CN103694558B - 一种酚醛球/聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种酚醛球/聚丙烯复合材料及其制备方法，本发明涉及一种复合材料及其制备方法，具体涉及一种改性的聚丙烯复合材料及制备方法，它要解决现有改性聚丙烯复合材料的刚性和模量较低的问题。该酚醛球/聚丙烯复合材料按质量百分比由70%～93%的聚丙烯，5%～15%的马来酸酐接枝聚丙烯，1%～20%的酚醛球和0.1%～3%的抗氧剂制成。制备方法：一、称取原料；二、烘干聚丙烯，对酚醛球进行洗涤和干燥；三、原料放入低速混合机混均，然后放入双螺杆挤出机中挤出复合材料，经切粒、成型完成复合材料的制备。本发明的酚醛球/聚丙烯复合材料机械性能良好，可用作汽车配件、电器、工程建筑等材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料及其制备方法，具体涉及一种改性的聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯(Polypropylene，PP)作为一种通用高分子材料，以强度高，耐热性好，相对密度小，易加工和价格低廉等优点，成为最具发展前途的热塑性高分子材料之一，并且已成为继聚乙烯，聚氯乙烯之后的第三大通用塑料,是塑料中产量增长最快的品种，而被广泛应用于国民经济的各个方面。但普通聚丙烯韧性差，低温易脆裂，限制了聚丙烯在许多领域中的进一步应用。因此随着聚丙烯材料需求量不断提高，以及对聚丙烯材料性能的要求提高，对聚丙烯进行改性，制备高性能，功能化聚丙烯复合材料，便成为了学术界和企业界关注的焦点。
目前，聚丙烯材料中加入的改性粒子主要包括：碳酸钙、滑石粉、云母粉、硅灰石等无机填料，以达到改善聚丙烯的硬度、拉伸强度、模量等性能。而这些无机填料相对密度大，将这些无机填料加入到相应聚合物中，使得制备的复合材料相对密度大，令产品质量上升，如应用于汽车、建筑、航空航天等行业中，会使能源消耗量加大，进而造成环境的污染；如果要向聚丙烯中加入无机材料，一般情况下需要先将无机材料进行表面修饰，才可以更好的与聚丙烯进行复合，制备工艺复杂。
发明内容
本发明目的是为了解决现有改性聚丙烯复合材料的刚性和模量较低的问题，而提供一种酚醛球/聚丙烯复合材料及其制备方法。
本发明酚醛球/聚丙烯复合材料按质量百分比由70％～93％的聚丙烯，5％～15％的马来酸酐接枝聚丙烯，1％～20％的酚醛球和0.1％～3％的抗氧剂制成。
本发明酚醛球/聚丙烯复合材料的制备方法按下列步骤实现：
一、按质量百分比称取70％～93％的聚丙烯，5％～15％的马来酸酐接枝聚丙烯，1％～20％的酚醛球和0.1％～3％的抗氧剂作为原料；
二、将原料中的聚丙烯放入电热恒温鼓风干燥箱中进行烘干，得到干燥的聚丙烯，将酚醛球置于无水乙醇中浸泡1.5～2.5小时，经超声处理20～40min后洗涤、干燥得到预处理后的酚醛球；
三、将干燥的聚丙烯、预处理后的酚醛球、马来酸酐接枝聚丙烯和抗氧剂置于低速混合机，在转速为5.0～20.0r/min的条件下混合均匀，然后将混合好的原料加入双螺杆挤出机中，挤出的复合材料经冷切机切粒，再通过注射机成型得到酚醛球/聚丙烯复合材料。
本发明的酚醛球/聚丙烯复合材料具有机械性能好，性能稳定，适用性强等优点，可用作汽车配件、电器、工程建筑等材料。原料中的酚醛球作为有机填料，在加入聚丙烯前，不需要经表面修饰就可以在熔融共混过程中与聚丙烯结合，因此该发明提供的制备方法操作简便，工艺简单，有良好的工业化前景。制得的酚醛球/聚丙烯复合材料的拉伸强度可以达到20～40MPa、冲击强度为250～350J/m，弯曲强度为40～70MPa，弯曲模量为1300～1900MPa，综合性能良好。
附图说明
图1为实施例6得到的酚醛球/聚丙烯复合材料的SEM图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式酚醛球/聚丙烯复合材料按质量百分比由70％～93％的聚丙烯，5％～15％的马来酸酐接枝聚丙烯，1％～20％的酚醛球和0.1％～3％的抗氧剂制成。
本实施方式中的酚醛球与无机填料粒子相比密度小、质量轻，且具有优良的粘结性、耐磨性、耐高温性、化学稳性、电绝缘性、较高的刚性和模量等优点，将酚醛球应用于聚丙烯产品中，可提高产品机械性能，降低聚丙烯产品质量，减少能源的消耗，并达到环保的目的，同时以酚醛球为有机填料，在加入聚丙烯前，不需要经表面修饰就可以在熔融共混过程中与聚丙烯很好地结合。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是酚醛球/聚丙烯复合材料按质量百分比由75％～90％的聚丙烯，8％～12％的马来酸酐接枝聚丙烯，1％～12％的酚醛球和0.1％～2％的抗氧剂制成。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是酚醛球/聚丙烯复合材料按质量百分比由83％的聚丙烯，10％的马来酸酐接枝聚丙烯，6％的酚醛球和1％的抗氧剂制成。
具体实施方式四：本实施方式酚醛球/聚丙烯复合材料的制备方法按下列步骤实施：
一、按质量百分比称取70％～93％的聚丙烯，5％～15％的马来酸酐接枝聚丙烯，1％～20％的酚醛球和0.1％～3％的抗氧剂作为原料；
二、将原料中的聚丙烯放入电热恒温鼓风干燥箱中进行烘干，得到干燥的聚丙烯，将酚醛球置于无水乙醇中浸泡1.5～2.5小时，经超声处理20～40min后洗涤、干燥得到预处理后的酚醛球；
三、将干燥的聚丙烯、预处理后的酚醛球、马来酸酐接枝聚丙烯和抗氧剂置于低速混合机，在转速为5.0～20.0r/min的条件下混合均匀，然后将混合好的原料加入双螺杆挤出机中，挤出的复合材料经冷切机切粒，再通过注射机成型得到酚醛球/聚丙烯复合材料。
本实施方式原料中的酚醛球是按申请日为2011年7月19日，申请号：201110202143.7，发明名称：酚醛树脂微球的制备方法及利用其制备酚醛树脂基碳球的方法中所述的酚醛树脂微球的制备方法得到的，其中所述的酚醛球按下列步骤实现：步骤一、按间苯二酚与苯酚的摩尔比为1：0～9、间苯二酚与甲醛的摩尔比为1：1.2～2.7、间苯二酚与碳酸钠的摩尔比为1：0～0.002、间苯二酚与碳酸氢钠的摩尔比为1：0～0.002及间苯二酚与水的摩尔比为1:16～60的配比将间苯二酚、苯酚、甲醛、碳酸钠、碳酸氢钠和水混合，在20～30r/min条件下搅拌10～30min得到反应溶液；步骤二、将步骤一的反应溶液置于油浴中，以20～30r/min搅拌同时升温至70～150℃后保持4～6h，得到酚醛树脂微球悬浮液；步骤三、将步骤二得到的酚醛树脂微球悬浮液抽滤，然后用水洗涤，再在60～100℃的条件下干燥10～15h，得到酚醛球。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是步骤一原料中聚丙烯的熔融指数为1～5g/10min。其它步骤及参数与具体实施方式四相同。
本实施方式所述的熔融指数是以ASTM D1238标准进行测定，测试选用的仪器为熔体流动速率仪XRL-400C。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式四或五不同的是步骤一原料中的抗氧剂为抗氧剂1010。其它步骤及参数与具体实施方式四或五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式四至六之一不同的是步骤二聚丙烯放入电热恒温鼓风干燥箱中进行烘干，采用的是60℃烘干。其它步骤及参数与具体实施方式四至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式四至七之一不同的是步骤三混合好的原料加入双螺杆挤出机中，其中双螺杆挤出机上的喂料机转速为60～100r/min，螺杆转速为10～30r/min。其它步骤及参数与具体实施方式四至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式四至八之一不同的是步骤三混合好的原料加入双螺杆挤出机中，控制双螺杆挤出机内的温度为160～210℃。其它步骤及参数与具体实施方式四至八之一相同。
本实施方式混合好的原料经双螺杆挤出机的高剪切力作用，使酚醛球均匀的分散在聚丙烯中。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例1：本实施例酚醛球/聚丙烯复合材料的制备方法按下列步骤实施：
一、按质量百分比称取88％的聚丙烯，10％的马来酸酐接枝聚丙烯，1％的酚醛球和1％的抗氧剂作为原料；
二、将原料中的聚丙烯放入电热恒温鼓风干燥箱中以60℃烘干，得到干燥的聚丙烯，将酚醛球置于无水乙醇中浸泡2小时，经超声处理30min后洗涤、干燥得到预处理后的酚醛球；
三、将干燥的聚丙烯、预处理后的酚醛球、马来酸酐接枝聚丙烯和抗氧剂置于低速混合机，在转速为10r/min的条件下混合均匀，然后将混合好的原料加入双螺杆挤出机中，挤出的复合材料经冷切机切粒，再通过注射机成型得到酚醛球/聚丙烯复合材料。
实施例2：本实施例与实施例1不同的是步骤一按质量百分比称取87％的聚丙烯，10％的马来酸酐接枝聚丙烯，2％的酚醛球和1％的抗氧剂作为原料。其它步骤及参数与实施例1相同。
实施例3：本实施例与实施例1不同的是步骤一按质量百分比称取86％的聚丙烯，10％的马来酸酐接枝聚丙烯，3％的酚醛球和1％的抗氧剂作为原料。其它步骤及参数与实施例1相同。
实施例4：本实施例与实施例1不同的是步骤一按质量百分比称取85％的聚丙烯，10％的马来酸酐接枝聚丙烯，4％的酚醛球和1％的抗氧剂作为原料。其它步骤及参数与实施例1相同。
实施例5：本实施例与实施例1不同的是步骤一按质量百分比称取84％的聚丙烯，10％的马来酸酐接枝聚丙烯，5％的酚醛球和1％的抗氧剂作为原料。其它步骤及参数与实施例1相同。
实施例6：本实施例与实施例1不同的是步骤一按质量百分比称取83％的聚丙烯，10％的马来酸酐接枝聚丙烯，6％的酚醛球和1％的抗氧剂作为原料。其它步骤及参数与实施例1相同。
本实施例得到的酚醛球/聚丙烯复合材料的SEM图如图1所示，从此图可以看出酚醛球在聚丙烯中分散均匀，界面结合性良好。
实施例7：本实施例与实施例1不同的是步骤一按质量百分比称取82％的聚丙烯，10％的马来酸酐接枝聚丙烯，7％的酚醛球和1％的抗氧剂作为原料。其它步骤及参数与实施例1相同。
实施例8：本实施例与实施例1不同的是步骤一按质量百分比称取80％的聚丙烯，10％的马来酸酐接枝聚丙烯，9％的酚醛球和1％的抗氧剂作为原料。其它步骤及参数与实施例1相同。
将实施例1-8得到的酚醛球/聚丙烯复合材料作为试样在样品室放置24小时，样品室温度保持在23℃，相对湿度在50℃下，试样测试邵氏硬度、冲击强度、拉伸强度和弯曲强度分别按ASTM D2240、ASTM D256、ASTM D638和ASTM D790标准进行，测试结果见表1。
表1
通过上表可知酚醛球/聚丙烯复合材料刚性和模量较高，体现出优良的机械性能。
Claims (8)
1.一种酚醛球/聚丙烯复合材料，其特征在于酚醛球/聚丙烯复合材料按质量百分比由70％～93％的聚丙烯，5％～15％的马来酸酐接枝聚丙烯，1％～20％的酚醛球和0.1％～3％的抗氧剂制成；其中所述的酚醛球按下列步骤实现：步骤一、按间苯二酚与苯酚的摩尔比为1：0～9、间苯二酚与甲醛的摩尔比为1：1.2～2.7、间苯二酚与碳酸钠的摩尔比为1：0～0.002、间苯二酚与碳酸氢钠的摩尔比为1：0～0.002及间苯二酚与水的摩尔比为1:16～60的配比将间苯二酚、苯酚、甲醛、碳酸钠、碳酸氢钠和水混合，在20～30r/min条件下搅拌10～30min得到反应溶液；步骤二、将步骤一的反应溶液置于油浴中，以20～30r/min搅拌同时升温至70～150℃后保持4～6h，得到酚醛树脂微球悬浮液；步骤三、将步骤二得到的酚醛树脂微球悬浮液抽滤，然后用水洗涤，再在60～100℃的条件下干燥10～15h，得到酚醛球；该酚醛球的球径为10nm～10μm。
2.根据权利要求1所述的一种酚醛球/聚丙烯复合材料，其特征在于酚醛球/聚丙烯复合材料按质量百分比由75％～90％的聚丙烯，8％～12％的马来酸酐接枝聚丙烯，1％～12％的酚醛球和0.1％～2％的抗氧剂制成。
3.根据权利要求1所述的一种酚醛球/聚丙烯复合材料，其特征在于酚醛球/聚丙烯复合材料按质量百分比由83％的聚丙烯，10％的马来酸酐接枝聚丙烯，6％的酚醛球和1％的抗氧剂制成。
4.如权利要求1所述的一种酚醛球/聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于酚醛球/聚丙烯复合材料的制备方法按下列步骤实现：
一、按质量百分比称取70％～93％的聚丙烯，5％～15％的马来酸酐接枝聚丙烯，1％～20％的酚醛球和0.1％～3％的抗氧剂作为原料；
二、将原料中的聚丙烯放入电热恒温鼓风干燥箱中进行烘干，得到干燥的聚丙烯，将酚醛球置于无水乙醇中浸泡1.5～2.5小时，经超声处理20～40min后洗涤、干燥得到预处理后的酚醛球；
三、将干燥的聚丙烯、预处理后的酚醛球、马来酸酐接枝聚丙烯和抗氧剂置于低速混合机，在转速为5.0～20.0r/min的条件下混合均匀，然后将混合好的原料加入双螺杆挤出机中，挤出的复合材料经冷切机切粒，再通过注射机成型得到酚醛球/聚丙烯复合材料；
其中步骤一所述的酚醛球按下列步骤实现：步骤一、按间苯二酚与苯酚的摩尔比为1：0～9、间苯二酚与甲醛的摩尔比为1：1.2～2.7、间苯二酚与碳酸钠的摩尔比为1：0～0.002、间苯二酚与碳酸氢钠的摩尔比为1：0～0.002及间苯二酚与水的摩尔比为1:16～60的配比将间苯二酚、苯酚、甲醛、碳酸钠、碳酸氢钠和水混合，在20～30r/min条件下搅拌10～30min得到反应溶液；步骤二、将步骤一的反应溶液置于油浴中，以20～30r/min搅拌同时升温至70～150℃后保持4～6h，得到酚醛树脂微球悬浮液；步骤三、将步骤二得到的酚醛树脂微球悬浮液抽滤，然后用水洗涤，再在60～100℃的条件下干燥10～15h，得到酚醛球。
5.根据权利要求4所述的一种酚醛球/聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于步骤一原料中聚丙烯的熔融指数为1～5g/10min。
6.根据权利要求4所述的一种酚醛球/聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于步骤一原料中的抗氧剂为抗氧剂1010。
7.根据权利要求4所述的一种酚醛球/聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于步骤二聚丙烯放入电热恒温鼓风干燥箱中进行烘干，采用的是60℃烘干。
8.根据权利要求4所述的一种酚醛球/聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于步骤三混合好的原料加入双螺杆挤出机中，其中双螺杆挤出机上的喂料机转速为60～100r/min，螺杆转速为10～30r/min。
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Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: JIN ZHENG MA HAIQING LI WENLONG WU DI ZHAO JING TO: JIN ZHENG WU DI MA HAIQING LI WENLONG ZHAO JING |
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| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
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