CN109575431A - 一种高强度、高韧性的改性聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高强度、高韧性的改性聚丙烯材料，其由下述组份按重量份制备而成：聚丙烯49‑99.7份；滑石粉0‑30份；增韧剂0‑20份；纳米Nd2O3 0.3‑1份；偶联剂0.1‑0.5份；热稳定剂0.1‑1份；润滑剂0‑1份；白油0‑0.5份。本发明用纳米氧化钕(Nd2O3)作为无机功能型界面相容剂，改善了复合体系各相间的相容性，可明显提高改性聚丙烯材料的刚性和韧性。

Description

一种高强度、高韧性的改性聚丙烯材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于高分子材料及其成型加工领域，具体涉及一种高强度、高韧性的改性聚丙烯材料及其制备方法。
背景技术：
聚丙烯(PP)是塑料产业中发展最为迅速的塑料品种之一，其具有力学性能好、比重轻、无毒、易加工、耐腐蚀等优点，且原料来源广、价格低廉，在家电、汽车以及包装等领域得到了广泛的应用，尤其在汽车、电动工具、家电等领域的应用更为广泛。目前聚丙烯领域竞争十分激烈，但国内生产的聚丙烯树脂的附加值普遍较低，因此需要对聚丙烯进行改性，使聚丙烯向工程化塑料方向发展。
聚丙烯材料由于其价廉质轻的优点而广泛应用于汽车内外饰件中，其中改性聚丙烯主要用于汽车保险杆、门内饰板、仪表台骨架等。聚丙烯材料为通用改性塑料，其力学性能总体处于适中水平，但由于其为结晶材料，刚性和韧性为一组矛盾力学性能，很难同时满足。
发明内容：
本发明的目的是提供一种高强度、高韧性的改性聚丙烯材料及其制备方法，实现同时提高材料的刚性和韧性。
一种高强度、高韧性的改性聚丙烯材料，由下述组份按重量份制备而成：
聚丙烯 49-99.7份；
滑石粉 0-30份；
增韧剂 0-20份；
纳米Nd2O3 0.3-1份；
偶联剂 0.1-0.5份；
热稳定剂 0.1-1份；
润滑剂 0-1份；
白油 0-0.5份。
进一步方案，所述的聚丙烯的熔体流动速率在230℃/2.16kg的条件下为0.1-100g/10min。
所述的热稳定剂为亚酚类热稳定剂、胺类热稳定类热稳定剂、磷酸酯类热稳定剂中的一种或多种的组合。
所述的润滑剂为金属皂类润滑剂、酰胺类润滑剂中的一种或多种的组合。
所述滑石粉的粒径为100-1000μm。
所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。
所述增韧剂为POE、PE中的至少一种。
所述纳米Nd2O3材料的粒径30-60nm、纯度大于99.9％。
本发明的另一个发明目的是提供上述改性聚丙烯材料的制备方法，将聚丙烯、滑石粉、增韧剂、纳米Nd2O3、偶联剂、热稳定剂、润滑剂和白油从主喂料口加入螺杆挤出机中进行熔融共混、挤出造粒，得改性聚丙烯材料；所述螺杆挤出机的长径比为35-56:1、温度为170-250℃。
本发明用纳米氧化钕(Nd2O3)作为无机功能型界面相容剂，改善了复合体系各相间的相容性，可明显提高改性聚丙烯材料的刚性和韧性。
本发明加入的无极相纳米Nd2O3表面存在许多残键和非配对原子，且引入的无机相粒径为纳米级，可与有机基体和无机填料同时发生键和作用，因此增强了复合材料内树脂基体和无机填料之间的界面相容性，当外加载荷作用时，起到了能量扩散作用，提高了复合体系抗外力载荷的能力，从而达到提高材料强度和刚性的目的。另一方面，复合材料在受力时，有机化的纳米Nd2O3粒子卡在银纹的伸展方向上，持续增大外加载荷时，在外加载荷作用下，无机相粒子会产生弹性形变，起到能量弥散作用，从而会阻止已有银纹的伸长和变宽，同步阻止了小银纹的合并，防止了大银纹的出现，避免了因大银纹的出现及合并而导致板材的断裂。从而减弱外力影响，提高了复合体系的抗冲击性能，实现同时提高材料的刚性和韧性。
具体实施方式：
实施例1：
将74.3份熔指为60的聚丙烯、粒径为600μm的滑石粉15份、增韧剂POE10份、改性疏水氧化石墨烯0.7份、0.5份酚类热稳定剂1010、0.5份金属皂类润滑剂硬脂酸钙、0.3份纳米Nd2O3，0.3份白油36#在长径比为40:1、温度为200℃的双螺杆挤出机中熔融混合分散，所有原料共混挤出造粒后，即得本实施例的聚丙烯复合物。
实施例2：
将64.5份熔指为20的聚丙烯、粒径为200μm的滑石粉20份、增韧剂POE15份、纳米Nd2O3 0.5份、0.7份受阻胺类热稳定剂5593、0.7份酰胺类润滑剂芥酸酰胺、0.2份硅烷偶联剂KH-550，0.4份白油36#在长径比为36:1、温度为180℃的双螺杆挤出机中熔融混合分散，所有原料共混挤出造粒后，即得本实施例的聚丙烯复合物。
实施例3：
将84.2份熔指为85的聚丙烯、粒径为100μm的滑石粉8份、增韧剂PE 7份、纳米Nd2O30.8份、0.2份磷酸酯类热稳定剂DSTDP、0.2份金属皂类润滑剂硬脂酸钙和0.1份酰胺类润滑剂芥酸酰胺、0.4份钛酸酯偶联剂NDZ109，0.2份白油36#在长径比为48:1、温度为230℃的双螺杆挤出机中熔融混合分散，所有原料共混挤出造粒后，即得本实施例的聚丙烯复合物。
实施例4：
将49份熔指为100的聚丙烯、粒径为1000μm的滑石粉30份、增韧剂PE 7份和POE13份、纳米Nd2O3 1份、0.5份酚类热稳定剂1010和0.5份受阻胺类热稳定剂5593、1份金属皂类润滑剂硬脂酸钙、0.5份钛酸酯偶联剂NDZ109，0.5份白油36#在长径比为56:1、温度为250℃的双螺杆挤出机中熔融混合分散，所有原料共混挤出造粒后，即得本实施例的聚丙烯复合物。
实施例5：
将99.7份熔指为0.1的聚丙烯、纳米Nd2O3 0.3份、0.1份酚类热稳定剂1010、0.1份硅烷偶联剂KH-550在长径比为35:1、温度为170℃的双螺杆挤出机中熔融混合分散，所有原料共混挤出造粒后，即得本实施例的聚丙烯复合物。
对比例1：纯共聚PP
对比例2：20％滑石粉改性聚丙烯
将79.8份熔指为0.1的聚丙烯、20份粒径为1000μm滑石粉、0.1份酚类热稳定剂1010、0.1份硅烷偶联剂KH-550在长径比为35:1、温度为170℃的双螺杆挤出机中熔融混合分散，所有原料共混挤出造粒后，即得本实施例的聚丙烯复合物。
对比例3：20％滑石粉+7％POE改性聚丙烯
将70份熔指为100的聚丙烯、20份粒径为1000μm的滑石粉、7份增韧POE、0.5份酚类热稳定剂1010和0.5份受阻胺类热稳定剂5593、1份金属皂类润滑剂硬脂酸钙、0.5份钛酸酯偶联剂NDZ109，0.5份白油36#在长径比为56:1、温度为250℃的双螺杆挤出机中熔融混合分散，所有原料共混挤出造粒后，即得本实施例的聚丙烯复合物。
将上述实施例1-5制备的高强高韧改性聚丙烯材料按照ISO标准测试方法测试性能如下：
从上表的测试结果说明，本发明制备的聚丙烯材料的刚性和韧性较对比例1-3普通改性聚丙烯有明显提高，综合性能优异。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高强度、高韧性的改性聚丙烯材料，其特征在于：由下述组份按重量份制备而成：
聚丙烯49-99.7份；
滑石粉0-30份；
增韧剂0-20份；
纳米Nd2O3 0.3-1份；
偶联剂 0.1-0.5 份；
热稳定剂 0.1-1 份；
润滑剂 0-1份；
白油 0-0.5 份。
2.根据权利要求1所述的改性聚丙烯材料，其特征在于：所述的聚丙烯的熔体流动速率在230℃/2.16kg 的条件下为0.1-100g/10min。
3.根据权利要求1所述的改性聚丙烯材料，其特征在于：所述的热稳定剂为亚酚类热稳定剂、胺类热稳定类热稳定剂、磷酸酯类热稳定剂中的一种或多种的组合。
4.根据权利要求1所述的改性聚丙烯材料，其特征在于：所述的润滑剂为金属皂类润滑剂、酰胺类润滑剂中的一种或多种的组合。
5.根据权利要求 1 所述的改性聚丙烯材料，其特征在于：所述滑石粉的粒径为100-1000μm。
6.根据权利要求 1 所述的高强高韧改性聚丙烯材料，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。
7.根据权利要求1所述的改性聚丙烯材料，其特征在于：所述增韧剂为POE、PE中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的改性聚丙烯材料，其特征在于：所述纳米Nd2O3材料的粒径30-60nm、纯度大于99.9%。
9.一种制备如权利要求 1-8任一项所述的改性聚丙烯材料的方法，其特征在于：将聚丙烯、滑石粉、增韧剂、纳米Nd2O3、偶联剂、热稳定剂、润滑剂和白油从主喂料口加入螺杆挤出机中进行熔融共混、挤出造粒，得改性聚丙烯材料；所述螺杆挤出机的长径比为35-56:1、温度为170-250℃。
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