一种耐辐照聚丙烯色母粒及其制备方法与流程

本发明涉及聚丙烯功能色母粒，具体涉及一种耐辐照聚丙烯色母粒及其制备方法。

背景技术：

1、聚丙烯是由丙烯单体通过加聚反应制成的热塑性聚合物，是应用广泛的通用高分子材料。聚丙烯的密度小（0.89-0.91g/cm3），具有较好的力学性能和耐热性，而且还具有优秀的化学稳定性、电绝缘性，被广泛应用于食品包装、建筑材料、汽车零部件、纺织服装等各种领域。但是聚丙烯的耐老化性差，而且聚丙烯不具有阻燃性，其中，耐老化性差具体表现在聚丙烯容易受到紫外线、热、氧的作用而老化。为了解决上述问题，目前最常用的方法为向聚丙烯中加入各种助剂，例如抗氧剂、光稳定剂、成核剂、阻燃剂等。常用的抗氧剂为磷类抗氧剂和硫类抗氧剂，常用的光稳定剂为受阻胺类光稳定剂，常用的成核剂为无机类成核剂和有机类成核剂中的金属盐类成核剂，常用的阻燃剂为金属氢氧化物阻燃剂。

2、辐照灭菌是利用电离辐射产生的电磁波（如电子束、x射线和γ射线）杀死物质上的微生物。目前，应用于医疗卫生和食品包装的聚丙烯材料常需进行辐照灭菌处理。辐照灭菌射线能够破坏生物大分子的结构，从而抑制或杀死微生物，但是聚丙烯的耐辐照性差，在辐照后力学性能会发生大幅度下降，为了提高聚丙烯的耐辐照性，除了加入抗氧剂、光稳定剂，还会加入具有反射作用的功能无机材料，例如二氧化钛、硫酸钡、滑石粉等。但是在将上述助剂加入聚丙烯中制备聚丙烯制品时，存在以下问题：无机类成核剂和具有反射作用的功能无机材料与聚丙烯的相容性差，而且，无机类成核剂和具有反射作用的功能无机材料在聚丙烯中的分散性差，易团聚，会进一步对聚丙烯的力学性能造成影响，还会影响聚丙烯的耐热性，而且金属氢氧化物阻燃剂也存在分散性差的问题，进一步的对聚丙烯的力学性能、耐热性造成影响。

3、针对上述存在的问题，最常用的方法为对无机类成核剂、具有反射作用的功能无机材料、阻燃剂进行表面改性，从而提高无机类成核剂和具有反射作用的功能无机材料与聚丙烯的相容性，并提高无机类成核剂、具有反射作用的功能无机材料、阻燃剂的分散性。但是表面改性存在以下问题：第一，表面改性主要通过偶联剂与无机类成核剂、具有反射作用的功能无机材料、阻燃剂表面的羟基反应进行接枝，但是在接枝中存在接枝效率不高的问题，导致表面改性的效果不明显，在表面改性后仍存在相容性差和分散性差的问题；第二，由于无机类成核剂、具有反射作用的功能无机材料、阻燃剂均存在团聚问题，造成了偶联剂在进行表面改性时，不能够与无机类成核剂、具有反射作用的功能无机材料、阻燃剂的表面进行充分接触，导致表面改性效果不均匀，进一步导致了在表面改性后仍存在相容性差和分散性差的问题。

4、因此，研发出一种耐辐照聚丙烯色母粒的制备方法，能够减小辐照引起的聚丙烯材料力学性能降低，同时保证聚丙烯色母粒的力学性能、耐热性、阻燃性，是目前急需解决的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种耐辐照聚丙烯色母粒及其制备方法，制备的聚丙烯色母粒具有优秀的耐老化性和耐辐照性，而且还具有优秀的力学性能和耐热性。

2、为解决以上技术问题，本发明采取的技术方案如下：

3、一种耐辐照聚丙烯色母粒，按重量份计，包括：85-90份聚丙烯，1-15份抗氧剂，1-15份光稳定剂，7-8份功能反射粒子，5-6份阻燃剂，0.25-0.3份成核剂，0.5-0.6份润滑剂，1.7-2份偶联剂，3.8-4.2份颜料；

4、所述聚丙烯在230℃、2.16kg下的熔融指数为35g/10min；

5、所述抗氧剂为三(2,4-二叔丁基苯基) 亚磷酸酯、双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯中的一种或组合；

6、所述三(2,4-二叔丁基苯基) 亚磷酸酯的商品名为抗氧剂168；

7、所述双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯的商品名为抗氧剂626；

8、所述四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯的商品名为抗氧剂1010；

9、所述光稳定剂为有机磷化合物、受阻胺化合物、苯酚化合物中的一种或组合；

10、所述有机磷化合物为磷酸三辛酯、亚磷酸三月桂酸酯、亚磷酸十三烷酯、辛基二苯基亚磷酸酯、三(2-苯基苯基)亚磷酸酯、1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁基苯基)丁烷、亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯、4,4'-对开异丙基二苯基 c12-15-醇亚磷酸酯、4,4'-亚丁基双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、4,4'-亚丁基双-(3-甲基-6-叔丁苯基)-四(十三烷基)二亚磷酸酯、亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯、亚磷酸三乙酯、亚磷酸三苯酯、4,4'-亚丁基双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、亚磷酸二苯基异癸基酯、异丙基化磷酸三苯酯、四(2,4-二叔丁基酚)-4,4'-联苯二亚磷酸酯中的一种或组合；

11、所述受阻胺化合物为2,2,6,6-四甲基哌啶衍生物、1,2,2,6,6-五甲基哌啶衍生物中的一种或组合；

12、所述2,2,6,6-四甲基哌啶衍生物为苯甲酸(2,2,6,6-四甲基-4-羟基哌啶)酯、癸二酸双(2,2,6,6-四甲基-4-羟基哌啶)酯、氮基三[乙酸(2,2,6,6-四甲基-4-羟基哌啶)酯]、n,n’-双(2,2,6,6-四甲基哌啶基)己二胺、2,2,6,6-四甲基-4-哌啶硬脂酸酯、n,n'-双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,6-己二胺与2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪和 n-丁基-1-丁胺和n-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺的反应产物的聚合物、n,n’-双-(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,6-己二胺与2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪的聚合物和1,1,3,3-四甲基丁胺的反应产物、聚-{[6-[(1,1,3,3-四甲基丁基)-胺基]1,3,5,-三嗪-2,4-二基][(2,2,6,6-四甲基哌啶基)-亚胺基]-1,6-己烷二基-[(2,2,6,6-四甲基哌啶基)-亚胺基]、聚丁二酸(4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶乙醇)酯中的一种或组合；

13、所述n,n'-双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,6-己二胺与 2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪和 n-丁基-1-丁胺和 n-丁基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶胺的反应产物的聚合物的商品名为光稳定剂2020；

14、所述n,n’-双-(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,6-己二胺与2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪的聚合物和1,1,3,3-四甲基丁胺的反应产物的商品名为光稳定剂944；

15、所述聚-{[6-[(1,1,3,3-四甲基丁基)-胺基]1,3,5,-三嗪-2,4-二基][(2,2,6,6-四甲基哌啶基)-亚胺基]-1,6-己烷二基-[(2,2,6,6-四甲基哌啶基)-亚胺基]的商品名为光稳定剂944；

16、所述聚丁二酸(4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶乙醇)酯的商品名为光稳定剂622；

17、所述1,2,2,6,6-五甲基哌啶衍生物为亚磷酸三(1,2,2,6,6-五甲基-4-羟基哌啶)酯、癸二酸双(1,2,2,6,6-五甲基-4-羟基哌啶)酯、2-乙基-2-(4-羟基-3,5-三级丁基苄基)丙二酸双(1,2,2,6,6-五甲基-4-羟基哌啶)酯中的一种或组合；

18、所述苯酚化合物为2,6-二叔丁基对甲酚、没食子酸丙酯、6-叔丁基间甲酚、6-叔丁基-2,4-二甲基苯酚、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚中的一种或组合；

19、所述功能反射粒子的制备方法为，将金红石型二氧化钛、聚乙二醇400加入球磨机中进行球磨，控制球磨中的球料比为(14-16):1，球磨转速为300-350rpm，时间为2-2.5h，加入氯化钙水溶液，继续球磨50-60min，从球磨机中取出，在80-90℃下真空干燥，然后与硬脂酸钠水溶液加入球磨机中进行球磨，控制球磨中的球料比为(14-16):1，球磨转速为300-350rpm，时间为20-30min，从球磨机中取出，在80-90℃下真空干燥，得到反射粒子；

20、所述功能反射粒子的制备中，金红石型二氧化钛、聚乙二醇400、氯化钙水溶液、硬脂酸钠水溶液的用量比为(200-210)g:(32-35)g:(170-190)ml:(200-230)ml；

21、所述金红石型二氧化钛的平均粒径为300nm；

22、所述氯化钙水溶液的浓度为10wt%；

23、所述硬脂酸钠水溶液的浓度为5wt%。

24、所述阻燃剂的制备方法为，将水滑石协效剂、氯化锌水溶液加入球磨机中进行球磨，控制球磨中的球料比为14-16:1，球磨转速为300-350rpm，时间为30-40min，加入聚乙烯亚胺水溶液，继续球磨1.5-2h，从球磨机中取出，在80-90℃下真空干燥，得到阻燃剂；

25、所述阻燃剂的制备中，水滑石协效剂、氯化锌水溶液、聚乙烯亚胺水溶液的用量比为(470-500)g:(200-250)ml:(200-230)ml；

26、所述氯化锌水溶液的浓度为10wt%；

27、所述聚乙烯亚胺水溶液的浓度为5wt%；

28、所述聚乙烯亚胺水溶液中聚乙烯亚胺的分子量为10000；

29、所述水滑石协效剂为水滑石dht-4a；

30、所述成核剂为成核剂na-11；

31、所述润滑剂为聚乙烯蜡、季戊四醇硬脂酸酯中的一种或组合；

32、所述偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷；

33、所述颜料为颜料红48:2、颜料黄191、颜料黑7、颜料紫23、颜料蓝15:3、颜料绿7中的一种。

34、一种前述的耐辐照聚丙烯色母粒的制备方法，将聚丙烯、光稳定剂、阻燃剂、反射粒子、水滑石协效剂、成核剂、增塑剂、偶联剂、颜料加入高速混合机中进行高速混合，然后加入双螺杆挤出机中进行熔融挤出、造粒，得到耐辐照聚丙烯色母粒；

35、所述熔融挤出中双螺杆挤出机的转速为400-450rpm，加工温度为：一区温度180-190℃，二区温度190-200℃，三区温度200-210℃，四区温度195-200℃，五区温度190-195℃。

36、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

37、（1）本发明的耐辐照聚丙烯色母粒，使用了功能反射粒子，在制备功能反射离子时，首先将金红石型二氧化钛与聚乙二醇400结合，将聚乙二醇400吸附于金红石型二氧化钛表面，提高金红石型二氧化钛的分散性及表面官能团数量，然后与氯化钙水溶液混合，氯化钙通过鳌合作用与聚乙二醇400结合，将钙离子吸附于外层，最后与硬脂酸钠水溶液结合，将硬脂酸钠通过与钙离子的相互作用吸附于外层，硬脂酸钠的引入，能够提高反射粒子的分散性及与聚丙烯的相容性，硬脂酸钠与钙离子结合后，还能够起到成核剂、卤素吸收剂、润滑剂的作用，从而能够提高聚丙烯的耐老化性和力学性能，还使用了含水滑石dht-4a的阻燃剂，在制备阻燃剂时，首先将水滑石dht-4a与氯化锌水溶液混合，氯化锌吸附于水滑石dht-4a表面及层间，然后与聚乙烯亚胺混合，聚乙烯亚胺通过与锌离子的作用吸附于水滑石dht-4a表面及层间，从而提高了水滑石dht-4a的分散性及与聚丙烯的相容性；

38、（2）本发明的耐辐照聚丙烯色母粒，在230℃、2.16kg下的熔融指数为31.2-32.7g/10min，过滤性能为0.6-1.0mpa/g；

39、（3）由本发明的耐辐照聚丙烯色母粒制备的无纺布的表面电阻率为0.9×109-2.5×109ω；

40、（4）本发明的耐辐照聚丙烯色母粒具有优秀的力学性能，由本发明的耐辐照聚丙烯色母粒制备的无纺布的表面电阻率为纵向强力为36.87-39.80n/5cm，横向强力为17.38-18.84n/5cm；

41、（5）由本发明的耐辐照聚丙烯色母粒制备的无纺布的极限氧指数为26.0-28.8%；

42、（6）由本发明的耐辐照聚丙烯色母粒制备的无纺布的色牢度为5级；

43、（7）本发明的耐辐照聚丙烯色母粒具有优秀的耐热性，由本发明的耐辐照聚丙烯色母粒制备的无纺布的热变形温度为113-121℃；

44、（8）本发明的耐辐照聚丙烯色母粒具有优秀的耐老化性，由本发明的耐辐照聚丙烯色母粒制备的无纺布-20℃下静置30d后，纵向强力下降率为3.15-3.38%，横向强力下降率为3.00-3.14%；

45、（9）本发明的耐辐照聚丙烯色母粒具有优秀的耐辐照性，使用辐照剂量为50kgy的x射线对由本发明的耐辐照聚丙烯色母粒制备的无纺布进行辐照，纵向强力下降率为2.08-2.48%，横向强力下降率为1.91-2.17%；使用辐照剂量为50kgy的γ射线对由本发明的耐辐照聚丙烯色母粒制备的无纺布进行辐照，纵向强力下降率为2.30-2.64%，横向强力下降率为2.21-2.47%；使用辐照剂量为50kgy的电子束对由本发明的耐辐照聚丙烯色母粒制备的无纺布进行辐照，纵向强力下降率为3.23-3.50%，横向强力下降率为2.97-3.43%。