CN103965546B - 一种聚丙烯纳米复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种聚丙烯纳米复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于高分子复合材料技术领域，涉及一种聚丙烯纳米复合材料及其制备方法。该聚丙烯纳米复合材料由包括以下重量份的组分制成：聚丙烯树脂100份、纳米麦饭石10~35份、抗氧剂0.4~1.1份、润滑剂0.3~1.3份以及助剂0.2~1.2份。本发明大幅提高了聚丙烯材料的冲击强度和抗菌性，操作工艺简单，所制备复合材料性能优越，适于工业化生产。

Description

一种聚丙烯纳米复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子复合材料技术领域，涉及一种聚丙烯纳米复合材料及其制备方法。
背景技术
随着电子电器和汽车行业的迅速发展，对于聚丙烯类材料的需求量和功能化要求逐渐提高，尤其在力学性能和安全健康等方面。纳米麦饭石是一种具有生物活性、表观为灰色或灰白色粉末的复合型矿物，粒径50~95nm，比表面积为30m2/g~85m2/g。本发明创新性的采用常用于保健领域的具有多孔结构的纳米麦饭石改性聚丙烯材料，较传统的添加滑石粉等粉体填料相比能够大幅提高材料的机械性能，同时纳米麦饭石粉末对色素和细菌有较强的吸附能力，使材料具有良好抗菌性，此外填充纳米麦饭石还能降低生产成本。本发明制备的聚丙烯纳米复合材料具有较高的冲击强度、优异的抗菌性等特点，在提高冲击强度和抗菌性的同时基本不影响其他性能，同时降低生产成本，可广泛应用于电子电器和水质净化等相关领域。
发明内容
本发明目的在于为克服现有技术中存在的缺陷而提供一种改性聚丙烯纳米复合材料及其制备方。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种聚丙烯纳米复合材料，由包含以下重量份的组分制成：
所述的聚丙烯树脂为均聚聚丙烯或共聚聚丙烯。
所述的纳米麦饭石为灰色或灰白色粉末，粒径50~95nm，比表面积为30m2/g~85m2/g。
所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯抗氧剂中的一种或两种。
所述的润滑剂为次乙基双硬脂酰胺、乙烯-丙烯酸共聚物或季戊四醇硬脂酸酯。
所述的助剂包括根据产品需求添加的光稳定剂或热稳定剂中的一种或一种以上。
所述的光稳定剂为UV3529（上海英洛莎）或UV4050（上海腾世达）
所述的热稳定剂为硬脂酸钙或硬脂酸钡。
一种上述聚丙烯复合材料的其制备方法，包含以下步骤：
（1）按上述比例称取以下重量份的各组分原料：聚丙烯树脂100份，纳米麦饭石10~35份，抗氧剂0.4~1.1份，润滑剂0.3~1.3份和助剂0.2~1.2份；
（2）将10~35份纳米麦饭石置于硅烷偶联剂溶液中进行表面处理10~40分钟；
（3）将步骤（1）称取的聚丙烯树脂、抗氧剂、润滑剂、助剂和步骤（2）处理的纳米麦饭石置于高速混合机分散15~30分钟；
（4）将分散后的原料通过挤出机挤出，经熔融、塑化、挤出、冷却、切粒和包装后，制得聚丙烯纳米复合材料。
所述的步骤（2）中硅烷偶联剂溶液为KH550的甲醇或乙醇溶液，质量浓度为20%~55%。
所述的步骤（4）中挤出机从喂料到机头各区温度分别为150℃~160℃、175℃~190℃、205℃~225℃、215℃~230℃、215℃~230℃、210℃~225℃和205℃~220℃，主机转速300rpm~450rpm，切粒机频率15Hz~40Hz。
本发明创新性的采用具常用于水质净化和保健领域的纳米麦饭石粉改性聚丙烯复合材料，属于聚丙烯材料改性领域。本发明在大幅提高聚丙烯材料的冲击强度和抗菌性的同时降低生产成本；操作工艺简单，所制备复合材料性能优越，适于工业化生产。
具体实施方法
下面结合具体实施例进一步说明本发明。
本发明各实施例制备的样品在23℃、50%湿度下调节24小时后，分别采用ASTMD256和Kindy-Bauer法检测冲击强度和抗菌性。
实施例1
（1）按以下比例配备原料：
（2）将纳米麦饭石粉末置于20%KH550甲醇溶液配制的硅烷偶联剂溶液中进行表面处理10min；
（3）将上述制备原料置于高速混合机分散15min；
（4）将分散后的原料通过挤出机，从喂料到机头各区温度分别为150℃、175℃、205℃、215℃、215℃、210℃和205℃，主机转速300rpm，切粒机频率15Hz。原料经熔融、塑化、挤出、冷却、切粒和包装后，制得聚丙烯纳米复合材料。
所制得的抗冲击、抗菌聚丙烯纳米复合材料性能见表1。
实施例2
（1）按以下比例配备原料：
（2）将纳米麦饭石粉末置20%KH550甲醇溶液配制的硅烷偶联剂溶液中进行表面处理10min；
（3）将上述制备原料置于高速混合机分散15min；
（4）将分散后的原料通过挤出机，从喂料到机头各区温度分别为150℃、175℃、205℃、215℃、215℃、210℃和205℃，主机转速300rpm，切粒机频率15Hz。原料经熔融、塑化、挤出、冷却、切粒和包装后，制得聚丙烯纳米复合材料。
所制得的抗冲击、抗菌聚丙烯纳米复合材料性能见表1。
实施例3
（1）按以下比例配备原料：
（2）将纳米麦饭石粉末置于25%KH550甲醇溶液配制的硅烷偶联剂溶液中进行表面处理10min；
（3）将上述制备原料置于高速混合机分散15min；
（4）将分散后的原料通过挤出机，从喂料到机头各区温度分别为150℃、175℃、205℃、215℃、215℃、210℃和205℃，主机转速300rpm，切粒机频率15Hz。原料经熔融、塑化、挤出、冷却、切粒和包装后，制得聚丙烯纳米复合材料。
所制得的抗冲击、抗菌聚丙烯纳米复合材料性能见表1。
实施例4
（1）按以下比例配备原料：
（2）将纳米麦饭石粉末置于25%KH550甲醇溶液配制的硅烷偶联剂溶液中进行表面处理20min；
（3）将上述制备原料置于高速混合机分散20min；
（4）将分散后的原料通过挤出机，从喂料到机头各区温度分别为150℃、180℃、205℃、220℃、220℃、215℃和210℃，主机转速350rpm，切粒机频率15Hz。原料经熔融、塑化、挤出、冷却、切粒和包装后，制得聚丙烯纳米复合材料。
所制得的抗冲击、抗菌聚丙烯纳米复合材料性能见表1。
实施例5
（1）按以下比例配备原料：
（2）将纳米麦饭石粉末置于30%KH550甲醇溶液配制的硅烷偶联剂溶液中进行表面处理20min；
（3）将上述制备原料置于高速混合机分散20min；
（4）将分散后的原料通过挤出机，从喂料到机头各区温度分别为155℃、180℃、215℃、220℃、220℃、215℃和210℃，主机转速350rpm，切粒机频率30Hz。原料经熔融、塑化、挤出、冷却、切粒和包装后，制得聚丙烯纳米复合材料。
所制得的抗冲击、抗菌聚丙烯纳米复合材料性能见表1。
实施例6
（1）按以下比例配备原料：
（2）将纳米麦饭石粉末置于30%KH550甲醇溶液配制的硅烷偶联剂溶液中进行表面处理20min；
（3）将上述制备原料置于高速混合机分散20min；
（4）将分散后的原料通过挤出机，从喂料到机头各区温度分别为155℃、180℃、215℃、220℃、220℃、215℃和210℃，主机转速350rpm，切粒机频率30Hz。原料经熔融、塑化、挤出、冷却、切粒和包装后，制得聚丙烯纳米复合材料。
所制得的抗冲击、抗菌聚丙烯纳米复合材料性能见表1。
实施例7
（1）按以下比例配备原料：
（2）将纳米麦饭石粉末置于40%KH550乙醇溶液配制的硅烷偶联剂溶液中进行表面处理30min；
（3）将上述制备原料置于高速混合机分散25min；
（4）将分散后的原料通过挤出机，从喂料到机头各区温度分别为155℃、185℃、215℃、225℃、225℃、220℃和215℃，主机转速400rpm，切粒机频率30Hz。原料经熔融、塑化、挤出、冷却、切粒和包装后，制得聚丙烯纳米复合材料。
所制得的抗冲击、抗菌聚丙烯纳米复合材料性能见表1。
实施例8
（1）按以下比例配备原料：
（2）将纳米麦饭石粉末置于40%KH550乙醇溶液配制的硅烷偶联剂溶液中进行表面处理30min；
（3）将上述制备原料置于高速混合机分散25min；
（4）将分散后的原料通过挤出机，从喂料到机头各区温度分别为155℃、185℃、215℃、225℃、225℃、220℃和215℃，主机转速400rpm，切粒机频率30Hz。原料经熔融、塑化、挤出、冷却、切粒和包装后，制得聚丙烯纳米复合材料。
所制得的抗冲击、抗菌聚丙烯纳米复合材料性能见表1。
实施例9
（1）按以下比例配备原料：
（2）将纳米麦饭石粉末置于50%KH550乙醇溶液配制的硅烷偶联剂溶液中进行表面处理30min；
（3）将上述制备原料置于高速混合机分散25min；
（4）将分散后的原料通过挤出机，从喂料到机头各区温度分别为160℃、185℃、225℃、225℃、225℃、220℃和215℃，主机转速400rpm，切粒机频率40Hz。原料经熔融、塑化、挤出、冷却、切粒和包装后，制得聚丙烯纳米复合材料。
所制得的抗冲击、抗菌聚丙烯纳米复合材料性能见表1。
实施例10
（1）按以下比例配备原料：
（2）将纳米麦饭石粉末置于50%KH550乙醇溶液配制的硅烷偶联剂溶液中进行表面处理40min；
（3）将上述制备原料置于高速混合机分散30min；
（4）将分散后的原料通过挤出机，从喂料到机头各区温度分别为160℃、190℃、225℃、230℃、230℃、225℃和220℃，主机转速450rpm，切粒机频率40Hz。原料经熔融、塑化、挤出、冷却、切粒和包装后，制得聚丙烯纳米复合材料。
所制得的抗冲击、抗菌聚丙烯纳米复合材料性能见表1。
实施例11
（1）按以下比例配备原料：
（2）将纳米麦饭石粉末置于55%KH550乙醇溶液配制的硅烷偶联剂溶液中进行表面处理40min；
（3）将上述制备原料置于高速混合机分散30min；
（4）将分散后的原料通过挤出机，从喂料到机头各区温度分别为160℃、190℃、225℃、230℃、230℃、225℃和220℃，主机转速450rpm，切粒机频率40Hz。原料经熔融、塑化、挤出、冷却、切粒和包装后，制得聚丙烯纳米复合材料。
所制得的抗冲击、抗菌聚丙烯纳米复合材料性能见表1。
实施例12
（1）按以下比例配备原料：
（2）将纳米麦饭石粉末置于55%KH550乙醇溶液配制的硅烷偶联剂溶液中进行表面处理40min；
（3）将上述制备原料置于高速混合机分散30min；
（4）将分散后的原料通过挤出机，从喂料到机头各区温度分别为160℃、190℃、225℃、230℃、230℃、225℃和220℃，主机转速450rpm，切粒机频率40Hz。原料经熔融、塑化、挤出、冷却、切粒和包装后，制得聚丙烯纳米复合材料。
所制得的抗冲击、抗菌聚丙烯纳米复合材料性能见表1。
对比例1
（1）按以下比例配备原料：
（2）将上述制备原料置于高速混合机分散20分钟；
（3）将分散后的原料通过挤出机，从喂料到机头各区温度分别为150℃、175℃、205℃、215℃、215℃、210℃和205℃，主机转速350rpm，切粒机频率15Hz。原料经熔融、塑化、挤出、冷却、切粒和包装后，制得聚丙烯复合材料。
所制得的普通聚丙烯材料性能见表1。
表1
性能 缺口冲击强度（kj/m-2） 抑菌环（大肠杆菌/mm）
对比例1 25 0
实施例1 55 53.2
实施例2 57 53.9
实施例3 61 54.8
实施例4 65 55.3
实施例5 68 56.6
实施例6 71 57.3
实施例7 74 58.1
实施例8 75 58.6
实施例9 55 52.7
实施例10 59 53.1
实施例11 62 53.8
实施例12 64 54.9
通过本方法制备的抗冲击、抗菌聚丙烯纳米复合材料，具有较高的冲击强度和抗菌性，较现有常用技术的产品相比，缺口冲击强度最大为75kJ/m2，较改性前提高300%，抑菌性方面大肠杆菌条件下抑菌环直径最大为58.6mm，效果提高显著；本发明操作工艺简单，所制备复合材料性能优越，适于工业化生产。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种聚丙烯纳米复合材料，其特征在于：包含以下重量份的组分：
所述的纳米麦饭石为灰色或灰白色粉末，粒径为50～95nm，比表面积为30～85m2/g；
所述的润滑剂为次乙基双硬脂酰胺、乙烯-丙烯酸共聚物或季戊四醇硬脂酸酯；
所述助剂为光稳定剂或热稳定剂中的一种以上；
所述的光稳定剂为UV3529或UV4050；
所述的热稳定剂为硬脂酸钙或硬脂酸钡；
所述的聚丙烯复合材料的制备方法包含以下步骤：
(1)称取以下重量份的各组分原料：聚丙烯树脂100份，纳米麦饭石10～35份，抗氧剂0.4～1.1份，润滑剂0.3～1.3份和助剂0.2～1.2份；
(2)将10～35份纳米麦饭石置于硅烷偶联剂溶液中进行表面处理10～40分钟；
(3)将步骤(1)称取的聚丙烯树脂、抗氧剂、润滑剂、助剂和步骤(2)处理的纳米麦饭石置于高速混合机分散15～30分钟；
(4)将分散后的原料通过挤出机挤出，经熔融、塑化、挤出、冷却、切粒和包装后，制得聚丙烯纳米复合材料；
所述的步骤(2)中硅烷偶联剂溶液为KH550的甲醇或乙醇溶液，质量浓度为20～55％。
2.根据权利要求1所述的聚丙烯纳米复合材料，其特征在于：所述的聚丙烯树脂为均聚聚丙烯或共聚聚丙烯。
3.根据权利要求1所述的聚丙烯纳米复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂或亚磷酸酯抗氧剂中的一种或两种。
4.一种根据权利要求1-3任一项所述的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：包含以下步骤：
(1)称取以下重量份的各组分原料：聚丙烯树脂100份，纳米麦饭石10～35份，抗氧剂0.4～1.1份，润滑剂0.3～1.3份和助剂0.2～1.2份；
(2)将10～35份纳米麦饭石置于硅烷偶联剂溶液中进行表面处理10～40分钟；
(3)将步骤(1)称取的聚丙烯树脂、抗氧剂、润滑剂、助剂和步骤(2)处理的纳米麦饭石置于高速混合机分散15～30分钟；
(4)将分散后的原料通过挤出机挤出，经熔融、塑化、挤出、冷却、切粒和包装后，制得聚丙烯纳米复合材料；
所述的步骤(2)中硅烷偶联剂溶液为KH550的甲醇或乙醇溶液，质量浓度为20～55％。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤(4)中挤出机从喂料到机头各区温度分别为150～160℃、175～190℃、205～225℃、215～230℃、215～230℃、210～225℃和205～220℃，主机转速为300～450rpm，切粒机频率为15～40Hz。
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