CN102020805A - 一种聚丙烯树脂组合物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种聚丙烯树脂组合物，包含有共混的以下组分：聚丙烯树脂，100重量份；硅灰石，10～50重量份；偶联剂，0.5～1.1重量份；稀释剂，0.5～0.8重量份；其中所述的偶联剂和稀释剂的重量比为1∶1。本发明还提供了制备该聚丙烯树脂组合物的方法。本发明的聚丙烯树脂组合物在刚性、强度提高的同时，其韧性损伤最小。

Description

一种聚丙烯树脂组合物及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种聚丙烯树脂组合物及其制备方法。具体说，涉及一种包含有硅灰石的聚丙烯树脂组合物。

技术背景

硅灰石是一种形貌为针状、放射状或纤维状集合体的矿物质。化学成分为48.3％(质量份)的CaO和51.7％(质量份)的SiO₂。硅灰石无毒、白度高、介电性能好、耐热性能高、耐化学腐蚀性好、吸油吸水性低、其具有的针状形态更是别的天然矿物质所不具备的。正因为它具有高长径比，因此可以作为增强功能材料应用于塑料和橡胶中，起到改善制品力学性能和耐热性、提高制品的尺寸稳定性，调整塑料的流变性能等作用，可部分替代价格较贵的玻璃纤维，从而降低制品成本。

目前，硅灰石最有发展的领域是塑料业，世界汽车工业用塑料产品消费的硅灰石也正在大幅度增加。由于硅灰石属无机填料，不易与塑料基体树脂结合，因此有必要对其表面进行改性，使硅灰石表面由亲水性变为亲有机性，提高它与基体树脂界面间的结合，加强二者之间的相互作用，提高复合材料的性能。将表面改性过的硅灰石填充到聚丙烯体系中，纤维状硅灰石粉体在同基体树脂均匀混合后，在基体材料中以纤维状有序分散、纤维结晶结构的硅灰石粉体在受到外力作用时，能抵抗较大的径向破坏应力，具有较高的尺寸稳定性，从而可以提高聚丙烯共混体系的力学性能，老化性能以及尺寸稳定性，同时降低共混材料成本。

目前，关于利用硅灰石增强聚合物的专利有：CN1563170A、CN1502652A、CN1361198A、CN1156155A、US6569935、KR20010004447、KR20040065108。

US 6569935描述了在聚丙烯体系中加入5～30％的硅灰石，硅灰石的长径比在10～19，平均粒径在3～25mm。得到的共混体系具有优秀的机械强度、冲击强度、耐热性能、尺寸稳定性，更重要的是还具有低收缩率、低的线性热膨胀系数、低的热熔垂。用这种树脂可以制备汽车外饰件。

KR2001000447描述了使用硅灰石作为无机填料填充到聚丙烯体系中，共混体系包括聚丙烯、硅灰石以及用马来酸酐改性的聚丙烯，这样可以加强聚丙烯以及硅灰石之间的结合。聚丙烯共混体系的表面硬度和耐划伤性得到了提高，并且在注射成型时，加工性能也得到了提高。

KR20040065108描述了一种聚丙烯组合物，其中包括高结晶聚丙烯，无机填料-硅灰石或玻璃纤维，以及少量增容剂。得到的共混体系提高了刚性、耐热性、抗冲击性、以及低翘曲性。适用于制造汽车中的电子电器元件。

CN1502652A描述了利用活化剂，例如硅烷化合物、钛酸酯、铝酸酯、酸式亚磷酸酯、硬脂酸及其盐等处理无机粉体，使无机粉体表面包覆一层能与聚烯烃产生较好亲和性的膜，与聚烯烃复合时可形成均匀分散稳定体系。复合材料具有较好的力学性能，其中冲击强度比基体树脂最高可提高3～5倍，成本降低30～40％。

CN1563170A提供了一种可工厂化生产的塑料沼气池用的硅灰石矿物纤维增强聚丙烯及其制备方法。发明将聚丙烯、硅灰石、马来酸酐接枝聚丙烯共混，得到了相容性较好的共混体系；或者是采用侧向加料的方式，最大限度地保护了硅灰石粉的针状晶体结构，从而使共混体系的增强效果加强。

以上专利中有的是除了需要对硅灰石进行表面改性之外，还需要增加相容剂才能使体系的性能达到良好的性能；有的是硅灰石并不是增强增刚最主要的贡献者；有的专利中并没有提到添加硅灰石这一增强填料后共混体系的韧性如何变化，因此表明有可能在增强增刚的同时致使体系的韧性大幅度下降。

而本发明充分利用硅灰石的针状结构，对硅灰石进行有效的表面改性，添加单一的改性后的硅灰石这一增强填料，使得其在提高共混体系的刚性、强度的同时，对韧性损伤降低程度降到最小。亦即使共混体系的综合性能达到平衡，使体系获得优良的综合性能。

发明内容

本发明的目的是提供了一种聚丙烯树脂组合物，该组合物能够克服在添加单一的硅灰石填料后，共混体系的刚性、强度在提高的同时，其韧性大幅度下降的问题。

本发明进一步提供了上述聚丙烯树脂组合物的制备方法。

本发明的聚丙烯树脂组合物包括有共混的以下组分：聚丙烯树脂，100重量份；硅灰石，10～50重量份；偶联剂，0.5～1.1重量份；稀释剂，0.5～0.8重量份；其中所述的偶联剂和稀释剂的重量比为1∶1。

其中所述的硅灰石优选为针状硅灰石粉，本发明使用的硅灰石以聚丙烯树脂的100重量份计，优选为30～40重量份，过多的硅灰石会使体系的冲击强度、伸长率大幅度下降，过少的硅灰石起不到为体系增强增刚的作用，弯曲模量提高不明显。

其中所述的偶联剂优选钛酸酯，以聚丙烯树脂为100重量份计，偶联剂的添加量为0.5～0.8重量份，当添加量少于0.5重量份时，体系的冲击强度大幅度降低，过少的偶联剂不能有效地将硅灰石与高聚物之间的界面结合起来；过多的偶联剂及稀释剂小分子会在高聚物中起到润滑的作用，另体系的模量降低。

其中所述的稀释剂为异丙醇、二甲苯、甲苯、矿物油、白油或增塑剂DOP。出于对安全及卫生的考虑，优选稀释剂为白油。此外，在加工过程中白油可以起到润滑的作用，在填料添加较大量的情况下，仍然具有较好的加工性。

所述的聚丙烯树脂组合物，还可以包括共混得以下组分：以聚丙烯树脂的100重量份计，抗氧化剂，0.1～1.0重量份；聚乙烯蜡，0.1～1.0重量份。

抗氧化剂为聚丙烯用常规抗氧剂，如抗氧剂168、1010。

本发明的聚丙烯树脂组合物的制备方法包括：

(1)将偶联剂与稀释剂按重量比1∶1配比，配成偶联剂溶液，将偶联剂溶液与硅灰石混合均匀，对硅灰石的表面进行处理；

(2)将处理过的硅灰石与聚丙烯树脂按所述比例熔融共混，挤出并造粒。

步骤(1)中，偶联剂与稀释剂按重量比1∶1配比，是由于体系中偶联剂的加入量很小，若不加入稀释剂，则偶联剂难于在硅灰石表面分散均匀。过多的稀释剂会降低体系的模量及热变形温度；偶联剂溶液对硅灰石的表面处理的时间为3分钟左右，以保证偶联剂与硅灰石的充分接触，使偶联剂均匀地包覆在硅灰石表面；偶联剂溶液对硅灰石的表面处理温度为常温，增高处理温度对材料性能的影响不大。

在本发明的制备方法中物料混合(包括偶联剂溶液与硅灰石的混合、聚丙烯树脂和处理过的硅灰石的混合)的共混设备可采用现有技术中所用的各种混料设备，如搅拌机、捏和机等。

在本发明的制备方法中所使用的熔融共混设备为橡塑加工业中的通用共混设备，可以是双螺杆挤出机、单螺杆挤出机、开炼机或密炼机等。

具体实施方式

下面给出的实施例是为了说明本发明，而不是对本发明进行限制。

实施例1～4：

取硅灰石(长径比大约在10左右，江西华杰泰矿纤科技有限公司)放入高速搅拌机中，室温下高速搅拌约一分钟。将钛酸酯(NXT-101，南京翔飞化学研究所)与白油以1∶1的比例共混，搅拌均匀，配制成偶联剂溶液。将偶联剂溶液缓慢倒入高速搅拌着的硅灰石中，继续搅拌3分钟，对硅灰石表面进行改性。

将上述表面改性的硅灰石、100重量份的聚丙烯树脂(共聚聚丙烯，牌号K9015，中国石化扬子石油股份有限公司)、抗氧化剂1010、润滑剂置于搅拌机中混合均匀，将混合料加入双螺杆挤出机(德国WP公司，型号为ZSK-25)中进行熔融共混挤出造粒，螺杆转速300rpm。将挤出的粒料在80℃烘箱中烘干6hr，然后在150～210℃的条件下注射成标准样条，进行性能测试。具体配方见表1，其中各组分含量均以重量份计。性能结果见表1。

对比例1～5：

除具体配方不同以外，其余条件均与前述实施例相同。具体配方见表1，其中各组分含量均以重量份计。性能结果如表1所示。

表1

从表1中列出的实施例及对比例的结果可以看出，硅灰石的添加量在30～40重量份，同时钛酸酯的添加量在0.5～1.1重量份时，共混体系的弯曲模量、弯曲强度在提高的同时，其冲击强度降低的程度最小。

Claims (8)

1.一种聚丙烯树脂组合物，包含有共混的以下组分：聚丙烯树脂，100重量份；硅灰石，10～50重量份；偶联剂，0.5～1.1重量份；稀释剂，0.5～0.8重量份；其中所述的偶联剂和稀释剂的重量比为1∶1。

2.根据权利要求1所述的聚丙烯树脂组合物，其中所述的硅灰石为30～40重量份。

3.根据权利要求1所述的聚丙烯树脂组合物，其中所述的硅灰石为针状硅灰石粉。

4.根据权利要求1所述的聚丙烯树脂组合物，其中所述的偶联剂为钛酸酯。

5.根据权利要求1所述的聚丙烯树脂组合物，其中所述的稀释剂为异丙醇、二甲苯、甲苯、矿物油、白油或增塑剂DOP。

6.根据权利要求5所述的聚丙烯树脂组合物，其中所述的稀释剂为白油。

7.根据权利要求1所述的聚丙烯树脂组合物，还包括共混得以下组分：以聚丙烯树脂的100重量份计，抗氧化剂，0.1～1.0重量份；聚乙烯蜡，0.1～1.0重量份。

8.如权利要求1-7中任一项所述的聚丙烯树脂组合物的制备方法，包括以下步骤：

(1)将偶联剂与稀释剂按重量比1∶1配比，配成偶联剂溶液，将偶联剂溶液与硅灰石混合均匀，对硅灰石的表面进行处理；

(2)将处理过的硅灰石与聚丙烯树脂按所述比例熔融共混。