CN106750903A - 一种剥层纳米聚丙烯复合材料的制备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种新型的纳米类水滑石改性聚丙烯复合材料及其制备方法，该方法制备的改性聚丙烯具有更好的强度、热稳定性和机械性能。一种剥层纳米聚丙烯复合材料由以下质量分数的组分组成：70%‑100%的聚丙烯和0.2%‑30%的有机改性类水滑石化合物，其中有机改性类水滑石包含80‑100%的单层结构、0.1‑10%的2‑3层结构和0.01‑1%的多层结构。纳米类水滑石经过有机改性剂表面修饰后通过机械力和溶剂分子作用力促使类水滑石的层状结构解体成单片层，片层结构通过有机修饰体与聚丙烯分子结合形成有机‑无机复合。因此，本发明制备的剥层纳米聚丙烯复合材料具有更高的比表面积、更均匀的粒子分布强度和牢固的结合力，充分发挥无机分子内在优异的力学性能、耐热性能和阻隔性能。

Description

一种剥层纳米聚丙烯复合材料的制备
技术领域
该发明属于纳米复合材料领域，涉及一种新型纳米聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯作为一种通用的塑料，具有许多优良的性能，但是因为机械强度低、耐热性差、收缩形变大、抗蠕变性差等缺陷，其应用受到极大的限制，特别是作为结构功能材料应用方面，不能作为高性能的工程塑料。因此，为了拓展聚丙烯的应用范围，聚丙烯的改性研究成为了一个重要的研究课题。
滑石粉在塑料改性行业中被广泛采用，因为它可有效的提高材料的刚性、模量及其制品的稳定性。但通常其只是简单的被作为填料添加使用，而忽略了其本身的结构特性而没有被很好的应用。水滑石和类水滑石具有良好的晶体结构，规则的片层结构，层板带有正电荷，层间粒子具有优秀的离子交换性能等特点，具有很好的被改性和改性能力，特别是纳米级的水滑石和类水滑石，具有更广泛的研究应用价值和更显著的实际意义。
有关纳米滑石粉改性聚丙烯的相关研究相对较少。本发明的目的是制备一种剥层的纳米聚丙烯复合材料，即将纳米类水滑石经过有机改性剂的表面修饰后与聚丙烯反应，通过在合适的溶剂体系中，通过机械力和溶剂分子作用力促使类水滑石的层状结构解体形成单片层，单片层的有机修饰体与聚丙烯材料结合并缠绕形成纳米复合材料。因此，本发明制备的剥层纳米聚丙烯复合材料具有更高比表面积和更均匀的粒子分布和稳定的结合力，对聚丙烯材料的性能影响更广泛。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型的聚丙烯改性方法和制备一种剥层纳米聚丙烯复合材料，该方法制备的改性聚丙烯具有更好的强度、热稳定性和机械性能。
一种剥层纳米聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，其由以下质量分数的组分组成：
聚丙烯 70%-100%
有机改性类水滑石化合物 0.2%-30%
其中剥层纳米聚丙烯复合材料中的有机改性类水滑石包含80-100%的单层结构、0.1-10%的2-3层构和0.01-1%的多层结构。
制备方法中所述的有机改性水滑石化合物的最佳添加量为0.5%-20%。
上述的剥层纳米聚丙烯复合材料中的有机改性类水滑石是在体系中与聚丙烯反应过程中被剥层，包含90-100%的单层金属氢氧化层、0.1-3%的双层或三层金属氢氧化层和0.01-0.1%的多层金属氢氧化层。
上述的有机改性类水滑石化合物的合成方法，包括以下步骤：
（1）多种金属盐水溶液与有机改性剂混合，金属盐与有机改性剂的摩尔比在1:4到4:1之间；
（2）保证体系的密封性，通入惰性气体保护；
（3）合理调节控制体系的pH，反应若干时间；
（4）制得有机改性类水滑石化合物。
上述的有机改性类水滑石化合物的合成方法中所述的有机改性剂为脂肪酸盐类。
上述的有机改性类水滑石化合物的合成方法中所述的金属盐为可溶性盐，属于镁盐、铁盐、锌盐、镍盐、铝盐、铜盐、钙盐、钴盐、锰盐、铬盐中的至少两种。
上述的有机改性类水滑石化合物的合成方法中所述的pH为6-12，氮气作为保护气体，反应时间为4-24 h。
上述的有机改性类水滑石化合物的合成方法中所述的脂肪酸盐为RCOOM类型，碳链长为C5-C22之间，不饱和度Ω≤3。
一种剥层纳米聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）聚丙烯溶于有机溶剂中；
（2）加入有机改性类水滑石化合物，于90-150 ℃搅拌反应2-8 h；
（3）除去有机溶剂，干燥后，在双螺旋挤压机中于140-170 ℃挤压成型，得到的产物即为剥层纳米聚丙烯复合材料。
上述的剥层纳米聚丙烯复合材料的制备方法中所述的有机溶剂为季戊四醇、甲苯、二甲苯、环己烷、胺类中的至少一种。
上述制备方法中类水滑石经过有机改性后，纳米粒子由亲水性变为亲油性，极大程度的增进了纳米粒子与聚丙烯的相容性，提高了纳米粒子在聚丙烯中的分散均匀性和结合力，从而提高聚丙烯复合材料的综合性能。
具体实施方式
下面结合以下具体实施案例对本发明作进一步内容阐述，但本发明并不仅仅限于以下实施案例。
实施例1 一种剥层纳米聚丙烯复合材料，其由以下质量分数的组分组成：
聚丙烯90%，有机改性类水滑石10%
其中剥层纳米聚丙烯复合材料中的有机改性类水滑石包含85-95%的单层结构、5-10%的2-3层构和0.1-1%的多层结构。
有机改性类水滑石制备：将金属盐和脂肪酸盐配成溶液。通入氮气，缓慢滴加碱溶液，调节pH在6-12之间之间，反应4-24h。分离洗涤干燥备用。
所述的金属盐为可溶性盐，属于镁盐、铁盐、锌盐、镍盐、铝盐、铜盐、钙盐、钴盐、锰盐、铬盐中的至少两种。
所述的脂肪酸盐为RCOOM类型，碳链长为C5-C22之间，不饱和度Ω≤3。
一种剥层纳米聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）聚丙烯溶于有机溶剂中；
（2）加入有机改性类水滑石化合物，于90-150 ℃搅拌反应2-8 h；
（3）除去有机溶剂，干燥后，在双螺旋挤压机中于140-170 ℃挤压成型，得到的产物即为剥层纳米聚丙烯复合材料。
实施例2 一种剥层纳米聚丙烯复合材料，其由以下质量分数的组分组成：
聚丙烯95%，有机改性类水滑石5%
其中剥层纳米聚丙烯复合材料中的有机改性类水滑石包含90-95%的单层结构、1-5%的2-3层构和0.01-0.5%的多层结构。
有机改性类水滑石制备：将金属盐和脂肪酸盐配成溶液。通入氮气，缓慢滴加碱溶液，调节pH在6-12之间之间，反应4-24h。分离洗涤干燥备用。
所述的金属盐为可溶性盐，属于镁盐、铁盐、锌盐、镍盐、铝盐、铜盐、钙盐、钴盐、锰盐、铬盐中的至少两种。
所述的脂肪酸盐为RCOOM类型，碳链长为C5-C22之间，不饱和度Ω≤3。
一种剥层纳米聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）聚丙烯溶于有机溶剂中；
（2）加入有机改性类水滑石化合物，于90-150 ℃搅拌反应2-8 h；
（3）除去有机溶剂，干燥后，在双螺旋挤压机中于140-170 ℃挤压成型，得到的产物即为剥层纳米聚丙烯复合材料。
实施例3一种剥层纳米聚丙烯复合材料，其由以下质量分数的组分组成：
聚丙烯99%，有机改性类水滑石1%
其中剥层纳米聚丙烯复合材料中的有机改性类水滑石包含95-100%的单层结构、0.1-1%的2-3层构和0.01-0.1%的多层结构。
有机改性类水滑石制备：将金属盐和脂肪酸盐配成溶液。通入氮气，缓慢滴加碱溶液，调节pH在6-12之间之间，反应4-24h。分离洗涤干燥备用。
所述的金属盐为可溶性盐，属于镁盐、铁盐、锌盐、镍盐、铝盐、铜盐、钙盐、钴盐、锰盐、铬盐中的至少两种。
所述的脂肪酸盐为RCOOM类型，碳链长为C5-C22之间，不饱和度Ω≤3。
一种剥层纳米聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）聚丙烯溶于有机溶剂中；
（2）加入有机改性类水滑石化合物，于90-150 ℃搅拌反应2-8 h；
（3）除去有机溶剂，干燥后，在双螺旋挤压机中于140-170 ℃挤压成型，得到的产物即为剥层纳米聚丙烯复合材料。
实施例制备的剥层纳米聚丙烯复合材料的热稳定性和机械性能测试结果如下：
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (9)

1.一种剥层纳米聚丙烯复合材料，其特征在于，其由以下质量分数的组分组成：
聚丙烯 70%-100%
有机改性类水滑石化合物 0.2%-30%
其中剥层纳米聚丙烯复合材料中的有机改性类水滑石包含80-100%的单层结构、0.1-10%的2-3层结构和0.01-1%的多层结构。
2.根据权利要求1所述的一种剥层纳米聚丙烯复合材料，其特征在于所述的有机改性水滑石化合物的最佳添加量为0.5%-20%。
3.根据权利要求1所述的一种剥层纳米聚丙烯复合材料，其特征在于所述的纳米聚丙烯复合材料中的有机改性类水滑石经过在体系中反应后剥层，包含90-100%的单层金属氢氧化层、0.1-5%的双层或三层金属氢氧化层和0.01-0.1%的多层金属氢氧化层。
4.根据权利要求1所述的一种剥层纳米聚丙烯复合材料，其特征在于所述的有机改性类水滑石化合物的合成方法，包括以下步骤：
（1）多种金属盐水溶液与有机改性剂混合，金属盐与有机改性剂的摩尔比在1:4到4:1之间；
（2）保证体系的密封性，通入惰性气体保护；
（3）合理调节控制体系的pH，反应若干时间；
（4）制得有机改性类水滑石化合物。
5.根据权利要求4所述的一种剥层纳米聚丙烯复合材料，其特征在于所述的有机改性类水滑石化合物中的有机改性剂为脂肪酸盐类。
6.根据权利要求4所述的一种剥层纳米聚丙烯复合材料，其特征在于所述的有机改性类水滑石化合物的合成方法中的金属盐为可溶性盐，属于镁盐、铁盐、锌盐、镍盐、铝盐、铜盐、钙盐、钴盐、锰盐、铬盐中的至少两种。
7.根据权利要求4所述的一种剥层纳米聚丙烯复合材料，其特征在于所述的有机改性类水滑石化合物的合成方法中的pH在6-12，氮气作为保护气体，反应时间为4-24 h。
8.根据权利要求5所述的一种剥层纳米聚丙烯复合材料，其特征在于所述的有机改性类水滑石化合物的合成方法中的脂肪酸盐为RCOOM类型，碳链长为C5-C22之间，不饱和度Ω≤3。
9.一种剥层纳米聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）聚丙烯溶于有机溶剂中；
（2）加入有机改性类水滑石化合物，于90-150 ℃搅拌反应2-8 h，进行剥层和复合制备过程；
（3）除去有机溶剂，干燥后，在双螺旋挤压机中于140-170 ℃挤压成型，得到的产物即为剥层纳米聚丙烯复合材料。
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