CN109608767A - 一种导热耐磨聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：a)对填料进行预处理；b)将预处理的填料共混在聚丙烯基树脂中；其中所述填料包括：30～50份氧化铝、15～25份六方氮化硼、15～25份二硫化钼、25～35份聚四氟乙烯粉末；其中所述预处理包括：将所述填料加入到含有硬脂酸、十八胺和N,N'‑二环己基碳二亚胺的有机溶剂中，反应后，获得预处理的填料。该方法制备获得的聚丙烯复合材料具有较好的性能。

Description

一种导热耐磨聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚合物材料检测领域，具体涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
面对当前社会对于机械设备的轻量化、绿色生产、安全节能等方面的需要，高分子材料受到较多的关注。其中，聚丙烯作为传统的优质热塑性塑料，在汽车、电子、化工、环卫等领域均有广泛的应用前景。
聚内烯(Polypropylene，简称PP)是由丙烯(CH-CH＝CH2)经自由基聚合而成的聚合物，其结构式为[-CH2-CHCH3-]n。
现有技术中，有人采用炭黑、金属氧化物、碳纤维、碳纳米管填料与聚丙烯进行共混，获得聚丙烯复合材料。
发明内容
为了改善聚丙烯的性能，本公开提供以下方案。
在一些方面，提供一种聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
a)对填料进行预处理；
b)将预处理的填料共混在聚丙烯基树脂中；
其中，所述填料包括：30～50份氧化铝粉末(例如30～35份、35～40份、40～45份或45～50份)、15～25份六方氮化硼粉末(例如15～20份或20～25份)、15～25份二硫化钼粉末(例如15～20份或20～25份)和25～35份聚四氟乙烯粉末(例如15～20份、20～25份、25～30份或30～35份)；
其中，所述预处理包括：将所述填料加入到含有硬脂酸、十八胺和N,N'-二环己基碳二亚胺的有机溶剂中，反应后，获得预处理的填料。
所述有机溶剂是指能够溶解硬脂酸、十八胺和N,N'-二环己基碳二亚胺且不与它们发生反应的溶剂。所述有机溶剂不是硬脂酸、十八胺或N,N'-二环己基碳二亚胺中的任一种。
在一些实施方案中，所述预处理包括：将所述填料分散在含有硬脂酸和十八胺的有机溶剂中，加热至70～90℃，再加入N,N'-二环己基碳二亚胺，反应后，获得预处理的填料。
在一些实施方案中，所述有机溶剂是氯仿。
在一些实施方案中，硬脂酸在所述有机溶剂中的浓度为2～3g/100ml。
在一些实施方案中，十八胺在所述有机溶剂中的浓度为2～3g/100ml。
在一些实施方案中，N,N'-二环己基碳二亚胺在所述有机溶剂中的加入量是0.1～0.3g/100ml。
在一些实施方案中，预处理步骤中，反应的时间是8～12h，例如10h。
在一些实施方案中，预处理步骤中，反应的温度是70～90℃，例如80℃。
在一些实施方案中，所述共混包括：将原料混合，加热使聚合物软化，然后加工成型；其中，所述原料包括：预处理的填料和聚丙烯基树脂。
在一些实施方案中，填料与聚丙烯基树脂的重量比为10～12:10～12。
在一些实施方案中，制备方法包括，将原料混合前，将预处理的填料和聚丙烯基树脂进行干燥处理。
在一些实施方案中，所述聚丙烯基树脂中含有10～20重量％的增容聚丙烯，所述增容聚丙烯选自马来酸酐接枝聚丙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯或其组合。
在一些实施方案中，所述聚丙烯树脂原料中含有80～90重量％的聚丙烯均聚物。
在一些实施方案中，马来酸酐接枝聚丙烯中的马来酸酐接枝率为0.8～1.2％。
在一些实施方案中，氧化铝粉末的平均粒度为20～50μm。
在一些实施方案中，六方氮化硼粉末的平均粒度为1～20μm，例如10μm。
在一些实施方案中，二硫化钼粉末的平均粒度为5～15μm，例如10μm。
在一些实施方案中，聚四氟乙烯粉末的平均粒度为1～10μm，例如5μm。
在一些实施方案中，所述原料还包括偶联剂。
在一些实施方案中，所述原料还包括润滑剂。
在一些实施方案中，所述原料还包括光稳定剂。
在一些实施方案中，所述原料还包括抗氧化剂。
在一些实施方案中，偶联剂与聚丙烯基树脂的重量比为1～2:120。
在一些实施方案中，润滑剂与聚丙烯基树脂的重量比为1～2:120。
在一些实施方案中，光稳定剂与聚丙烯基树脂的重量比为1～2:120。
在一些实施方案中，抗氧化剂与聚丙烯基树脂的重量比为1.5～2.5:120。
在一些实施方案中，所述偶联剂选自硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂或其组合。可选地，偶联剂为硅烷偶联剂K550。
在一些实施方案中，所述润滑剂选自硬脂酸锌、聚乙烯蜡、石蜡或其组合。
在一些实施方案中，所述光稳定剂为光稳定剂770。
在一些实施方案中，所述抗氧化剂为抗氧化剂1010。
在一些实施方案中，所述共混包括：将原料混合，加入到螺杆挤出机中，加热至200～230℃，然后挤出成型。
在一些实施方案中，聚丙烯复合材料的制备方法包括：
步骤a)包括，取30～50份氧化铝、15～25份六方氮化硼、15～25份二硫化钼、25～35份聚四氟乙烯粉末，将上述粉末的组合加入500～700ml氯仿中，搅拌并加热至75～85℃，然后加入18～23g硬脂酸和28～23g十八胺，再逐滴加入1.5～2.5g N,N'-二环己基碳二亚胺，反应8～12h，固液分离，收集固形物，获得预处理的填料；
步骤b)包括，将80～120份聚丙烯、100～120份预处理的填料、15～25份马来酸酐接枝聚丙烯、1～1.5份硅烷偶联剂、1～1.5份石蜡、0.3～0.8份聚乙烯蜡、1～1.5份光稳定剂、1～3份抗氧化剂混合；将混合的产物置入螺杆挤出机中，在200～220℃熔融挤出。
在一些方面，提供一种聚丙烯复合材料，由本公开任一项所述的方法制备获得。
术语“聚丙烯基树脂”是指含有50重量％或更高的丙烯组分单元的树脂。该聚丙烯基树脂的实例包括丙烯均聚物和丙烯与另一种可与之共聚合的烯烃的共聚物。可以与丙烯共聚合的烯烃的实例包括乙烯和具有四个或更多个碳原子的α-烯烃，如1-丁烯。该共聚物可以是无规共聚物或嵌段共聚物，并且可以是二元共聚物或三元共聚物。这些聚丙烯基树脂可以单独使用，或两种或多种结合使用。该共聚物的实例包括丙烯-乙烯无规共聚物、丙烯-乙烯嵌段共聚物、丙烯-乙烯-丁烯无规共聚物及其两种或多种的混合物。
有益效果
本公开方法及该方法制备获得的聚丙烯复合材料具有以下一项或多项有益效果：
(1)聚丙烯复合材料热导率较高
(2)聚丙烯复合材料拉伸强度较高；
(3)聚丙烯复合材料摩擦系数较低；
(4)聚丙烯复合材料磨损量较低；
(5)方法简单、易操作、易规模化、成本低。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
原料说明:
实施例1
a)取40份氧化铝、20份六方氮化硼、20份二硫化钼、30份聚四氟乙烯粉末共110份放入1000ml三口烧瓶中，加入600ml氯仿，不断搅拌并加热至80℃，加入20g硬脂酸和20g十八胺，并将2g N,N'-二环己基碳二亚胺逐滴加入到三口烧瓶中，在80℃反应10h后，将烧瓶内的混合物离心处理，得到表面有机处理后的填料。
b)将混合均匀的导热耐磨助剂及100份聚丙烯、20份马来酸酐接枝聚丙烯放入80℃鼓风干燥箱中干燥10小时；
c)将充分干燥的100份聚丙烯基材、110份导热耐磨助剂、20份马来酸酐接枝聚丙烯、1.2份硅烷偶联剂、1.1份石蜡、0.5份聚乙烯蜡、1.2份光稳定剂770、2.0份抗氧化剂1010放入高速混合机中混合10分钟；
d)将上述物料转移到双螺杆的加料斗中，在210℃熔融挤出、冷却、切粒、烘干，使用注塑机注射成样品。
对比例1
a)取40份氧化铝、20份六方氮化硼、20份二硫化钼、30份聚四氟乙烯粉末共110份放入球磨机中进行球磨，时间为10h。球料比为6:1，球磨转速200r/min。
b)将混合均匀的导热耐磨助剂及100份聚丙烯、20份马来酸酐接枝聚丙烯放入80℃鼓风干燥箱中干燥10小时；
c)将充分干燥的100份聚丙烯基材、110份导热耐磨助剂、20份马来酸酐接枝聚丙烯、1.2份硅烷偶联剂、1.1份石蜡、0.5份聚乙烯蜡、1.2份光稳定剂770、2.0份抗氧化剂1010放入高速混合机中混合10分钟；
d)将上述物料转移到双螺杆的加料斗中，在210℃熔融挤出、冷却、切粒、烘干，使用注塑机注射成样品。
分析检测：
根据以下检测标准的要求，按实施例1和对比例1的方法制备不同规格的样品，并进行相应性能检测。
检测结果如下：
由上述检测结果可知，实施例1方法制备获得的聚丙烯复合材料相较于对比例1在热导率和拉伸强度方面提升显著，在摩擦系数和磨损量方面降低显著。
尽管本发明的具体实施方式已经得到详细的描述，但本领域技术人员将理解：根据已经公开的所有教导，可以对细节进行各种修改和变动，并且这些改变均在本发明的保护范围之内。本发明的全部范围由所附权利要求及其任何等同物给出。

Claims (16)

1.一种聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
a)对填料进行预处理；
b)将预处理的填料共混在聚丙烯基树脂中；
其中，所述填料包括：30～50份氧化铝粉末、15～25份六方氮化硼粉末、15～25份二硫化钼粉末和25～35份聚四氟乙烯粉末；
其中，所述预处理包括：将所述填料加入到含有硬脂酸、十八胺和N,N'-二环己基碳二亚胺的有机溶剂中，反应后，获得预处理的填料。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，
所述预处理包括：将所述填料分散在含有硬脂酸和十八胺的有机溶剂中，加热至70～90℃，再加入N,N'-二环己基碳二亚胺，反应后，获得预处理的填料。
3.根据权利要求1所述的方法，所述有机溶剂是氯仿。
4.根据权利要求1所述的方法，其具有以下一项或多项特征：
-硬脂酸在所述有机溶剂中的浓度为2～3g/100ml；
-十八胺在所述有机溶剂中的浓度为2～3g/100ml；
-N,N'-二环己基碳二亚胺在所述有机溶剂中的加入量是0.1～0.3g/100ml。
5.根据权利要求1所述的方法，其具有以下一项或多项特征：
-预处理步骤中，反应的时间是8～12h；
-预处理步骤中，反应的温度是70～90℃。
6.根据权利要求1所述的方法，所述共混包括：将原料混合，加热使聚合物软化，然后加工成型；其中，所述原料包括：预处理的填料和聚丙烯基树脂。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，填料与聚丙烯基树脂的重量比为10～12:10～12。
8.根据权利要求6所述的方法，将原料混合前，将预处理的填料和聚丙烯基树脂进行干燥处理。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述聚丙烯基树脂中含有10～20重量％的增容聚丙烯，所述增容聚丙烯选自马来酸酐接枝聚丙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯或其组合。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，
氧化铝粉末的平均粒度为20～50μm；
六方氮化硼粉末的平均粒度为1～20μm；
二硫化钼粉末的平均粒度为5～15μm；
聚四氟乙烯粉末的平均粒度为1～10μm。
11.根据权利要求6所述的方法，所述原料还包括以下一种或多种：
偶联剂；
润滑剂；
光稳定剂；
抗氧化剂。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于以下一项或多项：
偶联剂与聚丙烯基树脂的重量比为1～2:120；
润滑剂与聚丙烯基树脂的重量比为1～2:120；
光稳定剂与聚丙烯基树脂的重量比为1～2:120；
抗氧化剂与聚丙烯基树脂的重量比为1.5～2.5:120。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于以下一项或多项：
-所述偶联剂选自硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂或其组合；
-所述润滑剂选自硬脂酸锌、聚乙烯蜡、石蜡或其组合；
-所述光稳定剂为光稳定剂770；
-所述抗氧化剂为抗氧化剂1010。
14.根据权利要求1所述的方法，所述共混包括：将原料混合，加入到螺杆挤出机中，加热至200～230℃，然后挤出成型。
15.根据权利要求1所述的方法，其包括：
步骤a)包括，取30～50份氧化铝、15～25份六方氮化硼、15～25份二硫化钼、25～35份聚四氟乙烯粉末，将上述粉末的组合加入500～700ml氯仿中，搅拌并加热至75～85℃，然后加入18～23g硬脂酸和28～23g十八胺，再逐滴加入1.5～2.5g N,N'-二环己基碳二亚胺，反应8～12h，固液分离，收集固形物，获得预处理的填料；
步骤b)包括，将80～120份聚丙烯、100～120份预处理的填料、15～25份马来酸酐接枝聚丙烯、1～1.5份硅烷偶联剂、1～1.5份石蜡、0.3～0.8份聚乙烯蜡、1～1.5份光稳定剂、1～3份抗氧化剂混合；将混合的产物置入螺杆挤出机中，在200～220℃熔融挤出。
16.一种聚丙烯复合材料，由权利要求1～15任一项所述的方法制备获得。
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CN114604963B (zh) * 2022-03-21 2023-04-21 中国科学技术大学 一种功能性生物载体、其制备方法及应用

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