CN102336955A - 一种降低碳酸钙/聚丙烯纳米复合材料成型收缩比的方法 - Google Patents

一种降低碳酸钙/聚丙烯纳米复合材料成型收缩比的方法 Download PDF

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杨鑫
贾宇冲
马俊杰
刘士涛
孙剑
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Heilongjiang Xinda Enterprise Group Co Ltd
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HARBIN XINDA POLYMER MATERIAL ENGIENERING CENTER CO Ltd
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    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/03—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the shape of the extruded material at extrusion
    • B29C48/04—Particle-shaped

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Abstract

本发明提供了一种降低碳酸钙/聚丙烯纳米复合材料成型收缩比的方法，该方法首先将聚丙烯、纳米碳酸钙和偶联剂混合均匀后挤出造粒得到母料，然后按照聚合物加工成型的方法将聚合物母料、聚丙烯、滑石粉和助剂在双螺杆挤出机中造粒并干燥即得本发明的改性聚丙烯。本发明方法改善了碳酸钙/聚丙烯纳米复合材料成型收缩率大的缺点，且克服了以往纳米级填充物在下料过程中运送困难、易架桥的缺点，其制备方法工艺流程简单，操作方便，且通过此种方法制备的改性聚丙烯复合材料成本低、力学性能优良，具有非常好的市场应用场景。对于拓展聚丙烯的应用领域、增加其使用价值有着非常重要的现实意义。

Description

一种降低碳酸钙/聚丙烯纳米复合材料成型收缩比的方法
技术领域：
本发明涉及改性聚丙烯技术领域，特别是涉及一种降低碳酸钙/聚丙烯纳米复合材料成型收缩比的方法。
背景技术：
聚丙烯(PP)具有来源丰富、价格便宜、容易加工、力学性能好、密度小等优点。是一种综合性能良好的通用塑料。广泛应用于汽车、化工、建筑、包装、电器等行业。但PP也存在冲击强度差、低温脆性、硬度低、成型收缩率大、易老化、耐热性差等缺点。碳酸钙/聚丙烯纳米复合材料实现了对PP同时增强增韧的加工目标，但是仍未能解决其在成型加工时收缩率大的问题，限制了其在汽车等成型加工领域的使用。
发明内容：
本发明首先将聚丙烯、纳米碳酸钙和偶联剂混合均匀后挤出造粒得到母料，然后按照聚合物加工成型的方法将聚合物母料、聚丙烯、滑石粉和助剂在双螺杆挤出机中造粒并干燥即得本发明的改性聚丙烯。本发明在纳米碳酸钙对PP增强增韧的同时，提供一种降低碳酸钙/聚丙烯纳米复合材料成型收缩比大的方法。该方法使用廉价的滑石粉作为填充物，与聚丙烯和纳米碳酸钙的母料共混后挤出造粒。利用填料的尺寸效应将填料的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与聚合物母料的韧性和加工性完美的结合起来。对于拓展聚丙烯的应用领域、增加其使用价值有着非常重要的现实意义。
为实现以上目标，本发明采用如下的技术方案：
按照重量分数计算，本发明纳米碳酸钙粒子改性聚丙烯是有聚丙烯90～110份、纳米碳酸钙1～30份和滑石粉1～30份并加入助剂制备而成。发明人经过大量的实验证明：纳米碳酸钙的加入量超过30份时，分散性差、容易团聚，随着其加入量的增加，改性聚丙烯的冲击强度随之下降；纳米碳酸钙加入量低于1份时，力学性能提高的不明显。
优选地，纳米碳酸钙粒子改性聚丙烯是由聚丙烯100份、纳米碳酸钙20份和滑石粉10份并加入助剂制备而成。
前诉纳米碳酸钙粒子改性聚丙烯中的纳米碳酸钙的粒径为25nm～100nm。
优选地。纳米碳酸钙的粒径选择为25nm。经发明人大量研究表明，随着纳米碳酸钙粒径的增大，改性聚丙烯的冲击强度随之降低，收缩比随之增大。
本发明还提供了一种降低碳酸钙/聚丙烯纳米复合材料成型收缩比的方法：将聚丙烯、纳米碳酸钙、滑石粉和助剂混合均匀，然后按照聚合物加工成型的方法在双螺杆挤出机中挤出得到聚丙烯粒料，将粒料干燥至水分含量在0.01％以下即得改性聚丙烯。
其中，双螺杆挤出机的螺杆温度为：I区185℃～190℃、II区190℃～195℃、III区195℃～200℃、IV区195℃～200℃、V区200℃～205℃、VI区200℃～205℃、VII区200℃～205℃、机头温度205℃～215℃，螺杆转速为180～220转/分。
优选地，双螺杆挤出机的螺杆温度为：I区190℃、II区195℃、III区200℃、IV区200℃、V区205℃、VI区205℃、VII区200℃、机头温度215℃，螺杆转速为200转/分。
随着填料的微细化，粒子的比表面积增大，填料与基体的接触面积增大，因而填料与聚合物发生物理或化学结合的可能性大，材料受冲击时会产生更多的微裂纹和吸收更多的冲击能。但填料的用量过大，粒子过于接近，微裂纹易发展成宏观开裂，体系性能变差。由于纳米微粒的粒径小，极性强，而PP极性弱，两者相容性差，加之微粒的表面能高、易团聚，难以达到均匀分散，所以填料在与PP共混之前要用偶联剂对粒子表面进行处理，将偶联剂均匀地包覆在粒子表面以防止其团聚，从而提高分散效果。
具体各组分配比：
基体树脂：均聚PP、共聚PP中的一种或两种混合物100份
无机微纳米填料：纳米CaCO31～30份、滑石粉1250目1～30份
偶联剂：硅烷偶联剂KH550、KH560；钛酸酯偶联剂NDZ101、NDZ102中的一种0.2～1份
润滑剂：白油、硬脂酸钙、十二烷基苯磺酸钠中的一种1～5份
首先将聚丙烯、纳米碳酸钙和偶联剂混合均匀后挤出造粒得到母料，然后按照聚合物加工成型的方法将聚合物母料、聚丙烯、滑石粉和助剂在双螺杆挤出机中挤出。加热段温度为185～210℃，机头温度为190～220℃，螺杆转速180～240r/min，挤出后水冷却、切粒机造粒，将粒料干燥至水分含量在0.01％以下即得改性聚丙烯。

Claims (8)

1.一种无机刚性粒子/聚丙烯纳米复合材料的改性，其特征在于：按照重量分数计算，它是由聚丙烯90～110份、纳米碳酸钙1～30份和滑石粉1～30份加入助剂制备而成。
2.按照权利要求1所诉无机刚性粒子/聚丙烯纳米复合材料的改性，其特征在于：按照重量分数计算，它是由聚丙烯100份、纳米碳酸钙20份和滑石粉10份加入助剂制备而成。
3.按照权利要求1和2所诉无机刚性粒子/聚丙烯纳米复合材料的改性，其特征在于：所诉纳米碳酸钙的粒径为25nm～100nm。
4.按照要求3所诉无机刚性粒子/聚丙烯纳米复合材料的改性，其特征在于：所诉纳米碳酸钙的粒径为25nm。
5.按照权利要求1和2所诉无机刚性粒子/聚丙烯纳米复合材料，其特征在于：所诉滑石粉的目数为1250目。
6.权利要求1-5所诉无机刚性粒子/聚丙烯纳米复合材料的改性，其特征在于：将聚丙烯、纳米碳酸钙和助剂挤出造粒得到母料，然后按照聚合物加工成型的方法将聚合物母料、聚丙烯、滑石粉和助剂在双螺杆挤出机中挤出得到聚丙烯材料，将粒料干燥至水分含量在0.01％以下即得改性聚丙烯。
7.按照权利要求6所述无机刚性粒子/聚丙烯纳米复合材料的改性，其特征在于：所诉双螺杆挤出机的螺杆温度为：I区185℃～190℃、II区190℃～195℃、III区195℃～200℃、IV区195℃～200℃、V区200℃～205℃、VI区200℃～205℃、VII区200℃～205℃、机头温度205℃～215℃，螺杆转速为180～220转/分。
8.按照权利要求6所诉无机刚性粒子/聚丙烯纳米复合材料的改性，其特征在于：所诉双螺杆挤出机的螺杆温度为：I区190℃、II区195℃、III区200℃、IV区200℃、V区205℃、VI区205℃、VII区200℃、机头温度215℃，螺杆转速为200转/分。
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