CN106632912A - 一种纳米ZrO2接枝物的制备方法及其应用 - Google Patents

一种纳米ZrO2接枝物的制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种纳米ZrO2接枝物的制备方法，包括以下步骤：称取原料丙烯酸丁酯、纳米ZrO2、过硫酸钾、硫酸铝及十二烷基苯磺酸钠；将过硫酸钾、十二烷基苯磺酸钠、丙烯酸丁酯及纳米ZrO2投入至三口烧瓶中，在160‑180℃的油浴反应6‑12h，然后再加入硫酸铝破乳6‑10h，过滤洗涤既得纳米ZrO2‑g‑PBA。本技术方案的纳米ZrO2经过聚丙烯酸丁酯(PBA)的接枝，可以在纳米ZrO2表面形成PBA的有机包覆层，产生了强大的立体防护作用，阻止了纳米ZrO2的团聚，能够均匀地分散于聚烯烃基体中，提高聚烯烃复合材料的力学性能。

Description

一种纳米ZrO2接枝物的制备方法及其应用
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，特别是指一种纳米ZrO2接枝物的制备方法及其应用。
背景技术
纳米二氧化锆(ZrO2)具有很高的化学稳定性，热稳定性，将其加入至聚烯烃中，能很好地提高复合材料的物理性能。但是在一些高端科技领域，仅仅用纳米二氧化锆来改性聚烯烃很难达到材料的要求。
鉴于此原因，纳米ZrO2-g-PBA来改性聚烯烃，它比用纳米二氧化钛直接改性聚烯烃的物理性能要好，相关文献并未见于报道，这大大扩展了聚烯烃复合材料的应用领域，具有非常现实的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种纳米ZrO2接枝物的制备方法及其应用，以提高聚烯烃的物理性能。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种纳米ZrO2接枝物的制备方法，包括以下步骤：
1)称取原料丙烯酸丁酯、纳米ZrO2、过硫酸钾、硫酸铝及十二烷基苯磺酸钠；
2)将过硫酸钾、十二烷基苯磺酸钠、丙烯酸丁酯及纳米ZrO2投入至三口烧瓶中，在160-180℃的油浴反应6-12h，然后再加入硫酸铝破乳6-10h，过滤洗涤既得纳米ZrO2-g-PBA。
优选地，所述纳米ZrO2直径为40-80nm。
步骤1)中的丙烯酸丁酯、纳米ZrO2、过硫酸钾、硫酸铝及十二烷基苯磺酸钠的质量比为10-30：30-40：0.3-0.7：1-3：0.1-0.3。
上述任一项中的纳米ZrO2接枝物应用于聚烯烃中。
所述聚烯烃包括聚丙烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚乙烯、聚酰胺6或苯乙烯中的一种或多种。
本发明的有益效果是：
本技术方案的纳米ZrO2经过聚丙烯酸丁酯(PBA)的接枝，可以在纳米ZrO2表面形成PBA的有机包覆层，产生了强大的立体防护作用，阻止了纳米ZrO2的团聚，能够均匀地分散于聚烯烃基体中，提高聚烯烃复合材料的力学性能。
纳米ZrO2的加入还使得聚烯烃基体的硬度提高，对聚烯烃复合材料的耐磨性能有显著提高。
具体实施方式
以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。
本申请提供一种纳米ZrO2-g-PBA的制备方法，包括如下步骤：
(1)称取一定量的丙烯酸丁酯(BA)、纳米ZrO2、过硫酸钾(KPS)、硫酸铝、十二烷基苯磺酸钠。
(2)将KPS、十二烷基苯磺酸钠、BA、纳米ZrO2投入至三口烧瓶中，在160-180℃的油浴反应6-12h，然后再加入硫酸铝破乳6-10h，过滤洗涤既得纳米ZrO2-g-PBA。
优选地，所述纳米ZrO2直径为40-80nm。
更优选地，步骤(1)中的BA、纳米ZrO2、过硫酸钾(KPS)、硫酸铝、十二烷基苯磺酸钠的质量比为(10-30)：(30-40)：(0.3-0.7)：(1-3)：(0.1-0.3)。
本发明的各实施例中所用的原料如下：
PBT(型号2002U)，日本宝理；BA,江苏裕廊化工；PP(型号Z30S),茂名石化；PE(型号5070)，盘锦乙烯；PA6(型号CM1017)，日本东丽；PS(型号350)，台湾国乔；纳米ZrO2，合肥工业大学陶瓷研发中心；十二烷基苯磺酸钠，济南凯信化工；KPS,济南丰乐化工；硫酸铝，淄博中魁化工。
本发明所用的测试仪器如下：
ZSK30型双螺杆挤出机，德国W&P公司；JL-1000型拉力试验机，广州市广才实验仪器公司生产；HTL900-T-5B型注射成型机，海太塑料机械有限公司生产；XCJ-500型冲击测试机，承德试验机厂生产；QT-1196型拉伸测试仪，东莞市高泰检测仪器有限公司；QD-GJS-B12K型高速搅拌机，北京恒奥德仪器仪表有限公司。
实施例1
(1)称取1kg丙烯酸丁酯(BA)、3kg纳米ZrO2、30g过硫酸钾(KPS)、100g硫酸铝、10g十二烷基苯磺酸钠。
(2)将KPS、十二烷基苯磺酸钠、BA、纳米ZrO2投入至三口烧瓶中，在160℃的油浴反应6h，然后再加入硫酸铝破乳6h，过滤洗涤既得产物P1。
应用例1
取20份P1加入到80份聚丙烯(PP)中，经高混机搅拌10min，接着加入双螺杆挤出机中进行共混挤出，得到PP复合材料X1。
其中，双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，第一温度区的温度为170℃，第二温度区的温度为220℃，第三温度区的温度为230℃，第四温度区的温度为240℃，第五温度区的温度为240℃，第六温度区的温度为240℃，双螺杆挤出机的机头温度为230℃，螺杆转速为220r/min。
对比例1
取20份纳米ZrO2加入到80份聚丙烯(PP)中，经高混机搅拌10min，接着加入双螺杆挤出机中进行共混挤出，得到纳米ZrO2/PP复合材料D1。
将上述应用例1及对比例1制备的PP复合材料用注塑机制成样条,其产品性能数据如下表所示:
由上表可以看出：
X1的拉伸强度、弯曲强度、悬臂梁冲击强度要比D1的要大，这说明加入纳米ZrO2-g-PBA改性PP比单纯加入纳米ZrO2的物理性能更好。
实施例2
(1)称取3kg丙烯酸丁酯(BA)、4kg纳米ZrO2、70g过硫酸钾(KPS)、300g硫酸铝、30g十二烷基苯磺酸钠。
(2)将KPS、十二烷基苯磺酸钠、BA、纳米ZrO2投入至三口烧瓶中，在180℃的油浴反应12h，然后再加入硫酸铝破乳10h，过滤洗涤既得产物P2。
应用例2
取20份P2加入到80份聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)中，经高混机搅拌10min，接着加入双螺杆挤出机中进行共混挤出，得到PBT复合材料X2。
其中，双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，第一温度区的温度为200℃，第二温度区的温度为260℃，第三温度区的温度为260℃，第四温度区的温度为260℃，第五温度区的温度为260℃，第六温度区的温度为260℃，双螺杆挤出机的机头温度为260℃，螺杆转速为300r/min。
对比例2
取20份纳米ZrO2加入到80份PBT中，经高混机搅拌10min，接着加入双螺杆挤出机中进行共混挤出，得到纳米ZrO2/PBT复合材料D2。
将上述应用例2及对比例2制备的PBT复合材料用注塑机制成样条,其产品性能数据如下表所示:
由上表可以看出：
X2的拉伸强度、弯曲强度、悬臂梁冲击强度要比D2的要大，这说明加入纳米ZrO2-g-PBA改性PBT比单纯加入纳米ZrO2的物理性能更好。
实施例3
(1)称取2kg丙烯酸丁酯(BA)、3.5kg纳米ZrO2、50g过硫酸钾(KPS)、200g硫酸铝、20g十二烷基苯磺酸钠。
(2)将KPS、十二烷基苯磺酸钠、BA、纳米ZrO2投入至三口烧瓶中，在170℃的油浴反应9h，然后再加入硫酸铝破乳8h，过滤洗涤既得产物P3。
应用例3
取20份P3加入到80份聚乙烯(PE)中，经高混机搅拌10min，接着加入双螺杆挤出机中进行共混挤出，得到PE复合材料X3。
其中，双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，第一温度区的温度为120℃，第二温度区的温度为180℃，第三温度区的温度为180℃，第四温度区的温度为180℃，第五温度区的温度为180℃，第六温度区的温度为180℃，双螺杆挤出机的机头温度为180℃，螺杆转速为300r/min。
对比例3
取20份纳米ZrO2加入到80份PE中，经高混机搅拌10min，接着加入双螺杆挤出机中进行共混挤出，得到纳米ZrO2/PE复合材料D3。
将上述应用例3及对比例3制备的PE复合材料用注塑机制成样条,其产品性能数据如下表所示:
由上表可以看出：
X3的拉伸强度、弯曲强度、悬臂梁冲击强度要比D3的要大，这说明加入纳米ZrO2-g-PBA改性PE比单纯加入纳米ZrO2的物理性能更好。
实施例4
(1)称取1kg丙烯酸丁酯(BA)、3kg纳米ZrO2、60g过硫酸钾(KPS)、250g硫酸铝、20g十二烷基苯磺酸钠。
(2)将KPS、十二烷基苯磺酸钠、BA、纳米ZrO2投入至三口烧瓶中，在160℃的油浴反应8h，然后再加入硫酸铝破乳7h，过滤洗涤既得产物P4。
应用例4
取20份P3加入到80份聚酰胺6(PA6)中，经高混机搅拌10min，接着加入双螺杆挤出机中进行共混挤出，得到PA6复合材料X4。
其中，双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，第一温度区的温度为230℃，第二温度区的温度为260℃，第三温度区的温度为260℃，第四温度区的温度为260℃，第五温度区的温度为260℃，第六温度区的温度为260℃，双螺杆挤出机的机头温度为250℃，螺杆转速为320r/min。
对比例4
取20份纳米ZrO2加入到80份PA6中，经高混机搅拌10min，接着加入双螺杆挤出机中进行共混挤出，得到纳米ZrO2/PA6复合材料D4。
将上述应用例4及对比例4制备的PA6复合材料用注塑机制成样条,其产品性能数据如下表所示:
由上表可以看出：
X4的拉伸强度、弯曲强度、悬臂梁冲击强度要比D4的要大，这说明加入纳米ZrO2-g-PBA改性PA6比单纯加入纳米ZrO2的物理性能更好。
实施例5
(1)称取1.2kg丙烯酸丁酯(BA)、4.5kg纳米ZrO2、70g过硫酸钾(KPS)、280g硫酸铝、30g十二烷基苯磺酸钠。
(2)将KPS、十二烷基苯磺酸钠、BA、纳米ZrO2投入至三口烧瓶中，在165℃的油浴反应9h，然后再加入硫酸铝破乳8h，过滤洗涤既得产物P5。
应用例5
取20份P5加入到80份苯乙烯(PS)中，经高混机搅拌10min，接着加入双螺杆挤出机中进行共混挤出，得到PS复合材料X5。
其中，双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，第一温度区的温度为160℃，第二温度区的温度为200℃，第三温度区的温度为200℃，第四温度区的温度为200℃，第五温度区的温度为200℃，第六温度区的温度为200℃，双螺杆挤出机的机头温度为200℃，螺杆转速为280r/min。
对比例5
取20份纳米ZrO2加入到80份PS中，经高混机搅拌10min，接着加入双螺杆挤出机中进行共混挤出，得到纳米ZrO2/PS复合材料D5。
将上述应用例5及对比例5制备的PS复合材料用注塑机制成样条,其产品性能数据如下表所示:
由上表可以看出：
X5的拉伸强度、弯曲强度、悬臂梁冲击强度要比D5的要大，这说明加入纳米ZrO2-g-PBA改性PS比单纯加入纳米ZrO2的物理性能更好。
本篇专利描述了一种纳米ZrO2接枝物的制备方法，且制得的聚烯烃材料在物理性能方面也有一定程度的提高，这大大扩展了聚烯烃复合材料的应用领域，具有非常重要的意义。
以上仅是本发明的优选实施方式的描述，应当指出，由于文字表达的有限性，而在客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种纳米ZrO2接枝物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)称取原料丙烯酸丁酯、纳米ZrO2、过硫酸钾、硫酸铝及十二烷基苯磺酸钠；
2)将过硫酸钾、十二烷基苯磺酸钠、丙烯酸丁酯及纳米ZrO2投入至三口烧瓶中，在160-180℃的油浴反应6-12h，然后再加入硫酸铝破乳6-10h，过滤洗涤既得纳米ZrO2-g-PBA。
2.根据权利要求1所述的纳米ZrO2接枝物的制备方法，其特征在于，所述纳米ZrO2直径为40-80nm。
3.根据权利要求1所述的纳米ZrO2接枝物的制备方法，其特征在于，步骤1)中的丙烯酸丁酯、纳米ZrO2、过硫酸钾、硫酸铝及十二烷基苯磺酸钠的质量比为10-30：30-40：0.3-0.7：1-3：0.1-0.3。
4.一种纳米ZrO2接枝物的应用，其特征在于，上述权利要求1至3中任一项中的纳米ZrO2接枝物应用于聚烯烃中。
5.根据权利要求4所述的纳米ZrO2接枝物的应用，其特征在于，所述聚烯烃包括聚丙烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚乙烯、聚酰胺6或苯乙烯中的一种或多种。
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