CN102585363B - 一种改性聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种力学性能优异的改性聚丙烯复合材料及其制备方法，其特征在于所述复合材料按质量百分比计，由70％～80％的聚丙烯、15％～25％的POE和0.5％～5％二氧化硅接枝物配制而成。本发明利用了聚丙烯来源广泛，价格低廉，弹性体POE对聚丙烯具有较强的增韧效果，接枝改性后的二氧化硅对复合材料起到增韧增强的效果，且增加了三元复合体系的相容性，将其与聚丙烯熔融共混，以获得综合性能优良的聚丙烯材料，扩大了应用范围。本发明复合材料的Izod缺口冲击强度较纯聚丙烯提高了589.5％～952.6％，且拉伸强度、弯曲强度均较纯聚丙烯有所提高。
Description
技术领域
本发明涉及了一种具有良好韧性特征的改性聚丙烯及其制备方法，属于改性聚丙烯技术的领域。
背景技术
聚丙烯(PP)是四大通用塑料之一，PP具有丰富的来源，低廉的价格，优良的性能，广泛的用途等优点。在汽车、家电、建筑、工具设备、电子等行业上的需求量日益扩大。
然而PP存在较脆、韧性差、强度差等缺点，使得PP作为结构材料使用时受到了很大的限制，难以应用于高性能的工程塑料领域，因此需要对其进行增韧改性。本发明利用了聚丙烯来源广泛，价格低廉，弹性体POE对聚丙烯具有较强的增韧效果，接枝改性后的二氧化硅对复合材料起到增韧增强的效果，且增加了三元复合体系的相容性，将其与聚丙烯熔融共混，以获得综合性能优良的聚丙烯材料，从而扩大了应用范围。
国内外对聚丙烯增韧方面的研究主要集中在以下几个方面：聚丙烯/弹性体，对聚丙烯增韧的弹性体主要是POE，具体做法是通过改变POE的用量与PP熔融共混，既而获得PP/POE二元体系的优良性能，根据前人所做的大量工作，可知体系的冲击强度提高了70％～80％左右；聚丙烯/无机填料，目前应用较广泛的是纳米无机粒子，如纳米碳酸钙、纳米二氧化硅，冲击强度提高了30～50％左右；聚丙烯/弹性体/无机填料，研究最多的较典型的三元体系是PP/POE/纳米CaCO3，通过改变纳米CaCO3的量来获得最优的性能，将三者熔融共混，得到的三元体系冲击强度提高了100％～200％左右。
本发明利用弹性体POE和纳米SiO2协同改性PP，对其增韧增强，将接枝改性的纳米SiO2与PP、POE熔融共混，大大地提高了体系的相容性和流动性，使得到的制品有良好的力学性能与加工性能，进一步扩大了聚丙烯材料的应用领域。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改性聚丙烯复合材料及其制备方法，通过以下技术方案予以实现：
一种改性聚丙烯复合材料，其特征在于，按质量百分比，是由0.5％～5％的二氧化硅接枝物、15％～25％的POE和70％～80％的聚丙烯配制而成；
所述二氧化硅接枝物按质量百分比，是由5％～8％的二氧化硅、10％～15％的单体甲基丙烯酸甲酯或丙烯酸丁酯、1％～3％的偶氮二异丁腈、50％～55％的甲苯、10％～20％的甲醇和10％～20％丙酮溶液配制而成；
所述二氧化硅的平均粒径为50～100nm；
所述二氧化硅接枝物的制备方法可以为：
①将上述用硅烷偶联剂处理过的二氧化硅溶解到甲苯中，在80℃通入N2的条件下机械搅拌，加入偶氮二异丁腈，并使其完全溶解；
②向步骤①产物中加入10％～15％的单体甲基丙烯酸甲酯(MMA)或丙烯酸丁酯(BA)，反应6h；
③将反应好的产物抽滤、干燥；
④用甲醇在80℃下对步骤③的产物抽提8h，使其冷却，回流；
⑤最后用丙酮对反应产物抽提48h，干燥后得到二氧化硅接枝物。
一种上述改性聚丙烯复合材料的制备方法，可以在双辊机上将70％～80％的聚丙烯、15％～25％的POE与0.5％～5％的二氧化硅接枝物于170℃～180℃、5～15MPa的条件下熔融共混20min，得到改性聚丙烯复合材料。
本发明的有益效果在于：
首先用硅烷偶联剂处理纳米SiO2，然后利用甲基丙烯酸甲酯或丙烯酸丁酯表面接枝改性纳米SiO2，可使纳米SiO2具有明显的异相成核效应，能够提高PP的结晶度，使PP结晶颗粒细化，改善了纳米SiO2与PP基体的亲和性，并有利于纳米SiO2在PP中分散得更均匀，最后利用熔融共混的方法制备三元复合材料，大大提高了PP的力学性能和加工性能，使材料的刚性和韧性达到最佳平衡，以获得综合性能最优的复合材料。对PP的改性、配方、新材料的出现起到巨大的作用，有广阔的应用前景。
附图说明
本发明共有附图2张，其中：
图1为实施例1-4的二氧化硅接枝物(SiO2-g-PMMA)的含量与聚丙烯复合材料冲击性能的关系图。
图2为实施例5-8的二氧化硅接枝物(SiO2-g-PBA)的含量与聚丙烯复合材料冲击性能的关系图。
具体实施方式
实施例1-4使用MMA单体，二氧化硅接枝物用SiO2-g-PMMA表示；实施例5-8BA单体，二氧化硅接枝物用SiO2-g-PBA表示。
实施例1
首先，用硅烷偶联剂表面处理过的5％的SiO2分散到50％的甲苯中，在温度为80℃通入N2的条件下机械搅拌，在这个过程中再加入1％的AIBN，使其分散均匀；然后，将14％的MMA单体加到溶液中，反应6h，将反应好的产物抽滤、干燥；最后用15％的甲醇在80℃条件下对反应物抽提8h，使其冷却回流，用15％的丙酮对反应产物抽提48h，干燥后即得到接枝物SiO2-g-PMMA。
将79％的PP、20％的POE以及上述制得的1％的SiO2-g-PMMA在双辊机上温度为180℃的条件下熔融共混20min，再在10MPa的压力下用平板硫化机进行压板制成复合材料。该材料的冲击的强度是21.9KJ·m-2，拉伸强度是30.02MPa，弯曲强度是41.39MPa。
实施例2
首先，用硅烷偶联剂表面处理过的6％的SiO2分散到50％的甲苯中，在温度为80℃通入N2的条件下机械搅拌，在这个过程中再加入1％的AIBN，使其分散均匀；然后，将12％的MMA单体加到溶液中，反应6h，将反应好的产物抽滤、干燥；最后用15％的甲醇在80℃条件下对反应物抽提8h，使其冷却回流，用15％的丙酮对反应产物抽提48h，干燥后即得到接枝物SiO2-g-PMMA。
将78％的PP、20％的POE以及上述制得的2％的SiO2-g-PMMA在双辊机上温度为180℃的条件下熔融共混20min，再在10MPa的压力下用平板硫化机进行压板制成复合材料。该材料的冲击的强度是39.3KJ·m-2，拉伸强度是30.52MPa，弯曲强度是43.40MPa。
实施例3
首先，用硅烷偶联剂表面处理过的7％的SiO2分散到50％的甲苯中，在温度为80℃通入N2的条件下机械搅拌，在这个过程中再加入1％的AIBN，使其分散均匀；然后，将12％的MMA单体加到溶液中，反应6h，将反应好的产物抽滤、干燥；最后用15％的甲醇在80℃条件下对反应物抽提8h，使其冷却回流，用15％的丙酮对反应产物抽提48h，干燥后即得到接枝物SiO2-g-PMMA。
将77％的PP、20％的POE以及上述制得的3％的SiO2-g-PMMA在双辊机上温度为180℃的条件下熔融共混20min，再在10MPa的压力下用平板硫化机进行压板制成复合材料。该材料的冲击的强度是22.1KJ·m-2，拉伸强度是30.10MPa，弯曲强度是45.59MPa。
实施例4
首先，用硅烷偶联剂表面处理过的8％的SiO2分散到50％的甲苯中，在温度为80℃通入N2的条件下机械搅拌，在这个过程中再加入1％的AIBN，使其分散均匀；然后，将11％的MMA单体加到溶液中，反应6h，将反应好的产物抽滤、干燥；最后用15％的甲醇在80℃条件下对反应物抽提8h，使其冷却回流，用15％的丙酮对反应产物抽提48h，干燥后即得到接枝物SiO2-g-PMMA。
将76％的PP、20％的POE以及上述制得的4％的SiO2-g-PMMA在双辊机上温度为180℃的条件下熔融共混20min，再在10MPa的压力下用平板硫化机进行压板制成复合材料。该材料的冲击的强度是19.3KJ·m-2，拉伸强度是30.08MPa，弯曲强度是45.25MPa。
实施例5
首先，用硅烷偶联剂表面处理过的5％的SiO2分散到50％的甲苯中，在温度为80℃通入N2的条件下机械搅拌，在这个过程中再加入1％的AIBN，使其分散均匀；然后，将14％的BA单体加到溶液中，反应6h，将反应好的产物抽滤、干燥；最后用15％的甲醇在80℃条件下对反应物抽提8h，使其冷却回流，用15％的丙酮对反应产物抽提48h，干燥后即得到接枝物SiO2-g-PBA。
将79％的PP、20％的POE以及上述制得的1％的SiO2-g-PBA在双辊机上温度为180℃的条件下熔融共混20min，再在10MPa的压力下用平板硫化机进行压板制成复合材料。该材料的冲击的强度是40.4KJ·m-2，拉伸强度是30.71MPa，弯曲强度是41.12MPa。
实施例6
首先，用硅烷偶联剂表面处理过的6％的SiO2分散到50％的甲苯中，在温度为80℃通入N2的条件下机械搅拌，在这个过程中再加入1％的AIBN，使其分散均匀；然后，将13％的BA单体加到溶液中，反应6h，将反应好的产物抽滤、干燥；最后用15％的甲醇在80℃条件下对反应物抽提8h，使其冷却回流，用15％的丙酮对反应产物抽提48h，干燥后即得到接枝物SiO2-g-PBA。
将78％的PP、20％的POE以及上述制得的2％的SiO2-g-PBA在双辊机上温度为180℃的条件下熔融共混20min，再在10MPa的压力下用平板硫化机进行压板制成复合材料。该材料的冲击的强度是60.0KJ·m-2，拉伸强度是30.97MPa，弯曲强度是46.28MPa。
实施例7
首先，用硅烷偶联剂表面处理过的7％的SiO2分散到50％的甲苯中，在温度为80℃通入N2的条件下机械搅拌，在这个过程中再加入1％的AIBN，使其分散均匀；然后，将12％的BA单体加到溶液中，反应6h，将反应好的产物抽滤、干燥；最后用15％的甲醇在80℃条件下对反应物抽提8h，使其冷却回流，用15％的丙酮对反应产物抽提48h，干燥后即得到接枝物SiO2-g-PBA。
将77％的PP、20％的POE以及上述制得的3％的SiO2-g-PBA在双辊机上温度为180℃的条件下熔融共混20min，再在10MPa的压力下用平板硫化机进行压板制成复合材料。该材料的冲击的强度是37.9KJ·m-2，拉伸强度是29.43MPa，弯曲强度是42.54MPa。
实施例8
首先，用硅烷偶联剂表面处理过的8％的SiO2分散到50％的甲苯中，在温度为80℃通入N2的条件下机械搅拌，在这个过程中再加入1％的AIBN，使其分散均匀；然后，将11％的BA单体加到溶液中，反应6h，将反应好的产物抽滤、干燥；最后用15％的甲醇在80℃条件下对反应物抽提8h，使其冷却回流，用15％的丙酮对反应产物抽提48h，干燥后即得到接枝物SiO2-g-PBA。
将76％的PP、20％的POE以及上述制得的4％的SiO2-g-PBA在双辊机上温度为180℃的条件下熔融共混20min，再在10MPa的压力下用平板硫化机进行压板制成复合材料。该材料的冲击的强度是23.4KJ·m-2，拉伸强度是29.21MPa，弯曲强度是37.87Mpa。
Claims (1)
1.一种改性聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于是在双辊机上将70%～80%的聚丙烯、15%～25%的POE与0.5%～5%的二氧化硅接枝物于170℃～180℃、5～15MPa的条件下熔融共混20min，得到改性聚丙烯复合材料；
所述二氧化硅接枝物按质量百分比，是由5%～8%的二氧化硅、10%～15%的单体甲基丙烯酸甲酯或丙烯酸丁酯、1%～3%的偶氮二异丁腈、50%～55%的甲苯、10%～20%的甲醇和10%～20%丙酮溶液配制而成；
所述二氧化硅经硅烷偶联剂处理过，二氧化硅平均粒径为50～100nm；
所述二氧化硅接枝物的制备方法为：
①将上述用硅烷偶联剂处理过的二氧化硅溶解到甲苯中，在80℃通入N2的条件下机械搅拌，加入偶氮二异丁腈，并使其完全溶解；
②向步骤①产物中加入10%～15%的单体甲基丙烯酸甲酯或丙烯酸丁酯，反应6h；
③将反应好的产物抽滤、干燥；
④用甲醇在80℃下对步骤③的产物抽提8h，使其冷却，回流；
⑤最后用丙酮对反应产物抽提48h，干燥后得到二氧化硅接枝物。
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