī)聚苯乙烯接枝共聚物；PP-g-AVM—聚丙烯與單官能團芳香乙烯基單體接枝共聚物；PP-g-MAH—聚丙烯與馬來斷或馬來酸酐)接枝共聚物。
馮長根等[馮長根，李鑫等的聚丙烯/聚苯乙烯共混物形態(tài)研究進展[J].化工進展，2004，23(11) : 1179~1183.]對以上相容劑的相容效果總結(jié)如下SEBS<SBS<SEP以及SEBS〈PP-g-PP。沈勇等[沈勇，李瑞海，等.PP/PS合金的研制[J].塑料工業(yè),2003，31(9):15-17，41]研究了SBS對PP/PS合金的形態(tài)結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能的影響發(fā)現(xiàn)SBS (質(zhì)量分數(shù)為5%)相容效果明顯。徐振明[徐振^^.PP/PS合金的研究[D].天津沃津大學(xué)碩士論文，2000.9.1等采用熔融共混擠出工藝制備PS/PP合金，研究結(jié)果表明PS/PP不相容體系在一如SEBS相容劑后，能改善體系的相容性，PS相和PP相之間形成一界面層，改善合金的沖擊和拉伸強度。游長江，席宋等[游長江，席宋，莫海林，等.SEP對PP/ PS合金形態(tài)和力學(xué)性能的影響[J].塑料工業(yè),2003,31(8):16-18]研究了SEP對PS/PP力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明苯乙烯-乙烯/丙烯二嵌段共聚物(SEP)是
pp/ps合金的良好相容劑，對w(pp) : /w(ps)為20 : 80的合金的增容效果更好。另外，李青
山(CN00126600)、日本專利公開156842/1訴8——等專利文獻也公開了一些對PP/PS共混體系組合物的制備方法。對于PS/PP合金應(yīng)用于合成紙未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對PP合成紙技術(shù)存在的問題，提供一種具有韌性好、強度高、剛性好、耐熱性高、成型加工范圍寬且成本較低的PS/PP合金材料，適用于利用擠出法生產(chǎn)合成紙的
新型材料.
本發(fā)明提供的高性能PS/PP合金材料，該合金材料的組成按重量百分比計如下
PP 15~45%PS 40~70%無機粉填充 10%助劑 5~12%。其中還可以加入按上述物料總重量計0.1~1%抗氧劑，所用的抗氧劑可以為多元受阻酚型抗氧劑，其中所用的多元受阻酚型抗氧劑可選用1010。此外，針對紙張實際應(yīng)用中可能存在問題，添加一定量的增粘劑、穩(wěn)定劑等。
本發(fā)明提供的高性能新型PS/PP合金材料是按上述配比將原料組分先進行預(yù)混，然后放入雙螺桿擠出機中按常規(guī)工藝條件進行熔融共混擠出造粒即可。本發(fā)明與已有材料相比，具有以下優(yōu)點-
1、由于本發(fā)明提供的PS/PP合金材料中選用的聚乙烯和聚丙烯材料，在復(fù)合相容劑的作用下，相容性得到很大的改善，PP在PS基料中分散均勻，形成了短纖結(jié)構(gòu)，見圖1、 2，因而獲得了優(yōu)異的效果，得到了優(yōu)于PP的斷裂伸長率和缺口沖擊，而且材料還具有高剛性，從而擴展了PP擠出成型合成紙的應(yīng)用范圍，見表中數(shù)據(jù)對比。
表2 性能對比
性能PPT30S本發(fā)明合金材料
Izod缺口沖擊強度(KJ/m2)37
拉伸強度(MPa)3230
斷裂伸長率(％)30%40
彎曲強度(MPa)3242
彎曲模量(MPa)13002132
熔指(g/10min, 220°C， 10KG)43
2、通過引入PS和極性單體接枝聚烯烴，大幅提高PP的表面極性、降低PP的表面能，尺寸穩(wěn)定，使PS/PP塑料紙有良好的印刷性和書寫性(可采用平版、凸版、凹版、膠版、絲網(wǎng)、柔性版(苯胺)等印刷方法及溶劑性油墨，也可用鉛筆、圓珠筆直接書寫)，為客戶節(jié)省加工工序。3、 產(chǎn)品制造和使用過程中不會產(chǎn)生環(huán)境污染，可以為國家節(jié)省大量森林資源、水資源，減輕污水處理壓力，減輕能源消耗。
4、 本發(fā)明所提供的PS/PP合金材料，通過添加相應(yīng)助劑(抗靜電劑、抗菌劑、加香劑等)，經(jīng)過雙螺桿熔融共混，使助劑均勻分散到樹脂基體中，可以滿足客戶不同需求。
5、 本發(fā)明所提供的PS/PP合金材料，本身不發(fā)生毒性物質(zhì)的遷移，無毒、無異味完全符合食品衛(wèi)生標準。
6、 本發(fā)明所提供的PS/PP合金材料通過薄膜法成型紙張，外觀白而不透明、滿足印刷機的作業(yè)適性、和印刷油墨之間有良好的相互關(guān)系?？蓮V泛用于包裝(如手提袋、包裝盒、藥品包裝、化妝品包裝、食品包裝、工業(yè)產(chǎn)品包裝等)、高質(zhì)量的印刷品(如海報、畫報、圖片、地圖、年歷、書籍等)、模內(nèi)標簽、壓敏標簽、熱敏標簽、紙幣用紙、彩色像紙、CAD用描圖紙、工業(yè)計算機及儀表用記錄紙、快遞信封、鐘表盤、紙扇、雨傘、旅游用紙帽及其它旅游宣傳用品等，經(jīng)濟效益和社會效益顯著。
具體實施例方式
下面給出實施例以對本發(fā)明進行具體的描述，有必要在此指出的是以下實施例只用于對本發(fā)明進行進一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員根據(jù)本發(fā)明內(nèi)容對本發(fā)明作出的一些非本質(zhì)的改進和調(diào)整仍屬本發(fā)明的保護范圍。
實施例1
將按重量百分比計為15y。的HIPS、 48n/。的GPPS、 15。/o的PP、 12%的增容劑、10%的無機粉體(預(yù)先用偶聯(lián)劑處理)，和按它們總重量計為0.5Q/。的抗氧劑先放入轉(zhuǎn)速約為1000rpm的高速混合器中混合3分鐘，然后再放入雙螺桿擠出機，溫度控制在20(TC 215。C,螺桿轉(zhuǎn)速450轉(zhuǎn)/分鐘條件下擠出造粒即得。
實施例2
將按重量百分比計為20。/。的HIPS、 43。/。的GPPS、 22°/。PP、 5%的增容劑、10%的無機粉體(預(yù)先用偶聯(lián)劑處理)，和按它們總重量計為0.5%的抗氧劑先放入轉(zhuǎn)速約為1000卬m的高速混合器中混合3分鐘，然后再放入雙螺桿擠出機，在加工溫度200~215'C,螺桿轉(zhuǎn)速450轉(zhuǎn)/分鐘條件下擠出造粒即得。
實施例3
將按重量百分比計為28%的HIPS、 30。/。的GPPS、 27%PP、 5°/。的增容劑、10%的無機粉體(預(yù)先用偶聯(lián)劑處理)，和按它們總重量計為0.5%的抗氧劑先放入轉(zhuǎn)速約為1000rpm的高速混合器中混合3分鐘，然后再放入雙螺桿擠出機，在加工溫度200~215'C,螺桿轉(zhuǎn)速450轉(zhuǎn)/分鐘條件下擠出造粒即得。
實施例4
將按重量百分比計為15。/。的HIPS、 25。/。的GPPS、 45%PP、 5%的增容劑、10%的無機粉體(預(yù)先用偶聯(lián)劑處理)，和按它們總重量計為0.5%的抗氧劑先放入轉(zhuǎn)速約為1000rpm的高速混合器中混合3分鐘，然后再放入雙螺桿擠出機，在加工溫度200~215'C,螺桿轉(zhuǎn)速450轉(zhuǎn)/分鐘條件下擠出造粒即得。實施例5
將按重量百分比計為10。/。的HIPS、 25。/。的GPPS、 45%PP、 10%的增容劑、10%的無機粉體(預(yù)先用偶聯(lián)劑處理)，和按它們總重量計為0.5%的抗氧劑先放入轉(zhuǎn)速約為1000rpm的高速混合器中混合3分鐘，然后再放入雙螺桿擠出機，在加工溫度200 215'C，螺桿轉(zhuǎn)速450轉(zhuǎn)/分鐘條件下擠出造粒即得。


圖1為PS與PP共混物擠出片垂直于縱向的微觀形態(tài)的電子顯微鏡照片；圖2為PS與PP共混物擠出片垂直于橫向的微觀形態(tài)的電子顯微鏡照片從圖中可以看到本發(fā)明提供的PS/PP合金材料中PP在PS相中分布均勻，成短纖形態(tài)，纖維直徑為約為0.5微米，長約為5微米，這種結(jié)構(gòu)有利于提高強度，同時一方面纖維作為應(yīng)力集中點通過引發(fā)基質(zhì)產(chǎn)生銀紋和剪切屈服形變過程中吸收大量的沖擊能量；另一方面，材料受到拉伸時，拉伸過程中基質(zhì)可在剛性分散相的赤道面上產(chǎn)生一種較高的靜壓強a， a大于剛性粒子形變所需的臨界靜壓力C7e時，從而使得分散相粒子易于屈服而產(chǎn)生冷拉，發(fā)生大的塑性形變從而使材料增韌。從圖中還能看到，相界面模糊，這進一步證明本發(fā)明所提供的PS和PP合金材料相容性較好，從而使本合金綜合了 PS和PP的優(yōu)異性能。
權(quán)利要求
1、一種高性能PS/PP新型合成紙材料，該合金材料的組成按重量百分比計如下PP 15～45％PS 40～70％無機粉填充 10％助劑 5～12％。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的合金材料，其特征在于所屬的PP為均聚的聚丙烯，其融指為1 3g/min。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的合金材料，其特征在于所屬的PS為的通用級聚苯乙烯和高沖聚苯乙烯，其融指均為3~5g/min。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的，金材料，其特征在于所屬的無機填充為重質(zhì)碳酸轉(zhuǎn)、滑石粉、 硅灰石、鈦白粉中的一種或兩種。其粒徑為1250目。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的合金材料，其特征在于所屬的助劑包括潤滑劑聚乙烯蠟、液 體石蠟、硬脂酸鹽；偶聯(lián)劑有硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑；相容劑有SB(丁苯橡膠)、SEPS (聚苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物)、SEBS (聚苯乙烯-乙烯-丁二 烯-苯乙烯嵌段共聚物)、SBS (聚苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物)
全文摘要
本發(fā)明提供一種新型合成紙材料的組成及制備方法。由50～85％(重量百分比)聚烯烴共混物，10％(重量百分比)無機礦物粉和5％～12％(重量百分比)助劑組成并加入前述物料總重量計0.1～1％的抗氧劑先預(yù)混，再經(jīng)雙螺桿擠出機擠出造粒，制成高剛高韌基礎(chǔ)樹脂，其綜合性能均優(yōu)于普通PP合成紙材料，從而擴展了其應(yīng)用范圍。同時通過添加助劑(抗靜電劑、抗菌劑、加香劑等)，經(jīng)熔融共混均勻分散到樹脂基體中，可滿足不同功能需求。該高性能PS和PP合金新型合成紙材料成型的紙張可廣泛用于包裝、高質(zhì)量印刷品、標簽、紙幣、像紙、描圖紙、快遞信封、紙扇、雨傘等，可以節(jié)省大量森林資源、水資源，減輕污水處理壓力和能源消耗。
文檔編號C08L23/12GK101676326SQ20081016096
公開日2010年3月24日 申請日期2008年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月19日
發(fā)明者燕 楊, 翰 龍 申請人:綿陽長鑫新材料發(fā)展有限公司