CN110964229A - 用于改性塑料的粘结层及其在填充物上的制备方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于改性塑料的粘结层及其在填充物上的制备方法和系统，粘结层包括以下质量份数的原料：粘合剂10‑90份、稀释剂10‑90份以及稳定剂0.5‑2份。本发明的粘结层，附着在填充物上，用于改性塑料中树脂和填充物之间的粘合。该粘结层能够在改性塑料的加工温度下恢复一定的润滑性，利于填充物在树脂当中的混合和分散，具有优秀的可加工性；改性塑料恢复至常规使用温度时，粘结层冷却并产生强大的粘性，有效粘合树脂和填充物间的间隙。以附有该粘结层的填充物制备改性塑料，能够获得高力学性能的改性塑料，达到提高改性塑料力学性能的目的。

Description

用于改性塑料的粘结层及其在填充物上的制备方法和系统
技术领域
本发明涉及改性塑料技术领域，尤其涉及一种用于改性塑料的粘结层及其在填充物上的制备方法和系统。
背景技术
现有技术中，改性塑料工艺中非常常见的工艺就是增加填充物，填充物的形态各异，包括了粉状、鳞片状、纤维状、颗粒状、微珠状和晶须等等；尺寸也有所不同，从纳米级到毫米级，分布范围很广。在制备改性塑料过程中，通常都需要将被填充物的表面进行加工，如果不进行加工可能会出现很多问题，包括填充物和塑料不浸润、填充物在塑料中无法分散产生团聚、填充物从塑料中析出脱落以及填充物和塑料界面空隙较大等等。由于以上情况的出现，会导致成型后的改性塑料制品中产生缺陷，这些缺陷一方面降低了制品的强度，另一方面无法充分体现改性后产生的优势。
自20世纪50年代，世界范围内对改性塑料进行大规模的研究，填充物的表面加工技术也同时伴随着改性塑料的研究逐渐行成了庞大而严谨的体系。目前针对填料的改性主要包括化学方法如偶联剂涂敷、改变表面极性、表面有机化和表面化学刻蚀等等，物理方法如喷砂、煅烧等使比表面积增加等等，通过以上方法都能够使改性塑料中的树脂和填充物更好的结合在一起，提高剥离的难度。但是，大多数情况下，实际能够提供的界面之间的相互作用有限，主要为范德华力作用，在强大的机械外力作用下还是很容易剥离填充物和树脂。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种用于改性塑料的粘结层以及该粘结层在填充物上的制备方法和系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种粘结层，附着在填充物的表面，用于将填充物和树脂粘合，所述粘结层包括以下质量份数的原料：粘合剂10-90份、稀释剂10-90份以及稳定剂0.5-2份。
优选地，所述粘合剂为脂肪族改性聚酰亚胺。
优选地，所述稀释剂为N-甲基吡咯烷酮。
优选地，所述稳定剂包括气相二氧化硅。
本发明还提供一种以上任一项所述的粘结层在填充物上的制备方法，包括以下步骤：
S1、将粘合剂和稀释剂按质量份数混合，形成粘合溶液；
S2、将填充物加入所述粘合溶液中进行浸润；
S3、往所述粘合溶液中加入稳定剂，搅拌；
S4、过滤，将获得的固体物进行烘干，分散，得到表面附有粘结层的填充物。
优选地，步骤S2中，所述填充物为颗粒填充物、不定型粉末填充物、微珠、短切纤维或针状晶须。
优选地，步骤S2中，浸润时间为15-60分钟。
优选地，步骤S4中，烘干的温度为205℃-235℃。
本发明还提供一种以上任一项所述的粘结层在填充物上的制备方法，包括以下步骤：
S1、将粘合剂和稀释剂按质量份数混合，形成粘合溶液；
S2、往所述粘合溶液中加入稳定剂；
S3、将填充物加入所述粘合溶液中进行浸润，搅拌；
S4、过滤，将获得的固体物进行烘干，分散，得到表面附有粘结层的填充物。
本发明还提供一种粘结层在填充物上的制备系统，用于上述的制备方法，其特征在于，所述制备系统包括用于容纳粘合溶液并浸润填充物的浸渍装置、用于过滤的过滤装置、用于将过滤获得的固体物进行烘干的烘干装置、用于将烘干的固体物进行分散处理的分散装置，还包括与所述烘干装置连接，将烘干过程产生的气体进行回收的稀释剂回收装置。
本发明的粘结层，附着在填充物上，用于改性塑料中树脂和填充物之间的粘合。该粘结层能够在改性塑料的加工温度下恢复一定的润滑性，利于填充物在树脂当中的混合和分散，具有优秀的可加工性；改性塑料恢复至常规使用温度时，粘结层冷却并产生强大的粘性，有效粘合树脂和填充物间的间隙。以附有该粘结层的填充物制备改性塑料，能够获得高力学性能的改性塑料，达到提高改性塑料力学性能的目的。
具体实施方式
本发明的用于改性塑料的粘结层，附着在填充物的表面，用于将填充物和树脂牢固粘合。该粘结层包括以下质量份数的原料：粘合剂10-90份、稀释剂10-90份以及稳定剂0.5-2份。
其中，基于脂肪族改性聚酰亚胺在高温状态下的流动性和其常温条件下的强大粘性，以及对填料表面的附着性，本发明选用脂肪族改性聚酰亚胺作为粘合剂。
对应粘合剂，稀释剂为N-甲基吡咯烷酮。N-甲基吡咯烷酮是一种能够溶解脂肪族改性聚酰亚胺的溶剂，且具有安全、几乎无毒的特点。
稳定剂包括气相二氧化硅。气相二氧化硅是一种比表面积巨大，密度低，有独特表面特性的常用塑化用填充剂。在本发明中，气相二氧化硅起到调节溶液粘度、流动性、分散填充物、改善均匀性的作用。
本发明的粘结层在填充物上的制备方法，在一选择性实施方式中，该制备方法可包括以下步骤：
S1、将粘合剂和稀释剂按质量份数混合，形成粘合溶液。
S2、将填充物加入粘合溶液中进行浸润。
填充物可为但不限于颗粒填充物、不定型粉末填充物、微珠、短切纤维或针状晶须。
具体地，在粘合溶液流动下，将填充物缓慢加入粘合溶液中。浸润时间为15-60分钟，具体可根据填充物在粘合溶液中的浸润程度增减。
S3、往粘合溶液中加入稳定剂，搅拌。
在步骤S2浸润后，根据填充物在粘合溶液中的悬浮和沉降情况，加入稳定剂，搅拌，使得填充物充分分散在粘合溶液中。
在浸润中，由于一部分填充物在粘合溶液中不易分散，稳定剂(气相二氧化硅)的加入能够使粘合溶液和填充物的混合物分散更加均匀，体系更加稳定，而且烘干后的均匀性得到保留。同时，气相二氧化硅自身也具备一定的材料补强作用，所以添加气相二氧化硅能够一定程度上提高材料的强度。另外由于气相二氧化硅密度低，不宜有过高的添加量；添加量过高的情况下，不仅会大幅度增加溶液粘度，同时还有可能结块，并使后续的加工难度急剧增加。
S4、过滤，将过滤获得的固体物进行烘干，分散，得到表面附有粘结层的填充物。
烘干的温度为205℃-235℃。通过烘干去除稀释剂(N-甲基吡咯烷酮)，该稀释剂可以在烘干过程中被回收。过滤后的滤液可以再利用。
烘干后，可通过恒重法判断固体物是否完全烘干。完全烘干后进行分散处理，这可以将形成块状或颗粒状的填充物恢复为粉末或微粒状。
在另一选择性实施方式中，本发明的粘结层在填充物上的制备方法可包括以下步骤：
S1、将粘合剂和稀释剂按质量份数混合，形成粘合溶液。
S2、往粘合溶液中加入稳定剂。
S3、将填充物加入粘合溶液中进行浸润，搅拌。
填充物可为但不限于颗粒填充物、不定型粉末填充物、微珠、短切纤维或针状晶须。具体地，在粘合溶液流动下，将填充物缓慢加入粘合溶液中。浸润时间为15-60分钟，具体可根据填充物在粘合溶液中的浸润程度增减。
S4、过滤，将获得的固体物进行烘干，分散，得到表面附有粘结层的填充物。
烘干的温度为205℃-235℃。通过烘干去除稀释剂(N-甲基吡咯烷酮)，该稀释剂可以在烘干过程中被回收。烘干后，可通过恒重法判断固体物是否完全烘干。完全烘干后进行分散处理，这可以将形成块状或颗粒状的填充物恢复为粉末或微粒状。
在其他实施例中，上述步骤S2中稳定剂还可以分次加入。例如，先加部分到粘合溶液中，在加入填充物到粘合溶液中浸润后，再将剩余的稳定剂加入。
上述方法制备的表面附有粘结层的填充物，用于制备改性塑料，填充物表面附着的粘结层可以将填充物和树脂之间的缝隙牢固粘合，使改性塑料中的树脂和填充物更好的结合在一起，填充物和树脂之间不易剥离。
本发明的粘结层在填充物上的制备系统，用于上述的制备方法，该制备系统可包括浸渍装置、过滤装置、烘干装置、分散装置以及稀释剂回收装置。
浸渍装置用于容纳粘合溶液并浸润填充物；过滤装置用于过滤加有填充物和稳定剂的粘合溶液；烘干装置用于将过滤获得的固体物进行烘干；分散装置用于将烘干的固体物进行分散处理，以将块状或颗粒状的填充物恢复为粉末或微粒状。稀释剂回收装置与烘干装置连接，将烘干过程产生的气体(挥发的稀释剂)进行回收。
具体地，浸渍装置可以是搅拌筒等具有搅拌功能的装置，搅拌速度可为10-1000转/分钟。在往浸渍装置中粘合溶液加入填充物时，保持搅拌状态使粘合溶液处于流动状态。
过滤装置的孔径优选50-500目。
烘干装置为具有密闭性的烘干装置，防止烘干时产生的气体无规律逸散，同时应具备集中吸风功能，用于收集烘干所产生的气体(如气化的稀释剂)。
分散装置可具备压缩、敲击、破碎或其他等效功能，能够将块状或颗粒状的填充物恢复为粉末或微粒状。分散装置可还可具备防止粉尘外溢的功能，防止粉末状微粒状的填充物外溢。
稀释剂回收装置与烘干装置的吸风功能连接，且可具备冷凝功能，用于冷凝回收稀释剂，回收效率应不低于80％。
下面通过具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
称取粘合剂12份、稀释剂86份、稳定剂2份；将上述原料混合备用，与碳纳米管共同投入浸渍装置；浸渍30分钟后，将混合物投入过滤装置进行过滤，得到附有粘结层的混合物团块；将混合物团块放入烘干装置，220℃条件下烘干15分钟，烘干产生的气体被导入稀释剂回收装置，得到干燥的混合物团块，将其投入分散装置，将混合物重新分散为粉末状。
经由以上工序最终得到表面附有粘结层的碳纳米管。将表面附有粘结层的碳纳米管以3％的添加量填充至具有V0无卤阻燃性能的ABS中，与未涂敷粘结层的碳纳米管相比，在其他性能持平的前提下，拉伸强度由41.1MPa提升至49.3MPa，提升幅度20.19％；冲击强度由4.50kJ/m2提升至5.62kJ/m2，提升幅度24.89％。
实施例2
称取粘合剂87份、稀释剂12.5份、稳定剂0.5份；将上述原料混合备用，与短切碳纤维共同投入浸渍装置；浸渍30分钟后，将混合物投入过滤装置，得到附有粘结层的混合物团块；将混合物团块放入烘干装置，220℃条件下烘干15分钟，烘干产生的气体被导入稀释剂回收装置，得到干燥的混合物团块，将其投入填充物分散装置，将混合物重新分散为颗粒状。
经由以上工序最终得到表面附有粘结涂层的短切碳纤维。将表面附有粘结涂层的短切碳纤维以12％的添加量填充至具有V0无卤阻燃性能的PC中，与未涂敷粘结层的短切碳纤维相比，在其他性能持平的前提下，拉伸强度由90.2MPa提升至120.8MPa，提升幅度33.92％；冲击强度由7.84kJ/m2提升至9.48kJ/m2，提升幅度20.92％。
在其他实施例中，粘结层的原料还可以是：粘合剂27份、稀释剂72份、稳定剂1份，可将其以总质量分数19％的比例涂敷在不锈钢纤维上，而后应用于15％不锈钢纤维填充PC基材改性塑料中。粘结层的原料还可以是：粘合剂41份、稀释剂58.5份、稳定剂0.5份，可将其以总质量分数10％的比例涂敷在碳纤维上并进行烘干，而后应用于25％碳纤维填充PA6基材增强改性塑料中。上述均可得到至少一项力学性能提升至少20％的测试结果，部分项目提升幅度超过35％，表明粘结层具有优秀的力学性能提升效果和优异的加工性。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于改性塑料的粘结层，附着在填充物的表面，用于将填充物和树脂粘合，其特征在于，所述粘结层包括以下质量份数的原料：粘合剂10-90份、稀释剂10-90份以及稳定剂0.5-2份。
2.根据权利要求1所述的粘结层，其特征在于，所述粘合剂为脂肪族改性聚酰亚胺。
3.根据权利要求2所述的粘结层，其特征在于，所述稀释剂为N-甲基吡咯烷酮。
4.根据权利要求1所述的粘结层，其特征在于，所述稳定剂包括气相二氧化硅。
5.一种权利要求1-4任一项所述的粘结层在填充物上的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将粘合剂和稀释剂按质量份数混合，形成粘合溶液；
S2、将填充物加入所述粘合溶液中进行浸润；
S3、往所述粘合溶液中加入稳定剂，搅拌；
S4、过滤，将获得的固体物进行烘干，分散，得到表面附有粘结层的填充物。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述填充物为颗粒填充物、不定型粉末填充物、微珠、短切纤维或针状晶须。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，浸润时间为15-60分钟。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中，烘干的温度为205℃-235℃。
9.一种权利要求1-4任一项所述的粘结层在填充物上的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将粘合剂和稀释剂按质量份数混合，形成粘合溶液；
S2、往所述粘合溶液中加入稳定剂；
S3、将填充物加入所述粘合溶液中进行浸润，搅拌；
S4、过滤，将获得的固体物进行烘干，分散，得到表面附有粘结层的填充物。
10.一种粘结层在填充物上的制备系统，用于权利要求5-8任一项所述的制备方法或权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述制备系统包括用于容纳粘合溶液并浸润填充物的浸渍装置、用于过滤的过滤装置、用于将过滤获得的固体物进行烘干的烘干装置、用于将烘干的固体物进行分散处理的分散装置，还包括与所述烘干装置连接，将烘干过程产生的气体进行回收的稀释剂回收装置。
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