CN109504084A - 一种增韧改性尼龙 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种增韧改性尼龙,公开了多元接枝共聚共混物对尼龙的增韧和增强改性,属于塑料改性领域。本发明以聚烯烃、热塑性弹性体、二马来酰己二胺酸为主要原料,以马来酸酐、过氧化二异丙苯为辅助原料,采用简单的反应性共混方法制备多元接枝共聚共混物,并将其用作尼龙的增韧剂对尼龙进行改姓。改进后的尼龙不仅冲击韧性明显增加,而且同时保持尼龙原有的刚性和拉伸强度,具有良好的应有前景和应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及尼龙改性领域,具体涉及一种接枝共聚共混物在尼龙增韧方面的应用,属高分子材料应用领域。
背景技术
尼龙是常用的工程塑料,具有优异的机械性能和尺寸稳定性,广泛应用于机械设备、电子电器、纺织、航空航天、食品和药物包装等领域。由于在众多领域中对尼龙的韧性有很高要求,为了满足这些应用,必须对尼龙进行增韧改性。为此,国内外研究者的大量研究表明,尼龙与功能化弹性体或功能化聚烯烃共混可以明显增加其韧性,但同时损害了材料的强度和刚性,并且往往劣化其加工性能和耐热性能。在保留尼龙原有的机械性能的基础上,提高尼龙的韧性,是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多元接枝共聚共混物用于和尼龙共混,以解决上述技术问题,既能明显提高尼龙韧性,又能一定程度提高其强度,同时保留尼龙的刚性,不降低其耐热性质。
为实现本发明目的,本发明通过以下技术方案来实现:
所述增韧改性尼龙通过如下方法制备而成:,将多元接枝共聚共混物,尼龙1212,复合抗氧剂混合均匀,在双螺杆挤出机中熔融混合,冷却切粒得到增韧改性尼龙。复合抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168按照重量比为1:1配制得到的复合抗氧剂。
优选地,所述多元接枝共聚共混物与尼龙1212的重量份数比为1:9时,所述标准样条的冲击强度可达86kJ/m2,比纯尼龙1212冲击强度提高了近4倍。
所述多元接枝共聚共混物由热塑性弹性体、聚烯烃、二马来酰二胺酸(MAAD)和马来酸酐(MAH)混合物制备而成。其具体制备方法如下:
步骤一:将MAH和二元胺分别溶于丙酮溶液中,充分搅拌至完全溶解,将MAH的丙酮溶液缓慢地倒入二元胺的丙酮溶液中,并不断搅拌,得到悬浮液,将悬浮液加入到石油醚中,搅拌,抽滤干燥后得MAAD和MAH混合物,其中,MAH与二元胺的摩尔比为2.1~2.5:1;
步骤二:将热塑性弹性体、聚烯烃和步骤一制备的MAAD和MAH混合物在鼓风烘箱中干燥,加入过氧化二异丙苯混合均匀,在双螺杆挤出机中熔融混合反应,反应结束后,在水中冷却,切粒制得多元接枝共聚共混物。
优选地,热塑性弹性体为POE(乙烯辛烯弹性体)、EPDM(三元乙丙橡胶)、SEBS(苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物)中的一种或多种。
优选地,所述的二元胺为己二胺、癸二胺等脂肪族二胺或对苯二胺、烷基取代的对苯二胺等芳香族二胺中的一种;更优选己二胺。
优选地,热塑性弹性体为POE,POE热塑性弹性体为10份~50份;二马来MAAD和MAH混合物为1份~10份;所述聚烯烃为聚丙烯、聚乙烯中的一种或多种,为50份~90份,优选均聚聚丙烯;过氧化二异丙苯的含量为0.001-1份;各组分以重量份计。
优选地,所述POE热塑性弹性体为50份,均聚聚丙烯为50份,MAAD和MAH混合物为1、3、6或9份;过氧化二异丙苯的用量为0.04-1份。
所述二马来酰二胺酸(MAAD)结构式如下:
HOOC-C=CONH-R-NHCO-C=C-COOH,其中R为-(CH2)n-,或中的一种或多种,n为4-10的整数,x为0-2的整数,y为0-2的整数。
利用注塑机将增韧改性尼龙注塑成标准样条,并对测试样条进行拉伸、弯曲、冲击测试。结果表明:加入接枝共聚共混物后的改性尼龙能够显著提高尼龙1212的冲击强度,冲击强度最高可达88kJ/m2,比纯尼龙1212冲击强度提高了4倍;拉伸强度最高可达61.5MPa,为纯尼龙1212的1.2倍,弯曲模量与纯尼龙1212相比稍有增加;熔点基本不受接枝共聚共混物的影响。可见,所述的接枝共聚共混物可以在保留尼龙原有的刚性和耐热性基础上,能够较大幅度提高尼龙的韧性,同时提高尼龙的强度,从而进一步扩大尼龙的应用范围。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果:
在制备接枝共聚共混物的过程中,本发明先利用小分子溶液反应,让过量的MAH与己二胺能够迅速反应,保证生成化合物二马来酰二胺酸(MAAD),其结构式见附图1,然后用石油醚做沉淀剂,保证未反应的MAH以粉末形式和MAAD一起沉淀形成均匀的混合物,有利于后续的接枝共聚共混物的制备。制备出混合物后,再通过简单的反应性熔融共混,以DCP为引发剂,苯乙烯为反应性助单体,使一部分PP、POE在MAAD两端接枝,另一部分PP、POE和MAH发生接枝共聚反应,最终获得是多元接枝共聚共混物。结果表明,这种多元接枝共聚共混物,添加少量即可增加尼龙的韧性和强度,同时保留其刚性和耐热性。本发明所制备出的MAAD和MAH混合物,其中MAAD与PP(塑料)和POE(热塑性弹性体)发生熔融接枝反应,形成PP-MAAD-POE接枝物,其中有部分PP-MAAD-POE接枝物中的MAAD原位形成马来酰亚胺环,这样,又形成马来酰亚胺环一端接枝PP另一端接枝POE的接枝共聚物(见附图2);本发明所制备出的MAAD和MAH混合物,其中MAH和PP及POE发生熔融接枝反应,形成PP-MAH接枝物和POE-MAH接枝物。上述接枝共聚物共混物中含有马来酸酐接枝物和MAAD接枝物,一方面提高了热塑性弹性体和聚烯烃的极性,增加了与尼龙的相容性,另一方面熔融共混物时其可与尼龙上的端胺基有一定的反应能力,可起到反应性增容作用,进一步增加了共混物与尼龙间的相容性;上述接枝共聚共混物中含有POE和PP,可明显改善尼龙共混材料的韧性;上述接枝共聚共混物中含有马来酰亚胺环,可保证在尼龙韧性增加的同时,其拉伸强度、刚性和耐热性不降低。上述反应虽然复杂,却是在简单的熔融共混过程中发生的,从应用效果可以看出,该接枝共聚共混物在尼龙改性领域具有很好的应用前景。
附图说明
图1为MAAD的结构式及1HNMR测试结果;
图2为MAAD和PP、POE接枝共聚物的结构式和13C核磁测试结果。
具体实施方式
本发明的特征及优点将通过实施例进行详细说明,但所述实施例仅用于本发明而不是限制本发明,各组分以重量份计。
实施例一:
热塑性弹性体POE50份;二马来酰二胺酸和马来酸酐混合物6份;均聚聚丙烯50份。
先将摩尔比为2.2:1的马来酸酐和己二胺在室温下分别溶于丙酮溶液中,充分搅拌,待其完全溶解后,将其溶液缓慢地倒入己二胺的丙酮溶液中,并不断搅拌60min,待反应完成后,将混合液加入到石油醚中不断搅拌30min,抽滤干燥后得到二马来酰二胺酸和马来酸酐混合物。
将热塑性弹性体POE50份,均聚聚丙烯PP50份,上述二马来酰二胺酸和马来酸酐混合物6份,在80℃的鼓风烘箱中干燥8h,加入0.004份的过氧化二异丙苯混合均匀,在双螺杆挤出机中熔融混合反应,螺杆转速90r/min,挤出机分段温度分别为180℃、195℃、195℃、190℃,在水中冷却,切粒制得多元接枝共聚共混物。
将所述制得的多元接枝共聚共混物10份,尼龙121290份,0.005份的复合抗氧剂(抗氧剂1010和抗氧剂168按照质量比为1:1配制得到)混合均匀,在双螺杆挤出机中熔融混合,螺杆转速90r/min,挤出机分段温度分别为195℃,215℃,215℃,210℃,冷却切粒,然后利用注塑机注塑成国标标准拉伸、弯曲、冲击样条,注塑机各区温度为200℃,210℃,215℃,195℃,射出压力为50MPa,射出速度为50cm3/s;对测试样条(见下表中的测试试样)按国标进行相应测试,其中冲击测试国标为GB/T1843-2008,拉伸测试国标为GB/T1040.2-2006,弯曲测试国标为GB/T9341-2008。
同时按照实施例一中的相同步骤和工艺制备对照样,未添加如实施例一中的多元接枝共聚共混物,是按尼龙121290份、PP/POE共混材料10份(PP/POE重量比为1:1)、复合抗氧比例0.005份的比例制备对照试样;按照实施例一中的相同步骤和工艺制备纯尼龙1212测试样条作为对照实验。使用多元接枝共聚共混物增韧试样(本发明测试试样)和未使用多元接枝共聚共混物增韧试样(对照试样)以及纯尼龙1212的力学性能和熔点如表1所示:
表1.实施例1尼龙复合材料及纯尼龙1212力学性能和熔点
可以看出,本发明改性尼龙加入所述多元接枝共聚共混物后能够明显提高尼龙1212的冲击强度,同时拉伸强度也高于尼龙1212,弯曲模量略高于尼龙1212,熔点基本不变。未加入多元接枝共聚共混物的对照试样,冲击强度和拉伸强度均低于纯尼龙1212,这是由于尼龙为极性物质,与非极性的PP和POE相容性不好,相界面作用很弱,因而力学性能较差。而多元接枝共聚共混物的加入,使本发明改性尼龙1212/PP/POE共混体系界面作用增强,力学性能显著提高。
实施例二:
所述多元接枝共聚共混物的配方为热塑性弹性体POE 30份;二马来酰二胺酸混合物3份;均聚聚丙烯70份,制备方法与实施例一相同;所述多元接枝共聚共混物20份与尼龙121280份熔融共混,制备方法和测试方法与实施例一相同。
表2.实施例2尼龙复合材料及纯尼龙1212力学性能和熔点
实施例三:
所述多元配方为热塑性弹性体POE为10份;二马来酰二胺酸混合物1份;均聚聚丙烯90份,制备方法与实施例一相同;所述多元接枝共聚共混物30份与尼龙121270份熔融共混,制备方法和测试方法与实施例一相同。
表3.实施例3尼龙复合材料及纯尼龙1212力学性能和熔点
。
Claims (4)
1.一种增韧改性尼龙,其特征在于,通过如下方法制备而成:将多元接枝共聚共混物,尼龙1212,复合抗氧剂混合均匀,在双螺杆挤出机中熔融混合,冷却切粒得到增韧改性尼龙;
各原料重量份为:1212尼龙70-90份,多元接枝共聚共混物为10-30份,复合抗氧剂0.1-5份;
复合抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168按照重量比为1:1配制得到的复合抗氧剂;
所述多元接枝共聚共混物由热塑性弹性体、聚烯烃、二马来酰二胺酸(MAAD)和马来酸酐(MAH)混合物通过如下制备而成:
(1)将马来酸酐(MAH)和二元胺分别溶于丙酮溶液中,充分搅拌至完全溶解,将MAH丙酮溶液缓慢地倒入二元胺的丙酮溶液中,并不断搅拌,反应完成后,将反应产物悬浊液边搅拌边加入到石油醚中,搅拌,然后进行抽滤干燥,得到二马来酰二胺酸MAAD和MAH的混合物;MAH和二元胺的加入量摩尔比为2.1—2.5:1;
(2)将热塑性弹性体、聚烯烃、步骤(1)制备的MAAD和MAH混合物在鼓风烘箱中干燥,加入过氧化二异丙苯混合均匀,在双螺杆挤出机中熔融混合反应,反应结束后,在水中冷却,切粒制得多元接枝共聚共混物;
所述二马来酰二胺酸MAAD结构式如下:HOOC-C=CONH-R-NHCO-C=C-COOH,其中R为-(CH2)n-,或中的一种或多种,n为4-10的整数,x为0-2的整数,y为0-2的整数;所述热塑性弹性体选自乙烯辛烯弹性体(POE)、三元乙丙橡胶(EPDM)、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)中的一种;所述聚烯烃为聚丙烯、聚乙烯中的一种;
所述热塑性弹性体的用量为10-50份,聚烯烃的用量为50-90份,MAAD和MAH混合物为1份-10份,过氧化二异丙苯的用量为0.001-1份,各组分以重量份计。
2.如权利要求1所述的增韧改性尼龙,其特征在于,所述聚丙烯为均聚聚丙烯,热塑性弹性体为POE(乙烯辛烯弹性体),所述的二元胺为己二胺。
3.如权利要求2所述的增韧改性尼龙,其特征在于,所述POE热塑性弹性体为50份,均聚聚丙烯为50份,MAAD和MAH混合物为1、3、6或9份;过氧化二异丙苯的用量为0.04-1份。
4.如权利要求1-3其中之一所述的增韧改性尼龙,其特征在于,所述多元接枝共聚共混物与尼龙1212的重量份数比为1:9。
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