CN102731904A

CN102731904A - 改性滑石粉填充的增强母粒及其制备方法

Info

Publication number: CN102731904A
Application number: CN2012101446985A
Authority: CN
Inventors: 施利毅; 宋娜; 巴超群; 丁鹏; 章晓霁; 唐圣福
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2012-05-11
Filing date: 2012-05-11
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2032-05-11
Also published as: CN102731904B

Abstract

本发明公开了一种改性滑石粉填充的增强母粒及其制备方法，该增强母粒按照重量百分比由以下组分组成：50%～80%的滑石粉、10%～49.9%的聚合物和0～30%的聚丙烯接枝马来酸酐，还含有0.05%～2%的硅烷偶联剂和 0.05% ～2%的长链季铵盐两种组分中的任意一种或两种。本发明增强母粒制备方法采用滑石粉改性和熔融挤出造粒两步法制备。改性滑石粉填充的本发明增强母粒性能优异，可使滑石粉较好的分散在聚合物中，将改性滑石粉添加至聚合物后，可有效提高聚合物注塑产品的力学性能，并减少滑石粉直接改性聚合物时带来的扬尘等环境问题。本发明增强母粒制备方法工艺简单，能耗低，可显著降低制备成本。

Description

改性滑石粉填充的增强母粒及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种复合材料，尤其是一种有机材料和无机材料杂化的增强母粒材料，本发明还涉及一种该材料的制备方法。

背景技术

聚丙烯（PP）无毒、无味、密度小、强度、刚度、硬度耐热性均优于低压聚乙烯,可在100℃左右使用。具有良好的电性能和高频绝缘性，不受湿度影响，但聚丙烯具有非极性和结晶性，使其与极性聚合物，无机填料及增强材料相容性差，染色性，粘接性也很差，所以需要改善其不足。聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）塑料分子结构高度对称，具有一定的结晶取向能力，故而具有较高的成膜性和成性。PET塑料具有很好的光学性能和耐候性，非晶态的PET塑料具有良好的光学透明性。另外PET塑料具有优良的耐磨耗摩擦性和尺寸稳定性及电绝缘性。PET做成的瓶具有强度大、透明性好、无毒、防渗透、质量轻、生产效率高等因而受到了广泛的应用。但PET塑料成型加工困难，生产周期长，冲击性能差，也需要通过增强、填充、共混等方法改进其加工性和物性。聚乙烯（PE）是是半结晶热塑性材料，具有优良的耐低温性能，化学稳定性好，能耐大多数酸碱的侵蚀，吸水性小，电绝缘性能优良。但PE耐热老化性差，耐氧化能力低，拉伸强度较低，抗蠕变性不好，也需要通过化学交联、辐照交联改性和纤维增强进一步改变其综合性能。

专利申请CN200610123106.6公开了一种功能增强母粒，利用线型低密度聚乙烯和无机增强剂，硬脂酸，硬脂酸钙，硅烷偶联剂组合物组分制备，该母粒性能优越，分散性好，能降低能耗，节约成本。专利申请CN200910264314.1公开了一种增韧增强母粒，将聚乙烯，偶联剂，润滑剂，抗氧剂等共混制备了增韧增强母粒，该母粒具有高强度，高模量，耐磨耗，耐高温，隔热等优异的性能，因此该母粒加入聚烯烃中可以大幅度的提高聚烯烃的韧性和强度。专利申请CN200610156646.4公开了一种PET纳米复合体和PET纳米复合纤维及其制造方法，采用PET纳米复合碎片进行熔融喷射后拉伸来制备PET纳米复合纤维，通过该技术方案制备的PET纳米复合体热稳定性优异，具有高强度，高耐热性，透明性，阻气性，拉伸加工性等优异的性能。但上述专利中提及的母粒产品均具有加工复杂，产品不稳定的缺点。专利申请CN200710028730.2公开了一种聚丙烯复合材料，该材料利用聚丙烯、马来酸酐、滑石粉及纳米级碳酸钙等共混发明了聚丙烯复合材料，通过在聚丙烯中添加该母粒，改变聚丙烯的结晶形式，从而限制了聚丙烯的收缩，并改善的聚丙烯的表面极性，使其表面易于被涂饰。但其实验原料涉及种类较多，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改性滑石粉填充的增强母粒及其制备方法，以解决现有技术中存在的上述问题，提出了一种用于增强聚合物树脂注塑产品强度的功能母粒，可降低能耗，降低成本，能更有效的提高注塑产品的力学性能。改性滑石粉填充的增强母粒性能优异，可使滑石粉较好的分散在聚合物中，将其添加至聚合物后，可有效提高聚合物注塑产品的力学性能。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种改性滑石粉填充的增强母粒，该增强母粒按照重量百分比由以下组分组成：

滑石粉 50% ～80%

聚合物 10%～ 49.9%

聚丙烯接枝马来酸酐 0～30%

上述增强母粒的组分中还含有 0.05% ～2%（重量百分比）的硅烷偶联剂和 0.05% ～2%（重量百分比）的长链季铵盐两种组分中的任意一种或两种。

上述聚合物为聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚乙烯（PE）中的任意一种或任意几种。

上述硅烷偶联剂优选为KH550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)、560(γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷)、570(γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷)、KH792(N-（β一氨乙基）-γ-氨丙基三甲（乙）氧基硅烷)、DL602(N-β-（氨乙基）-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷)和DL171中的任意一种或任意几种。

上述长链季铵盐优选为长链烷基季铵盐，其结构式为：(C3H5O)-CmHm+1N(CH3)2X，其中X为I、Br或Cl，其中m为8～36。

上述长链季铵盐最好为二甲基环氧丙基十二（十六、十八）烷基氯化铵。

上述滑石粉粒径优选为0.2μm-7μm。

本发明还提供了一种改性滑石粉填充的增强母粒的制备方法，包括如下步骤：

a．滑石粉改性：将硅烷偶联剂、长链季铵盐和滑石粉混合，在常温下，于乙醇水溶液中机械搅拌 1～4小时 ，然后过滤滑石粉，经烘干粉碎后获得改性滑石粉；

b．将在步骤a中制备的改性滑石粉、聚合物和加工助剂混合均匀，加入密炼机中，在160～200℃温度下密炼 5～15 分钟，取出物料；

c．熔融挤出造粒：将在步骤b中制备的物料经过单螺杆挤出机在160～200℃温度下挤出造粒，制备改性滑石粉填充的增强母粒。

上述增强母粒的制备方法的步骤b中，加工助剂为优选抗氧剂。

上述抗氧剂优选为1010或168。

上述增强母粒的制备方法的步骤c中，单螺杆挤出机的挤出温度优选保持180℃，挤出转速优选为60r/min。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1.本发明改性滑石粉填充的增强母粒采用滑石粉改性和熔融挤出造粒两步法制备，使此增强母粒在使用时，可以使滑石粉在聚丙烯复合材料中的分散有明显的改善，提高聚合物材料的力学性能，并减少滑石粉直接改性聚合物时带来的扬尘等环境问题。

2.滑石粉作为填料填充有机高分子材料，可改善制品的刚性、尺寸稳定性、润滑性，可防止高温蠕变，减少对成型机械的磨损，可使聚合物在通过填充提高硬度与抗蠕变性的同时，还可使聚合物的耐热冲击强度提高，可改善塑料的成型收缩率、制品的弯曲弹性模量及拉伸屈服强度。

3. 本发明改性滑石粉填充的增强母粒中滑石粉改性所采用的改性剂为长链季铵盐，其结构中同时含有疏水和亲水部分，可利用其组装的有序结构，实现对无机纳米颗粒的包裹等；从而达到对纳米粒子的有效分散，充分发挥纳米颗粒的效应。

4.本发明增强母粒制备方法工艺简单，能耗低，可显著降低产业化制备成本。

具体实施方式

对本发明的优选实施例详述如下：

实施例一：

将硅烷偶联剂1g、0.5μm滑石粉100g，在常温下，于乙醇水溶液中机械搅拌 1小时 后，过滤滑石粉，烘干粉碎。将改性的滑石粉45g、聚丙烯树脂14g、抗氧剂1010 1g混合均匀，加入密炼机中，在160℃下密炼10分钟，取出物料。将上述物料经过单螺杆挤出机挤出造粒，制备改性滑石粉增强母粒，得到聚合物基复合材料，其挤出温度保持180℃，挤出转速为60r/min。

在本实例中，增强母粒复合材料组分滑石粉作为填料填充有机高分子材料，可改善制品的刚性、尺寸稳定性、润滑性，可防止高温蠕变，减少对成型机械的磨损，可使聚合物在通过填充提高硬度与抗蠕变性的同时，还可使聚合物的耐热冲击强度提高，可改善塑料的成型收缩率、制品的弯曲弹性模量及拉伸屈服强度；增强母粒复合材料组分硅烷偶联剂、长链季铵盐及聚丙烯接枝马来酸酐的混合复配有助于微米及纳米滑石粉的分散，充分发挥微米及纳米滑石粉的增强效果。

将本实施例制备的改性滑石粉填充的增强母粒复合材料通过注塑机得到标准测试样条后，通过六次性能测试，取平均值，其注塑复合材料样品的拉伸强度为30.72，其弯曲强度为29.94 MPa，其悬臂梁缺口冲击强度12.4 kJ/m²。具体参见表1。

本实施例制备的改性滑石粉填充的增强母粒复合材料性能优越，分散性好，能降低能耗，节约成本等优点的同时，加工简便，产品稳定。本实施例改性滑石粉填充的增强母粒中滑石粉改性所采用的改性剂为长链季铵盐，其结构中同时含有疏水和亲水部分，可利用其组装的有序结构，实现对无机纳米颗粒的包裹等，从而达到对纳米粒子的有效分散，充分发挥纳米颗粒的效应。

对比例一：

将滑石粉48g、聚丙烯11g、抗氧剂168 1g混合均匀，加入密炼机中，在160℃下密炼10分钟，取出物料。将上述物料经过单螺杆挤出机挤出造粒，制备滑石粉增强母粒。

将本对比例制备的改性滑石粉填充的增强母粒复合材料通过注塑机得到标准测试样条后，通过六次性能测试，取平均值，其注塑复合材料样品的拉伸强度为28.52，其弯曲强度为27.34MPa，其悬臂梁缺口冲击强度10.2 kJ/m²。具体参见表1。

实施例二：

本实施例与实施例一的技术方案基本相同，特别之处在于：

将长链季铵盐2g、0.5μm滑石粉100g，在常温下，于乙醇水溶液中机械搅拌 2小时 后，过滤滑石粉，烘干粉碎。将改性的滑石粉48g、聚丙烯11g、抗氧剂168 1g混合均匀，加入密炼机中，在160℃下密炼10分钟，取出物料。也将上述物料经过单螺杆挤出机挤出造粒，制备改性滑石粉增强母粒。

将本实施例制备的改性滑石粉填充的增强母粒复合材料通过注塑机得到标准测试样条后，通过六次性能测试，取平均值，其注塑复合材料样品的拉伸强度为31.36，其弯曲强度为30.45 MPa，其悬臂梁缺口冲击强度11.3 kJ/m²。具体参见表1。

实施例三：

本实施例与前述实施例的技术方案基本相同，特别之处在于：

将硅烷偶联剂0.5g、长链季铵盐1.5g以及0.5μm滑石粉100g，在常温下，于乙醇水溶液中机械搅拌 2小时 后，过滤滑石粉，烘干粉碎。将改性的滑石粉48g、聚丙烯11g、抗氧剂1010 1g混合均匀，加入密炼机中，在160℃下密炼10分钟，取出物料。将上述物料经过单螺杆挤出机挤出造粒，制备改性滑石粉增强母粒。

将本实施例制备的改性滑石粉填充的增强母粒复合材料通过注塑机得到标准测试样条后，通过六次性能测试，取平均值，其注塑复合材料样品的拉伸强度为32.27，其弯曲强度为31.23 MPa，其悬臂梁缺口冲击强度11.7 kJ/m²。具体参见表1。

实施例四：

将硅烷偶联剂0.5g、长链季铵盐1.5g以及0.5μm滑石粉100g，在常温下，于乙醇水溶液中机械搅拌 2小时 后，过滤滑石粉，烘干粉碎。将改性的滑石粉40g、聚丙烯11g、聚丙烯接枝马来酸酐8g、抗氧剂1010 1g混合均匀，加入密炼机中，在160℃下密炼10分钟，取出物料。将上述物料经过单螺杆挤出机挤出造粒，制备改性滑石粉增强母粒。

将本实施例制备的改性滑石粉填充的增强母粒复合材料通过注塑机得到标准测试样条后，通过六次性能测试，取平均值，其注塑复合材料样品的拉伸强度为33.50，其弯曲强度为32.84 MPa，其悬臂梁缺口冲击强度9.86kJ/m2。具体参见表1。

性能测试

通过注塑机得到标准测试样条后，通过六次性能测试，取平均值，其注塑复合材料样品的拉伸，冲击，弯曲测试结果如下表：

表1. 本发明性能测试实验数据对比

性能测试项目	实施例一	实施例二	实施例三	实施例四	对比例一
						组合物组分	聚丙烯、滑石粉、硅烷偶联剂	聚丙烯、滑石粉、长链季铵盐	聚丙烯、滑石粉、硅烷偶联剂、长链季铵盐	聚丙烯、滑石粉、硅烷偶联剂、长链季铵盐、聚丙烯接枝马来酸酐	聚丙烯、滑石粉
拉伸强度（MPa）	30.72	31.36	32.27	33.50	28.52
						弯曲强度（MPa）	29.94	30.45	31.23	32.84	27.34
悬臂梁缺口冲击强度（kJ/m²）	12.4	11.3	11.7	9.86	10.2

从表1中的数据对比进行分析可以看出，用改性的滑石粉填充的增强母粒，使聚丙烯的注塑产品具有更加优越的力学性能，尤其是增强了聚合物注塑产品力学性能。本发明中涉及的改性滑石粉填充的增强母粒采用滑石粉改性和熔融挤出造粒两步法制备，与对比例相比可看出，使用此增强母粒时，可以使滑石粉在聚丙烯复合材料中的分散有明显的改善，聚合物注塑产品的力学性能得到明显提高。

上面对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，如采用其他种类的有机金属铂的化合物，采用不同的微波反应时间等，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明改性滑石粉填充的增强母粒及其制备方法的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种改性滑石粉填充的增强母粒，其特征在于：该增强母粒按照重量百分比由以下组分组成：

滑石粉 50%～80%

聚合物 10%～49.9%

聚丙烯接枝马来酸酐 0～30%

上述增强母粒的组分中还含有0.05%～2%（重量百分比）的硅烷偶联剂和0.05%～2%（重量百分比）的长链季铵盐两种组分中的任意一种或两种。

2.根据权利要求1所述的改性滑石粉填充的增强母粒，其特征在于：所述聚合物为聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚乙烯（PE）中的任意一种或任意几种。

3.根据权利要求1所述的改性滑石粉填充的增强母粒，其特征在于：所述硅烷偶联剂为KH550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)、560(γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷)、570(γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷)、KH792(N-（β一氨乙基）-γ-氨丙基三甲（乙）氧基硅烷)、DL602(N-β-（氨乙基）-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷)和DL171中的任意一种或任意几种。

4.根据权利要求1所述的改性滑石粉填充的增强母粒，其特征在于，所述长链季铵盐为长链烷基季铵盐，其结构式为：(C3H5O)-CmHm+1N(CH3)2X，其中X为I、Br或Cl，其中m为8～36。

5.根据权利要求4所述的改性滑石粉填充的增强母粒，其特征在：所述长链季铵盐为二甲基环氧丙基十二（十六、十八）烷基氯化铵。

6.根据权利要求1～5中任意一项所述的改性滑石粉填充的增强母粒，其特征在于：所述滑石粉粒径为0.2μm-7μm。

7.一种根据权利要求1所述的改性滑石粉填充的增强母粒的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

a．滑石粉改性：将硅烷偶联剂、长链季铵盐和滑石粉混合，在常温下，于乙醇水溶液中机械搅拌1-4小时，然后过滤滑石粉，经烘干粉碎后获得改性滑石粉；

b．将在步骤a中制备的改性滑石粉、聚合物和加工助剂混合均匀，加入密炼机中，在160～200℃温度下密炼5～15分钟，取出物料；

8.根据权利要求7所述的改性滑石粉填充的增强母粒的制备方法，其特征在：在上述步骤b中，加工助剂为抗氧剂。

9.根据权利要求8所述的改性滑石粉填充的增强母粒的制备方法，其特征在：所述抗氧剂为1010或168。

10.根据权利要求7～9中任意一项所述的改性滑石粉填充的增强母粒的制备方法，其特征在：在上述步骤c中，单螺杆挤出机的挤出温度保持180℃，挤出转速为60r/min。