[發明專利]一種相形態與界面結晶調控制備高阻隔聚丙烯材料的方法

有效

• 申請號: 201810256233.6
• 申請日: 2018-03-27
• 公開（公告）號: CN108559174B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 羅珊珊;韋良強;孫靜;黃安榮;秦舒浩
• 申請（專利權）人: 貴州省材料產業技術研究院
• 主分類號: C08L23/12
• 分類號: C08L23/12;C08L77/02;C08K5/00
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本發明公開了一種相形態與界面結晶調控制備高阻隔聚丙烯材料的方法，其特點是利用微納層疊共擠出設備使含α成核劑的高阻隔聚合物在聚丙烯中原位微纖化。相形態調控和界面結晶調控有機結合，在聚丙烯中構筑取向微纖和“互鎖”α橫晶的多層次微觀結構。利用多層次微觀結構提高聚丙烯的氣體阻隔性能。本發明在無相容劑的情況下通過界面結晶的方式優化高阻隔聚合物與聚丙烯界面結構，解決了普通制備工藝中高阻隔聚合物與聚丙烯界面相互作用弱而制約氣體阻隔性能進一步提高的問題；且本發明所涉及的設備操作簡單，模具加工容易，制造成本低，可連續化生產，生產效率高，具有良好的工業應用前景。

技術領域

本發明涉及一種相形態與界面結晶調控制備高阻隔聚丙烯材料的方法，更具體的說是涉及使用微納層疊共擠出設備實現含α成核劑的高阻隔聚合物在純聚丙烯中原位微纖化，這種聚丙烯原位微纖復合材料中含有取向微纖和大量“互鎖”α橫晶結構，屬于高分子材料加工的技術領域。

背景技術

聚丙烯（PP），因其無毒、質輕、不透水、易加工、價格低廉而被廣泛應用于包裝工業中。然而，純聚丙烯材料對氧氣、二氧化碳等氣體的阻隔性差，極大地限制其在食品、醫藥等包裝領域的應用。大量研究表明，提高聚合物材料阻隔性能的關鍵在于：使不透氣的組分垂直于氣體透過方向取向排列，形成類似磚墻結構的“納米阻隔墻”結構（nano-barrierwalls），有效延長氣體分子在聚合物中擴散滲透的曲折路徑。目前，不透氣的組分主要有：片狀填料及其衍生物（蒙脫土、石墨烯等）、高阻隔聚合物（聚乙烯醇PVA、乙烯-乙烯醇共聚物EVOH等）。具有大長徑比或徑厚比的片狀填料廣泛用于改善聚合物的阻隔性能。但是，片狀填料的剝離、分散、取向通常需要復雜的工藝，難以工業化應用。相比于片狀填料，直接采用高阻隔聚合物來改善PP的阻隔性能顯得更加經濟環保，同時還能結合兩種聚合物各自的優異性能，受到廣泛關注。

研究發現，只有當高阻隔聚合物在PP中以纖維狀或片狀形態存在時，才能有效改善基體的阻隔性能。例如，Jarus [Polymer, 2002, 43: 2401-2408]等利用微層共擠出技術制備出PP/聚酰胺66（PA66）交替多層復合材料，然后將多層材料在兩相熔點間進行注塑。得到的注塑制品中PA66以微片狀存在，其氧氣滲透系數明顯低于球狀形態的傳統注塑制品。此外，高阻隔聚合物大多為極性聚合物，與非極性的聚丙烯基體界面相互作用較弱，兩者界面存在“縫隙”。這種“縫隙”會增加氣體的透過率，阻礙氣體阻隔性能的進一步提升。由此可見，采用高阻隔聚合物制備具有優異阻隔性能的聚丙烯材料需做到兩方面：其一，構筑取向的纖維狀或片狀分散相形態；其二，設計和優化分散相與基體的界面結構。

對于相形態調控方面，在聚合物共混體系中，分散相形態取決于兩相粘度比、組分比、表面張力比以及力場作用等。近年來，隨著加工技術的迅猛發展，越來越多的加工技術能夠促使分散相原位形成纖維或片狀形態，且沿著力場方向取向排列。例如，沈佳斌[Polymers for Advanced Technologies, 2011, 22: 237-245]等利用微納層共擠出技術中內在的應力場作用使聚酰胺6（PA6）在PP中原位微纖化。這些加工技術能夠高效可控地構筑取向的纖維狀或片狀分散相形態，為設計和制備高阻隔材料提供了新的平臺。

對于界面結構方面，目前主要通過加入相容劑來優化兩相界面。例如，李長金 [工程塑料應用, 2013, 41, 83-86]等通過微納疊層共擠出裝置實現EVOH在PP中原位形成片狀結構，結合馬來酸酐接枝聚丙烯（PP-g-MAH）改善兩相界面相互作用，提高PP的氣體阻隔性能。但是，大多數相容劑分子量低，比較柔軟，會引起復合材料其他性能的下降；且相容劑的合成工藝復雜，價格昂貴。