有機化微晶白雲母/尼龍6/pp複合材料的製備方法

2023-04-25 15:51:31

專利名稱：有機化微晶白雲母/尼龍6/pp複合材料的製備方法
技術領域：
本發明涉及以無機剛性粒子有機化微晶白雲母為增強填料，有機剛性粒子尼龍6 為增韌劑，馬來酸酐接枝聚乙烯PE-g-MAH為相容劑，PP (聚丙烯)為基體材料，採用熔融共混技術製備有機化微晶白雲母/尼龍6/PP複合材料的方法，屬於複合材料領域。本發明製備的有機化微晶白雲母/尼龍6/PP複合材料具有優良的力學性能，可廣泛應用於汽車配件、家用電器、化工、建築、輕工、醫療器械等領域。
背景技術：
PP是由丙烯聚合而製得的一種熱塑性樹脂，是一種結晶性非極性聚合物，具有質輕、價廉、無毒、無味等特點，而且還具有耐腐蝕、機械強度較高等優點。但其收縮率大，抗蠕變性差，並由此而導致製品尺寸穩定性差，容易產生翹曲變形，且脆性高、缺口衝擊強度低， 特別是在低溫時尤為嚴重，同傳統工程塑料相比還存在模量低，耐熱性差及耐光、熱老化性能差等缺點，從而限制了PP材料的進一步推廣和應用。如何有效提高PP材料的綜合性能， 開發具有高拉伸強度、高衝擊強度的PP複合材料，拓寬其應用領域，是當今PP材料研究中急需解決的重要科學問題之一陳程林.聚丙烯改性技術及製品應用[J].玻璃纖維，2006， (4)；喻茹，林金輝，王曉豔.納米SiO2改性PP/微晶白雲母複合材料的研究[J].中國非金屬礦工業導刊，2009，(6)。已有研究表明，採用無機剛性粒子(如CaC03、CaSi03、BaS04、Ti02、粘土、滑石等)和有機剛性粒子(聚苯醚、聚對苯二甲酸乙二醇酯、尼龍等)改性高分子材料，不但能保持高分子材料自身的一些優異性能，還可有效提高高分子材料的強度和韌性，同時賦予高分子材料良好的耐熱性，延長使用壽命楊茹欣，李瑋，何穎.聚丙烯合金技術新進展及其應用[J] .塑料工業，2006，34 (5)；黃國望，彭響方.改性黏土填充PP/PA6複合材料製備與性能研究進展[J].塑料科技，2008，36 (11)；伍玉嬌，楊紅軍，駱丁勝，等.PP/PA6複合材料結構與力學性能研究[J].塑料科技，2008，36 O)。但不同類型的剛性粒子對提高高分子材料性能的程度存在一定的差異。微晶白雲母是近年來在川西地區發現的一種新型白雲母類礦物資源，性能優良， 儲量豐富。呈無色、灰白色、淺綠色，透明，玻璃光澤，解理面呈珍珠光澤，{001}解理極完全， {110}和{010}解理不完全；折光率 Ng = 1.598，Nm = 1.592，Np = 1. 564，硬度 2. 56，比重 2. 86;其結晶顆粒天然超細，粒徑小於10 ym，一般1 μπι飛μ m，具有微米級的晶體或晶片(簡稱「微晶」)；主要化學成分(重量百分比)為:Si0245 . 7 %、Al2O3 30. 51 %、K2Oll. 63 %、H204.53 %。與其他常見的矽酸鹽礦物相比，微晶白雲母具有高強度、耐熱、耐酸鹼、絕緣、 化學穩定、耐候性、防紫外線、抗老化等優異性能；與傳統的白雲母礦物相比，它具有天然粒度細、易磨碎、化學活性高的特性，是一種高品質的無機剛性粒子填料，作為高分子材料的補強填料，在PP基複合材料中具有廣闊的應用前景林金輝，汪靈，鄧苗，等.川西地區微晶白雲母的礦物學特徵研究[J].礦物巖石，2005，25(3)；毛玉元，候立瑋.新的微晶白雲母資源的開發及其粉體材料的應用[J].中國粉體技術，2002，8(4)。但由於微晶白雲母的親水性，使之與高分子材料的界面性質不同，相容性差，難以在高分子材料基體中均勻分散， 直接填充往往容易導致材料的某些力學性能下降，因此，必須對其進行表面改性，提高它在有機基質中的分散性。偶聯劑是目前應用最廣泛的表面改性劑，它適用於各種不同的有機高分子和無機礦物填料複合體系廖俊，陳聖雲，康宇峰，等.矽烷偶聯劑及其在複合材料中的應用[J].化工新型材料，2001，四(9)；薛茹君，吳玉程.矽烷偶聯劑修飾改性的機理及改性絹雲母的性能[J].矽酸鹽學報，2007，35 (3)。尼龍6為乳白色結晶極性聚合物，具有較穩定的化學特性，較高的衝擊強度、拉伸強度，以及良好的耐磨損性和耐熱性，還具有優良的成型表面光澤。作為PP增韌劑，能明顯改善PP製品的抗衝擊性能，增加製品的表面光潔度，提高製品的耐熱性能。但由於尼龍 6是極性聚合物，與非極性聚合物PP相容性較差，兩種聚合物共混時，需要加入分別和該兩種聚合物相容性都好的相容劑，改善尼龍-6與PP的相容性，進而提高PP的力學性能伍玉嬌，楊紅軍，駱丁勝，等.POE-g-MAH對PP /PA6共混體系形態結構與力學性能的影響[J]. 塑料，2007，36 (5)；王曉豔，林金輝，郝孝麗.微晶白雲母/PE-g-MAH/PP複合材料的製備及其力學性能研究[J].中國非金屬礦工業導刊，2009，(5)；劉長生.尼龍6/聚丙烯共混體系研究進展[J].湖北化工，2001，O)。目前，增強增韌PP材料的改性方法可分為化學方法和物理方法兩大類。化學改性是通過共聚、接枝等方法在PP分子鏈中引入其它組分，或通過加入交聯劑進行交聯改性， 改變PP分子鏈上的原子或原子團的種類及組合方式，賦予PP較高的抗衝擊性能、耐低溫性能、耐老化性能等，包括嵌段共聚、接枝共聚、交聯反應等；物理改性是以PP為基材，配以其它的聚合物、無機材料以及特殊功能的助劑，經過混合、混煉而製得具有特定性能的PP複合材料，包括填充改性、共混改性、增強改性和功能改性等，是一種增強增韌PP材料的簡單方便、有效、低成本的方法原京龍，趙偉，王麗.聚丙烯改性研究進展[J].塑料科技，2008， ⑴；亢小麗.淺談聚丙烯改性方法[J].太原科技，2007，(11)。經檢索，未發現以無機剛性粒子有機化微晶白雲母為增強填料，有機剛性粒子尼龍6為增韌劑，馬來酸酐接枝聚乙烯PE-g-MAH為相容劑，PP為基體材料，採用熔融共混技術製備有機化微晶白雲母/尼龍6/PP複合材料的方法的專利申請或文獻報導。本發明的目的是，通過引入片狀微晶白雲母和尼龍6，協同增強增韌PP材料，提高PP製品尺寸穩定性和耐高溫蠕變性，提供一種製備綜合性能優良的機化微晶白雲母/尼龍6/PP複合材料的方法。

發明內容
本發明涉及以無機剛性粒子有機化微晶白雲母為增強填料，有機剛性粒子尼龍6 為增韌劑，馬來酸酐接枝聚乙烯PE-g-MAH為相容劑，PP (聚丙烯)為基體材料，採用熔融共混技術製備有機化微晶白雲母/尼龍6/PP複合材料的方法，有如下工藝步驟
(1)將微晶白雲母礦物進行預熱乾燥，乾燥溫度90 110°C，乾燥時間2 4 h，去除礦物表面吸附水；
(2)按佔以步驟(1)乾燥的微晶白雲母礦物質量的0.9%稱取Y-氨丙基三乙氧基矽烷改性劑，並按Y-氨丙基三乙氧基矽烷無水乙醇水(體積比)=1:2:1的比例配製γ-氨丙基三乙氧基矽烷改性劑稀釋液；(3)採用幹法改性技術，將按步驟(1)乾燥的微晶白雲母礦物與按步驟(2)配製的 Y -氨丙基三乙氧基矽烷改性劑稀釋液在高速攪拌機中混合均勻，對微晶白雲母礦物進行表面改性，攪拌速度3000 r/min,表面改性溫度110°C，表面改性時間6(Γ80分鐘，製備有機化微晶白雲母；
(4)將按步驟(3)製備的有機化微晶白雲母與尼龍6、ΡΡ、馬來酸酐接枝聚乙烯 PE-g-MAH按照質量比5 15:8:92:4的比例混合均勻，在輥溫為175 °C 士5 °C條件下，採用雙輥混煉機混煉8 10 min ；
(5)在溫度為185士5°C的半自動壓力成型機上，將按步驟(4)混煉好的料預熱10 min 後，在10 MI^a壓力下壓制定型，保壓10 min後自然冷卻至室溫，製得有機化微晶白雲母/ 尼龍6/PP複合材料。上述工藝步驟(2)所說的Y-氨丙基三乙氧基矽烷的分子式為 NH2CH2CH2CH2Si (OC2H5)3 ；工藝步驟(4)所說的PP為等規聚丙烯，即全同立構聚丙烯。以上述工藝步驟，製備的有機化微晶白雲母/尼龍6/PP複合材料經力學性能測試分析表明，其拉伸強度為38. 68 41. 16 MPa、缺口衝擊強度為7. 97 8. 46 KJ/m2，分別較純PP材料的提高了 18. 76 26. 37%,40. 32 48. 94%，複合材料的力學性能得到了明顯改善ο本發明製備的有機化微晶白雲母/尼龍6/PP複合材料可廣泛應用於汽車配件、家用電器、化工、建築、輕工、醫療器械等領域。
具體實施例方式以下實施例進一步說明本發明，但並不限制本發明。實施例1
本發明的有機化微晶白雲母/尼龍6/PP複合材料的製備方法，該方法是以無機剛性粒子有機化微晶白雲母為增強填料，有機剛性粒子尼龍6為增韌劑，馬來酸酐接枝聚乙烯 PE-g-MAH為相容劑，PP (聚丙烯)為基體材料，採用熔融共混技術，製備有機化微晶白雲母 /尼龍6/PP複合材料。其工藝過程是將微晶白雲母礦物進行預熱乾燥，乾燥溫度110 V， 乾燥時間2h，去除礦物表面吸附水；按佔乾燥的微晶白雲母礦物質量的0.9%稱取γ-氨丙基三乙氧基矽烷改性劑，並按Y-氨丙基三乙氧基矽烷無水乙醇水(體積比)=1:2:1 的比例配製Y-氨丙基三乙氧基矽烷改性劑稀釋液；採用幹法改性技術，將乾燥的微晶白雲母礦物與配製的Y-氨丙基三乙氧基矽烷改性劑稀釋液在高速攪拌機中混合均勻，對微晶白雲母礦物進行表面改性，攪拌速度3000 r/min，表面改性溫度110°C，表面改性時間70 分鐘，製備有機化微晶白雲母；將製備的有機化微晶白雲母與尼龍6、PP、馬來酸酐接枝聚乙烯PE-g-MAH按照質量比8:8:92:4的比例混合均勻，在輥溫為175 °C 士5 °C條件下，採用雙輥混煉機混煉Smin ；在溫度為185士5 °C的半自動壓力成型機上，將混煉好的料預熱8 min後，在10 MI^a壓力下壓制定型，保壓10 min後自然冷卻至室溫，製得有機化微晶白雲母 /尼龍6/PP複合材料。以上述工藝步驟，製備的有機化微晶白雲母/尼龍6/PP複合材料經力學性能測試分析表明，其拉伸強度為39. 45MPa、缺口衝擊強度為8.41KJ/m2，分別較純PVC材料的提高了 21. 12%,48. 05%，複合材料的力學性能得到了明顯改善。
5
本發明製備的有機化微晶白雲母/尼龍6/PP複合材料可廣泛應用於汽車配件、家用電器、化工、建築、輕工、醫療器械等領域。實施例2:
本發明的有機化微晶白雲母/尼龍6/PP複合材料的製備方法，該方法是以無機剛性粒子有機化微晶白雲母為增強填料，有機剛性粒子尼龍6為增韌劑，馬來酸酐接枝聚乙烯 PE-g-MAH為相容劑，PP (聚丙烯)為基體材料，採用熔融共混技術，製備有機化微晶白雲母 /尼龍6/PP複合材料。其工藝過程是將微晶白雲母礦物進行預熱乾燥，乾燥溫度100 V， 乾燥時間池，去除礦物表面吸附水；按佔乾燥的微晶白雲母礦物質量的0.9%稱取Y-氨丙基三乙氧基矽烷改性劑，並按Y-氨丙基三乙氧基矽烷無水乙醇水(體積比)=1:2:1的比例配製Y-氨丙基三乙氧基矽烷改性劑稀釋液；採用幹法改性技術，將乾燥的微晶白雲母礦物與配製的Y-氨丙基三乙氧基矽烷改性劑稀釋液在高速攪拌機中混合均勻，對微晶白雲母礦物進行表面改性，攪拌速度3000 r/min,表面改性溫度110°C，表面改性時間80分鐘，製備有機化微晶白雲母；將製備的有機化微晶白雲母與尼龍6、PP、馬來酸酐接枝聚乙烯PE-g-MAH按照質量比12:8:92:4的比例混合均勻，在輥溫為175 °C 士5 °C條件下，採用雙輥混煉機混煉IOmin ；在溫度為185士5 °C的半自動壓力成型機上，將混煉好的料預熱10 min後，在10 MI^a壓力下壓制定型，保壓10 min後自然冷卻至室溫，製得有機化微晶白雲母 /尼龍6/PP複合材料。以上述工藝步驟，製備的有機化微晶白雲母/尼龍6/PP複合材料經力學性能測試分析表明，其拉伸強度為40. lOMPa、缺口衝擊強度為8. 46KJ/m2，分別較純PVC材料的提高了 23. 12%,48. 94%，複合材料的力學性能得到了明顯改善。本發明製備的有機化微晶白雲母/尼龍6/PP複合材料可廣泛應用於汽車配件、家用電器、化工、建築、輕工、醫療器械等領域。
權利要求
1.以無機剛性粒子有機化微晶白雲母為增強填料，有機剛性粒子尼龍6為增韌劑，馬來酸酐接枝聚乙烯PE-g-MAH為相容劑，PP (聚丙烯)為基體材料，採用熔融共混技術製備有機化微晶白雲母/尼龍6/PP複合材料的方法，其特徵有如下工藝步驟(1)將微晶白雲母礦物進行預熱乾燥，乾燥溫度90 110°C，乾燥時間2 4 h，去除礦物表面吸附水；(2)按佔以步驟(1)乾燥的微晶白雲母礦物質量的0.9%稱取Y-氨丙基三乙氧基矽烷改性劑，並按Y-氨丙基三乙氧基矽烷無水乙醇水(體積比)=1:2:1的比例配製γ-氨丙基三乙氧基矽烷改性劑稀釋液；(3)採用幹法改性技術，將按步驟(1)乾燥的微晶白雲母礦物與按步驟(2)配製的 Y-氨丙基三乙氧基矽烷改性劑稀釋液在高速攪拌機中混合均勻，對微晶白雲母礦物進行表面改性，攪拌速度3000 r/min,表面改性溫度110°C，表面改性時間6(Γ80分鐘，製備有機化微晶白雲母；(4)將按步驟(3)製備的有機化微晶白雲母與尼龍6、ΡΡ、馬來酸酐接枝聚乙烯 PE-g-MAH按照質量比5 15:8:92:4的比例混合均勻，在輥溫為175 °C 士5 °C條件下，採用雙輥混煉機混煉8 10 min ；(5)在溫度為185士 5 °C的半自動壓力成型機上，將按步驟(4)混煉好的料預熱10 min 後，在10 MI^a壓力下壓制定型，保壓10 min後自然冷卻至室溫，製得有機化微晶白雲母/ 尼龍6/PP複合材料。
2.根據權利要求1所述的有機化微晶白雲母/尼龍6/PP複合材料的製備方法，其特徵在於所說的Y -氨丙基三乙氧基矽烷的分子式為NH2CH2CH2CH2Si (OC2H5) 3 ；所說的PP為等規聚丙烯，即全同立構聚丙烯。
3.根據權利要求1所述的有機化微晶白雲母/尼龍6/PP複合材料的製備方法，其特徵在於該材料的拉伸強度為38. 68 41. 16 MPa、缺口衝擊強度為7. 97 8. 46 KJ/m2。
全文摘要
本發明涉及以無機剛性粒子有機化微晶白雲母為增強填料，有機剛性粒子尼龍6為增韌劑，馬來酸酐接枝聚乙烯PE-g-MAH為相容劑，PP(聚丙烯)為基體材料，採用熔融共混技術製備有機化微晶白雲母/尼龍6/PP複合材料的方法，屬於複合材料領域。製備的有機化微晶白雲母/尼龍6/PP複合材料的拉伸強度為38.68～41.16MPa、缺口衝擊強度為7.97～8.46kJ/m2，複合材料的力學性能得到了明顯改善。本發明製備的有機化微晶白雲母/尼龍6/PP複合材料具有優良的力學性能，可廣泛應用於汽車配件、家用電器、化工、建築、輕工、醫療器械等領域。
文檔編號C08L51/06GK102276914SQ20111019806
公開日2011年12月14日 申請日期2011年7月15日 優先權日2011年7月15日
發明者周世一, 徐本梁, 林金輝 申請人:成都理工大學