CN111253680A - 一种硅铝微珠共混改性聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硅铝微珠共混改性聚丙烯复合材料及其制备方法，涉及高分子材料技术领域。本发明先将粉煤灰提取物‑‑硅铝微珠用硅烷偶联剂KH‑550处理，制得改性硅铝微珠，然后将短玻纤用硅烷偶联剂KH‑550处理，制得改性短玻纤，再用马来酸酐接枝聚丙烯，制得马来酸酐接枝聚丙烯，最后，将马来酸酐接枝聚丙烯与改性硅铝微珠，改性短玻纤，液体石蜡，抗氧剂和聚丙烯混合，经双螺杆挤出造粒后，注塑成型，制得硅铝微珠共混改性聚丙烯复合材料。本发明制备的硅铝微珠共混改性聚丙烯复合材料具有优异的力学性能。

Description

一种硅铝微珠共混改性聚丙烯复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种硅铝微珠共混改性聚丙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

聚丙烯由于原料来源丰富、价格低廉、易于加工成型、产品综合性能好，已成为通用树脂中发展最快的品种。与其他热塑性塑料相比，聚丙烯力学性能优异，有较强的刚性，已经广泛应用到生活中的各个领域。但是聚丙烯耐寒性差、耐蠕变性能差、制品尺寸稳定性差等缺点限制了聚丙烯进一步运用。填充改性是聚丙烯改性的重要手段。利用填充和复合技术，不仅大大降低了纯聚丙烯的成本，还一定程度的提高了制品的刚性和抗蠕变性能。由于无机填料和聚丙烯树脂之间相容性以及界面粘结性较差，使得无机填料在聚丙烯基体中不能分散均匀，容易发生团聚现象，使得制品的性能下降。通常采用无机填料表面改性或添加马来酸酐接枝聚丙烯的方法来改善无机填料和基体树脂之间的相容性从而提高制品的力学性能。粉煤灰是火力发电厂粉煤燃烧之后产生的具有活性的火山灰的微细粉末。近年来，粉煤灰的排放量急剧增加，造成环境的污染，也极大的浪费了资源。硅铝微珠是从粉煤灰中经物理方法提取出的一种材料，它具有粒细质轻、力学性能高等优点，对聚合物进行填充改性，在提高聚合物力学性能的同时，既使粉煤灰得到更大的利用，又使聚合物材料的成本降低，这为硅铝微珠作为聚合物的填料开辟了新的应用领域。

发明内容

本发明的目的在于设计提供一种改性聚丙烯复合材料及其制备方法，聚丙烯与工业废弃物粉煤灰提取物--硅铝微珠共混改性，该复合材料既能够大大降低聚丙烯塑料制品的成本又能提高制品性能。

本发明要解决的技术问题是，提供一种综合性能更加优良的聚丙烯基复合材料。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种硅铝微珠共混改性聚丙烯复合材料，其特征在于，主要包括以下重量份数的原料组分：800～1000份聚丙烯，0～200份马来酸酐接枝聚丙烯，0～15份液体石蜡和0～3份抗氧剂1010。

一种硅铝微珠共混改性聚丙烯复合材料，其特征在于，所述硅铝微珠共混改性聚丙烯复合材料还包括以下重量份数的原料组分200～500份改性硅铝微珠和100份改性短玻纤。

作为优化，所述马来酸酐接枝聚丙烯是由马来酸酐、抗氧剂1010、过氧化二异丙苯和聚丙烯在石蜡中混合均匀后，经挤出造粒制得。

作为优化，所述改性硅铝微珠是由硅铝微珠经硅烷偶联剂KH-550处理后制得；所述改性改性短玻纤是由短玻纤在硅烷偶联剂KH-55处理后制得。

作为优化，所述硅铝微珠共混改性聚丙烯复合材料主要包括以下重量份数的原料组分：900份聚丙烯，100份马来酸酐接枝聚丙烯，300份改性硅铝微珠，100份改性短波纤，10份液体石蜡和1份抗氧剂1010。

作为优化，一种硅铝微珠共混改性聚丙烯复合材料的制备方法，主要包括以下制备步骤：

(1)改性硅铝微珠的制备：将硅铝微珠与硅烷偶联剂KH-550混合反应后，干燥；

(2)改性短玻纤的制备：将短玻纤与硅烷偶联剂KH-550混合于乙醇中，搅拌反应后，过滤，干燥；

(3)马来酸酐接枝聚丙烯的制备：将马来酸酐粉碎后与过氧化二异丙苯，抗氧剂1010和聚丙烯混合于液体石蜡中，挤出造粒；

(4)硅铝微珠共混改性聚丙烯复合材料的制备：将步骤(1)所得改性硅铝微珠、步骤(2)所得改性短玻纤、步骤(3)所得马来酸酐接枝聚丙烯、液体石蜡、抗氧剂1010和聚丙烯混合，经双螺杆挤出造粒后，注塑成型；

(5)将步骤(4)所得硅铝微珠共混改性聚丙烯复合材料进行指标分析。

作为优化，一种硅铝微珠共混改性聚丙烯复合材料的制备方法，主要包括以下制备步骤：

(1)将95％的乙醇加入1000mL三口烧瓶中，再向三口烧瓶中加入乙醇造粒0.3～0.5倍的硅烷偶联剂KH-550，室温搅拌10min使硅烷偶联剂KH-550至水解，再向三口烧瓶中加入乙醇质量0.1～0.2倍的硅铝微珠，继续搅拌约40min停止搅拌，得硅铝微珠分散液，将硅铝微珠的分散液倒入拖盘中，并每隔10min搅拌一次，待硅铝微珠分散液表干后放入110℃烘箱干燥1h后拿出，烘至完全干燥后过筛装袋备用；

(2)将95％的乙醇加入烧瓶中，并向烧瓶中加入乙醇质量0.1～0.2倍的长度为4mm短波纤和乙醇质量0.3～0.5倍的硅烷偶联剂KH-550，于温度为30℃，转速为400～600r/min的条件下搅拌约30min后停止搅拌，得短波纤分散液，将短波纤分散液倒入拖盘中，并每隔10min搅拌一次，短波纤分散液表干后放入110℃烘箱干燥1h后拿出，烘至完全干燥后过筛装袋备用；

(3)将马来酸酐研磨成粉，得马来酸酐粉末，将马来酸酐粉末与抗氧剂1010按质量比40：1～50：1混合，并加入马来酸酐粉末质量0.1～0.3倍的过氧化二异丙苯，马来酸酐粉末质量0.1～0.4倍的液体石蜡和马来酸酐粉末质量0.8～1.2倍的聚丙烯，搅拌混合后，双螺杆挤出造粒，得马来酸酐接枝聚丙烯；

(4)将步骤(1)所得改性硅铝微珠与步骤(2)所得改性短玻纤按质量比3:1混合，并加入改性硅铝微珠质量1/3倍的步骤(3)所得马来酸酐接枝聚丙烯，改性硅铝微珠质量1/30倍的液体石蜡，改性硅铝微珠质量1/300倍的抗氧剂1010和改性硅铝微珠质量3倍的聚丙烯，搅拌混合后，得混合料，将混合料双螺杆挤出造粒后，注塑成型，得硅铝微珠共混改性聚丙烯复合材料；

(5)对步骤(4)所得硅铝微珠共混改性聚丙烯复合材料进行指标分析。

作为优化，步骤(4)所述双螺杆挤出机温度分别为A1＝160℃，A2＝175℃，A3＝190℃，A4＝210℃，A5＝200℃，注塑的温度从一段到五段分别：220℃，200℃，190℃，180℃和50℃，射嘴温度230℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供了一种改性聚丙烯复合材料及其制备方法，制备的样条通过力学性能测试验证了制品的拉伸性能、弯曲性能以及弯曲模量都有所提高。无机填料硅铝微珠和基体树脂相容性不好，所以需要通过加入马来酸酐接枝聚丙烯或者无机填料表面改性来提高两相的相容性。但是加入马来酸酐接枝聚丙烯后冲击强度会有一定程度的下降，产生这种现象的主要原因有两个，其一，在制备过程中接枝物料存在不同程度的分解，大分子链断裂使试样抗冲击能力下降；其二，接枝物料本身作为一种不同物质，加入填充体系必然增加了体系的界面种类和数量，虽然马来酸酐接枝聚丙烯能够增加填料在树脂中的分散效果和与基体的结合情况，但是由于更多的界面带来了界面滑移的几率和数量增加，因而使试样的冲击强度下降。此外加入短波纤，有助于进一步提升聚丙烯的力学性能，本发明设计采用硅铝微珠作为无机填料，不仅能够提升制品的刚性，提高制品抗蠕变性能，还能大大降低制品成本，更重要的是硅铝微珠作为工业废渣在这里也得到了很好的回收与利用。

附图说明

图1为硅铝微珠的粒径分布图。

图2为硅铝微珠红外光谱图。

图3为改性硅铝微珠红外光谱图。

图4为改性增强材料短波纤红外光谱图。

图5为不同比例马来酸酐接枝聚丙烯填充聚丙烯的冲击强度与拉伸强度折线图。

图6为不同比例马来酸酐接枝聚丙烯填充聚丙烯的弯曲强度与弯曲模量折线图。

图7为不同比例硅铝微珠填充聚丙烯的冲击强度与拉伸强度折线图。

图8为不同比例硅铝微珠填充聚丙烯的弯曲强度与弯曲模量折线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了更清楚的说明本发明提供的方法通过以下实施例进行详细说明，在以下实施例中制作的硅铝微珠共混改性聚丙烯复合材料的各指标测试方法如下：

力学性能测试：采用万能拉力机测试各实施例与对比例所得硅铝微珠共混改性聚丙烯复合材料的力学性能。

实施例1

一种硅铝微珠共混改性聚丙烯复合材料，按重量份数计，主要包括：900份聚丙烯，100份马来酸酐接枝聚丙烯，300份改性硅铝微珠，100份改性短波纤，10份液体石蜡和1份抗氧剂1010。

一种硅铝微珠共混改性聚丙烯复合材料的制备方法，所述硅铝微珠共混改性聚丙烯复合材料的制备方法主要包括以下制备步骤：

(1)将95％的乙醇加入1000mL三口烧瓶中，再向三口烧瓶中加入乙醇造粒0.3倍的硅烷偶联剂KH-550，室温搅拌10min使硅烷偶联剂KH-550至水解，再向三口烧瓶中加入乙醇质量0.1倍的硅铝微珠，继续搅拌约40min停止搅拌，得硅铝微珠分散液，将硅铝微珠的分散液倒入拖盘中，并每隔10min搅拌一次，待硅铝微珠分散液表干后放入110℃烘箱干燥1h后拿出，烘至完全干燥后过筛装袋备用；

(2)将95％的乙醇加入烧瓶中，并向烧瓶中加入乙醇质量0.1倍的长度为4mm短波纤和乙醇质量0.4倍的硅烷偶联剂KH-550，于温度为30℃，转速为600r/min的条件下搅拌约30min后停止搅拌，得短波纤分散液，将短波纤分散液倒入拖盘中，并每隔10min搅拌一次，短波纤分散液表干后放入110℃烘箱干燥1h后拿出，烘至完全干燥后过筛装袋备用；

(3)将马来酸酐研磨成粉，得马来酸酐粉末，将马来酸酐粉末与抗氧剂1010按质量比50：1混合，并加入马来酸酐粉末质量0.2倍的过氧化二异丙苯，马来酸酐粉末质量0.3倍的液体石蜡和马来酸酐粉末质量1.0倍的聚丙烯，搅拌混合后，双螺杆挤出造粒，得马来酸酐接枝聚丙烯；

(4)将步骤(1)所得改性硅铝微珠与步骤(2)所得改性短玻纤按质量比3:1混合，并加入改性硅铝微珠质量1/3倍的步骤(3)所得马来酸酐接枝聚丙烯，改性硅铝微珠质量1/30倍的液体石蜡，改性硅铝微珠质量1/300倍的抗氧剂1010和改性硅铝微珠质量3倍的聚丙烯，搅拌混合后，得混合料，将混合料双螺杆挤出造粒后，注塑成型，得硅铝微珠共混改性聚丙烯复合材料；

(5)对步骤(4)所得硅铝微珠共混改性聚丙烯复合材料进行指标分析。

作为优化，步骤(4)所述双螺杆挤出机温度分别为A1＝160℃，A2＝175℃，A3＝190℃，A4＝210℃，A5＝200℃，注塑的温度从一段到五段分别：220℃，200℃，190℃，180℃和50℃，射嘴温度230℃。

实施例2

与实施例1不同的是，采用未改性硅铝微珠和未改性增强短波纤，拉伸强度降低了10％，弯曲强度降低了15.0％，弯曲模量降低了47.1％。

对比例1

与实施例1不同的是，对比例1中马来酸酐接枝聚丙烯重量分数不同。如图5、6所示，当不放入马来酸酐接枝聚丙烯时，由于两相不相容的缘故导致样品的冲击强度、弯曲强度、拉伸强度都有明显的下降，当加入50份马来酸酐接枝聚丙烯时，样品的拉伸强度和弯曲强度有所改善。具体指标如表1.

表1不同马来酸酐接枝聚丙烯添加量的聚丙烯的机械性能参数对比例

对比例2

与实施4不同的是，对比例2中改性硅铝微珠填充量为10％、20％、40％。如图7、8所示，冲击强度和拉伸强度在改性硅铝微珠填充量为30％时达到最大值，当改性硅铝微珠填充量为40％时有所下降。弯曲强度和弯曲模量随着硅铝微珠填充量的升高而提高，当改性硅铝微珠填充量为40％时达到最高。因此，综合对比表明添加30％的改性硅铝微珠，机械性能达到最佳。具体指标如表2.

表2不同改性硅铝微珠添加量的聚丙烯的机械性能参数

从表1和表2的实验数据分析，本发明人优选的方案，重量份数为聚丙烯900份，马来酸酐接枝聚丙烯100份，改性硅铝微珠300份、改性短波纤100份、液体石蜡10份、抗氧剂1010 1份时，制备得到改性聚丙烯复合材料性能较好，拉伸强度提高了8.4％，弯曲强度提高了21.0％，弯曲模量提高了45.9％。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (8)

1.一种硅铝微珠共混改性聚丙烯复合材料，其特征在于，主要包括以下重量份数的原料组分：800～1000份聚丙烯，0～200份马来酸酐接枝聚丙烯，0～15份液体石蜡和0～3份抗氧剂1010。

2.根据权利要求1所述的一种硅铝微珠共混改性聚丙烯复合材料，其特征在于，所述硅铝微珠共混改性聚丙烯复合材料还包括以下重量份数的原料组分200～500份改性硅铝微珠和100份改性短玻纤。

3.根据权利要求2所述的一种硅铝微珠共混改性聚丙烯复合材料，其特征在于，所述马来酸酐接枝聚丙烯是由马来酸酐、抗氧剂1010、过氧化二异丙苯和聚丙烯在石蜡中混合均匀后，经挤出造粒制得。

4.根据权利要求3所述的一种硅铝微珠共混改性聚丙烯复合材料，其特征在于，所述改性硅铝微珠是由硅铝微珠经硅烷偶联剂KH-550处理后制得；所述改性改性短玻纤是经短玻纤在硅烷偶联剂KH-55处理后制得。

5.根据权利要求4所述的一种硅铝微珠共混改性聚丙烯复合材料，其特征在于，所述硅铝微珠共混改性聚丙烯复合材料主要包括以下重量份数的原料组分：900份聚丙烯，100份马来酸酐接枝聚丙烯，300份改性硅铝微珠，100份改性短波纤，10份液体石蜡和1份抗氧剂1010。

6.一种硅铝微珠共混改性聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，主要包括以下制备步骤：

(1)改性硅铝微珠的制备：将硅铝微珠与硅烷偶联剂KH-550混合反应后，干燥；

(2)改性短玻纤的制备：将短玻纤与硅烷偶联剂KH-550混合于乙醇中，搅拌反应后，过滤，干燥；

(3)马来酸酐接枝聚丙烯的制备：将马来酸酐粉碎后与过氧化二异丙苯，抗氧剂1010和聚丙烯混合于液体石蜡中，挤出造粒；

(4)硅铝微珠共混改性聚丙烯复合材料的制备：将步骤(1)所得改性硅铝微珠、步骤(2)所得改性短玻纤、步骤(3)所得马来酸酐接枝聚丙烯、液体石蜡、抗氧剂1010和聚丙烯混合，经双螺杆挤出造粒后，注塑成型；

(5)将步骤(4)所得硅铝微珠共混改性聚丙烯复合材料进行指标分析。

7.根据权利要求6所述的一种硅铝微珠共混改性聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，主要包括以下制备步骤：

(1)将95％的乙醇加入1000mL三口烧瓶中，再向三口烧瓶中加入乙醇造粒0.3～0.5倍的硅烷偶联剂KH-550，室温搅拌10min使硅烷偶联剂KH-550至水解，再向三口烧瓶中加入乙醇质量0.1～0.2倍的硅铝微珠，继续搅拌约40min停止搅拌，得硅铝微珠分散液，将硅铝微珠的分散液倒入拖盘中，并每隔10min搅拌一次，待硅铝微珠分散液表干后放入110℃烘箱干燥1h后拿出，烘至完全干燥后过筛装袋备用；

(2)将95％的乙醇加入烧瓶中，并向烧瓶中加入乙醇质量0.1～0.2倍的长度为4mm短波纤和乙醇质量0.3～0.5倍的硅烷偶联剂KH-550，于温度为30℃，转速为400～600r/min的条件下搅拌约30min后停止搅拌，得短波纤分散液，将短波纤分散液倒入拖盘中，并每隔10min搅拌一次，短波纤分散液表干后放入110℃烘箱干燥1h后拿出，烘至完全干燥后过筛装袋备用；

(3)将马来酸酐研磨成粉，得马来酸酐粉末，将马来酸酐粉末与抗氧剂1010按质量比40：1～50：1混合，并加入马来酸酐粉末质量0.1～0.3倍的过氧化二异丙苯，马来酸酐粉末质量0.1～0.4倍的液体石蜡和马来酸酐粉末质量0.8～1.2倍的聚丙烯，搅拌混合后，双螺杆挤出造粒，得马来酸酐接枝聚丙烯；

(4)将步骤(1)所得改性硅铝微珠与步骤(2)所得改性短玻纤按质量比3:1混合，并加入改性硅铝微珠质量1/3倍的步骤(3)所得马来酸酐接枝聚丙烯，改性硅铝微珠质量1/30倍的液体石蜡，改性硅铝微珠质量1/300倍的抗氧剂1010和改性硅铝微珠质量3倍的聚丙烯，搅拌混合后，得混合料，将混合料双螺杆挤出造粒后，注塑成型，得硅铝微珠共混改性聚丙烯复合材料；

(5)对步骤(4)所得硅铝微珠共混改性聚丙烯复合材料进行指标分析。

8.根据权利要求6所述的一种硅铝微珠共混改性聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述双螺杆挤出机温度分别为A1＝160℃，A2＝175℃，A3＝190℃，A4＝210℃，A5＝200℃，注塑的温度从一段到五段分别：220℃，200℃，190℃，180℃和50℃，射嘴温度230℃。

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