CN107840983B - 一种低表面摩擦系数的聚丙烯复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低表面摩擦系数的聚丙烯复合材料的制备方法，具体步骤如下：1)将聚丙烯材料置于N2气氛围中，于100～180℃的环境中，采用过氧化二苯甲酰BPO作为引发剂，将丙烯酸AA接枝到聚丙烯表面2)将接枝后的聚丙烯清洗干燥后作为相容剂置于纳米碳酸钙和聚丙烯颗粒中进行熔融，获得表面带有负电荷有益于涂覆壳聚糖的聚丙烯/碳酸钙纳米复合物(PP/CaCO3)3)将得到的复合材料表面喷涂CS溶液，过滤干燥后获得表面涂覆有CS的PP/CaCO3纳米复合材料(PP/CaCO3/CS)。本发明以简单易行的方法，对聚丙烯表面进行改性，得到所需的特定的低表面摩擦系数的聚丙烯复合材料。
Description
技术领域
本发明涉及化工材料制备领域。具体涉及一种采用壳聚糖进行表面修饰的工业用聚丙烯膜、颗粒或微球材料的制备方法。
背景技术
聚丙烯(PP)是一种热塑性树脂，是目前全球五大通用塑料之一，可分为等规聚丙烯(isotaetic polyprolene)、无规聚丙烯(atactic polypropylene)和间规聚丙烯(syndiotatic polypropylene)三种。PP是一种半结晶性材料,比聚乙烯(polyethylene,PE)有更大的硬度和更高的熔点。由于均聚型的聚丙烯具有一定的脆性，所以聚合时常常加入1～4％或更高含量的乙烯作为共聚单体从而获得聚丙烯聚乙烯的共聚物。均聚物型和共聚物型的PP材料都具有优良的抗吸湿性、抗酸碱腐蚀性和抗溶解性。塑编软包材料于上世纪六十年代在国外面世，主要原料为PP、PE、颗粒，欧美、日本先有较为成熟的工艺技术，大量使用在粮食、纺织、化工物流等传统行业。
壳聚糖是一种自然界广泛存在的几丁质(chitin)通过脱乙酰作用得到的一种材料，其良好的生物官能性和相容性使其在生物医学及制药等方面得到了广泛的应用。
通过在聚丙烯颗粒中添加碳酸钙纳米颗粒和相容剂PP-COOH，采用熔融共混技术得到羧基化的PP/CaCO3复合材料，通过在表面涂覆壳聚糖从而得到具有更好的拉伸强度和抗冲击强度的聚丙烯复合材料。同时，由于壳聚糖涂层带正电荷并具有较好的光滑度，因此通过在带有负电荷的PP/CaCO3的复合材料表面涂覆壳聚糖涂层，能够在不影响材料机械性能的同时，有效降低材料表面的摩擦系数。因此，通过该简单易行的方法，将壳聚糖均匀的涂覆在PP/CaCO3的表面的技术具有重要的工业应用价值。
发明内容
技术问题：本发明的目的在于提供一种低表面摩擦系数的聚丙烯复合材料的制备，解决了现有技术中聚丙烯材料可重复利用程度低的问题。
技术方案：本发明提供的一种低表面摩擦系数的聚丙烯复合材料的制备方法技术方案如下：
步骤一：将聚丙烯材料置于二氯甲烷或丙酮中，搅拌环境下清洗多次，以除去各种添加剂，然后在35～65℃的烘箱中干燥；
步骤二：将经步骤一处理后的聚丙烯材料采用溶液法接枝，将聚丙烯放入反应器中通入N2排空并加入溶剂二甲苯，引发剂过氧化二苯甲酰BPO以及丙烯酸AA，在100～180℃的环境下反应1～4小时后取出；样品用去离子水冲洗后并在40～80℃烘箱中干燥，得到羧基化的聚丙烯粉末PP-COOH；
步骤三：将纳米碳酸钙和聚丙烯的共混物升温置170～230℃熔融，并将相容剂羧基化的聚丙烯粉末PP-COOH加入到PP-CaCO3的共混物中进行熔融共混得到PP-CaCO3-PP-COOH的功能化聚丙烯复合材料；
步骤四：将壳聚糖溶解于1～5wt％的乙酸溶液中后通过喷涂方式涂覆在接枝后的PP-CaCO3-PP-COOH材料表面，喷涂时间为10～20s，涂覆后在40～80℃下干燥6～18h,得到PP-CaCO3-CS的复合材料。
其中，
步骤一中所述的聚丙烯材料的形状包括膜、网、丝、颗粒或微球中的一种或几种的有机结合。
步骤二中所述通入N2，其保护温度为100～180℃。
步骤二中所述BPO，颗粒的含量为0.1～1wt％。
步骤二中，各组分中聚丙烯PP与丙烯酸AA的质量比为PP:AA＝8～20,丙烯酸AA与过氧化二苯甲酰BPO的质量比为AA/BPO＝25～50。
步骤三中，原料中各组分的质量含量比为：PP:CaCO3＝3～5,PP:PP-COOH＝1～8。
步骤三中，所述共混熔融的温度为170～230℃，共混时间为5～10min。
步骤三中，纳米碳酸钙和聚丙烯的熔融共混温度为170～230度。
步骤四中，壳聚糖的乙酸溶液浓度为1～5％，喷涂时间为10～20秒。
有益效果：通过在聚丙烯(PP)颗粒中添加碳酸钙纳米颗粒和相容剂PP-COOH，利用PP-COOH表面带有负电荷有利于和带正电荷的壳聚糖相结合，继而通过熔融共混的方式能够在不影响聚丙烯材料机械性能的同时，有效降低材料表面的摩擦系数。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明所述的技术方案给予进一步详细的说明，但有必要指出以下实施例只用于对发明内容的描述，并不构成对本发明保护范围的限制。
实施例1
1.将5g聚丙烯颗粒置于100mL的单颈圆底烧瓶中，加入20mL干燥的二氯甲烷，于100rpm下搅拌3h,然后过滤除去溶剂二氯甲烷；重复三次。最后将聚丙烯颗粒(或微球)在烘箱中于50℃条件下干燥1h。
2.在双口烧瓶中加入清洗过的聚丙烯颗粒2.6g和10ml溶剂二甲苯，再加入0.26g丙烯酸溶液和0.02g过氧化二苯甲酰(BPO)并通入氮气排空，于180℃条件下加热2h。反应结束后，过滤将聚丙烯颗粒取出，用二甲苯清洗三次，每次20mL,每次2h,然后在烘箱中70℃条件下干燥2h得到表面羧基化的聚丙烯材料(PP-COOH)。
3.将0.75g纳米碳酸钙(20nm～1μm)和4.25g PP颗粒的共混物升温至160℃熔融保持20min，然后将1.25g羧基化的聚丙烯材料(PP-COOH)加入到PP/CaCO3中充分混合，最终得到羧基化的PP/CaCO3复合材料。
4.将1g壳聚糖溶解于乙酸溶液中得到质量分数为2％的壳聚糖溶液，通过喷涂方式涂覆在接枝后的羧基化后的PP/CaCO3表面上，喷涂时间为10s，涂覆后在60℃下干燥12h得到PP/CaCO3/CS的复合材料。
步骤3制得的羧基化的PP/CaCO3复合材料(CM-1)表面水接触角测试结果见表1。
步骤3制备的羧基化的PP/CaCO3复合材料(CM-1)拉伸强度测试结果见表2。
实施例2
1.将5g聚丙烯颗粒置于100mL的单颈圆底烧瓶中，加入20mL干燥的二氯甲烷，于100rpm下搅拌3h,然后过滤除去溶剂二氯甲烷；重复三次。最后将聚丙烯颗粒(或微球)在烘箱中于50℃条件下干燥1h。
2.在双口烧瓶中加入清洗过的聚丙烯颗粒加入10ml丙烯酸和0.1g过氧化二苯甲酰(BPO)并通入氮气排空，在100℃条件下加热2h。反应结束后，过滤将聚丙烯颗粒取出，用二甲苯清洗三次，每次30mL,每次2h,然后在烘箱中60℃条件下干燥2h得到表面羧基化的聚丙烯材料(PP-COOH)。
3.将0.87g纳米碳酸钙(20nm～1μm)和3.75g PP颗粒的共混物升温至180℃熔融保持10min，然后将2.25g羧基化的聚丙烯材料(PP-COOH)加入到PP/CaCO3中充分混合，得到羧基化的PP/CaCO3复合材料。
4.将1g壳聚糖溶解乙酸溶液中得到质量分数为2％的壳聚糖溶液，通过喷涂方式涂覆在接枝后的羧基化后的PP/CaCO3表面上，喷涂时间为10s，涂覆后在60℃下干燥12h得到PP/CaCO3/CS的复合材料。
步骤3制得的羧基化的PP/CaCO3复合材料(CM-2)表面水接触角测试结果见表1。
步骤3制备的羧基化的PP/CaCO3复合材料(CM-2)拉伸强度测试结果见表2。
实施例3
1.将5g聚丙烯颗粒置于100mL的单颈圆底烧瓶中，加入20mL干燥的二氯甲烷，于100rpm下搅拌3h,然后过滤除去溶剂二氯甲烷；重复三次。最后将聚丙烯颗粒(或微球)在烘箱中于60℃条件下干燥1h。
2.在双口烧瓶中加入清洗过的聚丙烯颗粒加入10ml丙烯酸和0.01g过氧化二苯甲酰(BPO)并通入氮气排空，在140℃条件下加热2h。反应结束后，过滤将聚丙烯颗粒取出，用二甲苯清洗三次，每次30mL,每次2h,然后在烘箱中60℃条件下干燥2h得到表面羧基化的聚丙烯材料(PP-COOH)。
3.将1.0g纳米碳酸钙(20nm～1μm)和3.75g PP颗粒的共混物升温至230℃熔融保持10min，然后将0.85g羧基化的聚丙烯材料(PP-COOH)加入到PP/CaCO3中充分混合，得到羧基化的PP/CaCO3复合材料。
4.将1g壳聚糖溶解于乙酸溶液中得到质量分数为2％的壳聚糖溶液，通过喷涂方式涂覆在接枝后的羧基化后的PP/CaCO3表面上，喷涂时间为20s，涂覆后在60℃下干燥12h得到PP/CaCO3/CS的复合材料。
步骤3制得的羧基化的PP/CaCO3复合材料(CM-3)表面水接触角测试结果见表1。
步骤3制备的羧基化的PP/CaCO3复合材料(CM-3)拉伸强度测试结果见表2。
步骤4制备的PP/CaCO3/CS复合材料摩擦系数(CM-4)测试结果见表3。
实施例4
1.将5g聚丙烯颗粒置于100mL的单颈圆底烧瓶中，加入20mL干燥的二氯甲烷，于100rpm下搅拌3h,然后过滤除去溶剂二氯甲烷；重复三次。最后将聚丙烯颗粒(或微球)在烘箱中于60℃条件下干燥1h。
2.在双口烧瓶中加入清洗过的聚丙烯颗粒加入10ml丙烯酸和0.01g过氧化二苯甲酰(BPO)并通入氮气排空，在140℃条件下加热2h。反应结束后，过滤将聚丙烯颗粒取出，用二甲苯清洗三次，每次30mL,每次2h,然后在烘箱中60℃条件下干燥2h得到表面羧基化的聚丙烯材料(PP-COOH)。
3.将0.75g纳米碳酸钙(20nm～1μm)和3.75g PP颗粒的共混物升温至230℃熔融保持15min，然后将1.15g羧基化的聚丙烯材料(PP-COOH)加入到PP/CaCO3中充分混合，最终得到羧基化的PP/CaCO3复合材料。
4.将1g壳聚糖溶解于乙酸溶液中得到质量分数为3％的壳聚糖溶液，通过喷涂方式涂覆在接枝后的羧基化后的PP/CaCO3表面上，喷涂时间为20s，涂覆后在60℃下干燥12h得到PP/CaCO3/CS的复合材料。
步骤4制备的PP/CaCO3/CS复合材料(CM-5)摩擦系数测试结果见表3。
实施例5
1.将5g聚丙烯颗粒置于100mL的单颈圆底烧瓶中，加入20mL干燥的二氯甲烷，于100rpm下搅拌3h,然后过滤除去溶剂二氯甲烷；重复三次。最后将聚丙烯颗粒(或微球)在烘箱中于60℃条件下干燥1h。
2.在双口烧瓶中加入清洗过的聚丙烯颗粒加入10ml丙烯酸和0.01g过氧化二苯甲酰(BPO)并通入氮气排空，在140℃条件下加热2h。反应结束后，过滤将聚丙烯颗粒取出，用二甲苯清洗三次，每次30mL,每次2h,然后在烘箱中60℃条件下干燥2h得到表面羧基化的聚丙烯材料(PP-COOH)。
3.将0.75g纳米碳酸钙(20nm～1μm)和3.75g PP颗粒的共混物升温至230℃熔融保持20min，然后将1.15g羧基化的聚丙烯材料(PP-COOH)加入到PP/CaCO3中充分混合，最终得到羧基化的PP/CaCO3复合材料。
4.将1g壳聚糖溶解于乙酸溶液中得到质量分数为5％的壳聚糖溶液，通过喷涂方式涂覆在接枝后的羧基化后的PP/CaCO3表面上，涂喷涂时间为20s，覆后在60℃下干燥12h得到PP/CaCO3/CS的复合材料。
步骤4制备的PP/CaCO3/CS复合材料(CM-6)摩擦系数测试结果见表3。
表1不同配比下羧基化的PP/CaCO3复合材料表面接触角大小
表2不同配比下羧基化的PP/CaCO3复合材料的拉伸强度
表3不同壳聚糖浓度下PP/CaCO3/CS表面摩擦系数
Claims (5)
1.一种低表面摩擦系数的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一：将聚丙烯材料置于二氯甲烷或丙酮中，搅拌环境下清洗多次，以除去各种添加剂，然后在35～65 ℃的烘箱中干燥；
步骤二：将经步骤一处理后的聚丙烯材料采用溶液法接枝，将聚丙烯放入反应器中通入N2排空并加入溶剂二甲苯，引发剂过氧化二苯甲酰BPO以及丙烯酸AA，在100~180 °C 的环境下反应1~4小时后取出；样品用去离子水冲洗后并在40~80 °C烘箱中干燥，得到羧基化的聚丙烯粉末PP-COOH；
步骤三：将纳米碳酸钙和聚丙烯的共混物升温置170~230 °C熔融，并将相容剂羧基化的聚丙烯粉末PP-COOH加入到PP-CaCO3的共混物中进行熔融共混得到PP-CaCO3-PP-COOH的功能化聚丙烯复合材料；
步骤四：将壳聚糖溶解于1~5 wt%的乙酸溶液中后通过喷涂方式涂覆在接枝后的PP-CaCO3-PP-COOH材料表面，喷涂时间为10~20 s，涂覆后在40~80°C下干燥6~18 h,得到PP-CaCO3-CS的复合材料；
其中：
步骤一中所述的聚丙烯材料的形状包括膜、网、丝、颗粒或微球中的一种或几种的有机结合；
步骤二中，各组分中聚丙烯PP与丙烯酸AA的质量比为PP:AA=8~20, 丙烯酸AA与过氧化二苯甲酰BPO的质量比为AA/BPO=25~50；
步骤三中，原料中各组分的质量含量比为：PP:CaCO3=3~5, PP:PP-COOH=1~8；
步骤四中，壳聚糖的乙酸溶液浓度为1~5%，浸没时间为10~20秒。
2.根据权利要求1所述的一种低摩擦系数的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤二中所述通入N2，其保护温度为100~180°C。
3.根据权利要求1所述的一种低摩擦系数的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤二中所述BPO，颗粒的含量为0.1~1 wt%。
4.根据权利要求1所述的一种低摩擦系数的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤三中，所述共混熔融的温度为170~230 °C，共混时间为5~10 min。
5.根据权利要求1所述的一种低摩擦系数的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤三中，纳米碳酸钙和聚丙烯的熔融共混温度为170~230度。
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| "聚丙烯和丙烯酸溶液接枝共聚";王经武等;《纺织纤维》;19800430(第02期);第16页第二节 * |
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