CN109503944A - 一种高强度、耐酸碱的聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度、耐酸碱的聚丙烯复合材料，由下述重量份的原料制成：聚丙烯100份，八（N‑环己基）苯酰胺基聚倍半硅氧烷10‑20份，成核剂0.1‑0.5份，抗氧剂0.5‑2份；所述聚丙烯以GB/T3682‑2000法测定的熔融指数为15‑20g/10min；所述成核剂为DBS类成核剂、芳酰胺类成核剂与芳基磷酸酯盐类成核剂的混合物，三者质量比为100：（10‑30）：（3‑5）；所述抗氧剂为抗氧剂1076、抗氧剂1024、抗氧剂1010和抗氧剂168的一种或多种。本发明在研究中意外发现，DBS类成核剂、芳酰胺类成核剂与芳基磷酸酯盐类成核剂的混合物，当三者采用特定质量比时，可以协同提高聚丙烯的耐酸碱腐蚀性能，尤其是在温度较高的使用环境下，还可进一步提高聚丙烯的强度。

Description

一种高强度、耐酸碱的聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子复合材料技术领域，特别涉及一种高强度、耐酸碱的聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
随着国民经济的快速发展，高性能、低成本热塑性树脂基复合材料得到了广泛应用。然而由于自身固有的低模量、低强度和低稳定性，使其在某些应用领域受到限制。复合改性通用高分子材料的方法可以大大提高单一材料的性能，满足材料发展。通过向热塑性树脂中添加各种功能助剂，同时对树脂进行改性等技术来制备增强热塑性树脂基复合材料是新材料发展的一条行之有效的捷径。这已成为科技界、产业界的共识，这也是实现通用塑料工程化、工程塑料功能化、特种工程塑料实用化的最佳技术路线。
聚丙烯是全球产量最大的树脂之一，具有无毒、密度小、易加工、耐化学腐蚀和电绝缘性好等优良性能，是一种综合性能优良的热塑性塑料，广泛应用于包装、建材、电器、家具、汽车等方面。目前，现有技术已经公开了很多有关聚丙烯材料的技术方案，例如公布号为CN103571056A的中国专利申请，公开了一种聚丙烯纳米复合组合物由以下以重量百分数计的原料组成：聚丙烯100 份，八（N-环己基）苯酰胺基聚倍半硅氧烷0.1-5份，成核剂0.001-1份，抗氧剂0.1-3份。该聚丙烯组合物具有高热变形温度、高强度和高刚性。但是在某些存在高温化学酸碱液体的使用场合，经过一段时间的腐蚀过程，该聚丙烯材料的强度降低幅度较大，仍然不能满足使用要求。因此，研究开发一种具有更高强度、耐酸碱的聚丙烯复合材料具有重要意义。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高强度、耐酸碱的聚丙烯复合材料及其制备方法。为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种高强度、耐酸碱的聚丙烯复合材料，由下述重量份的原料制成：聚丙烯100份，八（N-环己基）苯酰胺基聚倍半硅氧烷10-20份，成核剂0.1-0.5份，抗氧剂0.5-2份；所述聚丙烯以GB/T3682-2000法测定的熔融指数为15-20g/10min；所述成核剂为DBS类成核剂、芳酰胺类成核剂与芳基磷酸酯盐类成核剂的混合物，三者质量比为100：（10-30）：（3-5）；所述抗氧剂为抗氧剂1076、抗氧剂1024、抗氧剂1010 和抗氧剂168的一种或多种。
优选地，所述DBS类成核剂为二（对甲基苯亚甲基）山梨醇或二（对乙基苯亚甲基）山梨醇。
优选地，所述芳酰胺类成核剂为TMB-5。
优选地，所述芳基磷酸酯盐类成核剂为2,2'-亚甲基双(4,6-二叔丁基苯基)磷酸钠或2,2'-亚甲基双(4,6-二叔丁基苯基)磷酸铝。
优选地，一种高强度、耐酸碱的聚丙烯复合材料，由下述重量份的原料制成：聚丙烯100份，八（N-环己基）苯酰胺基聚倍半硅氧烷15份，成核剂0.3份，抗氧剂1份。
本发明所述的一种高强度、耐酸碱的聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）首先按照配比将聚丙烯、八（N-环己基）苯酰胺基聚倍半硅氧烷、成核剂、抗氧剂，在高速混合机中预混合；
（2）将步骤（1）得到的预混合物加入双螺杆挤出机进行熔融共混；
（3）将步骤（2）得到的混炼物料挤出后冷却，切粒，即得。
本发明通过研究发现，将八（N-环己基）苯酰胺基聚倍半硅氧烷纳米粒子与特定三种成核剂按照特定质量配比复配使用，可以促进分子的结晶过程和加快结晶速度，提高聚丙烯的结晶密度，促进聚合物球晶结构的细微化和均一化，大大改善聚丙烯的结晶性能，这样不仅有利于提高产品的冲击强度、屈服强度、提高其刚性和耐热性，而且还能改善产品外观的透明性及减少加工过程产生的收缩。然而，不同种类的成核剂的结构与性能差别较大，在聚合物的加工使用中各有优缺点。例如，某些DBS类成核剂的热稳定性较差，醛臭味较重，在聚合物加工过程中有析出和泛黄现象，影响了实际应用的范围。本发明在研究中意外发现，DBS类成核剂、芳酰胺类成核剂与芳基磷酸酯盐类成核剂的混合物，当三者质量比为100：（10-30）：（3-5）时，可以协同提高聚丙烯的耐酸碱腐蚀性能，尤其是在温度较高的使用环境下，还可进一步提高聚丙烯的强度。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
实施例1：
一种高强度、耐酸碱的聚丙烯复合材料，由下述重量份的原料制成：聚丙烯100份，八（N-环己基）苯酰胺基聚倍半硅氧烷15份，成核剂0.3份，抗氧剂1份，所述聚丙烯以GB/T3682-2000法测定的熔融指数为17.5g/10min；所述成核剂为二（对甲基苯亚甲基）山梨醇、TMB-5与2,2'-亚甲基双(4,6-二叔丁基苯基)磷酸钠的混合物，三者质量比为100：20：3；所述抗氧剂为抗氧剂1076。
上述聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）首先按照配比将聚丙烯、八（N-环己基）苯酰胺基聚倍半硅氧烷、成核剂、抗氧剂，在高速混合机中预混合；
（2）将步骤（1）得到的预混合物加入双螺杆挤出机进行熔融共混；
（3）双螺杆挤出机每段温度设定为T1＝175℃，T2＝185℃，T3＝195℃，T4＝205℃，T5＝215℃，T6＝220℃，T7＝220℃，T8＝220℃，转速300r/min，将步骤（2）得到的混炼物料挤出后冷却，切粒，即得。
实施例2：
一种高强度、耐酸碱的聚丙烯复合材料，由下述重量份的原料制成：聚丙烯100份，八（N-环己基）苯酰胺基聚倍半硅氧烷13份，成核剂0.5份，抗氧剂2份，所述聚丙烯以GB/T3682-2000法测定的熔融指数为19.6g/10min；所述成核剂为二（对乙基苯亚甲基）山梨醇、TMB-5与2,2'-亚甲基双(4,6-二叔丁基苯基)磷酸铝的混合物，三者质量比为100：10：5；所述抗氧剂为抗氧剂1010。
上述聚丙烯复合材料的制备方法同实施例1。
实施例3：
一种高强度、耐酸碱的聚丙烯复合材料，由下述重量份的原料制成：聚丙烯100份，八（N-环己基）苯酰胺基聚倍半硅氧烷10份，成核剂0.1份，抗氧剂0.5份；所述聚丙烯以GB/T3682-2000法测定的熔融指数为15.1g/10min；所述成核剂为二（对甲基苯亚甲基）山梨醇、TMB-5与2,2'-亚甲基双(4,6-二叔丁基苯基)磷酸铝的混合物，三者质量比为100：30：4；所述抗氧剂为抗氧剂1076、抗氧剂1024、抗氧剂1010 和抗氧剂168的一种或多种。
上述聚丙烯复合材料的制备方法同实施例1。
对比例1：
一种聚丙烯复合材料，由下述重量份的原料制成：聚丙烯100份，八（N-环己基）苯酰胺基聚倍半硅氧烷15份，成核剂0.3份，抗氧剂1份，所述聚丙烯以GB/T3682-2000法测定的熔融指数为17.5g/10min；所述成核剂为二（对甲基苯亚甲基）山梨醇与TMB-5的混合物，三者质量比为100：20；所述抗氧剂为抗氧剂1076。
对比例1与实施例1不同之处在于成核剂中没有2,2'-亚甲基双(4,6-二叔丁基苯基)磷酸钠，制备方法同实施例1。
对比例2：
一种聚丙烯复合材料，由下述重量份的原料制成：聚丙烯100份，八（N-环己基）苯酰胺基聚倍半硅氧烷15份，成核剂0.3份，抗氧剂1份，所述聚丙烯以GB/T3682-2000法测定的熔融指数为17.5g/10min；所述成核剂为二（对甲基苯亚甲基）山梨醇与2,2'-亚甲基双(4,6-二叔丁基苯基)磷酸钠的混合物，三者质量比为100：3；所述抗氧剂为抗氧剂1076。
对比例2与实施例1不同之处在于成核剂中没有TMB-5，制备方法同实施例1。
对比例3：
一种聚丙烯复合材料，由下述重量份的原料制成：聚丙烯100份，八（N-环己基）苯酰胺基聚倍半硅氧烷15份，成核剂0.3份，抗氧剂1份，所述聚丙烯以GB/T3682-2000法测定的熔融指数为17.5g/10min；所述成核剂为TMB-5与2,2'-亚甲基双(4,6-二叔丁基苯基)磷酸钠的混合物，三者质量比为20：3；所述抗氧剂为抗氧剂1076。
对比例3与实施例1不同之处在于成核剂中没有二（对甲基苯亚甲基）山梨醇，制备方法同实施例1。
对比例4：
一种聚丙烯复合材料，由下述重量份的原料制成：聚丙烯100份，八（N-环己基）苯酰胺基聚倍半硅氧烷5份，成核剂0.3份，抗氧剂1份，所述聚丙烯以GB/T3682-2000法测定的熔融指数为10.5g/10min；所述成核剂为二（对甲基苯亚甲基）山梨醇、TMB-5与2,2'-亚甲基双(4,6-二叔丁基苯基)磷酸钠的混合物，三者质量比为100：20：3；所述抗氧剂为抗氧剂1076。
对比例4与实施例1不同之处在于八（N-环己基）苯酰胺基聚倍半硅氧烷的用量减少三分之二、采用熔融指数为10.5g/10min的聚丙烯，制备方法同实施例1。
对比例5：
一种聚丙烯复合材料，由下述重量份的原料制成：聚丙烯100份，八（N-环己基）苯酰胺基聚倍半硅氧烷5份，成核剂0.3份，抗氧剂1份，所述聚丙烯以GB/T3682-2000法测定的熔融指数为10.5g/10min；所述成核剂为TMB-5；所述抗氧剂为抗氧剂1076。
对比例5为公布号为CN103571056A的中国专利申请的一个技术方案，与实施例1不同之处在于八（N-环己基）苯酰胺基聚倍半硅氧烷的用量减少三分之二、采用熔融指数为10.5g/10min的聚丙烯、成核剂为TMB-5，制备方法同实施例1。
对比例6：
一种聚丙烯复合材料，由下述重量份的原料制成：聚丙烯100份，八（N-环己基）苯酰胺基聚倍半硅氧烷15份，成核剂0.3份，抗氧剂1份，所述聚丙烯以GB/T3682-2000法测定的熔融指数为17.5g/10min；所述成核剂为二（苯亚甲基）山梨醇、TMB-5与2,2'-亚甲基双(4,6-二叔丁基苯基)磷酸钠的混合物，三者质量比为100：20：3；所述抗氧剂为抗氧剂1076。
对比例6与实施例1不同之处在于采用的DBS类成核剂为二（苯亚甲基）山梨醇，制备方法同实施例1。
对比例7：
一种聚丙烯复合材料，由下述重量份的原料制成：聚丙烯100份，八（N-环己基）苯酰胺基聚倍半硅氧烷15份，成核剂0.3份，抗氧剂1份，所述聚丙烯以GB/T3682-2000法测定的熔融指数为17.5g/10min；所述成核剂为二（对氯苯亚甲基）山梨醇、TMB-5与2,2'-亚甲基双(4,6-二叔丁基苯基)磷酸钠的混合物，三者质量比为100：20：3；所述抗氧剂为抗氧剂1076。
对比例7与实施例1不同之处在于采用的DBS类成核剂为二（对氯苯亚甲基）山梨醇，制备方法同实施例1。
对比例8：
一种聚丙烯复合材料，由下述重量份的原料制成：聚丙烯100份，八（N-环己基）苯酰胺基聚倍半硅氧烷15份，成核剂0.3份，抗氧剂1份，所述聚丙烯以GB/T3682-2000法测定的熔融指数为17.5g/10min；所述成核剂为二（对甲基苯亚甲基）山梨醇、TMB-5与2,2'-亚甲基双(4,6-二叔丁基苯基)磷酸钠的混合物，三者质量比为100：3：20；所述抗氧剂为抗氧剂1076。
对比例8与实施例1不同之处在于成核剂混合物中采用的三种成核剂的重量比不同，制备方法同实施例1。
对比例9：
一种聚丙烯复合材料，由下述重量份的原料制成：聚丙烯100份，八（N-环己基）苯酰胺基聚倍半硅氧烷15份，成核剂0.3份，抗氧剂1份，所述聚丙烯以GB/T3682-2000法测定的熔融指数为17.5g/10min；所述成核剂为二（对甲基苯亚甲基）山梨醇、TMB-5与2,2'-亚甲基双(4,6-二叔丁基苯基)磷酸钠的混合物，三者质量比为3：20：100；所述抗氧剂为抗氧剂1076。
对比例9与实施例1不同之处在于成核剂混合物中采用的三种成核剂的重量比不同，制备方法同实施例1。
对比例10：
一种聚丙烯复合材料，由下述重量份的原料制成：聚丙烯100份，八（N-环己基）苯酰胺基聚倍半硅氧烷15份，成核剂0.3份，抗氧剂1份，所述聚丙烯以GB/T3682-2000法测定的熔融指数为17.5g/10min；所述成核剂为二（对甲基苯亚甲基）山梨醇、TMB-5与2,2'-亚甲基双(4,6-二叔丁基苯基)磷酸钠的混合物，三者质量比为1：1：1；所述抗氧剂为抗氧剂1076。
对比例10与实施例1不同之处在于成核剂混合物中采用的三种成核剂的重量比不同，制备方法同实施例1。
本发明实施例1-3与对比例1-10制得的聚丙烯复合材料的性能对比试验：
1、按照GB/T 1040.1-2006《塑料 拉伸性能的测定 第1部分：总则》测试拉伸强度（MPa）。
2、按照GB/T 9341-2008《塑料 弯曲性能的测定》测试弯曲强度（MPa）。
3、按照GB/T 11547-2008 《塑料耐液体化学试剂性能的测定》测试塑料耐液体化学试剂性能（分别用质量分数10%盐酸、质量分数40%氢氧化钠在恒温85℃下浸泡一周）。
聚丙烯复合材料的耐酸碱性能用强度变化率表示，即浸泡后性能值相对于浸泡前的性能值的变化百分数来表示：
强度变化率=（X1-X2）/X1 ×100%
式中，X1——相应的浸泡前性能值；
X2——浸泡后的某一性能值。
测试结果见表1所示。
表1
从表1中的测试结果可以得出结论，本发明实施例1-3的聚丙烯复合材料均具有非常优异的拉伸强度、弯曲强度和耐酸碱腐蚀性能，其中实施例3是本发明最优的技术方案。同时，通过对比例1-3和实施例1的成核剂混合物中组分差异所带来的性能影响，可以得出结论，本发明的聚丙烯复合材料通过选择具体的DBS类成核剂、芳酰胺类成核剂与芳基磷酸酯盐类成核剂的混合物，可以协同提高聚丙烯的强度和耐酸碱腐蚀性能。通过对比例6-7和实施例1的成核剂混合物中DBS类成核剂具体种类的不同所带来的性能影响，可见，并不是常规的任意一种DBS类成核剂均可以和芳酰胺类成核剂与芳基磷酸酯盐类成核剂产生协同作用。通过对比例8-10和实施例1的成核剂混合物中各组分含量的不同所带来的性能影响，可见，与本发明三种成核剂采用不同质量配比的成核剂混合物，所得到的聚丙烯复合材料在强度和耐酸碱性能方面大打折扣。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。

Claims (6)

1.一种高强度、耐酸碱的聚丙烯复合材料，其特征在于，由下述重量份的原料制成：聚丙烯100份，八（N-环己基）苯酰胺基聚倍半硅氧烷10-20份，成核剂0.1-0.5份，抗氧剂0.5-2份；所述聚丙烯以GB/T3682-2000法测定的熔融指数为15-20g/10min；所述成核剂为DBS类成核剂、芳酰胺类成核剂与芳基磷酸酯盐类成核剂的混合物，三者质量比为100：（10-30）：（3-5）；所述抗氧剂为抗氧剂1076、抗氧剂1024、抗氧剂1010 和抗氧剂168的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的一种高强度、耐酸碱的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述DBS类成核剂为二（对甲基苯亚甲基）山梨醇或二（对乙基苯亚甲基）山梨醇。
3.根据权利要求1所述的一种高强度、耐酸碱的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述芳酰胺类成核剂为TMB-5。
4.根据权利要求1所述的一种高强度、耐酸碱的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述芳基磷酸酯盐类成核剂为2,2'-亚甲基双(4,6-二叔丁基苯基)磷酸钠或2,2'-亚甲基双(4,6-二叔丁基苯基)磷酸铝。
5.根据权利要求1所述的一种高强度、耐酸碱的聚丙烯复合材料，其特征在于，由下述重量份的原料制成：聚丙烯100份，八（N-环己基）苯酰胺基聚倍半硅氧烷15份，成核剂0.3份，抗氧剂1份。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种高强度、耐酸碱的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）首先按照配比将聚丙烯、八（N-环己基）苯酰胺基聚倍半硅氧烷、成核剂、抗氧剂，在高速混合机中预混合；
（2）将步骤（1）得到的预混合物加入双螺杆挤出机进行熔融共混；
（3）将步骤（2）得到的混炼物料挤出后冷却，切粒，即得。
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