聚丙烯组合物,塑料制品以及制品的制造方法
【专利摘要】本发明提供了聚丙烯树脂组合物，基于组合物的总重量计，其包含：聚丙烯，35％-55％；硫酸钡，35％-55％；玻璃球，2％-9％；偶联剂，0.5％-1.5％；分散剂，0.5％-1.5％；润滑剂，0.5％-0.8％；光泽剂，0％-0.5％；补强剂，5％-8％；以及0.3％至0.6％的抗污添加剂。还提供了由该组合物制成的餐具制品和制备该制品的方法。
【专利说明】聚丙烯组合物，塑料制品以及制品的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及聚丙烯组合物，具体地，涉及适合用于制备餐具塑料制品的聚丙烯组合物。本发明还涉及由聚丙烯组合物制得的餐具塑料制品和生产该制品的方法。
[0002]发明背景
[0003]塑料餐具已被广泛应用于日常生活中。塑料餐具的例子包括塑料杯、托盘、蛋奶酥盘、盖、盘、碗、以及对食品的制备、储存、运输、供应有用的制造业的相关制品，其中方便和低成本是最重要的。
[0004]对于应用在微波烹调、容纳热饮或加热食物的塑料餐具，已开发了由热固性塑料如三聚氰胺树脂制成的一些塑料餐具。这些热固性塑料餐具具有良好的耐磨性，保温性和抗污特性。然而，已发现三聚氰胺树脂对人的健康是有害的。
[0005]现有的热塑性餐具不具有足够的耐磨性以承受外力，因此很容易在表面上形成许多捕获外来有害物质的划痕线或标记。他们不允许食品长时间保持热量。此外，他们还容易沾污并且即使洗涤也不能使产品看上去完全干净。重要的是，到现在为止，没有提供将提高的耐磨性、保温性和抗污功能的良好平衡都并在同一个组合中的热塑性餐具材料。[0006]本发明的材料满足了对于具有改进的耐磨性、保温性和抗污功能之间良好平衡的低成本和低害的塑料餐具的需求。
[0007]发明概沭
[0008]本发明的目的是提供适合用于生产餐具塑料制品的聚丙烯树脂组合物，特别是适合于高的耐热性制品的那些，从而它们可以容纳热的液体，并且适合用于例如在微波炉中烹调和/或加热食品。
[0009]本发明的另一个目的是提供低成本和不含三聚氰胺的餐具塑料制品，该制品由本发明的聚丙烯树脂组合物制成。
[0010]本发明的再一个目的是提供用于生产本发明的餐具塑料制品的方法。
[0011]由此，作为本发明的一个方面，提供了聚丙烯树脂组合物，基于组合物的总重量计，该组合物包含:
[0012]聚丙烯，35%-55%;
[0013]硫酸钡，35%-55%;
[0014]玻璃球，2%-9%;
[0015]偶联剂，0.5%-1.5% ;
[0016]分散剂，0.5%-1.5% ;
[0017]润滑剂，0.5%-0.8% ;
[0018]光泽剂，0%-0.5%;
[0019]补强剂，5%-8%;以及
[0020]抗污添加剂，0.3%至0.6%。
[0021]作为本发明的另一个方面，提供由聚丙烯树脂组合物制成的餐具塑料制品。
[0022]作为本发明的又一个方面，提供了根据本组合物生产餐具塑料制品的方法，其包括:
[0023]提供使用根据本发明的聚丙烯树脂组合物的树脂层；
[0024]在树脂层上提供外层；和
[0025]任选地，在树脂层上提供内层。
[0026]已经令人惊讶地发现，根据本发明的聚丙烯树脂组合物可用于生产低成本和较少害处的餐具，该餐具有耐磨性、保温性和抗污特性方面的良好性能平衡。该性能可以非常接近高附加值的产品，如美耐皿(Melamine)餐具、康宁(Corelle)餐具等。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]从下面给出的详细说明和附图将会更加全面地理解本发明，其仅以说明的方式给出，从而不限制本发明，并且其中:
[0028]图1是本发明的杯子的横截面视图。
[0029]图2是本发明的盘子的横截面视图。
[0030]图3是实施例11中生产的杯子的保温性能曲线。
【具体实施方式】
[0031]本发明提供了聚丙烯树脂组合物，基于组合物的总重量计，其包含:
[0032]聚丙烯，35%-55%;
[0033]硫酸钡，35%-55%;
[0034]玻璃球，2%-9%;
[0035]偶联剂，0.5%-1.5% ;
[0036]分散剂，0.5%-1.5% ;
[0037]润滑剂，0.5%-0.8% ;
[0038]光泽剂，0%-0.5%;
[0039]补强剂，5%-8%;和
[0040]抗污添加剂，0.3%至0.6%。
[0041]对于本发明中使用的聚丙烯没有特别的限制。任何用于生产聚丙烯(PP)餐具的PP的共聚物或均聚物都可以用于本发明中。
[0042]聚丙烯的例子包括，但不限于，可得自一个韩国塑料公司的PPH1500树脂或可得自一个台湾树脂公司的PP1080树脂。
[0043]对于在本发明中所使用的硫酸钡没有特别的限制。优选具有粒径大于2000目，例如从2000目~4000目的硫酸钡。
[0044]在本发明中所使用的玻璃球可以是实心或空心的。根据一些优选的实施方案，玻璃球可以是中空的玻璃球或具有相同特征的其他类型。
[0045]玻璃球可以具有30-50微米的粒径，并且可以具有约0.60克/立方厘米的密度。优选地，玻璃球具有不小于120兆帕(MPa)的压缩强度。玻璃球的实例包括但不限于PQ (美国)的2500GP或3M(USA)的SH60S。聚丙烯树脂组合物中玻璃球的量的范围可以为2wt%至12wt%，和优选为3%至8%。
[0046] 对于本发明的组合物中所使用的偶联剂没有限制。偶联剂的例子包括，但不限于铝酸酯，例如，二硬脂酸铝。在本组合物中的偶联剂的量的范围可以为0.5wt %至1.5wt %。
[0047]对于在本组合物中所使用的分散剂没有限制。分散剂的例子包括但不限于硅油，即，白矿油。分散剂的量的范围可以为0.5被％至1.5wt%。
[0048]对于在本组合物中所使用的润滑剂没有特别限制。润滑剂的例子包括但不限于聚丙烯蜡或聚乙烯蜡。分子量(Mw)为3000-5000的聚丙烯蜡或聚乙烯蜡可以优选用于本发明的一些实施方案中。本组合物中的润滑剂的量可以为0.5￥七％至lwt%。
[0049]任选地，本发明的组合物含有至少一种光泽剂。光泽剂的例子包括但不限于乙烯-双-硬脂酰胺。如果存在时，在本组合物中的光泽剂的量不高于0.5wt%。
[0050]对于在本发明组合物中使用的补强剂没有限制。补强剂的实例包括但不限于线性低密度聚乙烯，例如，密度为0.918至0.940和熔点为122~124度的LLDPE。
[0051]对于抗污添加剂没有限制。抗污添加剂的实例包括但不限于甲基硅氧烷，例如，二甲基聚硅氧烷。优选地，该二甲基聚硅氧烷在25°C的粘度为500-1000CS。抗污添加剂的量的范围可以为0.3wt %至Iwt %。根据一些实施方案，根据本发明的聚丙烯树脂组合物可以含有其他添加剂，例如，抗菌剂、玻璃负载的银离子抗菌剂等。
[0052]根据一些实施方案，根据本发明的聚丙烯树脂组合物的密度为1.2至4.5克每立方厘米(g/cm3)。[0053]根据一些实施方案，根据本发明的聚丙烯树脂组合物具有大于3.0的硬度(RockwellR)。
[0054]根据一些实施方案，本发明的聚丙烯树脂组合物具有80°C至130°C的热变形温度。
[0055]本发明还涉及到由本发明聚丙烯树脂组合物制成的餐具塑料制品。
[0056]根据本发明的一些实施方案，根据本发明的餐具塑料制品包括:
[0057](I)根据本发明的聚丙烯树脂组合物制成的树脂层；
[0058](2)任选的外层，其设置在该树脂层的外侧；和
[0059](3)任选的内层，其设置在该树脂层的内侧。
[0060]任选的外层是非食品接触层。对于外层没有特别的限制。任何适合于形成塑料餐具外层的材料均可用于本发明。然而，根据本发明的一些实施方案，该外层可由聚合物组合物制成，例如，选自聚丙烯、聚苯乙烯或其它的热塑性树脂的树脂组合物。此外，根据一些实施方案，该聚合物组合物的密度可为0.9g/cm3至4.5g/cm3,在60度的光泽度可能超过80⑶和/或热变形温度可为80°C至130°C。对于外层的厚度没有特别的限制。然而，外层的重量可为餐具塑料制品重量的1(^1:%至60￥1:%。
[0061]如果没有在其上提供内层时，树脂层被用作食品接触层，或者当提供了内层和外层时，树脂层作为中间层。根据一些优选的实施方案，用于形成树脂层的聚丙烯树脂组合物的密度可为1.2g/cm3至4.5g/cm3,从而提供了相对较重的制品，其具有大于
3.0(RockwellR)的适当硬度和80°C至130°C的热变形温度。对于树脂层的厚度没有特别的限制。然而，树脂层的重量可为餐具塑料制品重量的40wt%至90wt%。
[0062]任选的内层可用作食品接触层。对于内层没有特别的限制。适合于提供该塑料餐具的内层的任何材料均可用于本发明。例如，内层可以是玻璃球层或涂层。优选地，热塑性树脂组合物可用于形成内层。对于内层的厚度没有特别的限制。然而，内层的重量可为餐具塑料制品的总重量的Iwt%至IOwt%。[0063]根据本发明的一些实施方案，该聚丙烯树脂组合物的热导率小于0.lK-w/(m.k)。
[0064]根据本发明的一些实施方案，所述食品接触层的聚丙烯组合物的比磨损率(耐磨性)范围可为 5.5 X 10 6Him3N 1Iii 1 至 7.5 X 10 6Him3N 1Ii1、
[0065]根据本发明的一些实施方案，所述非食品接触层的外层可以通过后续的操作装饰。后续操作包括，但不限于，热冲压、曲面印刷(cubic printing)、移印(pad printing)、金属化、在模内标签(in-mold label)等。
[0066]本发明对于餐具制品的类型没有任何限制。所有适合于储存食物或把持食品的塑料制品都可用于本发明。根据本发明，餐具制品的实例包括，但不限于，盘、浅盘、餐具、器皿、碗、杯、平底玻璃杯和类似物。
[0067]本发明餐具塑料制品可以由共注塑方法或热成型方法制造。优选地，在本发明中使用了共注塑方法以生产塑料制品。共注塑成形方法或者是一步注塑成形方法或者是多步注塑成形方法。形成树脂层(食品接触层或中间层)和外层(非食品接触层)的次序可以是同时的；或者首先是树脂层和其次是外层或反之亦然。
[0068]本发明的材料制剂是不同于市场上的将通常的聚丙烯与填料或硫酸钡混合。在现有技术中，已经有一些有关改善机械性能，如弯曲强度、酸性和碱性特性、密度等的文章。不同于通常的聚丙烯树脂组合物，本发明聚丙烯树脂组合物可以具有下列新特性:
[0069](I)硬度:超过70(硬度，RockwellR)，而聚丙烯的硬度范围为53_90(硬度，RockwellR)。
[0070](2)热导率:小于 0.ΙΚ-w/(m.k)，而聚丙烯的热传导率范围为0.1至0.22K_w/(m.k)。热导率越低，我们能够得到保温性能越好的塑料制品。这可以显著增加塑料杯在热饮应用中的价值。
[0071](3)密度:1.25g/cm3 至 1.60g/cm3,而聚丙烯的密度范围为 0.92g/cm3 至 0.94g/
3
cm ο
[0072]与市场上可得的普通聚丙烯和普通改性聚丙烯材料相比，根据本发明的餐具塑料制品具有以下改进特性:
[0073](I)比磨损率:5.5 X 10_6mm3N_1m_1至7.5 X ICr6IiimW1,而由普通聚丙烯制成的塑料制品的磨损率可能大于7.5 X IΟΛμιΛ^πm1。
[0074](2)保温性:例如，本发明聚丙烯树脂组合物制成的杯子和碗中的热水(在80°C倒入)的温度在半小时后，比由普通聚丙烯树脂制成的相同大小和尺寸的产品中的热水温度高 3°C至 9°C。
[0075](3)抗污性:本发明聚丙烯树脂组合物及由其制成的制品具有“易清洁”特性。这意味着，咖啡污溃或其他污溃将不容易被粘附住或保留在产品表面上(食品接触侧)。通过使用[0047]中的测试方法，由本发明的材料制成的塑料制品的抗污性能优于由普通聚丙烯制成的塑料制品2-5倍。
[0076]由该聚丙烯树脂组合物制成的餐具塑料制品具有与高附加值产品，如美耐皿洁具、康宁餐具等非常接近的性能。此外，本发明的制品有结实的感觉。该塑料制品适宜用于微波炉并且作为食品应用中的食品容器和餐具用品是安全的。
[0077]下面的实施例是本发明的说明。但应当理解，实施例并不意图限制本发明，在不改变本发明的本质特征和基本概念的情况下，本领域技术人员可以做各种变化。除非另有说明，否则所有的份数、百分数、或比率均基于重量。
[0078]测试方法:
[0079]硬度:ASTMD785
[0080]导热系数:ASTMD5930-09
[0081]密度:ASTMD792
[0082]比磨损率:ASTMD1044-08
[0083]保温性:
[0084](I)向相同大小和产品重量的杯中倒入热水(80°C )。一个杯是由聚丙烯材料(PPH1500树脂)制成。另一个杯是由实施例1中的聚丙烯树脂组合物制成；
[0085](2)把温度计放入水中，然后在5分钟、7分钟、9分钟、13分钟、15分钟、20分钟、25分钟、30分钟和35分钟时测量温度；和
[0086](3)记录两个杯中的温度变化。
[0087]抗污性:
[0088](I)将50mmX50mm的方形框架放在两个同样大小的板上。一个板是由聚丙烯材料(Formosa Chemical Company的H1500)制成。另一个板是由实施例1中的本发明聚丙烯树脂组合物制成；
[0089](2)将15克咖喱酱均匀地分布在方形框架内；
[0090](3)将两个板放入60 V的恒温箱中并保持24小时；
[0091](4)用水漂洗板并去除酱；
[0092](5)把50mmX50mm的带有网格线的透明纸放于板上，以测量被酱污染的面积百分比。
[0093](6)抗污性等于没有被咖喱污染的面积百分比。
[0094]实施例1-10:本发明聚丙烯树脂组合物的制备
[0095]下面表1-10中列出了组分及用量。在实施例1-10中，聚丙烯具有80，000-200, 000的Mw，使用二硬脂酸铝作为偶联剂，硅油(白色矿物油)被用作分散剂，POE被用作补强剂S LLDPE被用作补强剂2，二甲基聚硅氧烷被用作抗污添加剂，聚乙烯蜡被用作润滑剂\聚丙烯蜡被用作润滑剂2，以及玻璃上负载的基于银离子的抗菌剂被用作抗菌剂。在实施例4、6和7中，硫酸钡的粒径大于5000目，在其他实施例中，硫酸钡的粒径为2000-3000目。在实施例1-4和9-10中，玻璃球是粒径为1250目的实心玻璃球。在其他实施例中，玻璃球是粒径为1250目的空心玻璃球。实施例1-10中的聚丙烯树脂组合物由以下步骤组成的方法所生产:
[0096]I)将PP H1500树脂和分散剂混合，在900rpm下于62°C搅拌2分钟，产生混合物I ;
[0097]2)将玻璃球和硫酸钡在搅拌下混合，在110°C _120°C时加入偶联剂，并在600rpm下低速搅拌2分钟，然后在1，OOOrpm下高速搅拌5分钟，然后将该体系冷却至55°C，产生混合物2 ;
[0098]3)在混合物2中加入润滑剂并在600rpm下于50°C低速混合该体系2分钟，在52°C时加入其他添加剂并在600rpm下低速混合3分钟，产生混合物3 ；
[0099]4)将混合物3加入到混合物I中并在1，OOOrpm下高速混合5分钟，保持温度为50°C，产生最终混合物；和[0100]5)将最终混合物挤出、冷却和造粒，以生产实施例1-10中的本发明聚丙烯树脂组合物的粒料。
[0101]实施例1
[0102]表1实施例1中组合物的组份和用量
[0103]
【权利要求】
1.聚丙烯树脂组合物，基于组合物的总重量计，该组合物包含: 聚丙烯，35% -55% ； 硫酸钡，35% -55% ； 玻璃球，2% -9% ； 偶联剂，0.5% -1.5% ； 分散剂，0.5% -1.5% ； 润滑剂，0.5% -0.8% ； 光泽剂，O % -0.5% ； 补强剂，5% -8% ;和 抗污添加剂，0.3%至0.6%。
2.根据权利要求1的组合物，其中所述硫酸钡的粒径为2000目至4000目。
3.根据权利要求1的组合物，其中所述玻璃球具有的粒径为30-50微米。
4.根据权利要求1的组合物，其中所述偶联剂是二硬脂酸铝。
5.根据权利要求1的组合物，其中所述分散剂是白色矿物油。
6.根据权利要求1的组合物，其中所述润滑剂选自由聚丙烯蜡、聚乙烯蜡或它们的混合物组成的组。
7.根据权利要求1的组合物，其中所述光泽剂为乙烯-双-硬脂酰胺。
8.根据权利要求1的组合物，其中所述补强剂是线性低密度聚乙烯。
9.根据权利要求1的组合物，其中所述抗污添加剂是二甲基聚硅氧烷。
10.根据权利要求1的组合物，其中所述组合物还包含抗菌剂。
11.根据权利要求1的组合物,其中所述组合物具有超过100的RockwellR硬度。
12.根据权利要求1 的组合物，其中所述组合物具有的密度为1.25g/cm3至1.60g/cm3，耐热温度超过130°C,并且热导率小于0.ΙΚ-w/(m.k)。
13.餐具塑料制品，所述塑料制品包含: (a)根据权利要求1至12中任一项的聚丙烯树脂组合物制成的树脂层； (b)任选的外层，其被提供于所述树脂层的外侧；和 (C)任选的内层，其被提供于所述树脂层的内侧。
14.根据权利要求13的制品，其中所述外层由密度为0.9g/cm3至4.5g/cm3的聚合物树脂组合物制成。
15.根据权利要求13的制品，其中所述外层占餐具塑料制品重量的10wt%至60wt%。
16.根据权利要求13的制品，其中所述树脂层的重量占餐具塑料制品重量的40wt%至90wt % ο
17.根据权利要求13的制品，其中所述内层为玻璃球层。
18.根据权利要求13的制品，其中所述内层占餐具塑料制品总重量的lwt%至10wt%。
19.用于制备根据权利要求13至18中任一项所述制品的方法，所述方法包括: (a)提供所述树脂层； (b)任选地，在所述树脂层的外侧提供所述外层；和 (C)任选地，在所述树脂层的内侧提供所述内层； 其中步骤(a)和(b)可同时或分别进行。
20.根据权利要求 19的方法，其中所述步骤(a)和/或(b)通过注塑成形的方法进行。
【文档编号】C08K7/28GK103923380SQ201310029460
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2013年1月16日 优先权日:2013年1月16日
【发明者】黄锦耀, 雍和勇 申请人:沙伯特(亚洲)有限公司