CN105623101B - 一种改性硅藻/eso/聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改性硅藻/ESO/聚丙烯复合材料及其制备方法。复合材料各组分的质量百分比含量为:聚丙烯基体树脂75~80%、改性硅藻15~20%、增塑剂2.5~5%、其他助剂0.5~2%，各组分质量百分比含量之和为100%，改性硅藻是用偶联剂对硅藻土改性制得，偶联剂用量是硅藻土质量的2~5%。先用偶联剂改性硅藻土，得改性硅藻，然后按照上述组分比例配料，并进行高速混料处理，得混合物料；将混合物料熔融挤出，造粒，注塑成型，即制得改性硅藻/ESO/聚丙烯复合材料。本发明的方法操作简单，通过在聚丙烯中掺杂改性硅藻、ESO提高聚丙烯抗冲击强度和硬度，并加大了无机粒子的填充量，降低了成本和对环境的污染。

Description

一种改性硅藻/ESO/聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料制备领域，具体涉及一种利用高硅藻填充的高冲击强度、高硬度且环保无毒的改性硅藻/ESO/聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯(PP)是一种高性能的热塑性合成树脂，PP结晶度高，因此具有良好的力学性能，其价格低廉，质量轻，易加工，耐化学药品性强等的优点，在化工、电器、包装等行业广泛应用。PP塑料虽然有很多优势，但其高温刚性不足，表面硬度小，隔热性能差和易燃等，限制了其应用范围。硅藻土具有高孔隙度、比表面积较大、质量轻、高熔点、隔热、吸声，好的分散性、化学稳定性、耐磨性和电绝缘性等优点，将硅藻土作为填充补强剂制成高强度材料成为一种新的趋势。
但从单纯硅藻改性分析相关物理性能看，硅藻土改性对复合材料性能有一定提高，但是在高硅藻土用量填充情况下，改性对复合材料力学性能提高有限，特别是材料的韧性，需考虑既不减少刚性的同时，又使其韧性有很好效果，所以加入增韧剂起到增韧的作用是本发明的目的。
本发明选择兼有增塑和润滑剂作用的环氧大豆油(ESO)对改性硅藻/PP复合材料进行增强。其中改性硅藻和ESO属“核-壳”结构，其分散在PP基体中，不仅能提高冲击性能，同时具有加工性能好，耐老化好等特点；ESO分子插入到聚合物分子链间，削弱了聚合物分子链间的移动性，降低了聚合物分子链的一定结晶度，从而获得良好增韧效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种改性硅藻/ESO/聚丙烯复合材料及其制备方法。
本发明的改性硅藻/ESO/聚丙烯复合材料各组分的质量百分比含量为:聚丙烯基体树脂75~80%、改性硅藻15~20%、增塑剂2.5~5%、其他助剂0.5~2%，各组分质量百分比含量之和为100%，其中，改性硅藻是用偶联剂对硅藻土进行改性制得，偶联剂用量是硅藻土质量的2~5%。
制备上述改性硅藻/ESO/聚丙烯复合材料的具体步骤为：
(1)将硅藻土以平铺形式，分层放入煅烧炉，设置煅烧炉温度为550~650℃，升温速率为3~5℃/分钟，保温1~1.5小时，降温到95~100℃出料，以除去硅藻土里面部分的有机物杂质及粘土，制得煅烧处理后的硅藻土。
(2)将质量百分比含量为98%的硫酸和质量百分比含量为40%的氢氟酸以质量比为3~5:1的比例混合，制得混合酸。
(3)将步骤(1)制得的煅烧处理后的硅藻土浸入步骤(2)制得的混合酸中，固液比为1:3，然后放入80~100℃的水浴中恒温加热1~2小时，使部分氧化物以硫酸盐形式进入样品溶液，将样品溶液离心，用去离子水洗涤至pH呈中性，烘干，制得较纯硅藻土。
(4)将无水乙醇和水以体积比为1:1混合，制得乙醇溶液。
(5)将步骤(3)制得的较纯硅藻土和步骤(4)制得的乙醇溶液按质量比为1:10混合，然后滴加质量百分比含量为99.5%的冰醋酸溶液调节其pH值为4，再放入70~75℃的水浴锅中预搅拌30~35分钟，随后逐滴加入质量为硅藻土质量2.5~5%的偶联剂，继续搅拌2小时，离心、用去离子水洗涤至中性，烘干后即得改性硅藻。
(6)将步骤(5)制得的改性硅藻及其他各组分，按以下比例配料：聚丙烯基体树脂75~80%、步骤(5)制得的改性硅藻15~20%、增塑剂2.5~5%和其他助剂0.5%~2%，各组分质量百分比含量之和为100%，然后进行高速混料处理，得混合物料；将混合物料熔融挤出，造粒，注塑成型，即制得改性硅藻/ESO/聚丙烯复合材料，其中挤出造粒各段温度分别为前段：185~190℃，中段180~185℃，尾段170~175℃，聚丙烯基体树脂在挤出机停留时间为5~8分钟。
所述聚丙烯基体树脂为均聚聚丙烯或共聚聚丙烯，其成型收缩率为1.7~2.2%。
所述增塑剂为环氧大豆油。
所述其他助剂为硫酸盐类或偶氮类引发剂中一种或几种。
所述偶联剂选用硅烷偶联剂和铝酸酯偶联剂中的一种或几种。
所述硅藻土的粒度为800~1250目。
本发明的方法操作简单，以廉价聚丙烯为基体，通过在聚丙烯中掺杂改性硅藻和ESO来提高聚丙烯的抗冲击强度和硬度，其分别较纯PP均有大幅提高，且加大了无机粒子的填充量，降低了成本和对环境的污染，该材料能够用于化工、电器等工业领域。
附图说明
图1为本发明实施例中制备的改性硅藻与改性前硅藻土的红外对比图。
图2为本发明实施例制备的改性硅藻/ESO/聚丙烯复合材料的XRD图。
图3为本发明实施例制备的改性硅藻/ESO/聚丙烯复合材料的冲击断面SEM图。
图4为本发明实施例制备的改性硅藻/ESO/聚丙烯复合材料的表面体式显微镜图。
具体实施方式
实施例：
(1)将硅藻土以平铺形式，分层放入煅烧炉，设置煅烧炉温度为650℃，升温速率为5℃/分钟，保温1小时，降温到100℃出料，以除去硅藻土里面部分的有机物杂质及粘土，制得煅烧处理后的硅藻土。
(2)将质量百分比含量为98%的硫酸和质量百分比含量为40%的氢氟酸以质量比为5:1的比例混合，制得混合酸。
(3)将步骤(1)制得的煅烧处理后的硅藻土浸入步骤(2)制得的混合酸中，固液比为1:3，然后放入100℃的水浴中恒温加热1小时，使部分氧化物以硫酸盐形式进入样品溶液，将样品溶液离心，用去离子水洗涤至pH呈中性，烘干，制得较纯硅藻土。
(4)将无水乙醇和水以体积比为1:1混合，制得乙醇溶液。
(5)将50g步骤(3)制得的较纯硅藻土和500mL步骤(4)制得的乙醇溶液混合，然后滴加质量百分比含量为99.5%的冰醋酸溶液调节其pH值为4，再放入70℃的水浴锅中预搅拌30分钟，随后逐滴加入2.5g硅烷偶联剂KH-570，继续搅拌2小时，离心、用去离子水洗涤至中性，烘干后即得改性硅藻。
(6)将步骤(5)制得的改性硅藻及其他各组分，按以下比例配料：100g聚丙烯基体树脂、20g步骤(5)制得的改性硅藻、2.5g分析纯环氧大豆油（ESO）和2g过硫酸钾，然后进行高速混料处理，得混合物料；将混合物料熔融挤出，造粒，注塑成型，即制得改性硅藻/ESO/聚丙烯复合材料，其中挤出造粒各段温度分别为前段：185℃，中段180℃，尾段175℃，聚丙烯基体树脂在挤出机停留时间为5分钟。
所述聚丙烯基体树脂为均聚聚丙烯，其成型收缩率为2.2%。
所述硅藻土的粒度为1000目左右。
结果显示，硅藻土的加入提高了β晶型（高冲击强度材料）的生成，ESO加入提高了表面硅藻粒子聚集度，复合材料的抗冲击强度和硬度较纯PP分别提高了88.7%、35%。

Claims (2)

1.一种改性硅藻/ESO/聚丙烯复合材料，其特征在于该改性硅藻/ESO/聚丙烯复合材料各组分质量百分比含量为: 聚丙烯基体树脂75~80%、改性硅藻15~20%、增塑剂2.5~5%、其他助剂0.5~2%，各组分质量百分比含量之和为100%，其中，改性硅藻是用偶联剂对硅藻土进行改性制得，偶联剂用量是硅藻土质量的2~5%；
所述聚丙烯基体树脂为均聚聚丙烯或共聚聚丙烯，其成型收缩率为1.7~2.2%；
所述增塑剂为环氧大豆油；
所述其他助剂为硫酸盐类或偶氮类引发剂中一种或几种；
所述偶联剂选用硅烷偶联剂和铝酸酯偶联剂中的一种或几种；
所述硅藻土的粒度为800~1250目。
2.根据权利要求1所述的改性硅藻/ESO/聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：
(1)将硅藻土以平铺形式，分层放入煅烧炉，设置煅烧炉温度为550~650℃，升温速率为3~5℃/分钟，保温1~1.5小时，降温到95~100℃出料，以除去硅藻土里面部分的有机物杂质及粘土，制得煅烧处理后的硅藻土；
(2)将质量百分比含量为98%的硫酸和质量百分比含量为40%的氢氟酸以质量比为3~5:1的比例混合，制得混合酸；
(3)将步骤(1)制得的煅烧处理后的硅藻土浸入步骤(2)制得的混合酸中，固液比为1:3，然后放入80~100℃的水浴中恒温加热1~2小时，使部分氧化物以硫酸盐形式进入样品溶液，将样品溶液离心，用去离子水洗涤至pH呈中性，烘干，制得较纯硅藻土；
(4)将无水乙醇和水以体积比为1:1混合，制得乙醇溶液；
(5)将步骤(3)制得的较纯硅藻土和步骤(4)制得的乙醇溶液按质量比为1:10混合，然后滴加质量百分比含量为99.5%的冰醋酸溶液调节其pH值为4，再放入70~75℃的水浴锅中预搅拌30~35分钟，随后逐滴加入质量为硅藻土质量2.5~5%的偶联剂，继续搅拌2小时，离心、用去离子水洗涤至中性，烘干后即得改性硅藻；
(6)将步骤(5)制得的改性硅藻及其他各组分，按以下比例配料：聚丙烯基体树脂75~80%、步骤(5)制得的改性硅藻15~20%、增塑剂2.5~5%和其他助剂0.5%~2%，各组分质量百分比含量之和为100%，然后进行高速混料处理，得混合物料；将混合物料熔融挤出，造粒，注塑成型，即制得改性硅藻/ESO/聚丙烯复合材料，其中挤出造粒各段温度分别为前段：185~190℃，中段180~185℃，尾段170~175℃，聚丙烯基体树脂在挤出机停留时间为5~8分钟。
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