CN110467773A - 一种共混增韧改性聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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    • C08K2003/2224—Magnesium hydroxide

Abstract

本发明公开了一种共混增韧改性聚丙烯复合材料及其制备方法。该共混增韧改性聚丙烯复合材料，按重量份数计，包括如下原料：聚丙烯树脂55～80份、玻璃纤维5～30份、环氧树脂5～15份、改性滑石粉3～10份、改性氢氧化镁1～5份、抗氧化剂0.5～2份。本发明然后利用高速搅拌乳化作用，使得环氧树脂包覆改性滑石粉和改性氢氧化镁，从而使环氧树脂、改性滑石粉、改性氢氧化镁与聚丙烯树脂共混后充分发挥各自的作用，同时环氧树脂、改性滑石粉与玻璃纤维共混协效，有利于提高聚丙烯复合材料的机械性能，有利于克服单一玻璃纤维改性聚丙烯脆性大的缺陷。

Description

一种共混增韧改性聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子功能材料技术领域，特别涉及一种共混增韧改性聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯(PP)作为一种热塑性塑料，具有密度低、力学性能好、易加工成型、化学稳定性优良等特点，普遍应用于包装、纺织及汽车行业等各个领域。但是由于聚丙烯的耐冲击性较差，特别是在室温和低温环境中的耐冲击性更差，这种缺陷很大程度上限制了聚丙烯材料的应用和发展。所以对聚丙烯进行增韧改性一直是人们研究的重点。
聚丙烯的增韧改性方法主要分为两大类：一类是化学方法，一类是物理方法；其中，化学增韧改性方法主要有共聚改性、接枝改性以及交联改性等等，但是化学方法对设备的要求比较高，而且工艺相对复杂；物理改性方法是相对简单易行的，特别是通过共混的方式对聚丙烯进行增韧改性的方法具有效果显著且成本较少等优点。
到目前为止，玻璃纤维被认为是聚丙烯最佳的增强材料之一，通过聚丙烯与玻璃纤维共混制成复合材料是当前研究的一个热点，但是单一的玻璃纤维增强聚丙烯形变能力不足。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种共混增韧改性聚丙烯复合材料及其制备方法，以解决上述技术问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
第一方面，本发明提供的一种共混增韧改性聚丙烯复合材料，按重量份数计，包括如下原料：聚丙烯树脂55～80份、玻璃纤维5～30份、环氧树脂5～15份、改性滑石粉3～10份、改性氢氧化镁1～5份、抗氧化剂0.5～2份。
优选的，所述改性滑石粉为采用下述方法制得：
将滑石粉分散于有机溶剂中，配置成悬浮液，将悬浮液升温至60～80℃，加入硅烷偶联剂，在60～80℃下搅拌1～4h，经过滤、洗涤、干燥得到复合改性补强填料。
进一步优选的，所述有机溶剂选自无水乙醇、无水丙酮、苯、甲苯、二甲苯、环己烷中的一种或多种。
进一步优选的，所述有机溶剂与所述滑石粉的质量比为1～5:1。
进一步优选的，所述硅烷偶联剂与所述滑石粉的质量比为0.005～0.1:1。
优选的，所述改性氢氧化镁为采用下述方法制得：
将氢氧化镁加入水中，经超声处理分散后，加入钛酸酯偶联剂，继续超声处理10～30min，经抽滤、洗涤、干燥、研磨得到改性氢氧化镁。
进一步优选的，所述水与所述氢氧化镁的质量比为1～5:1。
进一步优选的，所述钛酸酯偶联剂与所述氢氧化镁的质量比为0.005～0.1:1。
进一步优选的，所述钛酸酯偶联剂为三(二辛基焦磷酰氧基)钛酸异丙酯。
优选的，所述抗氧化剂选自抗氧化剂1010、抗氧化剂168、抗氧化剂300中的一种或多种。
第二方面，本发明提供的一种如第一方面所述的共混增韧改性聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
将环氧树脂、改性滑石粉、改性氢氧化镁加入高速混合机内，在60～80℃下搅拌1～3h，然后，将聚丙烯树脂、抗氧化剂加入高速混合机内混合均匀，再转入双螺杆挤出机，同时将玻璃纤维加入双螺杆挤出机，在160～200℃下熔融混合分散，挤出造粒，经注塑成型制成共混增韧改性聚丙烯复合材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明然后利用高速搅拌乳化作用，使得环氧树脂包覆改性滑石粉和改性氢氧化镁，从而使环氧树脂、改性滑石粉、改性氢氧化镁与聚丙烯树脂共混后充分发挥各自的作用，同时环氧树脂、改性滑石粉与玻璃纤维共混协效，有利于提高聚丙烯复合材料的机械性能，有利于克服单一玻璃纤维改性聚丙烯脆性大的缺陷。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
第一方面，本发明提供的一种共混增韧改性聚丙烯复合材料，按重量份数计，包括如下原料：聚丙烯树脂55～80份、玻璃纤维5～30份、环氧树脂5～15份、改性滑石粉3～10份、改性氢氧化镁1～5份、抗氧化剂0.5～2份。
在本实施方式中，所述改性滑石粉为采用下述方法制得：
将滑石粉分散于有机溶剂中，配置成悬浮液，将悬浮液升温至60～80℃，加入硅烷偶联剂，在60～80℃下搅拌1～4h，经过滤、洗涤、干燥得到复合改性补强填料。
进一步的，所述有机溶剂选自无水乙醇、无水丙酮、苯、甲苯、二甲苯、环己烷中的一种或多种。
进一步的，所述有机溶剂为无水乙醇。
进一步的，所述有机溶剂与所述滑石粉的质量比为1～5:1。
进一步的，所述硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。
进一步的，所述硅烷偶联剂与所述滑石粉的质量比为0.005～0.1:1。
在本实施方式中，所述改性氢氧化镁为采用下述方法制得：
将氢氧化镁加入水中，经超声处理分散后，加入钛酸酯偶联剂，继续超声处理10～30min，经抽滤、洗涤、干燥、研磨得到改性氢氧化镁。
进一步的，所述水与所述氢氧化镁的质量比为1～5:1。
进一步的，所述超声处理的条件为：功率200～500W，超声波频率50～100KHz。
进一步的，所述钛酸酯偶联剂与所述氢氧化镁的质量比为0.005～0.1:1。
进一步的，所述钛酸酯偶联剂为三(二辛基焦磷酰氧基)钛酸异丙酯。
在本实施方式中，所述抗氧化剂选自抗氧化剂1010、抗氧化剂168、抗氧化剂300中的一种或多种。
进一步的，所述抗氧化剂为抗氧化剂1010。
第二方面，本发明提供的一种如第一方面所述的共混增韧改性聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
将环氧树脂、改性滑石粉、改性氢氧化镁加入高速混合机内，在60～80℃下搅拌1～3h，然后，将聚丙烯树脂、抗氧化剂加入高速混合机内混合均匀，再转入双螺杆挤出机，同时将玻璃纤维加入双螺杆挤出机，在160～200℃下熔融混合分散，挤出造粒，经注塑成型制成共混增韧改性聚丙烯复合材料。
可以理解的是，本发明通过硅烷偶联剂在滑石粉的表面引入活性碳碳双键，通过氢氧化镁表面的羟基与钛酸酯偶联剂中的R-O-Ti反应形成化学结合，然后利用高速搅拌乳化作用，使得环氧树脂包覆改性滑石粉和改性氢氧化镁，从而使环氧树脂、改性滑石粉、改性氢氧化镁与聚丙烯树脂共混后充分发挥各自的作用。
下面对本发明的具体实施例作进一步说明。
实施例1
本实施例提供的一种共混增韧改性聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将滑石粉分散于无水乙醇中，然后升温至70℃，加入γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，在70℃下搅拌3h，经过滤、洗涤、干燥得到改性滑石粉，其中，滑石粉、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和无水乙醇的质量比为1:0.05:3；
(2)将氢氧化镁加入去离子水中，在功率300W、超声波频率50KHz的条件下超声处理分散后，加入三(二辛基焦磷酰氧基)钛酸异丙酯，继续超声处理25min，经抽滤、洗涤、干燥、研磨得到改性氢氧化镁，其中，氢氧化镁、三(二辛基焦磷酰氧基)钛酸异丙酯和去离子水的质量比为1:0.05:2；
(3)称取下述按重量份数计的原料：聚丙烯树脂78份、玻璃纤维25份、环氧树脂10份、改性滑石粉5份、改性氢氧化镁4份、抗氧化剂1010 1份；将环氧树脂、改性滑石粉、改性氢氧化镁加入高速混合机内，在75℃下搅拌2.5h，然后，将聚丙烯树脂、抗氧化剂1010加入高速混合机内混合均匀，再转入双螺杆挤出机，同时将玻璃纤维加入双螺杆挤出机，在160～200℃下熔融混合分散，挤出造粒，经注塑成型制成共混增韧改性聚丙烯复合材料。
经测试，本实施例所得共混增韧改性聚丙烯复合材料的拉伸强度98MPa，弯曲强度142MPa，断裂伸长率18％。
实施例2
按照实施例1的步骤(1)和步骤(2)制得改性滑石粉和改性氢氧化镁，称取下述按重量份数计的原料：聚丙烯树脂72份、玻璃纤维20份、环氧树脂10份、改性滑石粉8份、改性氢氧化镁3.5份、抗氧化剂1010 1份；将环氧树脂、改性滑石粉、改性氢氧化镁加入高速混合机内，在75℃下搅拌2.5h，然后，将聚丙烯树脂、抗氧化剂1010加入高速混合机内混合均匀，再转入双螺杆挤出机，同时将玻璃纤维加入双螺杆挤出机，在160～200℃下熔融混合分散，挤出造粒，经注塑成型制成共混增韧改性聚丙烯复合材料。
经测试，本实施例所得共混增韧改性聚丙烯复合材料的拉伸强度94MPa，弯曲强度138MPa，断裂伸长率18％。
实施例3
按照实施例1的步骤(1)和步骤(2)制得改性滑石粉和改性氢氧化镁，称取下述按重量份数计的原料：聚丙烯树脂70份、玻璃纤维24份、环氧树脂12份、改性滑石粉8份、改性氢氧化镁4份、抗氧化剂1010 1份；将环氧树脂、改性滑石粉、改性氢氧化镁加入高速混合机内，在75℃下搅拌2.5h，然后，将聚丙烯树脂、抗氧化剂1010加入高速混合机内混合均匀，再转入双螺杆挤出机，同时将玻璃纤维加入双螺杆挤出机，在160～200℃下熔融混合分散，挤出造粒，经注塑成型制成共混增韧改性聚丙烯复合材料。
经测试，本实施例所得共混增韧改性聚丙烯复合材料的拉伸强度98MPa，弯曲强度147MPa，断裂伸长率19％。
实施例4
按照实施例1的步骤(1)和步骤(2)制得改性滑石粉和改性氢氧化镁，称取下述按重量份数计的原料：聚丙烯树脂65份、玻璃纤维30份、环氧树脂5份、改性滑石粉3份、改性氢氧化镁5份、抗氧化剂1010 1份；将环氧树脂、改性滑石粉、改性氢氧化镁加入高速混合机内，在75℃下搅拌2.5h，然后，将聚丙烯树脂、抗氧化剂1010加入高速混合机内混合均匀，再转入双螺杆挤出机，同时将玻璃纤维加入双螺杆挤出机，在160～200℃下熔融混合分散，挤出造粒，经注塑成型制成共混增韧改性聚丙烯复合材料。
经测试，本实施例所得共混增韧改性聚丙烯复合材料的拉伸强度92MPa，弯曲强度136MPa，断裂伸长率12％。
实施例5
按照实施例1的步骤(1)和步骤(2)制得改性滑石粉和改性氢氧化镁，称取下述按重量份数计的原料：聚丙烯树脂55份、玻璃纤维30份、环氧树脂15份、改性滑石粉10份、改性氢氧化镁5份、抗氧化剂1010 2份；将环氧树脂、改性滑石粉、改性氢氧化镁加入高速混合机内，在75℃下搅拌2.5h，然后，将聚丙烯树脂、抗氧化剂1010加入高速混合机内混合均匀，再转入双螺杆挤出机，同时将玻璃纤维加入双螺杆挤出机，在160～200℃下熔融混合分散，挤出造粒，经注塑成型制成共混增韧改性聚丙烯复合材料。
经测试，本实施例所得共混增韧改性聚丙烯复合材料的拉伸强度91MPa，弯曲强度132MPa，断裂伸长率15％。
实施例6
按照实施例1的步骤(1)和步骤(2)制得改性滑石粉和改性氢氧化镁，称取下述按重量份数计的原料：聚丙烯树脂80份、玻璃纤维5份、环氧树脂15份、改性滑石粉3份、改性氢氧化镁1份、抗氧化剂1010 0.5份；将环氧树脂、改性滑石粉、改性氢氧化镁加入高速混合机内，在75℃下搅拌2.5h，然后，将聚丙烯树脂、抗氧化剂1010加入高速混合机内混合均匀，再转入双螺杆挤出机，同时将玻璃纤维加入双螺杆挤出机，在160～200℃下熔融混合分散，挤出造粒，经注塑成型制成共混增韧改性聚丙烯复合材料。
经测试，本实施例所得共混增韧改性聚丙烯复合材料的拉伸强度74MPa，弯曲强度118MPa，断裂伸长率14％。
对比例1
按照实施例1的步骤(1)和步骤(2)制得改性滑石粉和改性氢氧化镁，称取下述按重量份数计的原料：聚聚丙烯树脂78份、玻璃纤维25份、环氧树脂10份、滑石粉5份、氢氧化镁4份、抗氧化剂1010 1份；将聚丙烯树脂、环氧树脂、滑石粉、氢氧化镁、抗氧化剂1010加入高速混合机内混合均匀，再转入双螺杆挤出机，同时将玻璃纤维加入双螺杆挤出机，在160～200℃下熔融混合分散，挤出造粒，经注塑成型制成共混增韧改性聚丙烯复合材料。
经测试，本实施例所得共混增韧改性聚丙烯复合材料的拉伸强度72MPa，弯曲强度113MPa，断裂伸长率9％。
以上对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种共混增韧改性聚丙烯复合材料，其特征在于，按重量份数计，包括如下原料：聚丙烯树脂55～80份、玻璃纤维5～30份、环氧树脂5～15份、改性滑石粉3～10份、改性氢氧化镁1～5份、抗氧化剂0.5～2份。
2.根据权利要求1所述的共混增韧改性聚丙烯复合材料，其特征在于，所述改性滑石粉为采用下述方法制得：
将滑石粉分散于有机溶剂中，配置成悬浮液，将悬浮液升温至60～80℃，加入硅烷偶联剂，在60～80℃下搅拌1～4h，经过滤、洗涤、干燥得到复合改性补强填料。
3.根据权利要求2所述的共混增韧改性聚丙烯复合材料，其特征在于，所述有机溶剂选自无水乙醇、无水丙酮、苯、甲苯、二甲苯、环己烷中的一种或多种。
4.根据权利要求2所述的共混增韧改性聚丙烯复合材料，其特征在于，所述有机溶剂与所述滑石粉的质量比为1～5:1。
5.根据权利要求2所述的共混增韧改性聚丙烯复合材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂与所述滑石粉的质量比为0.005～0.1:1。
6.根据权利要求1所述的共混增韧改性聚丙烯复合材料，其特征在于，所述改性氢氧化镁为采用下述方法制得：
将氢氧化镁加入水中，经超声处理分散后，加入钛酸酯偶联剂，继续超声处理10～30min，经抽滤、洗涤、干燥、研磨得到改性氢氧化镁。
7.根据权利要求6所述的共混增韧改性聚丙烯复合材料，其特征在于，所述钛酸酯偶联剂与所述氢氧化镁的质量比为0.005～0.1:1。
8.根据权利要求6所述的共混增韧改性聚丙烯复合材料，其特征在于，所述钛酸酯偶联剂为三(二辛基焦磷酰氧基)钛酸异丙酯。
9.根据权利要求1所述的共混增韧改性聚丙烯复合材料，其特征在于，所述抗氧化剂选自抗氧化剂1010、抗氧化剂168、抗氧化剂300中的一种或多种。
10.一种如权利要求1～9中任一项所述的共混增韧改性聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将环氧树脂、改性滑石粉、改性氢氧化镁加入高速混合机内，在60～80℃下搅拌1～3h，然后，将聚丙烯树脂、抗氧化剂加入高速混合机内混合均匀，再转入双螺杆挤出机，同时将玻璃纤维加入双螺杆挤出机，在160～200℃下熔融混合分散，挤出造粒，经注塑成型制成共混增韧改性聚丙烯复合材料。
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