CN107033456A - 一种基于poss有机无机杂化纳米相容剂及其制备和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于POSS有机无机杂化纳米相容剂及其制备和应用，按质量百分比，原料组份包括：聚丙烯：93％‑99％，马来酸酐：2％‑5％，引发剂：0.2％‑0.5％，八乙烯基POSS：0.5％‑2％。制备：将马来酸酐、引发剂和八乙烯基POSS分别加入到聚丙烯粉料中，混合，然后进行挤出造粒制成母粒，然后干燥，纯化，即得。相容剂在PP/PA长玻纤维复合材料中的应用。复合材料的拉伸性能比用单一的PP‑g‑MAH相容剂挤出的复合材料拉伸强度提高了7％‑9％，其冲击性能提高了8％‑12％，而新型复合材料在经过外力刮擦时产生较强的抵抗力，耐刮擦能力得到提高。
Description
技术领域
本发明属于相容剂及其制备和应用领域，特别涉及一种基于POSS有机无机杂化纳米相容剂及其制备和应用。
背景技术
马来酸酐接枝聚丙烯的制备是实现聚丙稀高性能化的方法之一。这是因为添加少量的马来酸酐接枝聚丙稀就可以大大地增强聚丙稀与无机填料的粘合力，使改性聚丙稀的冲击强度、拉伸强度、弯曲强度等有明显提高。但是传统的马来酸酐接枝聚丙烯比较单一，热稳定性不高，结晶度也比较低。而八聚笼状倍半硅氧烷粒子是近年来出现的一种新型的有机/无机纳米粒子，简称POSS，具有显著的纳米效应，不同结构的POSS可以应用到不同复合材料中，可以改善其性能。八乙烯基POSS是在硅氧烷笼的八个顶点上面具有八个乙烯基，其聚合度高，易于改性添加，把其加入到马来酸酐接枝聚丙烯中，改善其相容剂的热稳定性和结晶度。
PP/PA合金共混体系已研究很多年，对于达到优良相容的共混体系可以综合两种树脂的优点，同时改善它们的缺点，可以整体提高材料的耐冲击性、耐热性，耐磨性，改善尺寸和形状稳定性，加工特性等。而长玻纤增强PP/PA复合材料可以最大化发挥合金的优异性能，与长玻纤增强PP相比可以同时提高其刚性和冲击性能，与长玻纤增强PA相比在满足工程需求的同时具有极大的成本优势，长纤增强PP/PA复合材料可替代短纤增强PA复合材料用于耐冲击器具如电动工具外壳使用。为了获得具有优异机械性能且各方面性能均衡的长玻纤增强改性PP/PA合金，本发明在制备复合材料的时候加入改良后的相容剂可以提高复合材料的性能。
中国专利201610072922.2马来酸酐接枝聚丙烯组合物及其制备方法中采用苯乙烯作为第二接枝单体，有效降低反应中聚丙烯键的断裂，提高马来酸酐的接枝效率，同时还有助于聚丙烯接枝物形成支化结构，提高熔体粘弹性及加工时的耐温色变。中国专利201510646382.X一种聚丙烯/马来酸酐接枝聚丙烯/细菌纤维素复合材料及其制备方法中通过双螺杆挤出机聚丙烯均聚物，马来酸酐接枝聚丙烯，细菌纤维素共混挤出成型，所得复合材料的拉伸强度比纯聚丙烯的拉伸强度提高16％，冲击强度提高25％，拉伸模量提高22％。中国专利201610265122.2一种低介电常数POSS聚氨酯复合材料薄膜及其制备方法。该方法将八苯基POSS溶于溶剂中，然后将聚氨酯加入到该溶液中搅拌，将混合溶液倾倒于玻璃板上在真空干燥箱中烘干得到复合材料薄膜。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于POSS有机无机杂化纳米相容剂及其制备和应用，本发明的目的在于克服聚丙烯与聚酰胺之兼容性差的问题，提高聚丙烯，聚酰胺和长玻璃纤维复合材料之间的相容性。本发明通过对聚丙烯进行马来酸酐接枝，其中加入八乙烯基POSS，得到热稳定性好的相容剂，应用在PP/PA长玻纤维复合材料中可以改善复合材料的表面界面兼容性，使其更好的相互融合。提高复合材料的力学性能，改善复合材料高于常温的低温冲击性能。
本发明的一种基于POSS有机无机杂化纳米相容剂，按质量百分比，原料组份包括：聚丙烯：93％-99％，马来酸酐：2％-5％，引发剂：0.2％-0.5％，八乙烯基POSS：0.5％-2％。
所述聚丙烯为等规聚丙烯；引发剂为过氧化二异丙苯。
本发明的一种基于POSS有机无机杂化纳米相容剂的制备方法，包括：
将马来酸酐、引发剂和八乙烯基POSS分别加入到聚丙烯粉料中，混合，然后进行挤出造粒制成母粒，然后干燥黄色颗粒颜色变浅，纯化，即得基于POSS有机无机杂化纳米相容剂PP-poss-MAH相容剂。
所述混合为1000r/min-1500r/min高速混合机中混合4-6min。
所述挤出造粒为双螺杆挤出机中进行，挤出造粒温度为165℃-195℃，挤出机的转速为80r/min-100r/min。
所述干燥为65℃-75℃，干燥时间为7-9h。
纯化具体为：干燥后的母粒中加入二甲苯，加热回流溶解，然后立刻转移至未加热的丙酮中形成白色乳浊液，静止沉析，抽滤，干燥；其中母粒和二甲苯的质量体积比为1g:(95-105)mL；二甲苯和丙酮的体积比为(95-105):100。
所述加热回流的温度为115℃-125℃，回流时间为25min-35min。
本发明的一种基于POSS有机无机杂化纳米相容剂的应用，相容剂在PP/PA长玻纤维复合材料中的应用；
其中按质量百分比，复合材料的组分包括：基于POSS有机无机杂化纳米相容剂：2％-5％，聚丙烯PP：58％-62％，尼龙PA：8％-12％，长玻纤维：28％-32％。
所述PP/PA长玻纤维复合材料的制备具体为：将相容剂、PP、PA，连续长玻璃纤维在高速混合机中混合，然后在双螺杆挤出机中挤出制造母粒，空气中干燥48h，在注塑机中进行注塑，制作标准样条，拉伸性能测试标准长：160mm，宽：10.0±0.2mm，厚：4.0±0.2mm。冲击样条测试标准长：80±0.2mm，宽：10.0±0.2mm，厚：4.0±0.2mm。即得；其中挤出造粒为：双螺杆挤出机的温度为180℃-220℃；挤出机的转速为210r/min-230r/min；其中混合为1000r/min-1500r/min高速混合机中混合4-6min。
有益效果
本发明的目的在于克服聚丙烯与聚酰胺之兼容性差的问题，提高聚丙烯，聚酰胺和长玻璃纤维复合材料之间的相容性，本发明通过对聚丙烯进行马来酸酐接枝，其中加入八乙烯基POSS，得到热稳定性好的相容剂，应用在PP/PA长玻纤维复合材料中可以改善复合材料的表面界面兼容性，使其更好的相互融合，提高复合材料的力学性能，改善复合材料高于常温的低温冲击性能；
本发明中PP/PA长玻纤维复合材料的拉伸性能比单一相容剂的拉伸强度提高了7％-9％，其冲击性能提高了8％-12％，而新型复合材料在经过外力刮擦时产生较强的抵抗力，耐刮擦能力得到提高。
附图说明
图1为复合材料拉伸性能图；其中A为PP-g-MAH相容剂得到的复合材料，B是用PP-poss-MAH相容剂得到的复合材料；
图2为复合材料冲击性能图；其中A为PP-g-MAH相容剂得到的复合材料，B是用PP-poss-MAH相容剂得到的复合材料。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
PP-poss-MAH相容剂的制备：体系的质量分数分别为：聚丙烯：94.9％，马来酸酐：4％，引发剂：0.3％，八乙烯基POSS：0.8％。
称取47.45g聚丙烯，2g马来酸酐，0.15g过氧化二异丙苯，0.4g八乙烯基POSS，在1200r/min的高速混合机中混合5min，然后在180℃，转速为90r/min的挤出机中挤出母粒，母粒在70℃下干燥8h，黄色颗粒的颜色会变浅。
实施例2
PP-poss-MAH相容剂的纯化：称取1g母粒放入到250ml的圆底烧瓶中，加入100ml的二甲苯，在120℃加热回流30min，待其全部溶解将溶液转移到未加热的100ml丙酮中，形成白色乳浊液，静止沉析3h，抽滤得到白色偏黄固体在70℃干燥8h。
实施例3
PP-poss-MAH相容剂在PP/PA长玻纤维复合材料中的应用：体系组成的质量分数分别为：相容剂的量3％，PP：59％，PA：9％，长玻纤维：29％。
称取3g相容剂，59g聚丙烯，9g聚酰胺和29g长玻纤维在1200r/min的高速混合机中混合5min，然后在200℃，转速为220r/min的挤出机中挤出母粒.做成标准样条进行力学性能测试。
拉伸性能按ISO 527标准测试(图1)，图中A是使用PP-g-MAH相容剂得到的复合材料拉伸强度，其数值为120Mpa，而B是用PP-poss-MAH相容剂得到的复合材料拉伸强度其数值为131Mpa；冲击性能按ISO 180标准测试(图2)；图中A是使用PP-g-MAH相容剂得到的复合材料冲击强度，其数值为27.5Mpa，图中B是使用PP-poss-MAH相容剂得到的复合材料冲击强度，其数值为31.1Mpa耐划伤性能由ENICHSEN产430P-I型电动划格试验仪测试。此种复合材料的拉伸性能比用单一相容剂的复合材料拉伸强度提高了8％，其冲击性能提高了10％，而新型复合材料在经过外力刮擦时产生较强的抵抗力，耐刮擦能力得到提高。
Claims (10)
1.一种基于POSS有机无机杂化纳米相容剂，其特征在于：按质量百分比，原料组份包括：聚丙烯：93％-99％，马来酸酐：2％-5％，引发剂：0.2％-0.5％，八乙烯基POSS：0.5％-2％。
2.根据权利要求1所述的一种基于POSS有机无机杂化纳米相容剂，其特征在于：所述聚丙烯为等规聚丙烯；引发剂为过氧化二异丙苯。
3.一种如权利要求1-2任一所述的基于POSS有机无机杂化纳米相容剂的制备方法，包括：
将马来酸酐、引发剂和八乙烯基POSS分别加入到聚丙烯粉料中，混合，然后进行挤出造粒制成母粒，然后干燥，纯化，即得基于POSS有机无机杂化纳米相容剂。
4.根据权利要求3所述的一种基于POSS有机无机杂化纳米相容剂的制备方法，其特征在于：所述混合为1000r/min-1500r/min高速混合机中混合4-6min。
5.根据权利要求3所述的一种基于POSS有机无机杂化纳米相容剂的制备方法，其特征在于：所述挤出造粒为双螺杆挤出机中进行，挤出造粒温度为165℃-195℃，挤出机的转速为80r/min-100r/min。
6.根据权利要求3所述的一种基于POSS有机无机杂化纳米相容剂的制备方法，其特征在于：所述干燥为65℃-75℃，干燥时间为7-9h。
7.根据权利要求3所述的一种基于POSS有机无机杂化纳米相容剂的制备方法，其特征在于：纯化具体为：干燥后的母粒中加入二甲苯，加热回流溶解，然后转移至未加热的丙酮中形成白色乳浊液，静止沉析，抽滤，干燥；其中母粒和二甲苯的质量体积比为1g：95-105mL。
8.根据权利要求7所述的一种基于POSS有机无机杂化纳米相容剂的制备方法，其特征在于：所述加热回流的温度为115℃-125℃，回流时间为25min-35min。
9.一种如权利要求1、2所述的基于POSS有机无机杂化纳米相容剂的应用，其特征在于：相容剂在PP/PA长玻纤维复合材料中的应用；
其中按质量百分比，复合材料的组分包括：基于POSS有机无机杂化纳米相容剂：2％-5％，聚丙烯PP：58％-62％，尼龙PA：8％-12％，长玻纤维：28％-32％。
10.根据权利要求9所述的一种基于POSS有机无机杂化纳米相容剂的应用，其特征在于：所述PP/PA长玻纤维复合材料的制备具体为：将相容剂、PP、PA，连续长玻璃纤维在混合，然后在双螺杆挤出机中挤出制造母粒，空气中干燥48h，在注塑机中进行注塑，，即得；其中挤出造粒为：双螺杆挤出机的温度为180℃-220℃；挤出机的转速为210r/min-230r/min。
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