CN102532685B - 纳米滑石粉改性聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种纳米滑石粉改性的聚丙烯复合材料及其制备方法,本发明在添加纳米级滑石粉填料的同时,加入适量传统微米级滑石粉协同改性聚丙烯,并采用专门的喂料和挤出工艺,最大限度避免纳米填料的团聚现象,并在相对较低的材料密度和成本条件下,获得综合性能更高、适用范围更广的复合材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚丙烯复合材料,尤其涉及一种高韧性、高强度和低密度的聚丙烯复合材料,及其制备方法。
背景技术
聚丙烯因其原料丰富、价格低廉、综合性能良好而广泛应用于汽车内外饰件和电子、家电产品的外壳等耐腐蚀和绝缘部件,是目前增长速度最快的通用热塑性塑料。但聚丙烯也有刚性低、耐热性差、收缩率大等缺点,通常采用加入无机填料的方法来提高聚丙烯的刚性。
如专利CN1226342C公开的聚丙烯复合材料采用的是硫酸钡进行增强、CN101864108A公开的复合材料采用硅灰石进行增强聚丙烯等热塑性树脂,专利CN1127539C公开的聚丙烯复合材料采用的是云母和玻纤毡进行增强,以及专利CN1068022C公开的聚丙烯复合材料采用的是高岭土等无机刚性离子进行增强,专利CN101838421A公开的改性填料/聚丙烯复合材料采用的是硫酸盐、碳酸盐、硅酸盐等无机填料进行增强、以及专利CN101875740A公开的聚丙烯复合材料采用的是连续玻璃纤维进行增强。但上述无机物的加入会增大材料的密度,并影响成型加工过程,如何在尽可能降低制品重量的基础上提高材料的性能,成为聚合物加工改性领域较为感兴趣的研究方向。
传统的聚丙烯增强技术需要大量的添加剂,而纳米复合材料只需要少量的纳米颗粒通过熔融混合或其它方法加入到聚合物基体中,就可以极大改善该聚合物的机械性能,因此纳米复合物材料也成为近年来材料科学中发展十分迅速的新领域。如专利CN1164668C公开的增韧聚合物复合材料采用了碳酸钙、二氧化硅、碳化硅、氮化硅、二氧化钛或氧化锌等无机纳米粒子增强包括聚丙烯在内的聚合物,专利CN101851374A公开的聚丙烯/无机纳米复合材料采用的是纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米凹凸棒土、纳米蒙脱土等进行增强,专利CN101870785A公开的聚丙烯/黏贴纳米复合材料采用的是纳米粘土进行改性。蒙脱土具有良好的分散性,已广泛应用于高分子材料的添加剂,以提高抗冲击强度、尺寸稳定性等聚合物综合物理性能,同时还能够改善物料的加工性能。如专利CN100100587C公开的聚丙烯/蒙脱土插层型纳米复合材料、专利CN1182192C公开的聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料、以及专利CN101880421A公开的聚丙烯/有机蒙脱土纳米复合材料均采用的是蒙脱土增强聚丙烯。
滑石粉具有良好的润滑性、助流、耐火性、耐化学腐蚀性、吸附力强、熔点高、遮盖力良好、光泽好等优异的物理化学特性,而且结晶构造为层状,具有能够分裂成鳞片的趋向和特殊的润滑性。因此与其他纳米级填料相比,滑石粉作为改性聚丙烯无机填料,它的纳米化具有更加显著的实际意义。早期滑石粉改性聚丙烯主要采用大颗粒滑石粉(微米级),如专利CN1068021C公开的聚丙烯组合物、专利CN1807498A公开的滑石粉增韧聚丙烯、专利CN101139455A公开的阻燃增强聚丙烯材料、专利CN101205332A公开的纳米硫酸钡增强聚丙烯、专利CN1990534A公开的汽车用耐磨聚丙烯复合材料采用的滑石粉粒径一般在800~2000目之间;以及专利CN1580115A、CN1631959A、CN1631960A公开的聚丙烯组合物或复合材料、专利CN101255253A公开的耐刮型汽车内饰件专用料采用的滑石粉粒径也均为微米级。
而有关纳米滑石粉改性聚丙烯的相关研究相对较少,中国专利CN1292021C公开的滑石粉改性聚丙烯复合材料,通过加入纳米级滑石粉获得了相对传统材料更高的冲击强度和断裂伸长率;中国专利CN1302065C公开的聚烯烃热塑性弹性体,以少量纳米滑石粉为改性剂,采用动态硫化的方式制备了一种新型热塑性弹性体,具有优良的力学性能和加工性能。但少量添加纳米滑石粉对材料性能改善有限,往往达不到制品的最终使用性能要求;而添加量较大时,纳米级颗粒很容易在高温熔融共混时发生团聚而影响产品性能,同时也会显著增加材料成本。
发明内容
本发明提供了一种纳米滑石粉改性的聚丙烯复合材料,在添加纳米级滑石粉填料的同时,加入适量传统微米级滑石粉协同改性聚丙烯,并采用专门的喂料和挤出工艺,最大限度避免纳米填料的团聚现象,并在相对较低的材料密度和成本条件下,获得综合性能更高、适用范围更广的复合材料。
本发明的目的在于提供一种纳米滑石粉改性聚丙烯复合材料,以克服传统微米级滑石粉改性聚丙烯材料的局限性。
本发明的另一个目的是提供所述纳米滑石粉改性聚丙烯复合材料的制备方法。
本发明纳米滑石粉改性聚丙烯复合材料,包括如下组分:
聚丙烯 46~98重量份;
纳米滑石粉 1~15重量份;
微米级无机填料 0~30重量份;
增容剂 0~10重量份;
增韧剂 0~20重量份;
稳定剂 0.1~2重量份;
助剂 0~4重量份;
其中,所述聚丙烯为丙烯均聚物或丙烯共聚物;所述助剂为着色剂、成核剂、发泡剂、表面活性剂、增塑剂、偶联剂、阻燃剂、光稳定剂、抗静电助剂、抗微生物助剂、润滑剂、加工助剂中的一种或多种组合,所述助剂可以根据需要进行选择添加一种或多种组合。
其中,所述丙烯共聚物优选为丙烯/乙烯嵌段共聚物。
所述丙烯/乙烯嵌段共聚物中乙烯单体重复单元摩尔含量优选为4~10%。
其中,本发明所用聚丙烯在230℃温度和2.16kg负荷条件下熔融指数(MI)优选为0.5~60g/10min。
其中,所述纳米滑石粉平均粒径为30~200nm,优选为60~100nm。
其中,所述无机填料优选为滑石粉、碳酸钙、硫酸钡中的一种或多种组合。
所述无机填料平均粒径为1~20μm,并优选为平均粒径为1~10μm的滑石粉。
其中,所述增容剂优选为接枝聚烯烃,如接枝聚丙烯、接枝聚乙烯、接枝POE(POE:辛烯和乙烯共聚物)中的一种或多种组合。
所述接枝聚烯烃的接枝基团可以是马来酸酐(顺丁烯二酸酐)、硅烷、丙烯酸、聚丙烯酰胺中的一种或多种组合。
其中,所述增容剂最佳选择为马来酸酐接枝聚丙烯,接枝率最佳为0.5~1.0%。所述马来酸酐接枝聚丙烯为任意均聚或嵌段共聚丙烯经马来酸酐熔融挤出改性所得
本发明所述增容剂优选为具有如下物理性能的接枝聚烯烃:
密度 0.89~0.91g/cm3;
熔点 170~190℃;
230℃和2.16kg负荷条件下熔融指数 10~50g/10min。
其中,所述增韧剂可以是任何合适的聚烯烃弹性体,包括但不限于聚丁二烯橡胶、乙烯/丙烯/丁二烯共聚物(EPDM)弹性体、乙烯/辛烯共聚物(POE)弹性体中的一种或多种组合。
本发明所述增韧剂最佳选择为乙烯/辛烯共聚物弹性体,并优选为190℃温度和2.16kg负荷条件下熔融指数为0.5~50g/10min的POE弹性体。
其中,所述稳定剂包括主抗氧剂和辅助抗氧剂,所述主抗氧剂可以是受阻酚或硫脂类抗氧剂中的一种或多种组合;如1,3,5-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)-1,3,5-三嗪-2,4,6[1H,3H,5H]三酮、四[β-(3,5-二叔丁基 4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、硫代二丙酸硬脂醇酯中的一种或多种组合。
相应地,所述辅助抗氧剂可以是亚磷酸酯或亚磷酸盐类抗氧剂中的一种或多种组合,如双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯、亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯)酯、或其组合。
本发明还提供了所述纳米滑石粉改性聚丙烯复合材料的制备方法,步骤如下:
步骤1,按照上述组分及其重量配比秤取原料;
步骤2,将所述原料混合,熔融挤出造粒,螺筒内温度为:一区190~200℃,二区~四区190~210℃,机头190~220℃。
根据所述制备方法的一种优选实施方式,加料方法如下:
将聚丙烯、微米级无机填料、增容剂、增韧剂、稳定剂以及助剂干混3~15分钟制得混合物,从螺杆尾部主喂料口加入双螺杆挤出机;纳米滑石粉从螺杆中部侧向喂料口加入所述双螺杆挤出机;双螺杆挤出机转速为100~1000转/分钟。
其中,所述组分加入到挤出机前的混合过程可以选择在高速混合器中干混3~15分钟。
应当注意的是,本发明所述聚丙烯可以是丙烯均聚物、丙烯共聚物、或其混合物。
本发明纳米滑石粉改性聚丙烯材料,与传统微米级滑石粉改性聚丙烯材料相比,无机组分含量更低,从而显著降低了注塑制品的密度和重量,产品用于汽车以及其他相关行业也将有助于减少重量,降低能耗。
本发明纳米改性聚丙烯材料将纳米级滑石粉和传统微米级无机填料协同改性聚丙烯材料,与单纯的由纳米滑石粉改性的聚丙烯相比,具有更高的刚性和韧性,而密度增加有限,因此具有更为广泛的适用范围。
同时本发明纳米改性聚丙烯复合材料制备方法采用分段进料方式,将纳米滑石粉在螺杆下游加入挤出机,最大限度的避免了熔融共混过程中其他组分对纳米滑石粉颗粒的剪切和分散过程造成影响,进一步提高了复合材料性能。
因此,本发明纳米滑石粉改性聚丙烯复合材料作为一种通用热塑性材料,在汽车内外饰部件、电子产品和家电外壳等领域的应用中,具有更好的机械性能和耐热性能。
具体实施方式
本发明提供了一种纳米滑石粉改性聚丙烯复合材料,包括如下组分:
1)聚丙烯46~98重量份;其中,聚丙烯可以是丙烯均聚物或共聚物(如乙烯/丙烯共聚物,其中乙烯单体重复单元摩尔含量为4~10mol),并优选为熔融指数为0.5~60g/10min(测试条件230℃,2.16kg负荷)的聚丙烯;
2)纳米滑石粉1~15重量份;其中,纳米滑石粉平均粒径优选为30~200nm;
3)微米级无机填料0~30重量份;如滑石粉、碳酸钙、硫酸钡等,粒径优选为1~20微米;
4)增容剂0~10重量份;增溶剂可选择接枝聚合物,如接枝聚丙烯、接枝聚乙烯、接枝POE等;最佳选择为马来酸酐接枝聚丙烯(密度为0.89~0.91g/cm3,熔点为170~190℃,熔融指数(测试条件230℃,2.16kg负荷)为10~50g/10min,接枝率为0.5~1.0%),除马来酸酐外,接枝基团也可以是硅烷、丙烯酸、聚丙烯酰胺等;
5)增韧剂0~20重量份;可以是聚丁二烯弹性体、乙烯/丙烯/丁二烯共聚物弹性体、乙烯/辛烯共聚物弹性体(190℃、2.16kg负荷下熔融指数0.5~50g/10min)等;
6)稳定剂0.1~2重量份;包括主抗氧剂(如受阻酚或硫脂类抗氧剂)和辅助抗氧剂(如亚磷酸酯或亚磷酸盐类抗氧剂);
7)助剂0~4重量份;如着色剂、成核剂、发泡剂、表面活性剂、增塑剂、偶联剂、阻燃剂、光稳定剂、抗静电助剂、抗微生物助剂、润滑剂、加工助剂等,本领域技术人员可根据需要添加。
本发明还提供了所述纳米滑石粉改性聚丙烯复合材料的制备方法,按照上述组分和重量配比秤取原料,混合均匀,熔融挤出造粒,螺筒内温度为:一区190~200℃,二区~四区190~210℃,机头190~220℃。
以双螺杆挤出机为例,下面通过具体的实施例对本发明纳米滑石粉改性聚丙烯复合材料进行详细描述,以使更好的理解本发明,但下述实施例并不限制本发明范围。
同时与不加纳米滑石粉的对比例(其他主要组分与实施例相同)进行性能对比。
实施例1
主要组分:聚丙烯(熔融指数20g/10min),纳米滑石粉(平均粒径80nm),马来酸酐接枝聚丙烯(接枝率0.5%,由嵌段共聚丙烯经马来酸酐熔融挤出改性所得)0.5%,Irganox 1010(四[β-(3,5-二叔丁基 4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯,Ciba公司)0.1%,Igrafos 168(亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯),Ciba公司)酯0.1%,Negonox DSTP(硫代二丙酸硬脂醇酯,英国ICE公司)0.3%。
按上述重量百分比各主要组分,在高速混合器中干混5分钟,再加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒,其中螺筒内温度为:一区200℃,二区210℃,三区210℃,四区210℃,机头220℃,双螺杆挤出机转速为400转/分。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型。
实施例2
主要组分:聚丙烯(熔融指数20g/10min)91%,纳米滑石粉(平均粒径80nm)7%,马来酸酐接枝聚丙烯(接枝率0.5%)1.5%,Irganox 1010(四[β-(3,5-二叔丁基 4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯,Ciba公司)0.1%,Igrafos 168(亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯)酯,Ciba公司)0.1%,Negonox DSTP(硫代二丙酸硬脂醇酯,英国ICE公司)0.3%。
按上述重量百分比称各主要组分,在高速混合器中干混5分钟,再加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒, 其中螺筒内温度为:一区200℃,二区210℃,三区210℃,四区210℃,机头220℃,双螺杆挤出机转速为400转/分。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型。
实施例3
主要组分:聚丙烯(熔融指数20g/10min)81.5%,纳米滑石粉(平均粒径80nm)15%,马来酸酐接枝聚丙烯(接枝率0.5%)3%,Irganox 1010(四[β-(3,5-二叔丁基 4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯,Ciba公司)0.1%,Igrafos 168(亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯)酯,Ciba公司)0.1%,Negonox DSTP(硫代二丙酸硬脂醇酯,英国ICE公司)0.3%。
按上述重量百分比称取各主要组分,在高速混合器中干混5分钟,再加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒,其中螺筒内温度为:一区200℃,二区210℃,三区210℃,四区210℃,机头220℃,双螺杆挤出机转速为400转/分。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型。
实施例4
主要组分:聚丙烯(熔融指数20g/10min)56.5%,纳米滑石粉(平均粒径80nm)15%,微米级滑石粉(平均粒径10μm)15%,增韧剂POE(DOW公司,Engage8180)10%,马来酸酐接枝聚丙烯(接枝率0.5%)3%,Irganox 1010(四[β-(3,5-二叔丁基 4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯,Ciba公司)0.1%,Igrafos 168(亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯)酯,Ciba公司)0.1%,Negonox DSTP(硫代二丙酸硬脂醇酯,英国ICE公司)0.3%。
按上述重量百分比称取各主要组分,在高速混合器中干混5分钟,再加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒,其中螺筒内温度为:一区200℃,二区210℃,三区210℃,四区210℃,机头220℃,双螺杆挤出机转速为400转/分。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型。
实施例5
主要组分:聚丙烯(熔融指数20g/10min)46.5%,纳米滑石粉(平均粒径80nm)15%,微米级滑石粉(平均粒径10μm)15%,增韧剂POE(DOW公司,Engage8180)20%,马来酸酐接枝聚丙烯(接枝率0.5%)3%,Irganox 1010(四[β-(3,5-二叔丁基 4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯,Ciba公司)0.1%,Igrafos 168(亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯)酯,Ciba公司)0.1%,Negonox DSTP(硫代二丙酸硬脂醇酯,英国ICE公司)0.3%。
按上述重量百分比称取各组分,在高速混合器中干混5分钟,再加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒,其中螺筒内温度为:一区200℃,二区210℃,三区210℃,四区210℃,机头220℃,双螺杆挤出机转速为400转/分。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型。
实施例6
主要组分:聚丙烯(熔融指数20g/10min)51.5%,纳米滑石粉(平均粒径80nm)15%,微米级滑石粉(平均粒径10μm)30%,马来酸酐接枝聚丙烯(接枝率0.5%)3%,Irganox 1010(四[β-(3,5-二叔丁基 4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯,Ciba公司)0.1%,Igrafos 168(亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯)酯,Ciba公司)0.1%,Negonox DSTP(硫代二丙酸硬脂醇酯,英国ICE公司)0.3%。
按上述重量百分比称取各主要组分,在高速混合器中干混5分钟,再加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒,其中螺筒内温度为:一区200℃,二区210℃,三区210℃,四区210℃,机头220℃,双螺杆挤出机转速为400转/分。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型。
实施例7
组分:聚丙烯(熔融指数20g/10min)66.5%,纳米滑石粉(平均粒径80nm)15%,微米级滑石粉(平均粒径10μm)15%,增韧剂POE(DOW公司,Engage8180)10%,马来酸酐接枝聚丙烯(接枝率0.5%)3%,Irganox 1010(四[β-(3,5-二叔丁基 4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯,Ciba公司)0.1%,Igrafos 168(亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯)酯,Ciba公司)0.1%,Negonox DSTP(硫代二丙酸硬脂醇酯,英国ICE公司)0.3%。
按上述重量百分比称取聚丙烯、微米级滑石粉、马来酸酐接枝聚丙烯、Irganox 1010、Igrafos 168、Negonox DSTP,在高速混合器中干混5分钟,制得混合物A;将混合物A由螺杆尾部主喂料口、纳米滑石粉由螺杆中部侧向喂料口分别加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒;其中螺筒内温度为:一区200℃,二区210℃,三区210℃,四区210℃,机头220℃,双螺杆挤出机转速为400转/分。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型制样。
实施例8
主要组分:聚丙烯(熔融指数20g/10min)46.5%,纳米滑石粉(平均粒径80nm)15%,微米级滑石粉(平均粒径10μm)15%,增韧剂POE(DOW公司,Engage8180)20%,马来酸酐接枝聚丙烯(接枝率0.5%)3%,Irganox 1010(四[β-(3,5-二叔丁基 4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯,Ciba公司)0.1%,Igrafos 168(亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯)酯,Ciba公司)0.1%,Negonox DSTP(硫代二丙酸硬脂醇酯,英国ICE公司)0.3%。
按上述重量百分比称取聚丙烯、微米级滑石粉、马来酸酐接枝聚丙烯、POE弹性体、Irganox 1010、Igrafos 168、Negonox DSTP,在高速混合器中干混5分钟,制得混合物A;将混合物A由螺杆尾部主喂料口、纳米滑石粉由螺杆中部侧向喂料口分别加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒;其中螺筒内温度为:一区200℃,二区210℃,三区210℃,四区210℃,机头220℃,双螺杆挤出机转速为400转/分。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型制样。
实施例9
主要组分:聚丙烯(熔融指数20g/10min)51.5%,纳米滑石粉(平均粒径80nm)15%,微米级滑石粉(平均粒径10μm)30%,马来酸酐接枝聚丙烯(接枝率0.5%)3%,Irganox 1010(四[β-(3,5-二叔丁基 4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯,Ciba公司)0.1%,Igrafos 168(亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯)酯,Ciba公司)0.1%,Negonox DSTP(硫代二丙酸硬脂醇酯,英国ICE公司)0.3%。
按重量百分比称取聚丙烯、微米级滑石粉、马来酸酐接枝聚丙烯、Irganox 1010、Igrafos 168、Negonox DSTP,在高速混合器中干混5分钟,制得混合物A;将混合物A由螺杆尾部主喂料口、纳米滑石粉由螺杆中部侧向喂料口分别加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒;其中螺筒内温度为:一区200℃,二区210℃,三区210℃,四区210℃,机头220℃,双螺杆挤出机转速为400转/分。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型制样。
对比例1
主要组分:聚丙烯(熔融指数20g/10min)99.5%,Irganox 1010(四[β-(3,5-二叔丁基 4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯,Ciba公司)0.1%,Igrafos 168(亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯)酯,Ciba公司)0.1%,Negonox DSTP(硫代二丙酸硬脂醇酯,英国ICE公司)0.3%。
按重量百分比称取聚丙烯、Irganox 1010、Igrafos 168、Negonox DSTP,在高速混合器中干混5分钟,再加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒,其中螺筒内温度为:一区200℃,二区210℃,三区210℃,四区210℃,机头220℃,双螺杆挤出机转速为400转/分。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型。
对比例 2
主要组分:聚丙烯(熔融指数20g/10min)69.5%,微米级滑石粉(平均粒径10μm)30%,Irganox 1010(四[β-(3,5-二叔丁基 4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯,Ciba公司)0.1%,Igrafos 168 Igrafos 168(亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯)酯,Ciba公司)0.1%,Negonox DSTP(硫代二丙酸硬脂醇酯,英国ICE公司)0.3%。
按重量百分比称取聚丙烯、微米级滑石粉、Irganox 1010、Igrafos 168、Negonox DSTP,在高速混合器中干混5分钟,再加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒,其中螺筒内温度为:一区200℃,二区210℃,三区210℃,四区210℃,机头220℃,双螺杆挤出机转速为400转/分。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型。
对比例3
组分:聚丙烯(熔融指数20g/10min)49.5%,微米级滑石粉(平均粒径10μm)30%,POE弹性体20%,Irganox 1010(四[β-(3,5-二叔丁基 4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯,Ciba公司)0.1%,Igrafos 168(亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯)酯,Ciba公司)0.1%,Negonox DSTP(硫代二丙酸硬脂醇酯,英国ICE公司)0.3%。
按上述重量百分比称取聚丙烯、微米级滑石粉、POE弹性体、Irganox 1010、Igrafos 168、Negonox DSTP,在高速混合器中干混5分钟,再加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒, 其中螺筒内温度为:一区200℃,二区210℃,三区210℃,四区210℃,机头220℃,双螺杆挤出机转速为400转/分。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型。
通过实施例1~3和对比例1相比可以看出,本发明纳米滑石粉改性聚丙烯复合材料的强度、模量、以及热变形温度有着显著的提高,冲击性能也有所提高。
通过实施例4~5与对比例2~3相比,本发明纳米滑石粉改性聚丙烯复合材料采用纳米滑石粉与微米级无机粒子协同改性时,各项物理性能均比传统微米级 改性聚丙烯有明显的提高。
通过实施例7~9可以看出,本发明采用纳米级滑石粉从螺杆中部侧向喂料口加入时,所制备的聚丙烯复合材料综合性能由于实施例4~6,获得了各项性能更加均衡的复合材料。
本发明上述聚丙烯可以是丙烯均聚物或共聚物;而且上述实施例中为未提及的操作手段和方法应当理解为本领域技术人员常用的操作手段和方法。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述,但其只是作为范例,本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言,任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此,在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改,都应涵盖在本发明的范围内。
Claims (21)
1.一种纳米滑石粉改性聚丙烯复合材料,其特征在于,包括:
其中,所述聚丙烯为丙烯均聚物或丙烯共聚物;所述助剂为着色剂、成核剂、发泡剂、表面活性剂、增塑剂、偶联剂、阻燃剂、光稳定剂、抗静电助剂、抗微生物助剂、润滑剂、加工助剂中的一种或多种组合;
其中,微米级无机填料、增容剂、增韧剂重量份数不为0。
2.根据权利要求1所述的复合材料,其特征在于,所述纳米滑石粉平均粒径为30~200nm。
3.根据权利要求2所述的复合材料,其特征在于,所述纳米滑石粉平均粒径为60~100nm。
4.根据权利要求1所述的复合材料,其特征在于,所述丙烯共聚物为丙烯/乙烯嵌段共聚物。
5.根据权利要求4所述的复合材料,其特征在于,所述丙烯/乙烯嵌段共聚物中乙烯单体重复单元摩尔含量为4~10%。
6.根据权利要求1所述的复合材料,其特征在于,所述聚丙烯为230℃和2.16kg负荷条件下熔融指数为0.5~60g/10min的聚丙烯。
7.根据权利要求1所述的复合材料,其特征在于,所述无机填料平均粒径为1~20μm。
8.根据权利要求7所述的复合材料,其特征在于,所述无机填料为滑石粉、碳酸钙和硫酸钡中的一种或多种组合。
9.根据权利要求7所述的复合材料,其特征在于,所述无机填料平均粒径为1~10μm的滑石粉。
10.跟据权利要求1所述的复合材料,其特征在于,所述增容剂为接枝聚烯烃。
11.根据权利要求10述的复合材料,其特征在于,所述接枝聚烯烃为接枝聚丙烯、接枝聚乙烯、接枝POE中的一种或多种组合。
12.根据权利要求10或11所述的复合材料,其特征在于,所述接枝聚烯烃的接枝基团为马来酸酐、硅烷、丙烯酸、聚丙烯酰胺中的一种或多种组合。
13.根据权利要求12所述的复合材料,其特征在于,所述接枝聚合物为马来酸酐接枝聚丙烯,密度为0.89~0.91g/cm3,熔点为170~190℃,在230℃和2.16kg负荷条件下熔融指数为10~50g/10min。
14.根据权利要求13所述的复合材料,其特征在于,所述马来酸酐接枝聚丙烯接枝率为0.5~1.0%。
15.根据权利要求1所述的复合材料,其特征在于,所述增韧剂为聚丁二烯弹性体、乙烯/丙烯/丁二烯共聚物弹性体、乙烯/辛烯共聚物弹性体中的一种或多种组合。
16.根据权利要求15所述的复合材料,其特征在于,所述增韧剂为190℃和2.16kg负荷条件下熔融指数为0.5~50g/10min的乙烯/辛烯共聚物弹性体。
17.根据权利要求1所述的复合材料,其特征在于,所述抗氧化剂包括主抗氧剂和辅助抗氧剂,所述主抗氧剂为受阻酚或硫脂类抗氧剂中的一种或多种组合;所述辅助抗氧剂为亚磷酸酯或亚磷酸盐类抗氧剂一种或多种组合。
18.根据权利要求17所述的复合材料,其特征在于,所述主抗氧剂为1,3,5-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)-1,3,5-三嗪-2,4,6[1H,3H,5H]三酮、四[β-(3,5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、硫代二丙酸硬脂醇酯中的一种或多种组合。
19.根据权利要求17所述的复合材料,其特征在于,所述辅助抗氧剂为双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯、亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯)酯、或其组合。
20.一种如权利要求1所述的纳米滑石粉改性聚丙烯复合材料的制备方法,其特征在于,步骤如下:
步骤1,秤取原料,原料配比如下:
其中,所述聚丙烯为丙烯均聚物或丙烯共聚物;所述助剂为着色剂、成核剂、发泡剂、表面活性剂、增塑剂、偶联剂、阻燃剂、光稳定剂、抗静电助剂、抗微生物助剂、润滑剂、加工助剂中的一种或多种组合;
其中,微米级无机填料、增容剂、增韧剂重量份数不为0;
步骤2,将所述原料混合,熔融挤出造粒,螺筒内温度为:一区190~200℃,二区~四区190~210℃,机头190~220℃。
21.根据权利要求20所述的制备方法,其特征在于,将聚丙烯、微米级无机填料、相容剂、增韧剂、抗氧化剂以及助剂干混3~15分钟制得混合物,从螺杆尾部主喂料口加入双螺杆挤出机,纳米滑石粉从螺杆中部侧向喂料口加入所述双螺杆挤出机,所述双螺杆挤出机转速为100~1000转/分钟。
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