CN111944307A - 一种纳米弹性体纤维增韧的聚合物材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纳米弹性体纤维增韧的聚合物材料,由基体材料、弹性体材料、交联剂、增容剂、稳定剂、抗氧剂制备而成,制备过程为先将弹性体材料和交联剂进行混炼,之后将混炼后的弹性体材料与基体材料、增容极、稳定剂、抗氧机剂经过纺丝牵伸形成复合纤维,弹性体材料在挤出过程中与交联剂反应交联,在基体纤维中原位形成纳米纤维结构;或复合纤维通过紫外光照射使含有光敏交联剂的弹性体材料产生交联结构,或通过辐射交联产生交联结构,最后挤出造粒,制得纳米弹性体纤维增韧的聚合物材料。本发明制备的聚合物基体中弹性体材料橡胶直径在50~300nm范围内,不影响透光性和透电磁波性,尤其当聚合物中弹性体材料含量低于3%时,不影响基体材料的回收。

Description

一种纳米弹性体纤维增韧的聚合物材料
技术领域
本发明涉及纳米增韧聚合物材料领域,尤其是一种纳米弹性体纤维增韧的聚合物材料。
背景技术
聚合物增韧改性是塑料加工行业的一项难题,目前,聚合物增韧改性的主要方法一种是在聚合物中掺入部分橡胶或弹性体颗粒,当受到冲击时,裂纹扩展的尖端应力会被弹性体颗粒吸收缓冲,裂纹扩展受阻,材料抗冲击性能提升。此种方法橡胶利用率低,添加量较高,在提高冲击强度的同时,会影响材料的抗拉强度、加工性能和制成品表面光洁度等。另外一种方法是共聚改性,通过将柔性连段单体和聚合物形成嵌段共聚物来制备,此种方法工艺复杂,生产成本高,产品价格也较贵,限制其大规模应用,因此现有的聚合物增韧改性工艺多采用第一种制备方法,然而现有的在聚合物中掺入少量橡胶或者其他弹性颗粒的方法制得的增韧材料中共混改性的弹性体添加量高,聚合物难以回收再利用;形成的橡胶颗粒较大,达微米级别,严重影响了聚合物的透光性。
发明内容
为了克服现有技术中聚合物增韧材料中共混改性的弹性体添加量高,聚合物难以回收再利用,形成的橡胶颗粒较大,严重影响聚合物透光性的缺陷,本发明提出一种纳米弹性体纤维增韧的聚合物材料。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种纳米弹性体纤维增韧的聚合物材料,由以下质量份数的原料制备而成:
Figure BDA0002063839180000011
Figure BDA0002063839180000021
其中基体材料为聚乳酸、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺的一种或两种的共混物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物中的一种或聚碳酸酯与丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的共混物;所述弹性体材料为乙丙橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、苯乙烯系热塑性弹性体、聚烯烃弹性体、聚氨酯、硅橡胶、氟橡胶中的一种,所述弹性体材料为微粉末或颗粒料,所述交联剂为多元醇类、缩水甘油醚、有机过氧化物类、苯磺酸类、丙烯酸酯类、光敏交联剂中的一种;所述纳米增韧的聚合物材料的制备过程包括以下步骤:
步骤一,弹性体材料和交联剂的混炼:首先将弹性体材料和交联剂在混炼机中混炼5~20min,使交联剂充分均匀地混合在弹性体材料中,得到弹性体材料和交联剂的混合料待用,其中混炼温度根据弹性体材料和交联剂种类设定,得到弹性体材料和交联剂混合料;
步骤二,熔融共混:将上述步骤所得的弹性体材料和交联剂的混合料与基体材料、增容剂、稳定剂、抗氧剂投加入双螺杆挤出机中,在双螺杆挤出机中熔融共混,加工温度200~300℃;
步骤三,纺丝牵伸:经过上述步骤二双螺杆挤出机熔融共混的材料经过纺丝织造系统中的喷丝板流出,得到喷丝产物,所述喷丝产物经过喷丝孔附近的高温气流吹出之后,经过冷风箱进行冷却后,进行气流牵伸,得到复合纤维待用;
步骤四,热处理:在所述交联剂使用化学交联剂时,需要将复合纤维在60~80℃下热处理3~6h,使弹性体纤维中的交联反应充分完成,得到交联度较高纳米弹性体纤维;
步骤五,辐射照射:在所述交联剂选择使用光敏交联剂时,需要将复合纤维经过紫外光线照射5~15s,或通过高能粒子辐射X射线、γ射线、电子束中的一种辐射3~6s,使复合纤维中的弹性体纳米纤维充分交联;
步骤六,熔融挤出切粒:将步骤四或步骤五所得复合纤维直接喂入单螺杆挤出机喂料口中,单螺杆挤出机温度设定在160~190℃,经熔融挤出切粒后制得纳米弹性体纤维增韧聚合物材料。
上述的一种纳米弹性体纤维增韧的聚合物材料,所述增容剂为大分子增容剂马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、苯乙烯-聚丙烯共聚物、马来酸酐接枝聚丙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯中的一种。
上述的一种纳米弹性体纤维增韧的聚合物材料,所述稳定剂为芳香胺类、受阻酚类、亚磷酸酯中的一种或两种混合物。
上述的一种纳米弹性体纤维增韧的聚合物材料,所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168、抗氧剂264中的一种或几种。
与现有技术相比,本发明具有以下有益性技术效果:
1.本发明通过原位形成弹性体纳米纤维,增加比表面积,材料的韧性和抗撕裂性能显著提高;
2.形成的弹性体纳米纤维经过充分交联,在材料的后续加工中使之能够保持纳米形态;另外,热塑性聚酯弹性体等结晶性弹性体中的硬段结晶后可形成物理交联结构,也能使在后续加工中在结晶段熔点以下温度时能保持其纳米纤维结构;
3.弹性体材料使用量少,刚度和硬度相关的机械性能降低较少;
4.弹性体材料的直径小,用量少,不影响材料的透光度;
5.当弹性体材料使用量少于3%时,完全不影响基体材料的回收,解决了聚合物材料生物降解和回收的难题,更体现了环保理念。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明实施例1中复合纤维中形成的弹性体纳米纤维SEM示意图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案,下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
【实施例1】
一种纳米弹性体纤维增韧的聚合物材料,由以下质量份数的原料制备而成:
Figure BDA0002063839180000041
所述增容剂为大分子增容剂甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯中;所述稳定剂为亚磷酸酯;所述抗氧剂为抗氧剂264与抗氧剂168质量比1:1的混合物;所述弹性体材料为粒料;所述纳米增韧的聚合物材料的制备过程包括以下步骤:
步骤一,弹性体材料和交联剂的混炼:将热塑性聚氨酯和光敏交联剂加入单螺杆中,在170℃下混合造粒,得到热塑性聚氨酯混合粒料;
步骤二,熔融共混:将步骤一的热塑性聚氨酯混合粒料、基体材料、增容剂、稳定剂、抗氧剂投加入双螺杆挤出机中,在双螺杆挤出机中熔融共混,加工温度240℃;
步骤三,纺丝牵伸:经过上述步骤二双螺杆挤出机熔融共混的材料经过纺丝织造系统中的喷丝板流出,得到喷丝产物,所述喷丝产物经过喷丝孔附近的高温气流吹出之后,经过冷风箱进行冷却后,进行气流牵伸,得到复合纤维待用;
步骤四,紫外照射:将上述步骤所得的复合纤维经过紫外光线照射10s;
步骤五,熔融挤出切粒:将步骤四制备的复合纤维直接喂入单螺杆挤出机喂料口中,单螺杆挤出机温度设定在220℃,经熔融挤出切粒后制得纳米聚氨酯纤维增韧的聚酰胺材料。
【实施例2】
一种纳米弹性体纤维增韧的聚合物材料,由以下质量份数的原料制备而成:
Figure BDA0002063839180000051
所述增容剂为大分子增容剂马来酸酐接枝聚丙烯;所述稳定剂为受阻酚类稳定剂;所述抗氧剂为抗氧剂1010;所述弹性体材料为颗粒料,所述弹性体材料的粒径为200目;所述纳米增韧的聚合物材料的制备过程包括以下步骤:
步骤一,弹性体材料和交联剂的混炼:将聚烯烃弹性体和聚偏氟乙烯加入混炼设备中,在100℃下混合5min,将混合后的共混料冷却后破碎,得到弹性体材料和交联剂的混合料;
步骤二,熔融共混:将弹性体材料和交联剂的混合料、基体材料、增容剂、稳定剂、抗氧剂投加入双螺杆挤出机中,在双螺杆挤出机中熔融共混,加工温度250℃;
步骤三,纺丝牵伸:经过上述步骤二双螺杆挤出机熔融共混的材料经过纺丝织造系统中的喷丝板流出,得到喷丝产物,所述喷丝产物经过喷丝孔附近的高温气流吹出之后,经过冷风箱进行冷却后,进行气流牵伸,得到复合纤维待用;
步骤四,热处理:将上述步骤所得的复合纤维在60℃下热处理5小时,使弹性体纤维中的交联反应充分完成,得到交联度较高纳米弹性体纤维;
步骤五,熔融挤出切粒:将步骤四制备的复合纤维直接喂入单螺杆挤出机喂料口中,单螺杆挤出机温度设定在180℃,经熔融挤出切粒后制得纳米聚烯烃弹性体增韧聚偏氟乙烯材料。
【实施例3】
一种纳米弹性体纤维增韧的聚合物材料,由以下质量份数的原料制备而成:
Figure BDA0002063839180000061
所述增容剂为大分子增容剂甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯中;所述稳定剂为亚磷酸酯;所述抗氧剂为抗氧剂264;所述弹性体材料为粉末状,所述弹性体材料的粒径为250目;所述纳米增韧的聚合物材料的制备过程包括以下步骤:
步骤一,弹性体材料和交联剂的混炼:将热塑性聚氨酯和光敏交联剂加入单螺杆挤出机中,175℃混合造粒,得到弹性体材料和交联剂的混合料;
步骤二,熔融共混:将上述步骤所得的热塑性聚氨酯混合粒料、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、增容剂、稳定剂、抗氧剂投加入双螺杆挤出机中,在双螺杆挤出机中熔融共混,加工温度200℃;
步骤三,纺丝牵伸:经过上述步骤二双螺杆挤出机熔融共混的材料经过纺丝织造系统中的喷丝板流出,得到喷丝产物,所述喷丝产物经过喷丝孔附近的高温气流吹出之后,经过冷风箱进行冷却后,进行气流牵伸,得到复合纤维待用;
步骤四,紫外照射:将复合纤维经过通过高能粒子辐射X射线辐射3s;
步骤五,熔融挤出切粒:将步骤四制备的复合纤维直接喂入单螺杆挤出机喂料口中,单螺杆挤出机温度设定在180℃,经熔融挤出切粒后制得纳米聚氨酯增韧的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物材料。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例,不用于限制本发明,本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内,对本发明做出各种修改或等同替换,这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种纳米弹性体纤维增韧的聚合物材料,其特征在于,由以下质量份数的原料制备而成:
Figure FDA0002063839170000011
其中基体材料为聚乳酸、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺的一种或两种的共混物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物中的一种或聚碳酸酯与丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的共混物;所述弹性体材料为乙丙橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、苯乙烯系热塑性弹性体、聚烯烃弹性体、聚氨酯、硅橡胶、氟橡胶中的一种,所述弹性体材料为微粉末或颗粒料,所述交联剂为多元醇类、缩水甘油醚、有机过氧化物类、苯磺酸类、丙烯酸酯类、光敏交联剂中的一种;所述纳米增韧的聚合物材料的制备过程包括以下步骤:
步骤一,弹性体材料和交联剂的混炼:首先将弹性体材料和交联剂在混炼机中混炼5~20min,使交联剂充分均匀地混合在弹性体材料中,得到弹性体材料和交联剂的混合料待用;
步骤二,熔融共混:将上述步骤所得的弹性体材料和交联剂的混合料与基体材料、增容剂、稳定剂、抗氧剂投加入双螺杆挤出机中,在双螺杆挤出机中熔融共混,加工温度200~300℃;
步骤三,纺丝牵伸:经过上述步骤二双螺杆挤出机熔融共混的材料经过纺丝织造系统中的喷丝板流出,得到喷丝产物,所述喷丝产物经过喷丝孔附近的高温气流吹出之后,经过冷风箱进行冷却后,进行气流牵伸,得到复合纤维待用;
步骤四,热处理:在所述交联剂使用化学交联剂时,需要将复合纤维在60~80℃下热处理3~6h,使弹性体纤维中的交联反应充分完成,得到交联度较高纳米弹性体纤维;
步骤五,辐射照射:在所述交联剂选择使用光敏交联剂时,需要将复合纤维经过紫外光线照射5~15s;或通过高能粒子辐射X射线、γ射线、电子束中的一种辐射3~6s;使复合纤维中的弹性体纳米纤维充分交联;
步骤六,熔融挤出切粒:将步骤四或步骤五所得复合纤维直接喂入单螺杆挤出机喂料口中,经熔融挤出切粒后制得纳米弹性体纤维增韧聚合物材料。
2.根据权利要求1所述的一种纳米弹性体纤维增韧的聚合物材料,其特征在于,所述增容剂为大分子增容剂马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、苯乙烯-聚丙烯共聚物、马来酸酐接枝聚丙烯、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种纳米弹性体纤维增韧的聚合物材料,其特征在于,所述稳定剂为芳香胺类、受阻酚类、亚磷酸酯中的一种或两种混合物。
4.根据权利要求1所述的一种纳米弹性体纤维增韧的聚合物材料,其特征在于,所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168、抗氧剂264中的一种或几种。
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