纳米粒子、马来酸酐复合接枝的聚烯烃弹性体及其制备
技术领域
本发明属于高分子领域,涉及一种纳米粒子、马来酸酐复合接枝的聚烯烃弹性体及其制备方法。
背景技术
尼龙具有良好的力学综合性能,且耐磨、耐油,近年来一直居于五大工程塑料之首。很多领域中对于其韧性有很高的要求,研究增韧剂的增韧效率,并兼顾其它性能具有重要的理论和实际意义。
尼龙的增韧剂一般为POE-g-MAH或者EPDM-g-MAH。添加常规的增韧剂来稳定实现尼龙的超韧化需要添加增韧剂15wt%以上,但常规方式做出的接枝物交联程度高,流动性差、不易分散,较高的添加量会对增韧尼龙的加工性产生大幅的影响,此外,由于POE、EPDM等均由柔性链段组成,较高的添加量会导致尼龙的拉伸强度大幅损失。
发明内容
针对现有技术中的缺陷,本发明的目的是提供一种纳米粒子、马来酸酐复合接枝的聚烯烃弹性体及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的:
本发明涉及一种纳米粒子、马来酸酐复合接枝聚烯烃弹性体及其制备方法,可用于增韧尼龙6等增韧尼龙体系。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
一方面,本发明提供了一种纳米粒子、马来酸酐复合接枝的聚烯烃弹性体,其包括按重量百分数计的以下组分:
其中,所述POE-纳米粒子功能化母粒由按重量百分数计的如下组分组成:
所述纳米粒子选自纳米二氧化硅、纳米硫酸钡、纳米蒙脱土中的一种,修饰所述纳米粒子的表面处理剂选用苯甲酸乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、烷氧基硅烷中的一种或多种。
作为优选方案,所述POE选自乙烯-丁烯共聚物、乙烯-己烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物中的-种或多种。
作为优选方案,所述过氧化物选自过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁过氧基)己烷中的一种或多种。
作为优选方案,所述抑制交联剂为二苯胺、三乙胺的一种或两种。
作为优选方案,所述抗氧剂为抗氧剂168、抗氧剂1010、抗氧剂1076中的一种或多种。
作为优选方案,所述润滑剂选自聚乙烯蜡、酯类润滑剂、微晶石蜡中的一种或多种。
作为优选方案,所述纳米级粒子的粒径为20~200nm。
另一方面,本发明还提供了一种制备上述聚烯烃弹性体的方法,使用图1所示设备,其包括如下步骤:
将制备POE-纳米粒子功能化母粒所用的POE从双螺杆挤出机的主喂料口1加入,将制备POE-纳米粒子功能化母粒所用的过氧化物从第一侧喂料口2加入,将制备POE-纳米粒子功能化母粒所用的抑制交联剂、抗氧剂、润滑剂、表面修饰的纳米粒子从第二侧喂料口6加入,在紧靠第二侧喂口后的位置引入超声波发生设备,超声波产生后经第一超声波变幅杆3顶端与熔融的树脂接触,通过第一超声波控制器4控制超声功率为600~1000W,通过第一恒温加热器5控制第一超声波变幅杆温度与双螺杆挤出机第五段温度一致,第二超声装置9(包含第二超声波控制器、第二超声波变幅杆、第二恒温加热装置)关闭,共混体系经反应、多级真空装置抽提,从挤出机口模8流出,得到POE-纳米粒子功能化母粒;
将制备聚烯烃弹性体的POE和所述POE-纳米粒子功能化母粒经高混机混合均匀后,从双螺杆挤出机的主喂料口1加入,将制备聚烯烃弹性体所用的马来酸酐、过氧化物、抑制交联剂、抗氧剂、润滑剂经高混机混合均与后,从第一侧喂料口2加入,第一超声装置(包含第一超声波控制器、第一超声波变幅杆、第一恒温加热装置)关闭,经第二超声装置9(包含第二超声波控制器、第二超声波变幅杆、第二恒温加热装置),控制超声功率为200~600W,共混体系经反应、多级真空装置7抽提,从挤出机口模8流出,得到聚烯烃弹性体。
本发明的有益效果及原理在于:
1.不经过溶剂长时间预处理纳米粒子,利用超声波的空化效果,直接以POE为载体,引入自由基,通过双螺杆挤出机得到POE一纳米粒子功能化母粒,使用该母粒进行后续的接枝实验,避免了纳米粒子易团聚、不易分散的缺点,提高了纳米粒子工业化应用的可行性,需要注意的是,受到纳米颗粒易团聚特性的影响,该法所得的功能化母粒有效期较短,母粒存放时间不宜超过1周。
2.纳米粒子的选择,选取合适的经表面处理剂处理过的纳米粒子,这些表面处理剂均为给电子体,POE经过氧化物作用产生自由基后,会与这些包覆有表面处理剂的纳米粒子结合到一起,在较高频率的超声波作用下,超声波空化效应产生的能量使得熔融状态的POE树脂快速膨胀,膨胀到一定的程度后爆开,这就会使得高流动性的POE树脂均匀分散到纳米粒子中间,控制这种能量的大小,既可以不破坏纳米粒子的原有骨架,又可以保证POE树脂的对纳米粒子的包覆效果。纳米粒子的粒径需小于等于200nm,选取这个粒径是由于POE树脂经接枝MAH后,在尼龙中的分散粒径一般为200~500nm,纳米粒子的粒径若大于200nm,将使得POE树脂无法对其进行完整的包覆,而越小的粒子越容易与被POE树脂包覆,但粒径越小的纳米粒子也越容易团聚失效。
3.引入不同的纳米粒子,由于纳米粒子的分散和聚集状态不同,可不同程度的改善POE接枝MAH增韧剂的流动性和增韧效率;
1)纳米蒙脱土由于其特有的层状结构,所得的功能化母粒呈现层状分布,即插层效果,这种规则的层状结构在受到冲击时,能更好的使得应力向两端分散,诱导银纹-剪切带的产生从而能更大程度的吸收能量,提高冲击强度;此外,层与层之间的滑动,也可以改善后续增韧尼龙加工时的加工性;
2)纳米硫酸钡,超声波形频率高时,形成的大量的空化气泡,这些气泡包裹着纳米硫酸钡会与熔融状态的POE形成一种核壳结构,软壳(POE)硬核(纳米硫酸钡),引入自由基,由于纳米粒子表面存在大量的电荷,可促进这种核壳结构的产生,这种结构在后续的尼龙增韧过程中,一方面可以起到内润滑的作用,从而改善流动性;另一方面,由于硬核的存在,在受到冲击时,可以更好的吸收能量,提高冲击强度;
4.超声波与过氧化物共同引发接枝,降低了接枝过程中过氧化物的用量,提高了MAH的接枝效率,从而降低了接枝物中小分子的残留,改善了接枝物在增韧尼龙应用中对加工性的影响。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1为本发明的方法所用设备的结构示意图;
图中:1、主喂料口;2、第一侧喂料口;3、第一超声波变幅杆;4、第一超声波控制器;5、第一恒温加热器;6、第二侧喂料口;7、多级真空装置;8、口模;9、第二超声装置。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
按表1配方称取各组分备用,将制备POE-纳米粒子功能化母粒所用的POE从双螺杆挤出机的主喂料口加入,将制备POE-纳米粒子功能化母粒所用的三乙胺、抗氧剂1076和抗氧剂168、微晶石蜡、苯甲酸乙酯表面修饰的纳米蒙脱土从第二侧喂料口加入,在紧靠第二侧喂口后的位置引入超声波发生设备,超声功率为600~1000W,经反应挤出得到POE-纳米粒子功能化母粒;
将制备聚烯烃弹性体的POE和所述POE-纳米粒子功能化母粒经高混机混合均匀后,从双螺杆挤出机的主喂料口加入,将制备聚烯烃弹性体所用的马来酸酐、过氧化苯甲酰、二苯胺、抗氧剂1076和抗氧剂168、微晶石蜡经高混机混合均与后,从第一侧喂料口加入,在双螺杆挤出机的反应段安装超声发生设备,在反应挤出的同时进行超声处理,控制双螺杆挤出机温度从第一区至机头分别为:100℃、120℃、150℃、170℃、185℃、190℃、195℃、195℃、195℃、195℃、195℃、195℃、195℃、195℃、190℃,第一侧喂料口位置为第三区(170℃),第二侧喂料口位置为第四区(185℃),控制超声功率为200~600W,最终所得的接枝聚烯烃弹性体命名为接枝物D。
实施例2
按表1配方称取各组分备用,将制备POE-纳米粒子功能化母粒所用的POE从双螺杆挤出机的主喂料口加入,将制备POE-纳米粒子功能化母粒所用的三乙胺、抗氧剂1076和抗氧剂168、微晶石蜡、苯甲酸乙酯表面修饰的纳米蒙脱土从第二侧喂料口加入,在紧靠第二侧喂口后的位置引入超声波发生设备,超声功率为600~1000W,经反应挤出得到POE-纳米粒子功能化母粒;
将制备聚烯烃弹性体的POE和所述POE-纳米粒子功能化母粒经高混机混合均匀后,从双螺杆挤出机的主喂料口加入,将制备聚烯烃弹性体所用的马来酸酐、过氧化苯甲酰、二苯胺、抗氧剂1076和抗氧剂168、微晶石蜡经高混机混合均与后,从第一侧喂料口加入,在双螺杆挤出机的反应段安装超声发生设备,在反应挤出的同时进行超声处理,控制双螺杆挤出机温度从第一区至机头分别为:100℃、120℃、150℃、170℃、185℃、190℃、195℃、195℃、195℃、195℃、195℃、195℃、195℃、195℃、190℃,第一侧喂料口位置为第四区(170℃),第二侧喂料口位置为第六区(185℃),控制超声功率为200~600W,最终所得的接枝聚烯烃弹性体命名为接枝物E。
实施例3
按表1配方称取各组分备用,将制备POE-纳米粒子功能化母粒所用的POE从双螺杆挤出机的主喂料口加入,将制备POE-纳米粒子功能化母粒所用的过氧化物从第一侧喂料口加入,将制备POE-纳米粒子功能化母粒所用的三乙胺、抗氧剂1076和抗氧剂168、微晶石蜡、苯甲酸乙酯表面修饰的纳米蒙脱土从第二侧喂料口加入,在紧靠第二侧喂口后的位置引入超声波发生设备,超声功率为600~1000W,经反应挤出得到POE-纳米粒子功能化母粒;
将制备聚烯烃弹性体的POE和所述POE-纳米粒子功能化母粒经高混机混合均匀后,从双螺杆挤出机的主喂料口加入,将制备聚烯烃弹性体所用的马来酸酐、过氧化苯甲酰、二苯胺、抗氧剂1076和抗氧剂168、微晶石蜡经高混机混合均与后,从第一侧喂料口加入,在双螺杆挤出机的反应段安装超声发生设备,在反应挤出的同时进行超声处理,控制双螺杆挤出机温度从第一区至机头分别为:100℃、120℃、150℃、170℃、185℃、190℃、195℃、195℃、195℃、195℃、195℃、195℃、195℃、195℃、190℃,第一侧喂料口位置为第四区(170℃),第二侧喂料口位置为第六区(185℃),控制超声功率为200~600W,最终所得的接枝聚烯烃弹性体命名为接枝物F。
实施例4
按表1配方称取各组分备用,将制备POE-纳米粒子功能化母粒所用的POE从双螺杆挤出机的主喂料口加入,将制备POE-纳米粒子功能化母粒所用的过氧化物从第一侧喂料口加入,将制备POE-纳米粒子功能化母粒所用的三乙胺、抗氧剂1076和抗氧剂168、微晶石蜡、纳米二氧化硅从第二侧喂料口加入,在紧靠第二侧喂口后的位置引入超声波发生设备,超声功率为600~1000W,经反应挤出得到POE-纳米粒子功能化母粒;
将制备聚烯烃弹性体的POE和所述POE-纳米粒子功能化母粒经高混机混合均匀后,从双螺杆挤出机的主喂料口加入,将制备聚烯烃弹性体所用的马来酸酐、过氧化苯甲酰、二苯胺、抗氧剂1076和抗氧剂168、微晶石蜡经高混机混合均与后,从第一侧喂料口加入,在双螺杆挤出机的反应段安装超声发生设备,在反应挤出的同时进行超声处理,控制双螺杆挤出机温度从第一区至机头分别为:100℃、120℃、150℃、170℃、185℃、190℃、195℃、195℃、195℃、195℃、195℃、195℃、195℃、195℃、190℃,第一侧喂料口位置为第四区(170℃),第二侧喂料口位置为第六区(185℃),控制超声功率为200~600W,最终所得的接枝聚烯烃弹性体命名为接枝物G。
实施例5
按表1配方称取各组分备用,将制备POE-纳米粒子功能化母粒所用的POE从双螺杆挤出机的主喂料口加入,将制备POE-纳米粒子功能化母粒所用的过氧化物从第一侧喂料口加入,将制备POE-纳米粒子功能化母粒所用的三乙胺、抗氧剂1076和抗氧剂168、微晶石蜡、邻苯二甲酸二丁酯表面修饰的纳米硫酸钡从第二侧喂料口加入,在紧靠第二侧喂口后的位置引入超声波发生设备,超声功率为600~1000W,经反应挤出得到POE-纳米粒子功能化母粒;
将制备聚烯烃弹性体的POE和所述POE-纳米粒子功能化母粒经高混机混合均匀后,从双螺杆挤出机的主喂料口加入,将制备聚烯烃弹性体所用的马来酸酐、过氧化苯甲酰、二苯胺、抗氧剂1076和抗氧剂168、微晶石蜡经高混机混合均与后,从第一侧喂料口加入,在双螺杆挤出机的反应段安装超声发生设备,在反应挤出的同时进行超声处理,控制双螺杆挤出机温度从第一区至机头分别为:100℃、120℃、150℃、170℃、185℃、190℃、195℃、195℃、195℃、195℃、195℃、195℃、195℃、195℃、190℃,第一侧喂料口位置为第四区(170℃),第二侧喂料口位置为第六区(185℃),控制超声功率为200~600W,最终所得的接枝聚烯烃弹性体命名为接枝物H。
对比例1
按表1配方称取各组分备用,将POE弹性体从双螺杆挤出机的主喂料口加入,将马来酸酐、过氧化苯甲酰、二苯胺、抗氧剂1076和抗氧剂168、微晶石蜡经高混机混均匀后,从双螺杆挤出机的第一侧喂料口加入,控制双螺杆挤出机温度从第一区至机头分别为100℃、120℃、150℃、170℃、185℃、190℃、195℃、195℃、195℃、195℃、195℃、195℃、195℃、195℃、190℃,第一侧喂料口位置为第四区(170℃),最终所得的接枝聚烯烃弹性体命名为接枝物A。
对比例2
按表1配方称取各组分备用,将POE弹性体从双螺杆挤出机的主喂料口加入,将马来酸酐、过氧化苯甲酰、二苯胺、抗氧剂1076和抗氧剂168、微晶石蜡经高混机混均匀后,从双螺杆挤出机的第一侧喂料口加入,从第一侧喂料口加入,在双螺杆挤出机的反应段安装超声发生设备,在共混的同时进行超声处理,控制双螺杆挤出机温度从第一区至机头分别为:100℃、120℃、150℃、170℃、185℃、190℃、195℃、195℃、195℃、195℃、195℃、195℃、195℃、195℃、190℃,第一侧喂料口位置为第四区(170℃),控制超声功率为200~600W,最终所得的接枝聚烯烃弹性体命名为接枝物B。
对比例3
按表1配方称取各组分备用,将制备POE-纳米粒子功能化母粒所用的POE从双螺杆挤出机的主喂料口加入,将制备POE-纳米粒子功能化母粒所用的三乙胺、抗氧剂1076和抗氧剂168、微晶石蜡、苯甲酸乙酯表面修饰的纳米蒙脱土从第二侧喂料口加入,经共混得到POE-纳米粒子功能化母粒;
将制备聚烯烃弹性体的POE和所述POE-纳米粒子功能化母粒经高混机混合均匀后,从双螺杆挤出机的主喂料口加入,将制备聚烯烃弹性体所用的马来酸酐、过氧化苯甲酰、二苯胺、抗氧剂1076和抗氧剂168、微晶石蜡经高混机混合均与后,从第一侧喂料口加入,在双螺杆挤出机的反应段安装超声发生设备,在反应挤出的同时进行超声处理,控制双螺杆挤出机温度从第一区至机头分别为:100℃、120℃、150℃、170℃、185℃、190℃、195℃、195℃、195℃、195℃、195℃、195℃、195℃、195℃、190℃,第一侧喂料口位置为第四区(170℃),第二侧喂料口位置为第六区(185℃),控制超声功率为200~600W,最终所得的接枝聚烯烃弹性体命名为接枝物C。
表1:对比例1~3和实施例1~5
将接枝物以及对比例A~H分别用来增韧尼龙6,得到的增韧尼龙6的拉伸强度、23℃悬臂梁缺口冲击强度、低温落球冲击强度、熔体流动速率以及只添加POE的尼龙6(空白样)相对比如表2~5所示:
表2各尼龙6产品的拉伸强度
表3各尼龙6产品的悬臂梁缺口冲击强度
表4各尼龙6产品的低温落球冲击性能
表5各尼龙6产品的熔体流动速率
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改,这并不影响本发明的实质内容。