納米粒子改性小本體聚丙烯材料及其製備方法
2023-08-07 10:47:11 2
專利名稱：納米粒子改性小本體聚丙烯材料及其製備方法
技術領域：
本發明屬聚合物改性的技術領域，具體而言涉及一種無機納米粒子改性小本體聚丙烯材料及其製備技術。
背景技術：
聚丙烯(PP)是由丙烯單體聚合而成的熱塑性樹脂屬五大通用塑料之一，由於其來源豐富價格低廉，合成工藝簡單，加之物理綜合性能好，而成為通用塑料中增加最快的品種。然而由於它也存在著許多不足之處，產品脆性大，特別是低溫抗衝擊性不好，熱穩定性小，耐氣候性差，高溫剛性不足等，使其應用受到一定的限制。因此，對聚丙烯進行改性已成為近年來一個重要的研究方向。
採用納米微粒填充改性聚合物是形成高性能高分子複合材料的重要手段。通常認為，優化這種複合材料性能的關鍵在於實現納米微粒在聚合物中的超細微分散，因此目前的研究主要利用特殊的製備方法(如插層聚合和溶液共混等)，以改善納米微粒在聚合物基體內的分散，但這些分散方法均不能將納米微粒象普通添料那樣在聚合物加工中廣泛應用。
利用常規的熔融共混加工方法將納米微粒直接添加到聚合物中，受動力學因素的控制，只有極少量的納米微粒可能在較高粘度的樹脂基體中形成初級微粒水平分散，大部分納米微粒仍將以團聚體形式存在，這些團聚體的結構較為鬆散，在材料受力時容易產生應力集中而率先破壞，裂紋擴展阻力不大。因此，納米改性的關鍵是提高納米粒子在聚合物中的分散和相容性能。在現有技術中，主要通過對納米粒子的表面改性如用偶聯劑處理、表面接枝、添加接枝聚合物相容劑等手段。
採用偶聯劑處理時，由於其分子量低，用量多會影響材料的力學性能，而用量少又會處理不均勻；而且，一般需要較高的溫度下使得納米粒子與偶聯劑進行混合，使得混合工藝較為複雜；採用納米粒子表面接枝工藝複雜，處理後的粒子需要進一步處理，因此成本增高；採用添加高分子接枝物由於用量少，且接枝物分子量大，不易很好地與納米粒子充分混合，使得應用效果也不夠理想。
發明內容
本發明是一種無機納米粒子改性小本體聚丙烯材料及其製備方法，目的在於針對現有技術的不足而提供的一種無機納米粒子改性小本體聚丙烯材料及其製備的方法。其特點是先將納米粒子經乾燥、超聲波分散，然後與用溶劑溶解了不飽和單體和引發劑的溶液在超聲波作用下進行混合、分散，經分散、混合的混合物在真空下乾燥後，與小本體pp在捏合機或高速混合機中混合，在雙螺杆擠出機中進行熔融共混、造粒得改性料。
本發明納米粒子改性小本體聚丙烯材料，其特徵在於是一種將無機納米粒子經乾燥、超聲波分散後與用溶劑溶解了不飽和單體和引發劑的溶液在超聲波作用下進行混合、分散；混合、分散後的無機納米粒子複合物經真空乾燥後與小本體聚丙烯、主抗氧劑、輔抗氧劑、潤滑劑加工助劑進行初混，在雙螺杆擠出機中進行熔融擠出共混造粒而成的無機納米粒子改性小本體聚丙烯材料，其組分含量為小本體聚丙烯粉100份；無機納米粒子1～10份；不飽和單體1～8份；引發劑為單體用量的0.1～1％；主抗氧劑0.1～0.5份；輔抗氧劑0.1～0.5份；潤滑劑0.1～1份，其拉伸模量為1020MPa～1240MPa；拉伸強度為29.68MPa～35.5MPa；彎曲模量為558MPa～691.8MPa；彎曲強度為25.49MPa～29.68MPa；簡支梁無缺口衝擊強度(-20℃)為7.3kJ/m2～8.5kJ/m2；維卡耐熱為98.2℃～103.1℃。
上述的納米粒子改性小本體聚丙烯材料的製備方法，其特徵是一種將無機納米粒子經乾燥、超聲波分散後與溶解了不飽和單體和引發劑的溶液在超聲波作用下進行混合、分散；混合、分散後的納米粒子複合物經真空乾燥後與小本體聚丙烯、主抗氧劑、輔抗氧劑、潤滑劑等加工助劑進行初混，在雙螺杆擠出機中進行熔融擠出共混造粒而成無機納米粒子改性小本體聚丙烯材料的方法。
上述的納米粒子改性小本體聚丙烯材料的製備方法，其特徵是所用的無機納米粒子為碳酸鈣、二氧化矽無機納米粒子，其粒徑小於100nm，所使用的不飽和單體是馬來酸酐，所使用的溶液是丙酮有機溶劑或水，所使用的引發劑是有機過氧化物或過硫酸鹽包括過氧化苯甲醯、過氧化二異丙苯或過硫酸銨，所使用的抗氧劑是B215和168，氯吸收劑和潤滑劑為硬酯酸鈣。
上述的納米粒子改性小本體聚丙烯材料的製備方法，所用各組分及其配比(按質量分數比)為小本體聚丙烯粉100份；無機納米粒子1～10份；不飽和單體1～8份；引發劑為單體用量的0.1～1％；主抗氧劑0.1～0.5份；輔抗氧劑0.1～0.5份；潤滑劑0.1～1份。
上述的納米粒子改性小本體聚丙烯材料的製備方法，其特徵是無機納米粒子首先在100～140℃下乾燥1～5hr；採用超聲波分散5～20min；將分散好的納米粒子與用丙酮溶解了不飽和單體和引發劑的溶液在超聲波作用下混合5～20min，而後進行真空乾燥。
上述的納米粒子改性小本體聚丙烯材料的製備方法，其特徵是所述的初混在高速混合機或在捏合機中常溫進行；所述的雙螺杆熔融共混擠出造粒的溫度在170～240℃下進行。
根據上述製備方法，其特點是在納米粒子表面均勻地吸附了引發劑和不飽和單體，使之在熔融共混過程中同時形成聚丙烯接枝馬來酸酐，碳酸鈣表面接枝馬來酸酐，以及在納米粒子中形成均聚物，可提高納米粒子與聚合物的相容性及其在共聚物中的分散性，從而提高聚丙烯的性能，簡化了製備工藝。
具體實施例方式
實施方式一將50g納米碳酸鈣在120℃乾燥2hr後，用超聲波分散15min；與溶解了20g馬來酸酐和0.2g過氧化二異丙苯丙酮溶液混合，在超聲波作用下分散10min後，真空乾燥；然後與1.0kg小本體聚丙烯(熔融指數3.5)、抗氧劑B2153g，抗氧劑168 2g、硬酯酸鈣5g在捏合機中混合1hr，在同向雙螺杆擠出機中進行反應擠出、造粒，溫度為170～240℃。得小本體pp納米碳酸鈣改性料。其性能見表1。
實施方式二將50g納米碳酸鈣在120℃乾燥2hr後，用超聲波分散15min；與溶解了20g馬來酸酐和0.2g過氧化二異丙苯的丙酮溶液混合，在超聲波作用下分散10min後，真空乾燥；然後與1.0kg小本體聚丙烯(熔融指數7.6)、抗氧劑B215 3g，抗氧劑168 2g、硬酯酸鈣5g在捏合機中混合1hr，在同向雙螺杆擠出機中進行反應擠出、造粒，擠出溫度為170～240℃，得小本體PP納米碳酸鈣改性料。其性能見表1。
實施方式三將20g納米二氧化矽在120℃乾燥2hr後，用超聲波分散15min；與溶解了8g馬來酸酐和0.16g過氧化二異丙苯丙酮溶液混合，在超聲波作用下分散10min後，真空乾燥；然後與1.0kg小本體聚丙烯(石家莊塑料廠070，熔融指數7.0)、抗氧劑B215 3g，抗氧劑168 2g、硬酯酸鈣5g在捏合機中混合1hr，在同向雙螺杆擠出機中進行反應擠出、造粒，擠出溫度為170～240℃，得小本體PP納米碳酸鈣改性料。其性能見表2。
表1納米碳酸鈣改性小本體聚丙烯的性能 表2.納米二氧化矽改性小本體聚丙烯性能
權利要求
1.一種納米粒子改性小本體聚丙烯材料，其特徵在於是一種將無機納米粒子經乾燥、超聲波分散後與用溶劑溶解了不飽和單體和引發劑的溶液，在超聲波作用下進行混合、分散；混合、分散後的無機納米粒子複合物經真空乾燥後與小本體聚丙烯、主抗氧劑、輔抗氧劑、潤滑劑加工助劑進行初混，在雙螺杆擠出機中進行熔融擠出共混造粒而成的無機納米粒子改性小本體聚丙烯材料，其組分含量為小本體聚丙烯粉100份；無機納米粒子1～10份；不飽和單體1～8份；引發劑為單體用量的0.1～1％；主抗氧劑0.1～0.5份；輔抗氧劑0.1～0.5份；潤滑劑0.1～1份，其拉伸模量為1020MPa～1240MPa；拉伸強度為29.68MPa～35.5MPa；彎曲模量為558MPa～691.8MPa；彎曲強度為25.49MPa～29.68MPa；簡支梁無缺口衝擊強度(-20℃)為7.3kJ/m2～8.5kJ/m2；維卡耐熱為98.2℃～103.1℃。
2.權利要求1所述的納米粒子改性小本體聚丙烯材料的製備方法，其特徵是一種將無機納米粒子經乾燥、超聲波分散後與用溶劑溶解了不飽和單體和引發劑的溶液在超聲波作用下進行混合、分散；混合、分散後的納米粒子複合物經真空乾燥後與小本體聚丙烯、主抗氧劑、輔抗氧劑、潤滑劑等加工助劑進行初混，在雙螺杆擠出機中進行熔融擠出共混造粒而成無機納米粒子改性小本體聚丙烯材料的方法。
3.按照權利要求2所述的納米粒子改性小本體聚丙烯材料的製備方法，其特徵是所用的無機納米粒子為碳酸鈣、二氧化矽無機納米粒子，其粒徑小於100nm，所使用的不飽和單體是馬來酸酐，所使用的溶劑是丙酮或水，所使用的引發劑是有機過氧化物或過硫酸鹽包括過氧化苯甲醯、過氧化二異丙苯或過硫酸銨，所使用的抗氧劑是B215和168，氯吸收劑和潤滑劑為硬酯酸鈣。
4.按照權利要求2所述的納米粒子改性小本體聚丙烯材料的製備方法，所用各組分及其配比(按質量分數比)為小本體聚丙烯粉100份；無機納米粒子1～10份；不飽和單體1～8份；引發劑為單體用量的0.1～1％；主抗氧劑0.1～0.5份；輔抗氧劑0.1～0.5份；潤滑劑0.1～1份。
5.按照權利要求2所述的納米粒子改性小本體聚丙烯材料的製備方法，其特徵是無機納米粒子首先在100～140℃下乾燥1～5hr；採用超聲波分散5～20min；將分散好的納米粒子與用丙酮溶解了不飽和單體和引發劑的溶液在超聲波作用下混合5～20min，而後進行真空乾燥。
6..按照權利要求2所述的納米粒子改性小本體聚丙烯材料的製備方法，其特徵是所述的初混在高速混合機或在捏合機中常溫進行；所述的雙螺杆熔融共混擠出造粒的溫度在170～240℃下進行。
全文摘要
一種納米粒子改性小本體聚丙烯材料及其製備方法涉及利用納米粒子改性小本體聚丙烯製備的方法，屬於聚合物改性的技術領域。具體是將納米粒子經乾燥、超聲波分散後與溶解了不飽和單體和引發劑的溶液在超聲波作用下進行混合、分散，經混合、分散後的納米粒子複合物真空乾燥後與小本體聚丙烯進行初混，在雙螺杆擠出機中進行造粒，即得改性小本體聚丙烯。在擠出過程中不飽和單體可以在引發劑作用下，既可與聚丙烯進行接枝，也可以在納米粒子表面進行接枝，從而提高了納米粒子在聚丙烯中的分散以及增加納米粒子與聚丙烯的相容性。從而可以提高改性聚丙烯的力學性能。此種製備方法簡化了納米粒子填充工藝，易於實施。
文檔編號C08L23/12GK1618860SQ20041001257
公開日2005年5月25日 申請日期2004年9月29日 優先權日2004年9月29日
發明者謝克昌, 趙彥生, 葉峻岭, 鮑衛仁, 盧建軍 申請人:太原理工大學