CN101851374A - 一种增塑聚丙烯/无机纳米复合材料及其制备方法 - Google Patents

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潘泳康
周中玉
王庆海
唐颂超
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Abstract

本发明揭示了一种增塑聚丙烯/无机纳米复合材料及其制备方法。该方法具体是首先将增塑剂与纳米粒子用高剪切乳化机等设备混合后制成纳米溶胶，然后将纳米溶胶通过计量泵注入双螺杆挤出机与聚丙烯共混，制得增塑聚丙烯/无机纳米复合材料。该材料可采用模压、挤出、注塑等工艺加工成制品，用于汽车、机械、家电、包装等领域。与目前广泛使用的普通聚丙烯材料相比，该材料具有高韧性和良好的加工流动性。

Description

一种增塑聚丙烯/无机纳米复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种增塑聚丙烯/无机纳米复合材料，更具体涉及一种增塑聚丙烯/无机纳米复合材料的组成和制备方法，属于高分子共混、高分子成型加工领域。
背景技术
聚丙烯(PP)是目前世界上广泛应用的五大通用塑料之一，于1957年开始商品化生产，近年来发展迅速。与其它通用塑料相比，聚丙烯具有较好的综合性能，如相对密度小，加工性能优良，屈服强度、拉伸强度及弹性模量高，电绝缘性和耐热性好，连续使用温度可达120℃，耐应力龟裂及耐化学药品性能较佳等。但聚丙烯也存在一些不足之处，如低温冲击性差，收缩形变大和耐蠕变性差，使其应用范围受到一定的限制。因此，为了扩大聚丙烯的使用范围，可采用添加增塑剂、无机纳米粒子等方法对其进行改性。
增塑剂是一种能够增加聚合物体系塑性的物质，其主要作用是削弱聚合物分子之间的范德华力，从而增加聚合物分子链的移动性，降低聚合物分子链的结晶性，即增加了聚合物的塑性，表现为聚合物硬度、模量、软化温度和脆化温度的下降，而伸长率、挠曲性和柔韧性提高。通过增塑剂对聚丙烯的增塑作用，可以得到具有高抗冲击性能的改性聚丙烯材料，同时也大大改善了熔体的加工流动性。
无机纳米粒子作为一种无机刚性粒子，具有表面缺陷少、非配对原子多、比表面积大等一系列特殊性质，若与聚烯烃复合，不但使其韧性大幅度改善，而且刚度、加工性能等都得以保持或提高，可获得综合性能优良的复合材料。以聚丙烯为例，加入无机纳米粒子后，可通过粒子效应影响其结晶行为、结晶结构以及力学性能，从而达到既增强又增韧的目的。然而，纳米粒子由于比表面积大而易于团聚，且与聚合物基体相容性差，在聚合物基体中不易分散。所以，纳米粒子改性聚合物的关键在于解决纳米粒子在基体中的分散问题，通常的方法是对纳米粒子进行表面改性，以提高其与聚合物基体的相容性。然而，纳米粒子的表面改性由于工艺复杂而成本较高。因此，采用一种更简单的方法来提高纳米粒子的分散性对于纳米复合材料的制备更具有实用价值。
发明内容
本发明的目的在于改善聚丙烯的韧性和加工流动性，提供一种增塑聚丙烯/无机纳米复合材料及其制备方法，使得制备的增塑聚丙烯/无机纳米复合材料具有高韧性和良好的加工流动性。该方法首先将纳米粒子预先分散在增塑剂中制成纳米溶胶，然后将此溶胶与聚丙烯在双螺杆挤出机中进行共混，制得增塑聚丙烯/无机纳米复合材料。此方法采用纳米溶胶代替纳米粉体对聚丙烯进行共混改性，解决了纳米粒子的分散性问题，从而改善了聚丙烯的韧性和加工流动性。
本发明所提出的增塑聚丙烯/无机纳米复合材料，是由包括如下组分和重量份数的原料制备的：聚丙烯75～95份；增塑剂5～25份；纳米粒子0～5份。
所述的聚丙烯包括均聚聚丙烯、无规共聚聚丙烯和嵌段共聚聚丙烯中的一种或一种以上组合。聚丙烯在混合物中的用量为75～95重量份。
所述的增塑剂是一种能够增加聚合物体系塑性的物质，能够进入聚丙烯分子之间减弱其分子之间的作用力并提高其加工流动性。增塑剂包括液体石蜡、环烷油、氢化环烷油、液体聚异丁烯、液体聚丁二烯、液体乙丙橡胶和液体异戊二烯橡胶。增塑剂可以是上述增塑剂中的一种或一种以上组合。增塑剂在混合物中的用量为5～25重量份。
所述的无机纳米粒子具有增强、增韧作用，在聚合物中起异相成核作用，改变聚合物力学性能和结晶性能。无机纳米粒子包括纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米蒙脱土和纳米凹凸棒土。纳米粒子可以是上述纳米粒子中的一种或一种以上组合。纳米粒子在混合物中的用量为0～5重量份。
本发明所提出的增塑聚丙烯/无机纳米复合材料的制备方法，具体是首先将增塑剂与纳米粒子用高剪切乳化机、乳化泵、超速搅拌机或超声波振荡机混合后制成纳米溶胶，然后通过计量泵将该溶胶注入双螺杆挤出机与聚丙烯进行共混，制得增塑聚丙烯/无机纳米复合材料。
上述方法的具体过程如下：首先，将0～5份纳米粒子与5～25份增塑剂用高剪切乳化机、乳化泵、超速搅拌机或超声波振荡机中的一种或一种以上组合进行混合，时间为5～20分钟，制得纳米溶胶；然后，将纳米溶胶按一定比例通过计量泵注入挤出机，与75～95份聚丙烯进行共混，制得增塑聚丙烯/无机纳米复合材料。挤出机的料筒温度为150～230℃，螺杆转速为50～200rpm。
本发明具有以下优点：
该制备方法简单易行，通过将纳米粒子在增塑剂中进行预分散制成纳米溶胶，解决了纳米粒子的分散性问题；所使用的纳米粒子无须进行表面处理，可省去许多繁琐的工艺过程，从而降低纳米复合材料的制备成本。采用该方法能够制备韧性高、加工性能优良的增塑聚丙烯/无机纳米复合材料。
具体实施方式
现结合具体实施例对本发明的内容进行详细的说明。
实施例1
本发明提供的材料是由以下原料按重量比例配制而成：
无规共聚聚丙烯                            85份
液体石蜡                                  15份
纳米二氧化硅                              0.5份
首先将上述原料中的液体石蜡与纳米二氧化硅用高剪切乳化机进行混合，时间为5分钟，制得纳米溶胶；然后将所制得的纳米溶胶通过计量泵注入双螺杆挤出机与聚丙烯进行共混，得到增塑聚丙烯/无机纳米复合材料。挤出机料筒温度为150～190℃，螺杆转速为100rpm。
实施例2
本发明提供的材料是由以下原料按重量比例配制而成：
均聚聚丙烯                                90份
液体石蜡                                  10份
纳米二氧化硅                              1份
首先将上述原料中的液体石蜡与纳米二氧化硅用乳化泵进行混合，时间为10分钟，制得纳米溶胶；然后将所制得的纳米溶胶通过计量泵注入双螺杆挤出机与聚丙烯进行共混，得到增塑聚丙烯/无机纳米复合材料。挤出机料筒温度为160～200℃，螺杆转速为120rpm。
实施例3
本发明提供的材料是由以下原料按重量比例配制而成：
无规共聚聚丙烯                            75份
液体石蜡                                  25份
纳米蒙脱土                                5份
首先将上述原料中的液体石蜡与纳米蒙脱土用超速搅拌机进行混合，时间为10分钟，制得纳米溶胶；然后将所制得的纳米溶胶通过计量泵注入双螺杆挤出机与聚丙烯进行共混，得到增塑聚丙烯/无机纳米复合材料。挤出机料筒温度为170～230℃，螺杆转速为200rpm。
实施例4
本发明提供的材料是由以下原料按重量比例配制而成：
嵌段共聚聚丙烯                            90份
液体聚异丁烯                              10份
纳米蒙脱土                              2份
首先将上述原料中的液体聚异丁烯与纳米二氧化硅用超声波振荡机进行混合，时间为15分钟，制得纳米溶胶；然后将所制得的纳米溶胶通过计量泵注入双螺杆挤出机与聚丙烯进行共混，得到增塑聚丙烯/无机纳米复合材料。挤出机料筒温度为160～200℃，螺杆转速为150rpm。
实施例5
本发明提供的材料是由以下原料按重量比例配制而成：
均聚聚丙烯                              90份
液体聚异丁烯                            10份
纳米凹凸棒土                            1份
首先将上述原料中的液体聚异丁烯与纳米凹凸棒土用高剪切乳化机进行混合，时间为10分钟，制得纳米溶胶；然后将所制得的纳米溶胶通过计量泵注入双螺杆挤出机与聚丙烯进行共混，得到增塑聚丙烯/无机纳米复合材料。挤出机料筒温度为160～190℃，螺杆转速为100rpm。
实施例6
本发明提供的材料是由以下原料按重量比例配制而成：
无规共聚聚丙烯                          80份
液体石蜡                                20份
纳米凹凸棒土                            1份
首先将上述原料中的液体石蜡与纳米凹凸棒土用高剪切乳化机进行混合，时间为10分钟，制得纳米溶胶；然后将所制得的纳米溶胶通过计量泵注入双螺杆挤出机与聚丙烯进行共混，得到增塑聚丙烯/无机纳米复合材料。挤出机料筒温度为160～200℃，螺杆转速为80rpm。

Claims (8)

1.一种增塑聚丙烯/无机纳米复合材料及其制备方法，其特征在于所述的增塑聚丙烯/无机纳米复合材料是按一定重量份将聚丙烯、增塑剂、无机纳米粒子，经双螺杆挤出机共混后得到可热塑性加工的增塑聚丙烯/无机纳米复合材料。
2.根据权利要求1所述的材料及其制备方法，其特征在于所述的增塑聚丙烯/无机纳米复合材料的原料组分和重量份数为：聚丙烯75～95份；增塑剂5～25份；纳米粒子0～5份。
3.根据权利要求1所述的材料及其制备方法，其特征在于聚丙烯是均聚聚丙烯、无规共聚聚丙烯和嵌段共聚聚丙烯中的一种或一种以上组合。
4.根据权利要求1所述的材料及其制备方法，其特征在于增塑剂是液体石蜡、环烷油、氢化环烷油、液体聚异丁烯、液体聚丁二烯、液体乙丙橡胶和液体异戊二烯橡胶中的一种或一种以上组合。
5.根据权利要求1所述的材料及其制备方法，其特征在于纳米粒子是纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米蒙脱土、纳米凹凸棒土中的一种或一种以上组合。
6.根据权利要求1所述的材料及其制备方法，其特征在于将增塑剂和纳米粒子按比例称量后，用高剪切乳化机、乳化泵、超速搅拌机或超声波振荡机混合后制成纳米溶胶。
7.根据权利要求1所述的材料及其制备方法，其特征在于纳米溶胶通过计量泵注入挤出机，与聚丙烯按一定比例共混，机筒温度为150～230℃。
8.根据权利要求1所述的材料及其制备方法，其特征在于增塑聚丙烯/无机纳米复合材料可采用模压、挤出、注塑等工艺加工成制品，用于汽车、机械、家电、包装等领域。
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