CN114716768A - 一种耐腐蚀高表观导电聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种耐腐蚀高表观导电聚丙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐腐蚀高表观导电聚丙烯复合材料，包括以下按重量份的组分：耐腐蚀共聚聚丙烯30‑50重量份，高结晶共聚聚丙烯10‑40重量份，弹性体4‑6重量份，相容剂4‑6重量份，碳纳米管2‑4重量份，导电炭黑8‑20重量份，聚羧酸减水剂1‑2重量份，硅灰1‑2重量份，润滑剂1‑2重量份，抗氧剂0.5‑1.5重量份，成核剂0.2‑0.5重量份，本发明采用碳纳米管与导电炭黑复配作为聚丙烯复合材料的导电填料，同时通过聚羧酸减水剂对碳纳米管表面进行接枝后再辅以硅灰对其进行混合搅拌能够有效的解决导电填料分散不均的问题，进而提高聚丙烯复合材料的导电性能，同时能够有效提高制品表面的光滑度。

Description

一种耐腐蚀高表观导电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，具体涉及一种耐腐蚀高表观导电聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯树脂相对密度较小、力学性能优良、成型性好，其使用范围正在迅速扩大，广泛应用于汽车、工具、食品、医疗等各个领域。目前材料化工领域所用到的导热、换热板材多为金属制品，而金属材质易氧化腐蚀、制备工艺复杂、成本高昂、运输安装不便。基于聚丙烯材料的特点，可将聚丙烯材料应用于导热、换热板材上。而聚丙烯具备良好的电绝缘性能，以及对化工领域存在的油污不耐受问题，为了满足产品应用需要对材料进行改性以赋予其导电以及耐油蚀性能。
现有技术中，公开号为CN 108586939A的专利公开了一种环保阻燃导电聚丙烯材料，其按照以下重量百分比的原料配制成：聚丙烯树脂100-150份，碳纳米管1-5份，阻燃剂5-10份，相容剂1-3份，抗氧剂0.5-2份，润滑剂3-5份。该材料通过各组分简单共混挤出制得导电聚丙烯材料，对于单纯使用碳纳米管可能带来的分散不均以及成本偏高问题并未给出解决方案。公开号为CN107522942A的专利公开了一种导电聚丙烯微孔发泡材料，其按照以下重量百分比的原料配制成：第一聚丙烯树脂10-100份，第二聚丙烯树脂100份，导电填料5-15份，分散剂0.1-1，其中导电填料为炭黑或(和)金属粉末与碳纳米管的混合物。该材料以炭黑或(和)金属粉末与碳纳米管混合作为导电填料，在一定程度上解决了成本偏高问题；但仍旧是通过各组分简单共混挤出制得导电聚丙烯材料，对于使用碳纳米管可能带来的分散不均问题亦并未给出解决方案。
发明内容
本发明为了解决现有技术中聚丙烯复合材料中的导电材料分散不均的技术问题；提出了一种耐腐蚀高表观导电聚丙烯复合材料，以有效提高聚丙烯复合材料中导电材料的分散性，进而提高聚丙烯复合材料的导电性能。
本发明为达到上述目的，采用如下技术方案：
一种耐腐蚀高表观导电聚丙烯复合材料，包括以下按重量份的组分：
Figure BDA0003583879020000021
本发明采用碳纳米管与导电炭黑复配作为聚丙烯复合材料的导电填料，同时通过聚羧酸减水剂对碳纳米管表面进行接枝后再辅以硅灰对其进行混合搅拌能够有效的解决导电填料分散不均的问题，进而提高聚丙烯复合材料的导电性能。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
作为本发明的一种优选技术方案，所述耐腐蚀共聚聚丙烯采用溶体流动速率在3g/10min的耐腐蚀共聚聚丙烯，所述高结晶共聚聚丙烯采用溶体流动速率在100g/10min的高结晶共聚聚丙烯。
作为本发明的一种优选技术方案，所述弹性体为POE、EPDM、SEBS、EVA中的任意一种；所述相容剂为PP-g-MAH、POE-g-MAH、PE-g-MAH、SEBS-g-MAH中的任意一种。
作为本发明的一种优选技术方案，所述碳纳米管为阵列管，形态为压缩颗粒。
作为本发明的一种优选技术方案，所述导电炭黑平均粒径为20-40nm。
作为本发明的一种优选技术方案，所述聚羧酸减水剂为经接枝共聚而成具备“树枝状”结构的有机化合物。
作为本发明的一种优选技术方案，所述润滑剂为硬脂酸盐、EBS、PE腊中的任意一种或任意两种以上按照任意配比组成的混合物。
作为本发明的一种优选技术方案，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂1076、抗氧剂1790中的任意一种或任意两种以上按照任意配比组成的混合物。
作为本发明的一种优选技术方案，所述成核剂为山梨醇、芳基磷酸盐中的任意一种。
作为本发明的一种优选技术方案，所述耐腐蚀高表观导电聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按比例称取各组分；
(2)将各组分依次放入混合搅拌装置内混合均匀；
(3)将步骤(2)所得的混合料加入双螺杆挤出机内，经过熔融共混、挤出造粒、干燥处理后得到耐腐蚀高表观导电聚丙烯复合材料；
其中，所述双螺杆挤出机各区的制备工艺温度为：一区160-190℃，二区160-190℃，三区170-200℃，四区180-210℃，五区190-220℃，六区190-220℃，七区190-220℃，八区200-230℃，九区200-230℃；所述双螺杆挤出机的螺杆转速为350-450转/分钟。
本发明的有益效果是：
1、本发明制备的经过改性后的聚丙烯材料具有优异的耐油蚀性能，导电性能优良且稳定，材料成本低廉，制品表面光洁；完全满足替代材料在化工领域金属制的导热、散热、换热板材的需求；
2、本发明采用碳纳米管和导电炭黑复配做为导电填料能够有效的降低导电填料的成本，同时通过添加聚羧酸减水剂和硅灰能够有效的提高导电填料的分散性，具体为，在物料进行混合搅拌的过程中聚羧酸减水剂优先与碳管表面官能团反应并包裹在碳纳米管表面，使得相邻的碳纳米管之间产生了空隙，此时在混合物料不断搅拌的情况下球形的硅灰会填充至碳纳米管之间的空隙内，从而达到提高物料中碳纳米管之间分散性的效果，减少聚丙烯复合材料中碳纳米管团聚的现象，进而提高聚丙烯复合材料的导电性能。
附图说明
图1为本发明实施例1所得聚丙烯复合材料耐油蚀性能检测结果图；
图2为本发明对比例1所得聚丙烯复合材料耐油蚀性能检测结果图；
图3为本发明实施例1所得聚丙烯复合材料经过挤出制得的导热、导电板材表面图：
图4为本发明对比例2所得聚丙烯复合材料经过挤出制得的导热、导电板材表面图：
图5为本发明碳纳米管、聚羧酸减水剂和硅灰之间的相互作用机理图。
具体实施方式
现在以下述实施例对本发明进行进一步详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。
本实施例1-4提供了一种耐腐蚀高表观导电聚丙烯复合材料，包括按以下重量份的组分：
Figure BDA0003583879020000041
其中，所述耐腐蚀共聚聚丙烯采用溶体流动速率在3g/10min的耐腐蚀共聚聚丙烯，所述高结晶共聚聚丙烯采用溶体流动速率在100g/10min的高结晶共聚聚丙烯；所述弹性体为POE、EPDM、SEBS、EVA中的任意一种；所述相容剂为PP-g-MAH、POE-g-MAH、PE-g-MAH、SEBS-g-MAH中的任意一种；所述碳纳米管为阵列管，形态为压缩颗粒；所述导电炭黑平均粒径为20-40nm；所述聚羧酸减水剂为经接枝共聚而成具备“树枝状”结构的有机化合物；所述润滑剂为硬脂酸盐、EBS、PE腊中的任意一种或任意两种以上按照任意配比组成的混合物；所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂1076、抗氧剂1790中的任意一种或任意两种以上按照任意配比组成的混合物；所述成核剂为山梨醇、芳基磷酸盐中的任意一种。
上述中，所述耐腐蚀高表观导电聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按比例称取各组分；
(2)将各组分依次放入混合搅拌装置内混合均匀；
(3)将步骤(2)所得的混合料加入双螺杆挤出机内，经过熔融共混、挤出造粒、干燥处理后得到耐腐蚀高表观导电聚丙烯复合材料；
其中，所述双螺杆挤出机各区的制备工艺温度为：一区160-190℃，二区160-190℃，三区170-200℃，四区180-210℃，五区190-220℃，六区190-220℃，七区190-220℃，八区200-230℃，九区200-230℃；所述双螺杆挤出机的螺杆转速为350-450转/分钟。
实施例1
一种耐腐蚀高表观导电聚丙烯复合材料，包括按以下重量份的组分：
Figure BDA0003583879020000051
在本实施例中，所述弹性体为POE；所述相容剂为PP-g-MAH；所述润滑剂为硬脂酸钙和EBS按照1：1的比例混合而成的混合物；所述抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168按照3：4的比例混合而成的混合物；所述成核剂为芳基磷酸盐。
在本实施例中，所述双螺杆挤出机各区的制备工艺温度为：一区180℃，二区180℃，三区190℃，四区200℃，五区210℃，六区220℃，七区220℃，八区230℃，九区220℃；所述双螺杆挤出机的螺杆转速为400转/分钟。
实施例2
一种耐腐蚀高表观导电聚丙烯复合材料，包括按以下重量份的组分：
Figure BDA0003583879020000061
在本实施例中，所述弹性体为EPDM；所述相容剂为POE-g-MAH；所述润滑剂为硬脂酸钙和EBS按照1：2的比例混合而成的混合物；所述抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂1076按照1：1的比例混合而成的混合物；所述成核剂为山梨醇。
在本实施例中，所述双螺杆挤出机各区的制备工艺温度为：一区180℃，二区180℃，三区190℃，四区200℃，五区210℃，六区220℃，七区220℃，八区230℃，九区220℃；所述双螺杆挤出机的螺杆转速为400转/分钟。
实施例3
一种耐腐蚀高表观导电聚丙烯复合材料，包括按以下重量份的组分：
Figure BDA0003583879020000062
Figure BDA0003583879020000071
在本实施例中，所述弹性体为SEBS；所述相容剂为PE-g-MAH；所述润滑剂为硬脂酸钙和PE腊按照10：7的比例混合而成的混合物；所述抗氧剂为抗氧剂1790和抗氧剂168按照1：1的比例混合而成的混合物；所述成核剂为芳基磷酸盐。
在本实施例中，所述双螺杆挤出机各区的制备工艺温度为：一区180℃，二区180℃，三区190℃，四区200℃，五区210℃，六区220℃，七区220℃，八区230℃，九区220℃；所述双螺杆挤出机的螺杆转速为400转/分钟。
实施例4
一种耐腐蚀高表观导电聚丙烯复合材料，包括按以下重量份的组分：
Figure BDA0003583879020000072
在本实施例中，所述弹性体为EVA；所述相容剂为SEBS-g-MAH；所述润滑剂为硬脂酸钙和EBS按照5：8的比例混合而成的混合物；所述抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂168按照1：1的比例混合而成的混合物；所述成核剂为芳基磷酸盐。
在本实施例中，所述双螺杆挤出机各区的制备工艺温度为：一区180℃，二区180℃，三区190℃，四区200℃，五区210℃，六区220℃，七区220℃，八区230℃，九区220℃；所述双螺杆挤出机的螺杆转速为400转/分钟。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于：使用相同重量份的普通共聚聚丙烯代替耐腐蚀共聚聚丙烯，同时在组分中不适用成核剂。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于：使用相同重量份的耐腐蚀共聚聚丙烯代替组分中的高结晶共聚聚丙烯，即在对比例2的组分中所有的基体材料全部为耐腐蚀共聚聚丙烯。
对比例3
本对比例与实施例1的区别在于：未添加聚羧酸减水剂和硅灰。
现将上述实施例1-4和对比例1-3中制得的聚丙烯复合材料进行相关性能测试，测试结果如下表所示：
表1各实施例和对比例所得产品性能测试结果
Figure BDA0003583879020000081
由上表中的实施例1与对比例3之间的测试结果可以看出，实施例1所得的聚丙烯复合材料相比于对比例3而言其表面的电阻率更小且稳定性更好，说明了在材料中添加聚羧酸减水剂和硅灰能够有效的解决碳纳米管在复合聚丙烯复合材料中团聚的问题，从而提高复合材料的导电性和稳定性。
同时验证本发明所得聚丙烯复合材料的耐油蚀性能，现分别将实施例1和对比例1所得的材料表面滴上汽油，并静止72小时，结果如图1和图2所示，实施例1的产品表面无明显溶胀、颜色变化；而对比例1所得产品表面则发生了溶胀、颜色也发生了变化。这是由于实施例1的基料中含有耐腐蚀共聚聚丙烯，且实施例1中成核剂的使用提高了材料的结晶度，增强了材料耐油蚀性能。
进一步的，为了验证本发明所得聚丙烯复合材料制品的表面光滑度，现分别将实施例1和对比例2所得的材料经过挤出制得导热、导电板材，板材表面纹理如图3和图4所示，实施例1所制得的板材表面光滑，而对比例2所制得的板材表面粗糙且由上表1可知其导电性略差；这是由于材料熔指受碳纳米管的加入而大幅降低，通过提升材料熔指有利于碳纳米管在材料中的分散性能，制品导电性能得以提升，表面更加光洁。
最后应说明的是：这些实施方式仅用于说明本发明而不限制本发明的范围。此外，对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种耐腐蚀高表观导电聚丙烯复合材料，其特征在于：包括以下按重量份的组分：
Figure FDA0003583879010000011
2.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀高表观导电聚丙烯复合材料，其特征在于：所述耐腐蚀共聚聚丙烯采用溶体流动速率在3g/10min的耐腐蚀共聚聚丙烯，所述高结晶共聚聚丙烯采用溶体流动速率在100g/10min的高结晶共聚聚丙烯。
3.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀高表观导电聚丙烯复合材料，其特征在于：所述弹性体为POE、EPDM、SEBS、EVA中的任意一种；所述相容剂为PP-g-MAH、POE-g-MAH、PE-g-MAH、SEBS-g-MAH中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀高表观导电聚丙烯复合材料，其特征在于：所述碳纳米管为阵列管，形态为压缩颗粒。
5.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀高表观导电聚丙烯复合材料，其特征在于：所述导电炭黑平均粒径为20-40nm。
6.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀高表观导电聚丙烯复合材料，其特征在于：所述聚羧酸减水剂为经接枝共聚而成具备“树枝状”结构的有机化合物。
7.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀高表观导电聚丙烯复合材料，其特征在于：所述润滑剂为硬脂酸盐、EBS、PE腊中的任意一种或任意两种以上按照任意配比组成的混合物。
8.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀高表观导电聚丙烯复合材料，其特征在于：所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂1076、抗氧剂1790中的任意一种或任意两种以上按照任意配比组成的混合物。
9.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀高表观导电聚丙烯复合材料，其特征在于：所述成核剂为山梨醇、芳基磷酸盐中的任意一种。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的一种耐腐蚀高表观导电聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)按比例称取各组分；
(2)将各组分依次放入混合搅拌装置内混合均匀；
(3)将步骤(2)所得的混合料加入双螺杆挤出机内，经过熔融共混、挤出造粒、干燥处理后得到耐腐蚀高表观导电聚丙烯复合材料；
其中，所述双螺杆挤出机各区的制备工艺温度为：一区160-190℃，二区160-190℃，三区170-200℃，四区180-210℃，五区190-220℃，六区190-220℃，七区190-220℃，八区200-230℃，九区200-230℃；所述双螺杆挤出机的螺杆转速为350-450转/分钟。
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