CN101544794A

CN101544794A - 一种含钛酸钾晶须和木粉的聚丙烯复合材料

Info

Publication number: CN101544794A
Application number: CN200910049807A
Authority: CN
Inventors: 汪济奎; 茅双明; 邱春长; 赵光; 付义术; 郭卫红
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2009-04-23
Filing date: 2009-04-23
Publication date: 2009-09-30

Abstract

本发明涉及一种含木粉和钛酸钾晶须的聚丙烯复合材料，包括以下组分及含量(重量份)：聚丙烯600－800、木粉100－400、钛酸钾晶须10－180、无机填料0－100、增韧剂0－100、蜡粉0－50、其它助剂10－150，其中木粉与钛酸钾晶须的最佳比例控制在3∶1～2∶1之间。由于本发明采用在聚丙烯中加入钛酸钾晶须和木粉的方法，实现了不同尺寸上对聚丙烯的改性，使聚丙烯中木粉与基体聚丙烯间的结合更加稳定，材料内部缺陷进一步减少，将原有改性的聚丙烯的强度、耐冲击性、耐热性进一步提高，同时还降低了聚丙烯熔体体系的黏度，使聚丙烯的适用范围更加广阔。

Description

一种含钛酸钾晶须和木粉的聚丙烯复合材料

技术领域

本发明提出一种主要由钛酸钾晶须和木粉复合改性增强聚丙烯的制备方法，属于聚丙烯改性技术领域。

背景技术

聚丙烯是由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂。有等规物、无规物和间规物三种构型，工业产品以等规物为主要成分。聚丙烯熔融温度约174℃，密度为0.91克/厘米3，是最轻的通用塑料，具有强度高、硬度大、耐磨、耐弯曲疲劳、耐热温度达120℃、耐湿和耐化学性优良、容易加工成型、价格低廉而应用广泛的通用高分子材料.聚丙烯的主要缺点有二个，一是收缩率大，并由此而导致制品尺寸稳定性差，容易产生翘曲变形，二是低温易脆断.当然，同传统工程塑料相比还存在模量低，耐热性差及耐光、热老化性能差等缺点。目前各行业使用的聚丙烯都是经过化学或物理改性的聚丙烯，如接枝、填充、复合等手段来克服聚丙烯的缺点。中国专利申请号01108594.0公开了一种微纤维/超微细粉末/聚丙烯复合材料，其中微纤维是无碱玻璃纤维、碳酸钙晶须、硫酸镁晶须或钛酸钾晶须中一种，无机超细粉末是硅石灰、滑石粉、碳酸钙、云母粉、高岭土、有机化层状硅酸盐或二氧化硅中的一种或几种，来获得性能优异的聚丙烯复合材料。中国申请专利号03129167.8还公开了一种含钛酸钾晶须和玻璃纤维的聚丙烯复合材料包括以下组分及含量(重量份)：聚丙烯400-600、玻璃纤维150-400、钛酸钾晶须1-400、无机填料0-100、增塑剂50-200、其它助剂30-240。由于此发明采用在聚丙烯中加入钛酸钾晶须和玻璃纤维的方法，提高了聚丙烯的强度、耐冲击性、耐热性进一步提高，使聚丙烯的适用范围更加广阔。但是使用玻璃纤维改性过的制件脱模后易变形；制件表面一般比较粗糙；成型机械与模具受损严重等缺点.此外，玻璃纤维是由熔融玻璃拉成的纤维，它在高温融化后非常容易重新凝固，这给塑料分类回收处理带来了很大困难.

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种含钛酸钾晶须和木粉为主的复合增强聚丙烯的方法。克服了聚丙烯拉伸强度、模量、冲击性能低，收缩率大等缺点，使用该方法，可显著提高聚丙烯的力学性能和热稳定，而且制得的聚丙烯表面光滑平整，木粉来源广泛，无污染，价格低廉，因此，本发明将具有较强的推广前景。

本发明是这样实现的：

一种含钛酸钾晶须和木粉的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述复合材料的重量份数比如下：

聚丙烯600-800

木粉100-400

钛酸钾晶须10-180

无机填料0-100

增韧剂0-100

蜡粉0-50

其它助剂10-150；

其中，上述聚丙烯，其MFI＝2.8，等规指数>96.6％，拉伸强度>25MPa。

上述钛酸钾晶须是六钛酸钾晶须，

上述木粉的目数为80-100目，

上述增韧剂，为选自辛烯与聚烯烃的共聚物(POE)、乙烯醋酸乙烯酯的共聚物(EVA)、聚乙烯(PE)、苯乙烯与丁二烯的嵌段共聚物(SBS)其中的一种或几种，

上述其他助剂为相容剂、偶联剂、抗氧剂、分子量调节剂，

上述无机填料，为滑石粉、高岭土、碳酸钙其中一种或几种。

上述技术方案中，木粉与钛酸钾晶须的重量份数比优选木粉：钛酸钾晶须＝3:1～2:1，即，上述技术方案中木粉和钛酸钾晶须的重量份数为：木粉150～240，钛酸钾晶须为50～120。

所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MA)、偶联剂为钛酸正丁酯、抗氧剂为Ciba168、分子量调节剂为Dow Corning润滑剂，

所述的六钛酸钾晶须，其密度为3.3g/cm3，长度为10～40μm，直径为0.5～1.0μm，硬度为4以上，拉伸强度7GPa，拉伸模量280GPa，熔点为1350～1370℃，耐热温度为1200℃。

所述的蜡粉使用Honeywell和Clariant品牌中的蜡粉，用来提高木粉与树脂的黏结性和分散性。

以聚丙烯PP作为基体，加入相容剂；将木粉在80℃下干燥，将六钛酸钾晶须用钛酸正丁酯处理后，在烘箱中干燥。随后将木粉和无机填料、增韧剂、蜡粉以及其他助剂按上述技术方按的比例在混合机中混合，然后在挤出机中造粒，六钛酸钾晶须由侧料口加入，即得含钛酸钾晶须和木粉的聚丙烯复合材料。

六钛酸钾晶须的化学式为K206TiO2.六钛酸钾的晶体结构属三斜晶系，在六钛酸钾的晶体结构中，Ti的配位数为6，以TiO6八面体通过共面和共棱连结而成连锁的隧道状结构，K+离子居于隧道的中间，隧道轴与晶体轴平行。

本发明采用聚丙烯作为基体树脂，加入相应的助剂，如相容剂、增韧剂、偶联剂、抗氧剂、分子量调节剂等。使木粉和六钛酸钾晶须很好的与基体结合，特别是利用钛酸钾晶须优良的显微填充效果，可弥补单一木粉填充聚丙烯表面粗糙，复合材料内部结构有缺陷，易产生应力集中，导致材料性能低下等缺点。木粉为大微米级填充材料，而六钛酸钾晶须是亚纳米填充材料，两者可以互补，实现在不同尺寸范围的增强聚丙烯塑料。此外，六钛酸钾晶须具有很高的电绝缘性，耐热性，隔热性能和优异的红外波长区域发射性能，膨胀系数与塑料相当，复合增强塑料相容性好，表现出良好的耐磨性、润滑性，和化学稳定性。正是因为六钛酸钾晶须具有亚纳米尺寸，通过将其表面处理后能与木粉显著提高聚丙烯材料的力学性能，热稳定性及尺寸稳定性。

有益效果

本发明采用在聚丙烯中加入钛酸钾晶须和木粉的方法，利用钛酸钾晶须具有的特殊性能，克服木粉填充塑料的表面粗糙的缺点，实现在不同尺寸上对聚丙烯的改性(木粉为大微米级，六钛酸钾晶须为亚纳米级)，使聚丙烯中木粉与基体聚丙烯间的结合更加稳定，将原有改性的聚丙烯的强度、耐冲击性、耐热性进一步提高，同时还降低了聚丙烯熔体体系的黏度，使聚丙烯的适用范围更加广阔。

附图说明

图1为实施例1的TG图；其中曲线1为改性前PP热失重图，曲线2为改性后热失重图。

具体实施方式

实施例1

以等规聚丙烯PP作为基体，加入PP-g-MAH(马来酸酐接枝聚丙烯)作为相容剂，将木粉和六钛酸钾晶须作为增强剂；将木粉在80℃下干燥，将六钛酸钾晶须用钛酸正丁酯处理后，在烘箱中干燥。随后将木粉和无机填料、增韧剂、蜡粉以及其他助剂在混合机中混合，然后在挤出机中造粒，六钛酸钾晶须由侧料口加入。随后注塑成测试样条，测量性能。其共混物组分含量如下(按重量份数计)：

等规聚丙烯PP 650

木粉 150

六钛酸钾晶须 75

相容剂PP-g-MAH 100

钛酸正丁酯偶联剂 3

无机填料 50

增韧剂(POE) 50

腊粉(Honeywell) 5

润滑剂(Dow Corning) 3

抗氧剂(Ciba 168) 2

其力学性能和热性能如下：

表1 实施例1性能比较

实施例2～6

在下述各实施例中，聚丙烯复合材料制备方法同实施例1，所采用的不同组成如表3所示。

表2 实施例2～6的聚丙烯复合材料组分(按重量计)

表3 实施例2～6的聚丙烯复合材料性能指标

由实施例2可见，当木粉与钛酸钾晶须比例在5：1时，聚丙烯复合材料的性能没有得到很大的改善，而当木粉与钛酸钾晶须比例在1：1时(实施例6)，且钛酸钾晶须含量大于10％时，由于过多的钛酸钾易于团聚，从而使聚丙烯复合材料的性能也没有得到更大的提高，成本也相对高昂，而木粉与钛酸钾晶须比例在3:1-2:1时，聚丙烯复合材料综合性能得到很大的提高，表面光滑平整、力学性能佳、收缩率小，且成本相对低廉，此外产品中六钛酸钾晶须易于回收利用，因而能进一步推广聚丙烯的应用范围。

Claims

1、一种含钛酸钾晶须和木粉的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述复合材料的重量份数比如下：

聚丙烯 600-800

木粉 100-400

钛酸钾晶须 10-180

无机填料 0-100

增韧剂 0-100

蜡粉 0-50

其它助剂 10-150；

其中：所述聚丙烯的熔体流动指数＝2.8，等规指数>96.6％，拉伸强度>25Mpa，

所述钛酸钾晶须是六钛酸钾晶须，

所述木粉的目数为80-100目，

所述增韧剂，为选自辛烯与聚烯烃的共聚物、乙烯醋酸乙烯酯的共聚物、聚乙烯、苯乙烯与丁二烯的嵌段共聚物中的一种或几种，

所述其他助剂为相容剂、偶联剂、抗氧剂、分子量调节剂，

所述无机填料，为滑石粉、高岭土、碳酸钙其中一种或几种。

2、如权利要求1所述的含钛酸钾晶须和木粉的聚丙烯复合材料，其特征在于，在所述复合材料的重量份数比中，木粉与钛酸钾晶须的比例为木粉：钛酸钾晶须＝(3:1)～(2:1)。

3、如权利要求1所述的含钛酸钾晶须和木粉的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的六钛酸钾晶须的密度为3.3g/cm3，长度为10～40μm，直径为0.5～1.0μm，硬度为4以上，拉伸强度7GPa，拉伸模量280GPa，熔点为1350～1370℃，耐热温度为1200℃。