CN102276914A

CN102276914A - 有机化微晶白云母/尼龙6/pp复合材料的制备方法

Info

Publication number: CN102276914A
Application number: CN2011101980677A
Authority: CN
Inventors: 林金辉; 周世一; 徐本梁
Original assignee: Chengdu Univeristy of Technology
Current assignee: Chengdu Univeristy of Technology
Priority date: 2011-07-15
Filing date: 2011-07-15
Publication date: 2011-12-14

Abstract

本发明涉及以无机刚性粒子有机化微晶白云母为增强填料，有机刚性粒子尼龙6为增韧剂，马来酸酐接枝聚乙烯PE-g-MAH为相容剂，PP（聚丙烯）为基体材料，采用熔融共混技术制备有机化微晶白云母/尼龙6/PP复合材料的方法，属于复合材料领域。制备的有机化微晶白云母/尼龙6/PP复合材料的拉伸强度为38.68～41.16MPa、缺口冲击强度为7.97～8.46kJ/m²，复合材料的力学性能得到了明显改善。本发明制备的有机化微晶白云母/尼龙6/PP复合材料具有优良的力学性能，可广泛应用于汽车配件、家用电器、化工、建筑、轻工、医疗器械等领域。

Description

有机化微晶白云母/尼龙6/PP复合材料的制备方法

技术领域

本发明涉及以无机刚性粒子有机化微晶白云母为增强填料，有机刚性粒子尼龙6为增韧剂，马来酸酐接枝聚乙烯PE-g-MAH为相容剂，PP（聚丙烯）为基体材料，采用熔融共混技术制备有机化微晶白云母/尼龙6/PP复合材料的方法，属于复合材料领域。本发明制备的有机化微晶白云母/尼龙6/PP复合材料具有优良的力学性能，可广泛应用于汽车配件、家用电器、化工、建筑、轻工、医疗器械等领域。

背景技术

PP是由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂，是一种结晶性非极性聚合物，具有质轻、价廉、无毒、无味等特点，而且还具有耐腐蚀、机械强度较高等优点。但其收缩率大，抗蠕变性差，并由此而导致制品尺寸稳定性差，容易产生翘曲变形，且脆性高、缺口冲击强度低，特别是在低温时尤为严重，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，从而限制了PP材料的进一步推广和应用。如何有效提高PP材料的综合性能，开发具有高拉伸强度、高冲击强度的PP复合材料，拓宽其应用领域，是当今PP材料研究中急需解决的重要科学问题之一【陈程林．聚丙烯改性技术及制品应用[J]．玻璃纤维，2006，(4)；喻茹，林金辉，王晓艳．纳米SiO₂改性PP/微晶白云母复合材料的研究[J]．中国非金属矿工业导刊，2009，(6)】。

已有研究表明，采用无机刚性粒子（如CaCO₃、CaSiO₃、BaSO₄、TiO₂、粘土、滑石等）和有机刚性粒子（聚苯醚、聚对苯二甲酸乙二醇酯、尼龙等）改性高分子材料，不但能保持高分子材料自身的一些优异性能，还可有效提高高分子材料的强度和韧性，同时赋予高分子材料良好的耐热性，延长使用寿命【杨茹欣，李玮，何颖．聚丙烯合金技术新进展及其应用[J]．塑料工业，2006，34(5)；黄国望，彭响方．改性黏土填充PP/PA6复合材料制备与性能研究进展[J]．塑料科技，2008，36(11)；伍玉娇，杨红军，骆丁胜，等．PP/PA6复合材料结构与力学性能研究[J]．塑料科技，2008，36(2)】。但不同类型的刚性粒子对提高高分子材料性能的程度存在一定的差异。

微晶白云母是近年来在川西地区发现的一种新型白云母类矿物资源，性能优良，储量丰富。呈无色、灰白色、浅绿色，透明，玻璃光泽，解理面呈珍珠光泽，{001}解理极完全，{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；其结晶颗粒天然超细，粒径小于10 μm，一般1 μm ~5 μm，具有微米级的晶体或晶片（简称“微晶”）；主要化学成分(重量百分比)为：SiO₂45.7 %、A1₂O₃ 30.51 %、K₂O11.63 %、H₂O4.53 %。与其他常见的硅酸盐矿物相比，微晶白云母具有高强度、耐热、耐酸碱、绝缘、化学稳定、耐候性、防紫外线、抗老化等优异性能；与传统的白云母矿物相比，它具有天然粒度细、易磨碎、化学活性高的特性，是一种高品质的无机刚性粒子填料，作为高分子材料的补强填料，在PP基复合材料中具有广阔的应用前景【林金辉，汪灵，邓苗，等．川西地区微晶白云母的矿物学特征研究[J]．矿物岩石，2005， 25(3)；毛玉元，候立玮．新的微晶白云母资源的开发及其粉体材料的应用[J]．中国粉体技术，2002，8(4)】。但由于微晶白云母的亲水性，使之与高分子材料的界面性质不同，相容性差，难以在高分子材料基体中均匀分散，直接填充往往容易导致材料的某些力学性能下降，因此，必须对其进行表面改性，提高它在有机基质中的分散性。偶联剂是目前应用最广泛的表面改性剂，它适用于各种不同的有机高分子和无机矿物填料复合体系【廖俊，陈圣云，康宇峰，等．硅烷偶联剂及其在复合材料中的应用[J]．化工新型材料，2001，29(9)；薛茹君，吴玉程．硅烷偶联剂修饰改性的机理及改性绢云母的性能[J]．硅酸盐学报，2007，35(3)】。

尼龙6为乳白色结晶极性聚合物，具有较稳定的化学特性，较高的冲击强度、拉伸强度，以及良好的耐磨损性和耐热性，还具有优良的成型表面光泽。作为PP增韧剂，能明显改善PP制品的抗冲击性能，增加制品的表面光洁度，提高制品的耐热性能。但由于尼龙6是极性聚合物，与非极性聚合物PP相容性较差，两种聚合物共混时，需要加入分别和该两种聚合物相容性都好的相容剂，改善尼龙-6与PP的相容性，进而提高PP的力学性能【伍玉娇，杨红军，骆丁胜，等. POE-g-MAH对PP /PA6共混体系形态结构与力学性能的影响[J]．塑料，2007，36(5)；王晓艳，林金辉，郝孝丽．微晶白云母/PE-g-MAH/PP复合材料的制备及其力学性能研究[J]．中国非金属矿工业导刊，2009，(5)；刘长生．尼龙6/聚丙烯共混体系研究进展[J]．湖北化工，2001，(2)】。

目前，增强增韧PP材料的改性方法可分为化学方法和物理方法两大类。化学改性是通过共聚、接枝等方法在PP分子链中引入其它组分，或通过加入交联剂进行交联改性，改变PP分子链上的原子或原子团的种类及组合方式，赋予PP较高的抗冲击性能、耐低温性能、耐老化性能等，包括嵌段共聚、接枝共聚、交联反应等；物理改性是以PP为基材，配以其它的聚合物、无机材料以及特殊功能的助剂，经过混合、混炼而制得具有特定性能的PP复合材料，包括填充改性、共混改性、增强改性和功能改性等，是一种增强增韧PP材料的简单方便、有效、低成本的方法【原京龙，赵伟，王丽．聚丙烯改性研究进展[J]．塑料科技，2008，(1)；亢小丽．浅谈聚丙烯改性方法[J]．太原科技，2007，(11)】。

经检索，未发现以无机刚性粒子有机化微晶白云母为增强填料，有机刚性粒子尼龙6为增韧剂，马来酸酐接枝聚乙烯PE-g-MAH为相容剂，PP为基体材料，采用熔融共混技术制备有机化微晶白云母/尼龙6/PP复合材料的方法的专利申请或文献报道。本发明的目的是，通过引入片状微晶白云母和尼龙6，协同增强增韧PP材料，提高PP制品尺寸稳定性和耐高温蠕变性，提供一种制备综合性能优良的机化微晶白云母/尼龙6/PP复合材料的方法。

发明内容

本发明涉及以无机刚性粒子有机化微晶白云母为增强填料，有机刚性粒子尼龙6为增韧剂，马来酸酐接枝聚乙烯PE-g-MAH为相容剂，PP（聚丙烯）为基体材料，采用熔融共混技术制备有机化微晶白云母/尼龙6/PP复合材料的方法，有如下工艺步骤：

（1）将微晶白云母矿物进行预热干燥，干燥温度90～110 ℃，干燥时间2～4 h，去除矿物表面吸附水；

（2）按占以步骤（1）干燥的微晶白云母矿物质量的0.9%称取γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性剂，并按γ-氨丙基三乙氧基硅烷:无水乙醇:水（体积比）=1:2:1的比例配制γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性剂稀释液；

（3）采用干法改性技术，将按步骤（1）干燥的微晶白云母矿物与按步骤（2）配制的γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性剂稀释液在高速搅拌机中混合均匀，对微晶白云母矿物进行表面改性，搅拌速度3000 r/min，表面改性温度110℃，表面改性时间60~80分钟，制备有机化微晶白云母；

（4）将按步骤（3）制备的有机化微晶白云母与尼龙6、PP、马来酸酐接枝聚乙烯PE-g-MAH按照质量比5~15:8:92:4的比例混合均匀，在辊温为175 ℃±5 ℃条件下，采用双辊混炼机混炼8~10 min；

（5）在温度为185±5 ℃的半自动压力成型机上，将按步骤（4）混炼好的料预热10 min后，在10 MPa压力下压制定型，保压10 min后自然冷却至室温，制得有机化微晶白云母/尼龙6/PP复合材料。

上述工艺步骤（2）所说的γ-氨丙基三乙氧基硅烷的分子式为NH₂CH₂CH₂CH₂Si(OC₂H₅)₃；工艺步骤（4）所说的PP为等规聚丙烯，即全同立构聚丙烯。

以上述工艺步骤，制备的有机化微晶白云母/尼龙6/PP复合材料经力学性能测试分析表明，其拉伸强度为38.68～41.16 MPa、缺口冲击强度为7.97～8.46 KJ/m²，分别较纯PP材料的提高了18.76～26.37%、40.32～48.94%，复合材料的力学性能得到了明显改善。

本发明制备的有机化微晶白云母/尼龙6/PP复合材料可广泛应用于汽车配件、家用电器、化工、建筑、轻工、医疗器械等领域。

具体实施方式

以下实施例进一步说明本发明，但并不限制本发明。

实施例1：

本发明的有机化微晶白云母/尼龙6/PP复合材料的制备方法，该方法是以无机刚性粒子有机化微晶白云母为增强填料，有机刚性粒子尼龙6为增韧剂，马来酸酐接枝聚乙烯PE-g-MAH为相容剂，PP（聚丙烯）为基体材料，采用熔融共混技术，制备有机化微晶白云母/尼龙6/PP复合材料。其工艺过程是：将微晶白云母矿物进行预热干燥，干燥温度110 ℃，干燥时间2h，去除矿物表面吸附水；按占干燥的微晶白云母矿物质量的0.9%称取γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性剂，并按γ-氨丙基三乙氧基硅烷:无水乙醇:水（体积比）=1:2:1的比例配制γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性剂稀释液；采用干法改性技术，将干燥的微晶白云母矿物与配制的γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性剂稀释液在高速搅拌机中混合均匀，对微晶白云母矿物进行表面改性，搅拌速度3000 r/min，表面改性温度110℃，表面改性时间70分钟，制备有机化微晶白云母；将制备的有机化微晶白云母与尼龙6、PP、马来酸酐接枝聚乙烯PE-g-MAH按照质量比8:8:92:4的比例混合均匀，在辊温为175 ℃±5 ℃条件下，采用双辊混炼机混炼8min；在温度为185±5 ℃的半自动压力成型机上，将混炼好的料预热8 min后，在10 MPa压力下压制定型，保压10 min后自然冷却至室温，制得有机化微晶白云母/尼龙6/PP复合材料。

以上述工艺步骤，制备的有机化微晶白云母/尼龙6/PP复合材料经力学性能测试分析表明，其拉伸强度为39.45MPa、缺口冲击强度为8.41KJ/m²，分别较纯PVC材料的提高了21.12%、48.05%，复合材料的力学性能得到了明显改善。

实施例2：

本发明的有机化微晶白云母/尼龙6/PP复合材料的制备方法，该方法是以无机刚性粒子有机化微晶白云母为增强填料，有机刚性粒子尼龙6为增韧剂，马来酸酐接枝聚乙烯PE-g-MAH为相容剂，PP（聚丙烯）为基体材料，采用熔融共混技术，制备有机化微晶白云母/尼龙6/PP复合材料。其工艺过程是：将微晶白云母矿物进行预热干燥，干燥温度100 ℃，干燥时间3h，去除矿物表面吸附水；按占干燥的微晶白云母矿物质量的0.9%称取γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性剂，并按γ-氨丙基三乙氧基硅烷:无水乙醇:水（体积比）=1:2:1的比例配制γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性剂稀释液；采用干法改性技术，将干燥的微晶白云母矿物与配制的γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性剂稀释液在高速搅拌机中混合均匀，对微晶白云母矿物进行表面改性，搅拌速度3000 r/min，表面改性温度110℃，表面改性时间80分钟，制备有机化微晶白云母；将制备的有机化微晶白云母与尼龙6、PP、马来酸酐接枝聚乙烯PE-g-MAH按照质量比12:8:92:4的比例混合均匀，在辊温为175 ℃±5 ℃条件下，采用双辊混炼机混炼10min；在温度为185±5 ℃的半自动压力成型机上，将混炼好的料预热10 min后，在10 MPa压力下压制定型，保压10 min后自然冷却至室温，制得有机化微晶白云母/尼龙6/PP复合材料。

以上述工艺步骤，制备的有机化微晶白云母/尼龙6/PP复合材料经力学性能测试分析表明，其拉伸强度为40.10MPa、缺口冲击强度为8.46KJ/m²，分别较纯PVC材料的提高了23.12%、48.94%，复合材料的力学性能得到了明显改善。

Claims

1.以无机刚性粒子有机化微晶白云母为增强填料，有机刚性粒子尼龙6为增韧剂，马来酸酐接枝聚乙烯PE-g-MAH为相容剂，PP（聚丙烯）为基体材料，采用熔融共混技术制备有机化微晶白云母/尼龙6/PP复合材料的方法，其特征有如下工艺步骤：

2.根据权利要求1所述的有机化微晶白云母/尼龙6/PP复合材料的制备方法，其特征在于所说的γ-氨丙基三乙氧基硅烷的分子式为NH₂CH₂CH₂CH₂Si(OC₂H₅)₃；所说的PP为等规聚丙烯，即全同立构聚丙烯。

3.根据权利要求1所述的有机化微晶白云母/尼龙6/PP复合材料的制备方法，其特征在于该材料的拉伸强度为38.68～41.16 MPa、缺口冲击强度为7.97～8.46 KJ/m²。