CN107955314B - 一种短切玄武岩纤维增韧聚丙烯材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种短切玄武岩纤维增韧聚丙烯材料及制备方法，短切玄武岩纤维增韧聚丙烯材料由一定比例的聚丙烯、短切玄武岩纤维、润滑剂以及反应型表面活性剂组成，步骤是：（1）称取一定比例的聚丙烯、短切玄武岩纤维、润滑剂和反应型表面活性剂，通过高混机在300~500 r/min转速下混合，将原料混合均匀，获得一种混合物；（2）将得到的混合物，通过用双螺杆挤出机，在熔融段温度控制在150 oC~160 oC，塑化段温度控制在170 oC~185 oC，均化段温度控制在180 oC~190 oC，模头温度控制在190 oC~200 oC；主机转速控制在400~500 r/min的条件下，获得增韧聚丙烯材料。本发明与马来酸酐接枝聚丙烯的改性方法比较，能将冲击强度提高15%~25%，拉伸强度提高7%~10%，改善效果显著。

Description

一种短切玄武岩纤维增韧聚丙烯材料及制备方法
技术领域
本发明属于聚丙烯材料改性技术领域，具体涉及一种短切玄武岩纤维增韧聚丙烯材料，同时还涉及一种短切玄武岩纤维增韧聚丙烯材料的制备方法，该材料适用于建材，玩具以及汽车等领域。
背景技术
聚丙烯(PP)在不同塑料产品领域的广泛使用是不争的事实，但是其低温条件下抗冲击性能较差，为了提升其冲击性能，很多研究提及使用短切玄武岩纤维增韧聚丙烯材料，但是玄武岩纤维与聚丙烯之间界面粘附力较差，不能满足使用要求，而目前PP常使用马来酸酐接枝改性克服这一缺点，但是简单的马来酸酐接枝改性，生成加工时反应速度慢，作用功效低，不利于连续生产；而将马来酸酐预处理制备反应型表面活性剂，将解决以上问题，且进一步提升PP的机械性能。
发明内容
本发明的目的是在于提供了一种短切玄武岩纤维增韧聚丙烯材料，该材料在保证聚丙烯原始性能的同时，显著提升其机械性能，尤其是低温韧性。
本发明的另一个目的是在于提供了一种短切玄武岩纤维增韧聚丙烯材料的制备方法，该方法反应速度快，作用功效高，适于连续化生产。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种短切玄武岩纤维增韧聚丙烯材料，它由以下重量份的原料制成：
Figure BDA0001482850700000011
所述的反应型表面活性剂是由马来酸酐与不饱和脂肪酸按重量份1:1的比例混合，并加入阻聚剂，在120℃温度下，反应90min，再加入引发剂发生狄尔斯-阿尔德反应，获得一种反应型表面活性剂。
所述的润滑剂为聚乙烯蜡。
所述的不饱和脂肪酸为含有共轭结构的不饱和脂肪酸；
所述的阻聚剂为对苯二酚，其添加量为所述反应型表面活性剂重量百分比的0.01％-0.1％；
所述的阻聚剂的作用是防止不饱和脂肪酸的聚合；
所述的引发剂为过氧化二异苯丙，其添加量为所述反应型表面活性剂重量百分比的0.02-0.2％。
一种短切玄武岩纤维增韧聚丙烯材料，它由以下重量份的原料制成(优选范围)：
Figure BDA0001482850700000021
一种短切玄武岩纤维增韧聚丙烯材料，它由以下重量份的原料制成(最好范围)：
Figure BDA0001482850700000022
一种短切玄武岩纤维增韧聚丙烯材料，它由以下重量份的原料制成(具体值)：
Figure BDA0001482850700000023
一种短切玄武岩纤维增韧聚丙烯材料的制备方法，其步骤是：
(1)称取一定比例的聚丙烯、短切玄武岩纤维、润滑剂和反应型表面活性剂，将聚丙烯、短切玄武岩纤维、润滑剂和反应型表面活性剂进行混合，通过高混机(普通)在300～500r/min转速下混合3～6min，将原料混合均匀，获得一种混合物；
(2)将步骤(1)得到的混合物，通过用双螺杆挤出机(普通)，在熔融段温度控制在150℃～160℃，塑化段温度控制在170℃～185℃，均化段温度控制在180℃～190℃，模头温度控制在190℃～200℃；双螺杆挤出机的主机转速控制在400～500r/min的条件下，获得增韧聚丙烯材料。
本申请的创新点在于通过反应型表面活性剂(它由含有共轭结构的不饱和脂肪酸与马来酸酐(MAH)，在一定的条件下制得)，使玄武岩能够更好的与聚丙烯材料相粘结，达到进一步提升聚丙烯机械性能的效果。
通过上述技术措施，相比较于聚丙烯与短切玄武岩纤维的简单混合，马来酸酐的加入能将冲击强度与拉伸强度分别提升16.4％，24.1％；而马来酸酐预处理制备的反应型表面活性剂相比较于马来酸酐接枝改性，能将冲击强度进一步分别提升24.2％-28.9％；拉伸强度进一步分别提升7.9％-8.7％。
因此，由含有共轭结构的不饱和脂肪酸处理后的马来酸酐作用于聚丙烯与短切玄武岩纤维能显著提升聚丙烯的机械性能。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
本发明在马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)改善短切玄武岩纤维与聚丙烯的界面性能的基础上，先将含有两个或者两个以上碳碳双键的不饱和脂肪酸分子与马来酸酐(MAH)，在一定的条件下，合成制备反应型表面活性剂，该反应型表面活性剂上面的MAH与羧基能够与玄武岩纤维通过离子反应结合，而碳碳双键能在引发剂的催化下接枝聚丙烯，增强了聚丙烯与玄武岩纤维的界面粘附力，起到表面活性剂与偶联剂的双重作用。
通过本发明解决了现有技术中存在的问题：“武岩纤维与聚丙烯之间界面粘附力较差，不能满足使用要求(实施例1)，而目前聚丙烯常使用马来酸酐接枝改性克服这一缺点，但是简单的马来酸酐接枝改性，生成加工时反应速度慢，作用功效低，不利于连续生产(实施例2)”。
本发明在使用马来酸酐接枝改性的基础上，将马来酸酐预处理制备反应型表面活性剂，从而使玄武岩能够更好的与聚丙烯材料相粘结，达到进一步提升聚丙烯机械性能的效果(实施例3-8)。
本发明生产的材料在保证聚丙烯原始性能的同时，显著提升其机械性能，尤其是低温韧性；较目前聚丙烯常使用马来酸酐接枝改性，该方法反应速度快，作用功效高，适于连续化生产。
具体实施例
下面结合实例对本发明作进一步说明。
实施例1：
一种短切玄武岩纤维增韧聚丙烯材料，它由以下重量份的原料制成：
Figure BDA0001482850700000031
所述的润滑剂为聚乙烯蜡。
一种短切玄武岩纤维增韧聚丙烯材料的制备方法，其步骤是：
(1)称取一定比例的聚丙烯、短切玄武岩纤维和聚乙烯蜡，将聚丙烯、短切玄武岩纤维和聚乙烯蜡进行混合，采用高混机(华美SHR-5A，以下相同)在300r/min或400r/min或500r/min转速下混合3min或4min或6min，将原料混合均匀，获得一种混合物；
(2)将步骤(1)得到的混合物，通过用双螺杆挤出机(南京杰亚SHJ-36，以下相同)，在熔融段温度控制在150或152或155或158或160℃，塑化段温度控制在170或174或178或182或185℃，均化段温度控制在180或183或187或190℃，模头温度控制在190或194或198或200℃；主机转速控制在400或500r/min的条件下，获得增韧聚丙烯材料。
实验测得该配方的冲击强度(0℃)为12.8KJ/m2；拉伸强度为28.6MPa。
实施例2：
一种短切玄武岩纤维增韧聚丙烯材料，它由以下重量份的原料制成：
Figure BDA0001482850700000041
所述的润滑剂为聚乙烯蜡。
一种短切玄武岩纤维增韧聚丙烯材料的制备方法，其步骤是：
(1)将聚丙烯、短切玄武岩纤维、聚乙烯蜡和马来酸酐按上述比例混合后，采用高混机在300r/min或400r/min或500r/min转速下混合3min或4min或6min，获得一种混合物；
(2)将步骤(1)得到的混合物，通过用双螺杆挤出机，在熔融段温度控制在150或153或156或160℃，塑化段温度控制在170或175或179或183或185℃，均化段温度控制在180℃～190℃，模头温度控制在190℃～200℃；主机转速控制在400～500r/min的条件下，获得增韧聚丙烯材料。
实验测得该配方的冲击强度(0℃)为14.9KJ/m2；拉伸强度为35.5MPa。
实施例3：
一种短切玄武岩纤维增韧聚丙烯材料，它由以下重量份的原料制成：
Figure BDA0001482850700000042
所述的润滑剂为聚乙烯蜡。
所述的反应型表面活性剂是由马来酸酐与9,11-亚油酸按重量份1:1的比例混合，并加入阻聚剂，在120℃温度下，反应90min，再加入引发剂发生狄尔斯-阿尔德反应，获得一种反应型表面活性剂；
所述的阻聚剂为对苯二酚，其添加量为所述反应型表面活性剂重量百分比的0.01％或0.05％或0.1％；
所述的引发剂为过氧化二异苯丙，其添加量为所述反应型表面活性剂重量百分比的0.02％或0.1％或0.2％。
一种短切玄武岩纤维增韧聚丙烯材料的制备方法，其步骤是：
(1)将聚丙烯、短切玄武岩纤维、聚乙烯蜡和反应型表面活性剂按上述比例混合后，采用高混机在300r/min或400r/min或500r/min转速下混合3min或4min或6min，将原料混合均匀，获得一种混合物；
(2)将步骤(1)得到的混合物，通过用双螺杆挤出机，在熔融段温度控制在150或156或158或160℃，塑化段温度控制在170或176或179或182或185℃，均化段温度控制在180或183或187或190℃，模头温度控制在190或194或197或200℃；主机转速控制在400～500r/min的条件下，获得增韧聚丙烯材料。
实验测得该配方的冲击强度(0℃)为18.5KJ/m2；拉伸强度为38.3MPa。
实施例4：
一种短切玄武岩纤维增韧聚丙烯材料，它由以下重量份的原料制成：
Figure BDA0001482850700000051
所述的润滑剂为聚乙烯蜡。
所述的反应型表面活性剂是由马来酸酐与葵花油按重量份1:1的比例混合，并加入阻聚剂，在120℃温度下，反应90min，再加入引发剂发生狄尔斯-阿尔德反应，获得一种反应型表面活性剂；
所述的阻聚剂为对苯二酚，其添加量为所述反应型表面活性剂重量百分比的0.01％或0.05％或0.1％；
所述的引发剂为过氧化二异苯丙，其添加量为所述反应型表面活性剂重量百分比的0.02％或0.1％或0.2％。
一种短切玄武岩纤维增韧聚丙烯材料的制备方法，其步骤是：
(1)将聚丙烯、短切玄武岩纤维、聚乙烯蜡和反应型表面活性剂按上述比例混合后，采用高混机在300r/min或400r/min或500r/min转速下混合3min或4min或6min，将原料混合均匀，获得一种混合物；
(2)将步骤(1)得到的混合物，通过用双螺杆挤出机，在熔融段温度控制在150℃～160℃，塑化段温度控制在170℃～185℃，均化段温度控制在180℃～190℃，模头温度控制在190℃～200℃；主机转速控制在400～500r/min的条件下，获得增韧聚丙烯材料。
实验测得该配方的冲击强度(0℃)为19.2KJ/m2；拉伸强度为38.6MPa。
相比较于聚丙烯与短切玄武岩纤维的简单混合(实施例1)，马来酸酐的加入(实施例2)能将冲击强度与拉伸强度分别提升16.4％，24.1％；而马来酸酐预处理制备的反应型表面活性剂(实施例3和实施例4)相比较于马来酸酐接枝改性(实施例2)，能将冲击强度进一步分别提升24.2％，28.9％；拉伸强度进一步分别提升7.9％，8.7％。
因此，由不饱和脂肪酸处理后的马来酸酐作用于聚丙烯与短切玄武岩纤维能显著提升聚丙烯的机械性能。
实施例5-8：
一种短切玄武岩纤维增韧聚丙烯材料，它由以下重量份的原料制成：
Figure BDA0001482850700000061
其他同实施例3。
实施例5-8测试结果如下：
冲击强度(0℃)(KJ/m<sup>2</sup>) 拉伸强度(MPa)
实施例5 14.4 35.2
实施例6 15.7 36.1
实施例7 19.5 38.9
实施例8 20.2 39.3
通过实施例5-8生产的材料，冲击强度(0℃)为14.4-20.2KJ/m2，拉伸强度为35.2-39.3MPa，本发明配方生产出来的材料在保证聚丙烯原始性能的同时，显著提升了材料的机械性能，尤其是低温韧性；较目前聚丙烯常使用马来酸酐接枝改性，本方法反应速度快，作用功效高，适于连续化生产。
以上是对本发明的描述而非限定，基于本发明思想的其他实施例，亦均在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种短切玄武岩纤维增韧聚丙烯材料，它由以下重量份的原料制成：
原料 重量份
聚丙烯 90-110份
短切玄武岩纤维 16~34份
润滑剂 1~8份
反应型表面活性剂 1~8份
所述的反应型表面活性剂是由马来酸酐与不饱和脂肪酸按重量份1:1的比例混合，并加入阻聚剂，在120 oC温度下，反应90 min，再加入引发剂发生狄尔斯-阿尔德反应，获得一种反应型表面活性剂；
所述的润滑剂为聚乙烯蜡；
所述的不饱和脂肪酸为含有共轭结构的不饱和脂肪酸；
所述的阻聚剂为对苯二酚，其添加量为所述反应型表面活性剂重量百分比的0.01%-0.1%；
所述的引发剂为过氧化二异丙苯，其添加量为所述反应型表面活性剂重量百分比的0.02-0.2%。
2.根据权利要求1所述的一种短切玄武岩纤维增韧聚丙烯材料，其特征在于：
聚丙烯 92-108份
短切玄武岩纤维 18~32份
润滑剂 1.5~6份
反应型表面活性剂 1.5~6份。
3.根据权利要求1所述的一种短切玄武岩纤维增韧聚丙烯材料，其特征在于：
聚丙烯 95-102份
短切玄武岩纤维 20~30份
润滑剂 2~5份
反应型表面活性剂 3~5份。
4.根据权利要求1所述的一种短切玄武岩纤维增韧聚丙烯材料，其特征在于：
聚丙烯 100份
短切玄武岩纤维 25份
润滑剂 3份
反应型表面活性剂 4份。
5.根据权利要求1所述的一种短切玄武岩纤维增韧聚丙烯材料的制备方法，其步骤是：
（1）称取一定比例的聚丙烯、短切玄武岩纤维、润滑剂和反应型表面活性剂，将聚丙烯、短切玄武岩纤维、润滑剂和反应型表面活性剂进行混合，通过高混机在300~500 r/min转速下混合3~6 min，将原料混合均匀，获得一种混合物；
（2）将步骤（1）得到的混合物，通过用双螺杆挤出机，在熔融段温度控制在150℃~160℃，塑化段温度控制在170℃~185℃，均化段温度控制在180℃~190℃，模头温度控制在 190℃~200℃；主机转速控制在400~500 r/min的条件下，获得增韧聚丙烯材料。
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