CN111748146B - 一种疏水聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

一种疏水聚丙烯材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种疏水聚丙烯材料及其制备方法，其按重量百分比计，包括如下组分：聚丙烯64.8‑82.6%、改性壳聚糖10‑20%、碳纳米管5‑10%、界面改性剂2‑4%、热稳定剂0.2‑0.6%、加工助剂0.2‑0.6%。本发明利用改性壳聚糖和碳纳米管作为改性助剂，制备得到的改性聚丙烯材料具有良好的疏水性能，在使用过程中，随着顶部表面发生局部划伤和剥落时，内部均匀分散的聚壳糖及碳纳米管会依次裸露出来，使材料仍能保持持续的疏水性能。

Description

一种疏水聚丙烯材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体是一种疏水聚丙烯材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯作为一种通用塑料，已广泛用于各个领域的材料中，特点是在家电、电器等领域具有广泛的应用。但随着目前产品的升级及客户要求的提高，很多家电、电器聚丙烯材料，如洗碗机内胆、电器盒等会接触水的部品，会挂上水滴或残留水，这些易污染滋生细菌、更严重时造成电路短路等危害，因而，提高聚丙烯材料的疏水性能具有重要意义。
目前常用的聚丙烯采用的改性疏水方法为在材料表面制造仿荷叶的凸起物膜，从而提高材料的水接触角度，而这种通过表面结构形成的疏水材料，在后期的使用过程中，会有频繁的物理接触以及与腐蚀性化学物质的接触，从而无法长久保持其稳定疏水性能。
本发明提出用改性壳聚糖和碳纳米管作为改性助剂，在熔融共混阶段加入聚丙烯材料中，这些材料均匀分散在聚丙烯材料中，利用改性壳聚糖和碳纳管材料本身的表面凹凸不平的形貌，而碳纳米管和改性聚壳糖的同时存在，碳纳米管由于其线状结构，在材料中区域流动方向存在，而壳聚糖为海绵状物质，以碳纳米管作为搭建骨架，均匀分散在材料中，由于其两者本身表面的疏水形貌可使改性聚丙烯材料具有良好的疏水性能，在使用过程中，随着顶部表面发生局部划伤和剥落时，内部均匀分散的聚壳糖及碳纳米管会依次裸露出来，使材料仍能保持持续的疏水性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种疏水聚丙烯材料及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种疏水聚丙烯材料，按重量百分比计，包括如下组分：
聚丙烯：64.8-82.6％
改性壳聚糖：10-20％
碳纳米管：5-10％
界面改性剂：2-4％
热稳定剂：0.2-0.6％
加工助剂：0.2-0.6％。
进一步方案，所述改性壳聚糖的制备方法如下：将浓度为1wt％的壳聚糖乙酸溶液和浓度为0.5-1wt％的琥珀辛酯磺酸钠的水溶液按重量比1：0.5-2混合搅拌30-60min，静置3-10小时；混合后的溶液使用浓度为0.3-0.5wt％的环氧氯丙烷溶液反应1-3小时，环氧氯丙烷溶液与壳聚糖乙酸溶液和琥珀辛酯磺酸钠混合溶液的体积比为0.3-0.5:1，反应温度45-55℃，将反应后的溶液转移入截留分子量为8000-14000的透析袋中去离子水透析12-24h，将混合物质转出干燥即得改性壳聚糖。
所述碳纳米管为直径10-20nm的多壁碳纳米管。
所述界面改性剂为环氧硅烷偶联剂、氨基硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的一种或几种。
所述热稳定剂为酚类、胺类、亚磷酸酯类、半受阻酚类、丙烯酰基官能团与硫代酯的复合物类、杯芳烃类热稳定剂中的一种或几种。
所述加工助剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、芥酸酰胺中的一种或几种。
本发明的另一个发明目的在于提供上述疏水聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备改性壳聚糖：
将浓度为1wt％的壳聚糖乙酸溶液和浓度为0.5-1wt％的琥珀辛酯磺酸钠的水溶液按重量比1：0.5-2混合搅拌30-60min，静置3-10小时；混合后的溶液使用浓度为0.3-0.5wt％的环氧氯丙烷溶液反应1-3小时，环氧氯丙烷溶液与壳聚糖乙酸溶液和琥珀辛酯磺酸钠混合溶液的体积比为0.3-0.5:1，反应温度45-55℃，将反应后的溶液转移入截留分子量为8000-14000的透析袋中去离子水透析12-24h，将混合物质转出干燥即得改性壳聚糖；
(2)制备疏水聚丙烯材料：
按配比，将(1)制备的改性壳聚糖与聚丙烯、碳纳米管、界面改性剂、热稳定剂、加工助剂混合后加入长径比为36-40:1的双螺杆挤出机在200-230℃下熔融混合分散，挤出造粒，即可得到疏水聚丙烯材料。
本发明的有益效果：本发明利用改性壳聚糖和碳纳米管作为改性助剂，在熔融共混阶段加入聚丙烯材料中，这些材料均匀分散在聚丙烯材料中，利用改性壳聚糖和碳纳管材料本身的表面凹凸不平的形貌，而碳纳米管和改性聚壳糖的同时存在，碳纳米管由于其线状结构，在材料中区域流动方向存在，而壳聚糖为海绵状物质，以碳纳米管作为搭建骨架，均匀分散在材料中，由于其两者本身表面的疏水形貌可使改性聚丙烯材料具有良好的疏水性能，在使用过程中，随着顶部表面发生局部划伤和剥落时，内部均匀分散的聚壳糖及碳纳米管会依次裸露出来，使材料仍能保持持续的疏水性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
制备改性壳聚糖：
将浓度为1wt％的壳聚糖乙酸溶液和浓度为0.8wt％的琥珀辛酯磺酸钠的水溶液按重量比1：1混合搅拌50min，静置5小时；混合后的溶液使用浓度为0.4wt％的环氧氯丙烷溶液反应2小时，环氧氯丙烷溶液与壳聚糖乙酸溶液和琥珀辛酯磺酸钠混合溶液的体积比为0.4:1，反应温度50℃，将反应后的溶液转移入截留分子量为8000-14000的透析袋中去离子水透析，18小时后将混合物质转出干燥即得改性壳聚糖。
制备疏水聚丙烯材料：
按重量百分比计，将聚丙烯78.2％、改性壳聚糖10％、碳纳米管8％、界面改性剂3％、热稳定剂0.4％、加工助剂0.4％混合后加入长径比为38:1的双螺杆挤出机在200-230℃下熔融混合分散，挤出造粒，即可得到疏水聚丙烯材料。
实施例2
制备改性壳聚糖：
将浓度为1wt％的壳聚糖乙酸溶液和浓度为0.6wt％的琥珀辛酯磺酸钠的水溶液按重量比1：1.5混合搅拌50min，静置8小时；混合后的溶液使用浓度为0.35wt％的环氧氯丙烷溶液反应2.5小时，环氧氯丙烷溶液与壳聚糖乙酸溶液和琥珀辛酯磺酸钠混合溶液的体积比为0.4:1，反应温度48℃，将反应后的溶液转移入截留分子量为8000-14000的透析袋中去离子水透析，16小时后将混合物质转出干燥即得改性壳聚糖。
制备疏水聚丙烯材料：
按重量百分比计，将聚丙烯75％、改性壳聚糖15％、碳纳米管6％、界面改性剂3％、热稳定剂0.5％、加工助剂0.5％混合后加入长径比为36:1的双螺杆挤出机在200-230℃下熔融混合分散，挤出造粒，即可得到疏水聚丙烯材料。
实施例3
制备改性壳聚糖：
将浓度为1wt％的壳聚糖乙酸溶液和浓度为0.7wt％的琥珀辛酯磺酸钠的水溶液按重量比1：0.8混合搅拌40min，静置4小时；混合后的溶液使用浓度为0.45wt％的环氧氯丙烷溶液反应2.5小时，环氧氯丙烷溶液与壳聚糖乙酸溶液和琥珀辛酯磺酸钠混合溶液的体积比为0.3:1，反应温度50℃，将反应后的溶液转移入截留分子量为8000-14000的透析袋中去离子水透析，20小时后将混合物质转出干燥即得改性壳聚糖。
制备疏水聚丙烯材料：
按重量百分比计，将聚丙烯69.9％、改性壳聚糖18％、碳纳米管9％、界面改性剂2.5％、热稳定剂0.3％、加工助剂0.3％混合后加入长径比为40:1的双螺杆挤出机在200-230℃下熔融混合分散，挤出造粒，即可得到疏水聚丙烯材料。
实施例4
制备改性壳聚糖：
将浓度为1wt％的壳聚糖乙酸溶液和浓度为0.5wt％的琥珀辛酯磺酸钠的水溶液按重量比1：0.5混合搅拌30min，静置3小时；混合后的溶液使用浓度为0.3wt％的环氧氯丙烷溶液反应1小时，环氧氯丙烷溶液与壳聚糖乙酸溶液和琥珀辛酯磺酸钠混合溶液的体积比为0.3:1，温度45℃，将反应后的溶液转移入截留分子量为8000-14000的透析袋中去离子水透析，12小时后将混合物质转出干燥即得改性壳聚糖。
制备疏水聚丙烯材料：
按重量百分比计，将聚丙烯82.6％、改性壳聚糖10％、碳纳米管5％、界面改性剂2％、热稳定剂0.2％、加工助剂0.2％混合后加入长径比为36:1的双螺杆挤出机在200-230℃下熔融混合分散，挤出造粒，即可得到疏水聚丙烯材料。
实施例5
制备改性壳聚糖：
将浓度为1wt％的壳聚糖乙酸溶液和浓度为1wt％的琥珀辛酯磺酸钠的水溶液按重量比1：2混合搅拌60min，静置10小时；混合后的溶液使用浓度为0.5wt％的环氧氯丙烷溶液反应3小时，环氧氯丙烷溶液与壳聚糖乙酸溶液和琥珀辛酯磺酸钠混合溶液的体积比为0.5:1，反应温度55℃，将反应后的溶液转移入截留分子量为8000-14000的透析袋中去离子水透析，24小时后将混合物质转出干燥即得改性壳聚糖。
制备疏水聚丙烯材料：
按重量百分比计，将聚丙烯64.8％、改性壳聚糖20％、碳纳米管10％、界面改性剂4％、热稳定剂0.6％、加工助剂0.6％混合后加入长径比为40:1的双螺杆挤出机在200℃-230℃下熔融混合分散，挤出造粒，即可得到疏水聚丙烯材料。
结果分析：
以上实施例1-5制备的材料，根据GB/T 30693-2014标准测试材料表面的水接触角。
模拟使用后磨损情况，在压力为10N下纱布来回磨损10000次后，同样方法测试磨损后的材料水接触角。
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
水接触角 143 149 152 146 142
磨损后水接触角 141 146 153 148 141
由以上结果可知，本发明制得的改性疏水聚丙烯材料的水接触角均在140°以上，本身具有良好的疏水性，而经过纱布磨损后，仍保持同样高的水接触角，疏水性能不会减弱。
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实施案例做出各种修改，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案例，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 (6)

1.一种疏水聚丙烯材料，其特征在于：按重量百分比计，包括如下组分：
聚丙烯：64.8-82.6%
改性壳聚糖：10-20%
碳纳米管：5-10%
界面改性剂：2-4%
热稳定剂：0.2-0.6%
加工助剂：0.2-0.6%，
所述改性壳聚糖的制备方法如下：将浓度为1wt%的壳聚糖乙酸溶液和浓度为 0.5-1wt%的琥珀辛酯磺酸钠的水溶液按重量比1：0.5-2 混合搅拌30-60min，静置3-10小时；混合后的溶液使用浓度为0.3-0.5wt%的环氧氯丙烷溶液反应 1-3小时，环氧氯丙烷溶液与壳聚糖乙酸溶液和琥珀辛酯磺酸钠混合溶液的体积比为0.3-0.5:1，反应温度45-55℃，将反应后的溶液转移入截留分子量为 8000-14000的透析袋中去离子水透析12-24h，将混合物质转出干燥即得改性壳聚糖。
2.根据权利要求1所述的疏水聚丙烯材料，其特征在于：所述碳纳米管为直径10-20nm的多壁碳纳米管。
3.根据权利要求1所述的疏水聚丙烯材料，其特征在于：所述界面改性剂为环氧硅烷偶联剂、氨基硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的疏水聚丙烯材料，其特征在于：所述热稳定剂为酚类、胺类、亚磷酸酯类、丙烯酰基官能团与硫代酯的复合物类、杯芳烃类热稳定剂中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的疏水聚丙烯材料，其特征在于：所述加工助剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、芥酸酰胺中的一种或几种。
6.如权利要求1-5任一项所述的疏水聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）制备改性壳聚糖：
将浓度为1wt%的壳聚糖乙酸溶液和浓度为0.5-1wt%的琥珀辛酯磺酸钠的水溶液按重量比1：0.5-2混合搅拌30-60min，静置3-10小时；混合后的溶液使用浓度为0.3-0.5wt%的环氧氯丙烷溶液反应 1-3 小时，环氧氯丙烷溶液与壳聚糖乙酸溶液和琥珀辛酯磺酸钠混合溶液的体积比为0.3-0.5:1，反应温度 45-55℃，将反应后的溶液转移入截留分子量为8000-14000的透析袋中去离子水透析12-24h，将混合物质转出干燥即得改性壳聚糖；
（2）制备疏水聚丙烯材料：
按配比，将（1）制备的改性壳聚糖与聚丙烯、碳纳米管、界面改性剂、热稳定剂、加工助剂混合后加入长径比为36-40:1 的双螺杆挤出机在200-230℃下熔融混合分散，挤出造粒，即可得到疏水聚丙烯材料。
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