CN103506057A - 一种聚丙烯/剪切增稠流体微胶囊高韧性材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种聚丙烯/剪切增稠流体微胶囊高韧性材料的制备方法。该方法首先是将纳米二氧化硅通过高速剪切乳化机的高速搅拌作用分散在聚丙二醇中制备得到剪切增稠流体，再将制备得到的剪切增稠流体与水按照一定比例制得均匀溶液，然后在均匀溶液中加入乳化剂和有机溶剂并通过搅拌器搅拌得到均匀的油包水乳液，将该油包水乳液转移入三口烧瓶中并加入异腈酸酯进行反应制备得到剪切增稠流体微胶囊，然后将聚丙烯和剪切增稠流体微胶囊在开炼机、密炼机或挤出机中的一种或者一种以上组合进行熔融共混，制备得到聚丙烯/剪切增稠流体微胶囊高韧性材料。与一般的增韧聚丙烯材料相比，聚丙烯/剪切增稠流体微胶囊在提高聚丙烯韧性的同时并不会降低聚丙烯的刚性，并且改善了聚丙烯的耐热性和加工流动性，同时将剪切增稠流体微胶囊化成为固体粉末相比液体更便于成型加工。

Description

一种聚丙烯/剪切增稠流体微胶囊高韧性材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种聚丙烯/剪切增稠流体微胶囊高韧性材料的制备方法，具体涉及剪切增稠流体微胶囊的合成方法以及该材料的成型加工方法，属于高分子材料技术领域。 

背景技术

聚丙烯（Polypropylene，简称PP）是由丙烯单体聚合而得的热塑性高聚物，具有优良的抗冲击性、耐化学药品性、透明性、电绝缘性及加工性。聚丙烯用途广泛，在纺织、家电、包装、汽车和建筑行业都有广泛的应用，其用量呈逐年增长趋势，是通用塑料中增长最快的品种，用量仅次于高密度聚乙烯和聚氯乙烯。由于聚丙烯优异的综合性能，较低生产成本，目前的一个趋势是将聚丙烯代替工程塑料，用于制造家具、家电以及汽车产品。但是聚丙烯本身一些性能的不足限制了它的应用，其中最为严重的缺陷之一是韧性不足。因此如何提高聚丙烯的韧性，扩大聚丙烯的应用范围具有较高的研究价值。 

对于聚丙烯增韧改性，研究人员做了大量的探索和研究，取得了可喜的成就。其中研究最多，效果最显著的是橡胶弹性体的增韧改性，在聚丙烯基体中加入橡胶弹性体进行改性，可以大大提高聚丙烯的冲击韧性。但是橡胶弹性体的加入会明显降低聚丙烯的刚性，并使材料的加工性能和耐热性能变差，反而限制了聚丙烯的使用。近年来，对于聚丙烯的增韧改性研究报告中，刚性粒子增韧机理具有较大研究价值。刚性粒子增韧是通过填料，基体和界面设计同时达到增韧和增强的目的。刚性粒子增韧聚丙烯，能在提高材料冲击性能的同时，不降低其拉伸强度和刚性，加工流动性和耐热性也会有一定程度的改善。 

剪切增稠流体（Shear Thickening Fluid，简称STF）是由分散相粒子和液体分散介质所组成的触变性溶胶。剪切增稠流体在不受冲击时，呈现易流动的液态；在受到冲击时，其粘度急剧增大，甚至转变为类固态物质，吸收大量能量；在冲击消失时，又会回到易于流动的液态。 

微胶囊技术是一种用成膜材料把固体或液体包覆形成微小粒子的技术。微胶囊技术的优势在于形成微胶囊时，囊心被包覆而与外界环境隔离，它的性质能毫无影响的地被保留下来，而在适当的条件下，壁材被破坏时又能将囊心释放出来。这给使用带来许多便利。如液体形成微胶囊后变成固体粉末，这给它的使用、运输、贮存都带来很大的方便。 

目前，有研究报道将剪切增稠流体直接加入聚丙烯中进行增韧改性，取得了 

显著的效果。本发明将剪切增稠流体微胶囊化，不仅完整的保留了剪切增稠流体的特性， 而且将液体包覆为粉末更易于加工，并对微胶囊进行结构设计，使微胶囊于与聚丙烯基体的相容性得到进一步提高，从而在显著提高聚丙烯韧性，改善其刚性，加工流动性和耐热性。 

发明内容

本发明的目的在于应用剪切增稠流体和微胶囊技术制备一种高韧性，良好刚性，加工流动性和耐热性的高性能材料。 

本发明所提出的聚丙烯/剪切增稠流体微胶囊高韧性材料是由包括如下组分和重量份数的原料制备的：聚丙烯（PP）80～95份，剪切增稠流体微胶囊5～20份。所述的剪切增稠流体微胶囊的合成包括如下：剪切增稠流体（STF）20～27份、水7～13份、乳化剂1～3份，异腈酸酯1～2份，有机溶剂60～65份以及反应温度，搅拌转速，反应转速。所述的剪切增稠流体的制备包括如下：纳米二氧化硅（SiO2）10～20份，聚丙二醇（PPG）80～90份。 

所述的聚丙烯/剪切增稠流体微胶囊高韧性材料制备的具体过程如下： 

（1）：按照9:1的质量比称取聚丙二醇和纳米二氧化硅并通过高速剪切乳化机高速搅拌20～30min，制备得到剪切增稠流体； 

（2）：取质量份20～27份的上述剪切增稠流体加入7～13份水，搅拌得到均匀溶液； 

（3）：将上述均匀溶液加入1～3份乳化剂和49～54份有机溶剂，在6000～13000rpm的搅拌速度下搅拌10～20min，制备得到均匀油包水乳液，将均匀油包水乳液移入250ml三口烧瓶中，在60～80℃，400～800rpm条件下预热30min，加入10份溶解有1～2份异腈酸酯的均匀溶液，待完全加完后，维持反应90min；待上述反应结束后，将三口烧瓶中物质抽滤，用有机溶剂洗三次，再用水洗三次，取布氏漏斗中的滤饼在60～80℃烘箱中干燥24h，制备得到剪切增稠流体微胶囊； 

（4）：取聚丙烯80～95份，剪切增稠流体微胶囊5～20份，在开炼机、密炼机或者挤出机中的一种或一种以上组合进行熔融共混，制得聚丙烯/剪切增稠流体高韧性材料。 

步骤（1）中所述聚丙二醇为数均分子量为200～600中的一种或一种以上组合。 

步骤（3）中所述乳化剂为亲水亲油平衡值（HLB）为3的一种或几种复配乳化剂。 

步骤（3）中所述有机溶剂为甲苯、二甲苯或环己烷中的一种或一种以上组合。 

步骤（3）中所述的异腈酸酯为六甲基二异腈酸酯、二苯基甲烷二异腈酸酯或甲苯二异腈酸酯中的一种或一种以上组合。 

步骤（4）中所述的聚丙烯为均聚聚丙烯、无规共聚聚丙烯和嵌段共聚聚丙烯中的一种或一种以上组合。 

本发明具有如下优点： 

将剪切增稠流体用微胶囊包覆，较好的保留了剪切增稠流体的性质，材料在受到冲击时，体系粘度急剧增大，吸收大量能量，使材料具备良好的韧性；同时微胶囊的存在，起到了刚性粒子增韧的效果，在剪切增稠流体基础上进一步提升材料的韧性，且改善了材料的刚性，加工流动性和耐热性。 

具体实施方式

现结合具体实施例对本发明的内容进行详细的说明，但所述实施例仅用于本发明而不是限制本发明。 

实施例1 

（a）：在200g数均分子量为400的聚丙二醇溶液中，用高速剪切乳化机以3000rpm的转速边搅拌边加入纳米二氧化硅，总计加入的纳米二氧化硅的量为20g，在完全加入后，继续搅拌30min，得到均匀的剪切增稠流体备用； 

（b）：取（a）中剪切增稠流体42g，加入18g水，用玻璃棒搅拌至均匀透明液体； 

（c）：将上述均匀溶液加入5.16g乳化剂和120ml甲苯，在高速搅拌器下，以10000rpm的转速搅拌15min，制备得到均匀白色乳液；再将该乳液转移入250ml三颈烧瓶中，在80℃，搅拌器转速为600rpm的条件下缓慢加入溶解有2.16gMDI的10ml甲苯溶液，待完全加完后，维持反应90min；待反应结束后将三口烧瓶中物质抽滤，用甲苯洗三次，再用水洗三次，取布氏漏斗中的滤饼在80℃烘箱中干燥24h，制备得到剪切增稠流体微胶囊； 

（d）：取均聚聚丙烯90份，剪切增稠流体微胶囊10份，在190℃，60rpm的密炼机中进行熔融共混，共混时间为6min，制备得到高韧性材料。 

实施例2 

（a）：在200g数均分子量为400的聚丙二醇溶液中，用高速剪切乳化机以3000rpm的转速边搅拌边加入纳米二氧化硅，总计加入的纳米二氧化硅的量为20g，在完全加入后，继续搅拌30min，得到均匀的剪切增稠流体备用； 

（b）：取（a）中剪切增稠流体42g，加入18g水，用玻璃棒搅拌至均匀透明液体； 

（c）：将上述均匀溶液加入5.16g乳化剂和120ml二甲苯，在高速搅拌器下，以 

13000rpm的转速搅拌15min，制备得到均匀白色乳液；再将该乳液转移入250ml三颈烧瓶中，在80℃，搅拌器转速为400rpm的条件下缓慢加入溶解有2.16gHDI的10ml甲苯溶液，待完全加完后，维持反应90min；待反应结束后将三口烧瓶中物质抽滤，用二甲苯洗三次，再用水洗三次，取布氏漏斗中的滤饼在80℃烘箱中干燥24h，制备得到剪切增稠流体微胶囊； 

（d）：取均聚聚丙烯90份，剪切增稠流体微胶囊10份，在190℃，60rpm的密炼机中进行 熔融共混，共混时间为6min，制备得到高韧性材料。 

实施例3 

（a）：在200g数均分子量为600的聚丙二醇溶液中，用高速剪切乳化机以3000rpm的转速边搅拌边加入纳米二氧化硅，总计加入的纳米二氧化硅的量为20g，在完全加入后，继续搅拌30min，得到均匀的剪切增稠流体备用； 

（b）：取（a）中剪切增稠流体42g，加入18g水，用玻璃棒搅拌至均匀透明液体； 

（c）：将上述均匀溶液加入5.16g乳化剂和120ml甲苯，在高速搅拌器下，以6000rpm的转速搅拌20min，制备得到均匀白色乳液；再将该乳液转移入250ml三颈烧瓶中，在80℃，搅拌器转速为800rpm的条件下缓慢加入溶解有2.16gMDI的10ml甲苯溶液，待完全加完后，维持反应90min；待反应结束后将三口烧瓶中物质抽滤，用甲苯洗三次，再用水洗三次，取布氏漏斗中的滤饼在80℃烘箱中干燥24h，制备得到剪切增稠流体微胶囊； 

（d）：取均聚聚丙烯90份，剪切增稠流体微胶囊10份，在190℃，60rpm的密炼机中进行熔融共混，共混时间为6min，制备得到高韧性材料。 

实施例4 

（a）：在200g数均分子量为400的聚丙二醇溶液中，用高速剪切乳化机以3000rpm的转速边搅拌边加入纳米二氧化硅，总计加入的纳米二氧化硅的量为20g，在完全加入后，继续搅拌30min，得到均匀的剪切增稠流体备用； 

（b）：取（a）中剪切增稠流体42g，加入18g水，用玻璃棒搅拌至均匀透明液体； 

（c）：将上述均匀溶液加入5.16g乳化剂和120ml甲苯，在高速搅拌器下，以10000rpm的转速搅拌15min，制备得到均匀白色乳液；再将该乳液转移入250ml三颈烧瓶中，在80℃，搅拌器转速为600rpm的条件下缓慢加入溶解有2.16gMDI的10ml甲苯溶液，待完全加完后，维持反应90min；待反应结束后将三口烧瓶中物质抽滤，用甲苯洗三次，再用水洗三次，取布氏漏斗中的滤饼在80℃烘箱中干燥24h，制备得到剪切增稠流体微胶囊； 

（d）：取均聚聚丙烯85份，剪切增稠流体微胶囊5份，在双螺杆挤出机中进行 

熔融共混，三段式双螺杆挤出机的各段温度分别为160℃，180℃，180℃，转速为120rpm，制备得到高韧性材料塑料粒子。 

Claims (6)

1.一种聚丙烯/剪切增稠流体微胶囊高韧性材料的制备方法，其特征在于剪切增稠流体微胶囊的合成包含下列步骤： 

（1）：按照9:1的质量比称取聚丙二醇和纳米二氧化硅并通过高速剪切乳化机高速搅拌20～30min，制备得到剪切增稠流体； 

（2）：取质量份20～27份的上述剪切增稠流体加入7～13份水，搅拌得到均匀溶液； 

（3）：将上述均匀溶液加入1～3份乳化剂和49～54份有机溶剂，在6000～13000rpm的搅拌速度下搅拌10～20min，制备得到均匀乳液； 

（4）：将均匀乳液移入250ml三口烧瓶中，在60～80℃，400～800rpm的条件下预热30min，加入10份溶解有1～3份异腈酸酯有机溶剂的均匀溶液，待完全加完后，再继续反应90min； 

（5）：待上述反应结束后，将三口烧瓶中反应产物进行抽滤，用有机溶剂洗三次，再用水洗三次，取布氏漏斗中的滤饼在60～80℃烘箱中干燥24h，制备得到剪切增稠流体微胶囊。 

2.根据权利要求1所述的材料及其制备方法，其特征在于：聚丙二醇为数均分子量为200～600中的一种或一种以上组合；乳化剂为亲水亲油平衡值（HLB）为3的单种或复配乳化剂；有机溶剂为甲苯、二甲苯或环己烷中的一种或一种以上组合；异腈酸酯为六甲基二异腈酸酯、二苯基甲烷二异腈酸酯或甲苯二异腈酸酯中的一种或一种以上组合。 

3.一种聚丙烯/剪切增稠流体微胶囊高韧性材料的制备方法，其特征在于所述的聚丙烯/剪切增稠流体微胶囊高韧性材料是按质量份数配制：聚丙烯80～95份，剪切增稠流体微胶囊5～20份。 

4.按照权利要求3所述的材料及其制备方法，其特征在于聚丙烯是均聚聚丙烯、无规共聚聚丙烯和嵌段共聚聚丙烯中的一种或一种以上组合。 

5.按照权利要求3所述的材料及其制备方法，其特征在于将剪切增稠流体微胶囊与聚丙烯在开炼机、密炼机或者挤出机中的一种或一种以上组合进行熔融共混，制得聚丙烯/剪切增稠流体微胶囊高韧性材料。 

6.按照权利要求3所述的材料及其制备方法，其特征在于聚丙烯/剪切增稠流体微胶囊高韧性材料可采用模压、挤出或注射成型中的一种或一种以上组合进行成型加工，制备得到高韧性材料制品。