CN103709511A - 微硅粉增强聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微硅粉增强聚丙烯材料及其制备方法，按重量份数计算，包括40～98份聚丙烯、1～50份微硅粉、0.1～5份表面改性剂以及0.5～5份分散剂。本发明将微硅粉进行表面改性后，再聚丙烯混合，并在混合过程中加入分散剂，在设定好挤出机螺杆的转速及挤出温度下进行熔融挤出造粒，以获得性能优异的微硅粉改性聚丙烯母粒。本发明能有效解决聚丙烯拉伸强度和抗冲击性能差等缺点，改善了聚丙烯材料的抗蠕变性能和耐热性能，微硅粉改性聚丙烯复合材料综合性能优良，可进行连续生产。

Description

微硅粉增强聚丙烯材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子科学领域，尤其是一种微硅粉增强聚丙烯材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯树脂为五大通用塑料之一，其生产量占据聚合物第三位，仅次于聚乙烯与聚氯乙烯。按照分子链段的规整性，可将聚丙烯树脂分为等规聚丙烯、无规聚丙烯、间规聚丙烯。目前，随着聚丙烯树脂的应用领域的不断扩大，对高性能化的聚丙烯材料要求越来越严格。因此，聚丙烯材料改性工艺条件及加工方式对其应用起重要的作用。目前，对聚丙烯的改性主要分为物理改性和化学改性。物理改性主要为添加填充物共混及其改性剂等方法。化学改性主要为在聚丙烯分子链上接枝一些特别的官能团，在聚丙烯分子链上引入新的功能基团实现对基体的改性。纯聚丙烯在加工使用过程中，由于脆性高、成性收缩率大、缺口冲击强度低，特别是低温下缺口冲击强度低，从而大大地限制了聚丙烯的应用领域。
微硅粉又称硅灰或凝聚硅灰，外观为灰色或灰白色粉末。其平均粒径在0.1～0.3um，比表面积较大。其细度和比表面积约为水泥的80～100倍，粉煤灰的50～70倍。微硅粉是冶炼硅铁和工业硅（金属硅）的副产物，矿热电炉内产生出大量挥发性很强的SiO2和Si气体，气体排放后与空气迅速氧化冷凝沉淀而生成的。它是大工业冶炼中，整个过程需要用除尘环保设备进行回收，因为质量比较轻，还需要用加密设备进行加密。微硅粉在形成过程中受表面张力的作用，形成了非结晶相无定形圆球状颗粒，表面较为光滑，有些则是多个圆球颗粒粘在一起的团聚体，微小的球状体可以起到润滑的作用。
中国专利公开号CN103232718A，于2013年8月7日公开了“微硅粉/SBS复合改性沥青及其制备方法”。该专利是采用微硅粉填充到沥青中，得到复合改性的沥青，提高沥青基材的粘合性、耐热性和抗老化性，可节约沥青的使用量，降低生产成本。
中国专利公开号CN102775913A，于2012年11月14日公开了“ 一种利用工业废料微硅粉制作的涂料及其制备方法”。该发明涉及一种利用工业废料微硅粉制作的涂料及其制备方法，该发明充分利用工业废料微硅粉，使其变废为宝，减轻环境压力；且因原料廉价，涂料具有较好的成本优势，同时具有结构致密、填隙良好、附着牢固、色泽雅致的优点。
可见，现有技术主要是将微硅粉作为填料添加到沥青或涂料中，并未涉及到作为增强聚丙烯材料内。
发明内容
本发明的目的是：提供一种微硅粉增强聚丙烯材料及其制备方法，它不仅能降低生产成本，还改善了聚丙烯材料的抗蠕变性能和耐热性能，以克服现有技术的不足。
本发明是这样实现的：微硅粉增强聚丙烯材料，按重量份数计算，包括40～98份聚丙烯、1～50份微硅粉、0.1～5份表面改性剂以及0.5～5份分散剂。
所述的表面改性剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或硬脂酸中的一种或几种的任意组合。
所述的分散剂为聚乙烯蜡或改性乙撑双硬脂酰胺。
还包括0.5～5份抗老化剂。
微硅粉增强聚丙烯材料的制备方法，按上述重量份数取各组分，将微硅粉与表面改性剂进行混合，混合温度为50℃，混合2h后，获得改性的微硅粉；将改性的微硅在温度为100℃的条件下真空干燥6h，获得干燥的改性微硅粉；将干燥的改性微硅粉与聚丙烯及分散剂充分混合均匀后，加入挤出机熔融挤出造粒并干燥后，获得微硅粉改性聚丙烯母粒。
挤出机螺杆的转速为300rpm及挤出温度分别为一区190℃、二区200℃、三区210℃、四区220℃、五区220℃、机头210℃。
将干燥的改性微硅粉与聚丙烯及分散剂进行混合时，同时还加入0.5～5份抗老化剂，抗老化剂为纳米二氧化钛。
采用微硅粉作为聚丙烯的填充料，改善其抗蠕变的性能，适合长期使用，复合材料的热稳定性较高，其具有高温稳定性。当熔融挤出中加入炭黑填料后，能够具有较好的耐酸、耐碱、耐腐蚀、抗老化等性能。
由于采用了上述的技术方案，本发明将微硅粉进行表面改性后，再聚丙烯混合，并在混合过程中加入分散剂，在设定好挤出机螺杆的转速及挤出温度下进行熔融挤出造粒，以获得性能优异的微硅粉改性聚丙烯母粒。加工过程中，通过控制微硅粉、改性剂、分散剂的添加量，以及混合挤出时的温度及螺杆转速来有效控制改性聚丙烯的力学性能，通过改性微硅粉添加到聚丙烯材料中，一定程度上能有效解决聚丙烯拉伸强度和抗冲击性能差等缺点。本发明生产方法简单，制备出的微硅粉改性聚丙烯复合材料强度和韧性得到了大幅提高，通过填充微硅粉，降低了生产成本，改善了聚丙烯材料的抗蠕变性能和耐热性能，微硅粉改性聚丙烯复合材料综合性能优良，可进行连续生产。采用微硅粉作为一种填料添加到聚丙烯材料中，可以减轻工业废物微硅粉对环境的压力，能达到变废为宝的目的。本发明可广泛的应用于建材、家电、建筑及土工材料等领域，综合性能较好，具有一定的市场竞争力。
具体实施方式
本发明的实施例1：微硅粉增强聚丙烯材料，按重量份数计算，包括70份聚丙烯、25份微硅粉、1.2份表面改性剂、2份分散剂以及1.8份抗老化剂；表面改性剂为硅烷偶联剂；分散剂为聚乙烯蜡；抗老化剂为纳米二氧化钛。
微硅粉增强聚丙烯材料的制备方法，按上述重量份数取各组分，将微硅粉与表面改性剂进行混合混合温度为50℃，混合2h后，获得改性的微硅粉；将改性的微硅在温度为100℃的条件下真空干燥6h，获得干燥的改性微硅粉；将干燥的改性微硅粉与聚丙烯及分散剂充分混合均匀后，加入挤出机熔融挤出造粒并干燥后，获得微硅粉改性聚丙烯母粒；挤出机螺杆的转速为300rpm及挤出温度分别为一区190℃、二区200℃、三区210℃、四区220℃、五区220℃、机头210℃。将干燥的改性微硅粉与聚丙烯及分散剂进行混合时，同时还加入1.8份抗老化剂。
实验结果表明：纯聚丙烯材料冲击强度为3.68KJ/m2，拉伸强度为21.8MPa，添加25份微硅粉于聚丙烯，复合材料的冲击强度提高30.4%，拉伸强度提高35.2%。
本发明的实施例2：微硅粉增强聚丙烯材料，按重量份数计算，包括80份聚丙烯、15份微硅粉、0.75份表面改性剂、3份分散剂以及1.25份防老剂；表面改性剂为钛酸酯偶联剂；分散剂为改性乙撑双硬脂酰胺；抗老化剂为纳米二氧化钛。
制备方法同实施例1。
实验结果表明：纯聚丙烯材料冲击强度为3.68KJ/m2，拉伸强度为21.8MPa，添加15份微硅粉于聚丙烯，复合材料的冲击强度提高62.3%，拉伸强度提高43.5%。
本发明的实施例3：微硅粉增强聚丙烯材料，按重量份数计算，包括98份聚丙烯、1份微硅粉、0.4份表面改性剂、1份分散剂以及3.6份抗老化剂；表面改性剂为硬脂酸；分散剂为聚乙烯蜡；抗老化剂为纳米二氧化钛。
制备方法同实施例1。
实验结果表明：纯聚丙烯材料冲击强度为3.68KJ/m2，拉伸强度为21.8MPa，添加1份微硅粉于聚丙烯，复合材料的冲击强度提高12.6%，拉伸强度提高9.8%。
本发明的实施例4：微硅粉增强聚丙烯材料，按重量份数计算，包括90份聚丙烯、5份微硅粉、0.3份表面改性剂、2份分散剂以及2.7份抗老化剂；表面改性剂为等量的硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或硬脂酸组成；分散剂为聚乙烯蜡；抗老化剂为纳米二氧化钛
制备方法同实施例1。
实验结果表明：纯聚丙烯材料冲击强度为3.68KJ/m2，拉伸强度为21.8MPa，添加5份微硅粉于聚丙烯，复合材料的冲击强度提高28.1%，拉伸强度提高28.6%。

Claims (7)

1.一种微硅粉增强聚丙烯材料，其特征在于：按重量份数计算，包括40～98份聚丙烯、1～50份微硅粉、0.1～5份表面改性剂以及0.5～5份分散剂。
2.根据权利要求1所述的微硅粉增强聚丙烯材料，其特征在于：所述的表面改性剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或硬脂酸中的一种或几种的任意组合。
3.根据权利要求1所述的微硅粉增强聚丙烯材料，其特征在于：所述的分散剂为聚乙烯蜡或改性乙撑双硬脂酰胺。
4.根据权利要求1所述的微硅粉增强聚丙烯材料，其特征在于：还包括0.5～5份抗老化剂，抗老化剂为纳米二氧化钛。
5.一种如权利要求1所述的微硅粉增强聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：按上述重量份数取各组分，将微硅粉与表面改性剂进行混合，混合温度为50℃，混合2h后，获得改性的微硅粉；将改性的微硅在温度为100℃的条件下真空干燥6h，获得干燥的改性微硅粉；将干燥的改性微硅粉与聚丙烯及分散剂充分混合均匀后，加入挤出机熔融挤出造粒并干燥后，获得微硅粉改性聚丙烯母粒。
6.根据权利要求5所述的微硅粉增强聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：挤出机螺杆的转速为300rpm及挤出温度分别为一区190℃、二区200℃、三区210℃、四区220℃、五区220℃、机头210℃。
7.根据权利要求5所述的微硅粉增强聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：将干燥的改性微硅粉与聚丙烯及分散剂进行混合时，同时还加入0.5～5份抗老化剂。
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