CN107903609A - 一种高阻隔高模量复合材料及其制备工艺 - Google Patents

一种高阻隔高模量复合材料及其制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及包装、家电、汽车、通讯等用复合材料领域，具体地说，涉及一种高阻隔高模量复合材料，所述的复合材料为层状双金属氢氧化物和填充在层状双金属氢氧化物中的聚酮树脂的复合所得的材料。本发明的目的是提供一种高阻隔、高模量、耐刮擦的复合材料及其制备工艺。

Description

一种高阻隔高模量复合材料及其制备工艺
技术领域
本发明涉及包装、家电、汽车、通讯等用复合材料领域，具体地说，涉及一种高阻隔高模量复合材料及其制备工艺。
背景技术
层状双金属氢氧化物(Layered Double Hydroxide,LDH)是水滑石(Hydrotalcite,HT)和类水滑石化合物(Hydrotalcite-Like Compounds,HTLCs)的统称，由这些化合物插层组装的一系列超分子材料称为水滑石类插层材料(LDHs)。1842年Hochstetter首先从瑞典的片岩矿层中发现了天然水滑石矿；二十世纪初人们由于发现了LDH对氢加成反应具有催化作用而开始对其结构进行研究；1969年Allmann等人通过测定LDH单晶结构，首次确认了LDH的层状结构；二十世纪九十年代以后，随着现代分析技术和测试手段的广泛应用，人们对LDHs结构和性能的研究不断深化。
层状双金属氢氧化物属于阴离子型层状化合物。层状化合物是指具有层状结构、层间离子，具有可交换性的一类化合物，利用层状化合物主体在强极性分子作用下所具有的可插层性和层间离子的可交换性，将一些功能性客体物质引入层间空隙并将层板距离撑开从而形成层柱化合物。
因此在层状双金属氢氧化物的层间间隙引入功能性客体已有一定的研究。
如：CN201410830529.6公开了一种具有良好热稳定性的LDS用聚碳酸酯组合物。按质量份计，其包括聚碳酸酯60～90份、LDS添加剂2～30份、热稳定剂0.1～5份、抗氧剂0.3～3份；其中，抗氧剂由受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂组成，热稳定剂由金属化合物、层状双金属氢氧化物和紫外光吸收剂组成。其采用聚碳酸酯作为填充剂，提高了LDS用聚碳酸酯组合物的力学性能和加工性能，同时LDS用聚碳酸酯组合物在成型过程中耐析出、耐溶剂萃取、耐盐化且不影响化镀。
因此，提供合适的有机填充材料，可以有效改变复合材料的性能，如何进行复合材料的主体复合成分的选择是非常重要的。尤其是涉及到高阻隔、高模量、耐刮擦等性能的改善时，对于复合材料的选择更为显著。
发明内容
本发明的目的是提供一种高阻隔、高模量、耐刮擦的复合材料及其制备工艺。
具体来说，本发明的技术方案为：一种高阻隔高模量复合材料，所述的复合材料为层状双金属氢氧化物和填充在层状双金属氢氧化物中的聚酮树脂的复合所得的材料。
在上述的高阻隔高模量复合材料中，所述的层状双金属氢氧化物和聚酮树脂的重量比为5-35：100。
在上述的高阻隔高模量复合材料中，所述的复合材料由以下重量份组分制备得到：
聚酮树脂100份，层状双金属氢氧化物5-35份，偶联剂0.05-0.8份，相容剂0.25-0.5份，抗氧剂0.2-2.5份，润滑剂0.2-1.0份，增韧剂1.0-10.0份。
在上述的高阻隔高模量复合材料中，所述的聚酮树脂的分子量在8万～20万，熔融指数范围为10-50g/10min,测试条件是：220℃，3.8KG砝码。
在上述的高阻隔高模量复合材料中，层状双金属氢氧化物为水滑石和类水滑石化合物一种或几种的混合物，类水滑石化合物可为镍镁铝三元水滑石类化合物、镁铝二元水滑石类化合物、铜铁二元水滑石类化合物、氯离子插层镁铝水滑石中的至少一种。
在上述的高阻隔高模量复合材料中，所述的层状双金属氢氧化物的粒径在0.5-200μm。
在上述的高阻隔高模量复合材料中，所述的增韧剂为乙丙橡胶、乙烯-辛烯共聚物中的一种或两种的混合物。
在上述的高阻隔高模量复合材料中，所述的相容剂为乙烯-丙烯-1-丁烯三元嵌段共聚物，马来酸酐接枝乙烯-辛烯原位聚合物(POE-MAH),乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(EMA),甲基丙烯酸-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS),乙烯丙烯酸乙酯(EEA)中的一种或几种混合物。
在上述的高阻隔高模量复合材料中，所述的抗氧剂为受阻酚类、亚磷酸酯类、硫代类中的一种或几种的混合物。其中，酚类抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯(抗1076)和四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗1010)中的一种或两种；胺类抗氧剂为辛基化二苯胺(防老剂OD)和N,N’-二异辛基对苯二胺(防老剂288)中的一种或两种；亚磷酸酯类抗氧剂为三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯(抗168)；硫代酯类抗氧剂为硫代二丙酸双十八醇酯(抗DSTDP)和硫代二丙酸双十二醇酯(抗DLTDP)中的一种或两种。
在上述的高阻隔高模量复合材料中，所述的润滑剂所述润滑剂为硬脂酸、硬脂酸钙、N,N’-亚乙基双硬脂酰胺和接枝乙撑双硬脂酰胺，高分子量聚乙烯蜡中的至少一种。高分子量聚乙烯蜡的分子量为5000-10000。
在上述的高阻隔高模量复合材料中，所述的偶联剂为KH550，KH560，KH570，钛酸酯中的一种或几种的混合物,优选供应商为南京裕德恒精细化工有限公司。
同时，本发明还提供一种如上所述的高阻隔高模量复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将POK树脂、相容剂、增韧剂加入混合机混合，温度控制在65-95℃；
(2)加入层状双金属氢氧化物、抗氧剂、偶联剂继续混合，温度控制在65-95℃；
(3)将混合均匀的物料从双螺杆挤出机主喂料口加入，熔融挤出造粒。
在上述的高阻隔高模量复合材料的制备方法中，所述的步骤3中，挤出机各段温度设定为200℃、230℃、230℃、235℃、240℃、245℃，机头温度245℃，螺杆转速400转/分钟。
有益效果：
本发明的层状LDH填充POK复合材料是各组分物质在高速混合机中混合，在双螺杆挤出机中混炼、冷却、造粒等一系列后续处理得到的复合材料，具有高阻隔、高模量、耐刮擦等性能。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步的详细说明，但不构成对本发明的任何限制。
实施例1
在100份POK(聚酮树脂，分子量为12万；熔融指数为25g/10min,测试条件是：220℃，3.8KG砝码)，3份增韧剂EPDM(乙丙橡胶)，0.5份相容剂POE-MAH经高速混合机混合3min；接着加入15份镍镁铝三元水滑石类化合物，0.25份偶联剂KH550，0.5份润滑剂硬脂酸，0.2份润滑剂高分子量聚乙烯蜡(分子量5000)，0.1份抗氧剂1010，0.1份抗氧剂168，0.1份DSTDP经高速混合机混合3min，将混合好的料经双螺杆挤出机挤出造粒挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为200℃、230℃、230℃、235℃、240℃、245℃，机头温度245℃，挤出螺杆长径比为42，挤出螺杆转速为360转/分钟，喂料速度为19转/分钟，制备的复合材料的基本性能如表1。
实施例2
在100份POK(聚酮树脂，分子量为20万；熔融指数为10g/10min,测试条件是：220℃，3.8KG砝码)，1份增韧剂POE，0.5份相容剂EMA经高速混合机混合3min；接着加入5份镁铝二元水滑石类化合物，0.5份偶联剂KH570，0.2份润滑剂N,N’-亚乙基双硬脂酰胺和接枝乙撑双硬脂酰胺，0.2份润滑剂高分子量聚乙烯蜡(分子量10000)，0.1份抗氧剂1076，0.1份抗氧剂168，经高速混合机混合3min，将混合好的料经双螺杆挤出机挤出造粒挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为200℃、230℃、230℃、235℃、240℃、245℃，机头温度245℃，挤出螺杆长径比为42，挤出螺杆转速为360转/分钟，喂料速度为19转/分钟，制备的复合材料的基本性能如表1。
实施例3
在100份POK(聚酮树脂，分子量为15万；熔融指数为50g/10min,测试条件是：220℃，3.8KG砝码)，10份增韧剂EPDM，0.7份相容剂MBS经高速混合机混合3min；接着加入10份铜铁二元水滑石类化合物，0.8份偶联剂钛酸酯偶联剂，0.5份润滑剂接枝乙撑双硬脂酰胺，0.5份润滑剂高分子量聚乙烯蜡(分子量10000)，1份抗氧剂1010，1份抗氧剂168，0.5份DSTDP经高速混合机混合3min，将混合好的料经双螺杆挤出机挤出造粒挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为200℃、230℃、230℃、235℃、240℃、245℃，机头温度245℃，挤出螺杆长径比为42，挤出螺杆转速为360转/分钟，喂料速度为19转/分钟，制备的复合材料的基本性能如表1。
实施例4
在100份POK(聚酮树脂，分子量为12万；熔融指数为30g/10min,测试条件是：220℃，3.8KG砝码)，7份增韧剂EPDM，0.5份相容剂POE-MAH经高速混合机混合3min；接着加入25份氯离子插层镁铝水滑石，0.65份偶联剂KH560，0.5份润滑剂硬脂酸，0.2份润滑剂高分子量聚乙烯蜡(分子量8000)，0.4份抗氧剂1010，0.5份N,N’-二异辛基对苯二胺(防老剂288)，0.5份DSTDP经高速混合机混合3min，将混合好的料经双螺杆挤出机挤出造粒挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为200℃、230℃、230℃、235℃、240℃、245℃，机头温度245℃，挤出螺杆长径比为42，挤出螺杆转速为360转/分钟，喂料速度为19转/分钟，制备的复合材料的基本性能如表1。
实施例5
在100份POK(聚酮树脂，分子量为8万；熔融指数为15g/10min,测试条件是：220℃，3.8KG砝码)，5份增韧剂POE，0.7份相容剂EEA经高速混合机混合3min；接着加入20份镍镁铝三元水滑石类化合物，0.25份偶联剂KH570，0.5份润滑剂N,N’-亚乙基双硬脂酰胺，0.2份润滑剂高分子量聚乙烯蜡(分子量7000)，0.2份抗氧剂1010，0.3份辛基化二苯胺(防老剂OD)，0.3份DSTDP经高速混合机混合3min，将混合好的料经双螺杆挤出机挤出造粒挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为200℃、230℃、230℃、235℃、240℃、245℃，机头温度245℃，挤出螺杆长径比为42，挤出螺杆转速为360转/分钟，喂料速度为19转/分钟，制备的复合材料的基本性能如表1
对比例1
采用纯POK树脂，分子量12万，熔融指数为25(g/10min,测试条件是：220℃，3.8KG砝码)通过双螺杆挤出机所制备的材料，基本性能如表1。
表1 复合材料的基本性能表
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种高阻隔高模量复合材料，其特征在于：所述的复合材料为层状双金属氢氧化物和填充在层状双金属氢氧化物中的聚酮树脂的复合所得的材料。
2.根据权利要求1所述的高阻隔高模量复合材料，其特征在于：所述的层状双金属氢氧化物和聚酮树脂的重量比为5-35：100。
3.根据权利要求1所述的高阻隔高模量复合材料，其特征在于：所述的复合材料由以下重量份组分制备得到：
聚酮树脂100份，层状双金属氢氧化物5-35份，偶联剂0.05-0.8份，相容剂0.25-0.5份，抗氧剂0.2-2.5份，润滑剂0.2-1.0份，增韧剂1.0-10.0份。
4.根据权利要求1-3任一所述的高阻隔高模量复合材料，其特征在于：所述的聚酮树脂的熔融指数范围为10-50g/10min,测试条件是：220℃，3.8KG砝码。
5.根据权利要求1-3任一所述的高阻隔高模量复合材料，其特征在于：层状双金属氢氧化物为水滑石和类水滑石化合物一种或几种的混合物。
6.根据权利要求5所述的高阻隔高模量复合材料，其特征在于：所述的层状双金属氢氧化物的粒径在0.5-200μm。
7.根据权利要求3所述的高阻隔高模量复合材料，其特征在于：所述的增韧剂为乙丙橡胶、乙烯-辛烯共聚物中的一种或两种的混合物。
8.根据权利要求3所述的高阻隔高模量复合材料，其特征在于：所述的相容剂为乙烯-丙烯-1-丁烯三元嵌段共聚物，POE-MAH,EMA,MBS,EEA中的一种或几种混合物。
9.根据权利要求3所述的高阻隔高模量复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂为受阻酚类、亚磷酸酯类、硫代类中的一种或几种的混合物。
10.根据权利要求3所述的高阻隔高模量复合材料，其特征在于：所述的润滑剂所述润滑剂为硬脂酸、硬脂酸钙、N,N’-亚乙基双硬脂酰胺和接枝乙撑双硬脂酰胺、高分子量聚乙烯蜡中的至少一种。
11.根据权利要求3所述的高阻隔高模量复合材料，其特征在于：所述的偶联剂为KH550，KH560，KH570，钛酸酯中的一种或几种的混合物。
12.一种如权利要求1-11任一所述的高阻隔高模量复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将POK树脂、相容剂、增韧剂加入混合机混合，温度控制在65-95℃；
(2)加入层状双金属氢氧化物、抗氧剂、偶联剂、润滑剂继续混合，温度控制在65-95℃；
(3)将混合均匀的物料从双螺杆挤出机主喂料口加入，熔融挤出造粒。
13.根据权利要求12所述的高阻隔高模量复合材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤3中，挤出机各段温度设定为200℃、230℃、230℃、235℃、240℃、245℃，机头温度245℃，螺杆转速400转/分钟。
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