一種紫外光輻照引發(fā)熔融聚丙烯接枝馬來酸酐的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高分子材料領(lǐng)域，具體涉及一種采用紫外光輻照引發(fā)熔融聚丙烯接枝馬來酸酐的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚丙烯(PP)是五大通用塑料之一，具有良好的力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性以及價(jià)格優(yōu)勢。然而，由于PP的非極性和結(jié)晶性，使得它的親水性、相容性差，不易濕潤、粘合、印刷及涂覆。因此需要對聚丙烯進(jìn)行改性，增加其極性，擴(kuò)寬其應(yīng)用范圍。接枝極性單體是一種有效的提高聚丙烯極性的方法，目前工業(yè)中常用的改性單體是馬來酸酐。
[0003]將馬來酸酐接枝到聚丙烯主鏈上的方法有溶液接枝法、熔融接枝法、固相接枝法、懸浮接枝法和輻射接枝法等。
[0004]申請?zhí)枮?01510244431.7的中國發(fā)明專利公開了一種馬來酸酐接枝聚丙烯的制備方法，該方法采用的是熔融接枝的方法，將過氧化物類引發(fā)劑與輔助單體苯乙烯配制成溶液，在雙螺桿擠出機(jī)的不同螺筒段的多個(gè)位置連續(xù)計(jì)量輸入。該方法工藝簡單、成本低，但由于反應(yīng)過程中溫度較高，過氧化物類引發(fā)劑使得聚丙烯自由基降解嚴(yán)重，產(chǎn)物接枝率低，材料性能不穩(wěn)定。
[0005]Sathe等(Sathe S N,S rinivasa Rao G S, Devi S.Grafting of maleicanhydride onto polypropylene: sythesis and characterizat1n!! J].Journal ofApplied Polymer Science, 1994,53(2): 239?245)米用過氧化苯甲酰為引發(fā)劑、甲苯為溶劑的溶液接枝法將ΜΑΗ接枝到PP上，ΜΑΗ的接枝率可達(dá)5.3%。但該方法需要使用大量高沸點(diǎn)、有毒溶劑，聚合物分離及溶劑回收工藝麻煩，反應(yīng)時(shí)間長，生產(chǎn)成本高，且易造成環(huán)境污染。
[0006]張志謙等(張志謙，王卓，金政，等.聚丙烯粉紫外光接枝馬來酸酐工藝參數(shù)對接枝率的影響[J].塑料工業(yè)，2000,28(2):38?39)以丙酮為界面活性劑、二苯甲酮為光敏劑、高壓反應(yīng)釜為接枝反應(yīng)器，采用固相紫外光接枝法在ΡΡ粉末表面接枝ΜΑΗ，當(dāng)ΜΑΗ質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%,反應(yīng)溫度30°C、光照時(shí)間3min時(shí)接枝率最高。該方法極大地降低了接枝溫度，但該方法僅適用于粉狀聚丙烯，且只能在PP粉末表面上接枝MAH，因此接枝率不是很高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了解決以上現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足之處，本發(fā)明提出一種紫外光輻照引發(fā)熔融聚丙烯接枝馬來酸酐的制備方法。
[0008]本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0009]本發(fā)明采用紫外光輻照位于雙螺桿擠出機(jī)裝置中的熔融態(tài)聚丙烯來制備馬來酸酐接枝聚丙烯。該擠出機(jī)的料筒上開設(shè)了一些可以使紫外光輻照的通光口，紫外燈安裝在通光口上方。聚丙烯和馬來酸酐在擠出機(jī)的喂料口加入，經(jīng)過擠出機(jī)的熔融和混合后，在通光口處接受紫外光的輻照，然后經(jīng)擠出機(jī)口模擠出即可得到產(chǎn)物馬來酸酐接枝聚丙烯。
[0010]—種紫外光輻照引發(fā)熔融聚丙烯接枝馬來酸酐的制備方法，包括以下步驟:
[0011](1)按重量份計(jì)，將聚丙烯類樹脂、馬來酸酐、光敏劑與接枝助劑混合均勻;所述聚丙烯類樹脂、馬來酸酐、光敏劑與接枝助劑的重量份數(shù)分別為100份、1?7份、0?3.0份、0?5份；
[0012](2)設(shè)置擠出機(jī)的溫度，開啟紫外燈;所述擠出機(jī)的料筒上設(shè)有通光口，所述通光口設(shè)置在熔融段和/或均化段;所述紫外燈置于通光口上方5?30cm處;所述設(shè)置擠出機(jī)的溫度為聚丙烯類樹脂熔融溫度以上；
[0013](3)將步驟(1)的混合物加入到擠出機(jī)料斗中；
[0014](4)待擠出機(jī)達(dá)到設(shè)定溫度后，開啟擠出機(jī)進(jìn)行熔融共混擠出，得到馬來酸酐接枝聚丙烯。
[0015]所述的聚丙烯類樹脂為均聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯或無規(guī)共聚聚丙烯中的一種以上，但至少有其中一種聚丙烯，所述的聚丙烯類樹脂形態(tài)為粉狀或者粒狀。
[0016]所述的光敏劑為裂解型自由基型光引發(fā)劑或奪氫型自由基型光引發(fā)劑中的一種以上。
[0017]所述裂解型自由基型光引發(fā)劑為苯偶姻異丙醚、α，α-二氯代苯乙酮、α，α-二乙氧基苯乙酮(DEAP)、三甲基苯甲酰二苯基氧化膦(ΤΡ0)、雙苯甲?；交趸?819)、2_甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-嗎啉-1-丙酮(907)、1_羥基-環(huán)己基苯基甲酮(184)或2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(1173)中的一種以上。
[0018]所述奪氫型自由基型光引發(fā)劑為二苯甲酮、四甲基米蚩酮(MK)、硫雜蒽酮或二乙基硫雜蒽酮(DETX)中的一種以上。
[0019]所述的接枝助劑為單官能團(tuán)或多官能團(tuán)單體;所述單官能團(tuán)單體為苯乙烯或α-甲基苯乙烯中一種，所述多官能團(tuán)單體為三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(ΤΜΡΤΑ)或Ν，Ν-二甲基甲酰胺中的一種。
[0020]所述的馬來酸酐優(yōu)選為5份。
[0021]所述的紫外燈為高壓汞燈，功率為0.5?3kW，優(yōu)選為lkW。
[0022]所述的擠出機(jī)是指雙螺桿擠出機(jī)，長徑比優(yōu)選為40:1。
[0023]步驟(4)中共混擠出時(shí)，雙螺桿擠出機(jī)溫度為:加料段140?160°C，熔融段160?180°C，均化段 180 ?180°C。
[0024]步驟(5)中共混擠出時(shí)，雙螺桿擠出機(jī)的喂料轉(zhuǎn)速為50?90rpm，優(yōu)選為80rpm。
[0025]步驟(5)中共混擠出時(shí)，雙螺桿擠出機(jī)的螺桿轉(zhuǎn)速為50?150rpm，優(yōu)選為1 OOrpm。
[0026]本發(fā)明的制備方法及所得到的產(chǎn)物具有如下優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
[0027](1)本發(fā)明利用雙螺桿擠出機(jī)，采用熔融接枝法制備馬來酸酐接枝聚丙烯，反應(yīng)時(shí)間短，設(shè)備簡單；
[0028](2)本發(fā)明通過控制主機(jī)轉(zhuǎn)速、喂料速度、溫度等因素，可以控制反應(yīng)程度；
[0029](3)本發(fā)明采用紫外光引發(fā)從而避免了過氧化物類引發(fā)劑對聚丙烯的嚴(yán)重降解。
【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明的紫外光照聚丙烯接枝馬來酸酐裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031 ] 1-機(jī)體，2-料筒，3-喂料口(即料斗)，4-通光口，5-紫外光發(fā)生器，6_出料口 ；
[0032]圖2為實(shí)施例1制備的聚丙烯接枝馬來酸酐中馬來酸酐接枝率隨馬來酸酐含量的變化曲線；
[0033]圖3為實(shí)施例5制備的聚丙烯接枝馬來酸酐中馬來酸酐接枝率隨紫外燈功率的變化曲線；
[0034]圖4為實(shí)施例6制備的聚丙烯接枝馬來酸酐中馬來酸酐接枝率隨擠出機(jī)主機(jī)轉(zhuǎn)速(螺桿轉(zhuǎn)速)的變化曲線；
[0035]圖5為實(shí)施例7制備的聚丙烯接枝馬來酸酐中馬來酸酐接枝率隨擠出機(jī)喂料速度(喂料轉(zhuǎn)速)的變化曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0037]實(shí)施例中所用的馬來酸酐接枝聚丙烯的接枝率測試步驟如下:
[0038](1)稱取lg馬來酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)置于500mL平底燒瓶中，加入50mL二甲苯，160°C加熱回流30min，冷卻一段時(shí)間后，加入大量丙酮使之完全沉淀，過濾，用丙酮清洗三次，得到白色、粉末狀產(chǎn)物，將產(chǎn)物于70°C干燥箱烘干一段時(shí)間后取出備用；(2)將烘干后的產(chǎn)物在200°C壓成薄膜用紅外儀分析并計(jì)算接枝率。
[0039]實(shí)施例1
[0040]—種紫外光輻照引發(fā)熔融聚丙烯接枝馬來酸酐的制備方法，包括以下步驟:
[0041 ] a.按重量份計(jì)數(shù)，稱取100份聚丙烯H1030，2份光敏劑二苯甲酮，分別與1、3、5、7份馬來酸酐混合均勻；
[0042]b.設(shè)置好擠出機(jī)的溫度;所述擠出裝置示意圖如圖1所示;所述擠出機(jī)的料筒上設(shè)有通光口；
[0043]c.將功率為lkW的紫外燈置于擠出機(jī)的通光口上方10cm處，開啟紫外燈；
[0044]d.將步驟a所得混合物加入擠出機(jī)料斗中；
[0045]e.待擠出機(jī)達(dá)到設(shè)定溫度后，開啟擠出機(jī)進(jìn)行熔融共混擠出，得到馬來酸酐接枝聚丙烯;所述擠出機(jī)為雙螺桿擠出機(jī)，雙螺桿擠出機(jī)長徑比為40:1，主機(jī)轉(zhuǎn)速(螺桿轉(zhuǎn)速)lOOrpm，喂料轉(zhuǎn)速 80rpm，溫度設(shè)置為:1 區(qū) 140°C，2區(qū) 160°C，3區(qū) 180°C，4區(qū) 180°C，5區(qū) 180°C，6區(qū)180°C，7區(qū)180°C，8區(qū)180°C。其中1、2區(qū)為加料段，3、4、5區(qū)為熔融段，6、7區(qū)為均化段，8區(qū)為機(jī)頭口模段。
[0046]所得的產(chǎn)物經(jīng)處理后的紅外光譜圖中1790cm—1左右處的吸收峰為馬來酸酐的特征吸收峰，表明該實(shí)施例中的聚丙烯已經(jīng)接枝上馬來酸酐，測得的接枝率隨馬來酸酐含量的變化曲線如圖2所示。
[0047]從圖2中可以看出，隨著馬來酸酐的含量(馬來酸酐占聚丙烯的百分含量)增加，聚丙烯的接枝率隨之增加，但馬來酸酐含量超過5%時(shí)接枝率增加的變化率并不大。
[0048]實(shí)施例2
[0049]—種紫外光輻照引發(fā)熔融聚丙烯接枝馬來酸酐的制備方法，包括以下步驟:
[0050]a.按重量份計(jì)數(shù)，稱取100份聚丙烯H1030，5份馬來酸酐，2份光敏劑1-羥基-環(huán)己基苯基甲酮184，混合均勻；
[0051]b.設(shè)置好擠出機(jī)的溫度;所述擠出裝置示意圖如圖1所示;所述擠出機(jī)的料筒上設(shè)有通光口；
[0052]c.將功率為lkW的紫外燈置于擠出機(jī)的通光口上方10cm處，開啟紫外燈；
[0053]d.將步驟a所得混合物加入擠出機(jī)料斗中；
[0054]e.待擠出機(jī)達(dá)到設(shè)定溫度后，開啟擠出機(jī)進(jìn)行熔融共混擠出，得到馬來酸酐接枝聚丙烯;所述擠出機(jī)為雙螺桿擠出機(jī)，雙螺桿擠出機(jī)長徑比為40:1，主機(jī)轉(zhuǎn)速lOOrpm，喂料轉(zhuǎn)速 80rpm，溫度設(shè)置為:1 區(qū) 140。。，2區(qū) 160。。，3區(qū) 180°C，4區(qū) 180°C，5區(qū) 180°C，6區(qū) 180°C，7區(qū)180°C，8區(qū)180°C。其中1、2區(qū)為加料段，3、4、5區(qū)為熔融段，6、7區(qū)為均化段，8區(qū)為機(jī)頭口模段。
[0055]所得的產(chǎn)物經(jīng)處理后的紅外光譜圖中1790cm—1左右處的吸收峰為馬來酸酐的特征吸收峰，表明該實(shí)施例中的聚丙烯已經(jīng)接枝上馬來酸酐，測得的接枝率為1.8%。
[0056]實(shí)施例3
[0057]一種紫外光輻照引發(fā)熔融聚丙烯接枝馬來酸酐的制備方法，包括以下步驟:
[0058]a.按重量份計(jì)數(shù)，稱取100份聚丙烯H1030，5份馬來酸酐，2份光敏劑二苯甲酮，1份單官能團(tuán)單體接枝助劑苯乙烯，混合均勻；
[0059]b.設(shè)置好擠出機(jī)的溫度;所述擠出裝置示意圖如圖1所示;所述擠出機(jī)的料筒上設(shè)有通光口；
[0060]c.將功率為lkW的紫外燈置于擠出機(jī)的通光口上方10cm處，開啟紫外燈；
[0061 ] d.將步驟a所得混合物加入擠出機(jī)料斗中；
[0062]e.待擠出機(jī)達(dá)到設(shè)定溫度后，開啟擠出機(jī)進(jìn)行熔融共混擠出，得到馬來酸酐接枝聚丙烯;所述擠出機(jī)為雙螺桿擠出機(jī)，雙螺桿擠出機(jī)長徑比為40:1，主機(jī)轉(zhuǎn)速lOOrpm，喂料轉(zhuǎn)速 80rpm，溫度設(shè)置為:1 區(qū) 140。。，2區(qū) 160。。，3區(qū) 180°C，4區(qū) 180°C，5區(qū) 180°C，6區(qū) 180°C，7區(qū)180°C，8區(qū)180°C。其中1、2區(qū)為加料段，3、4、5區(qū)為熔融段，6、7區(qū)為均化段，8區(qū)為機(jī)頭口模段。
[0063]所得的產(chǎn)物經(jīng)處理后的紅外光譜圖中1784cm—1左右處的吸收峰為馬