CN115353685B - 一种高性能低翘曲pp板材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高性能低翘曲PP板材及其制备方法，它由80份‑100份PP，8份‑12份多巴胺功能化硼酸铝晶须，8份‑10份改性硅灰石，0.1份‑0.5份抗氧剂组成，它具有优异的力学性能且抗翘曲性良好，横向和纵向收缩率均匀，改善了PP板材成型收缩率不均匀，表面发生翘曲的问题，这对于扩展PP板材的应用具有非常重要的现实意义。

Description

一种高性能低翘曲PP板材及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种高性能低翘曲PP板材其制备方法。
背景技术
聚丙烯（PP）具有密度低、性能好、价格低廉等优点，被广泛应用于化工、建筑、轻工、家用电器、包装和汽车等工业领域。由于聚丙烯是高绝缘性材料且力学性能不高，抗翘曲性一般，其制品在使用过程中容易产生翘曲而造成各种不良和损失，因此限制了聚丙烯在相应领域的应用。
针对这种情况，本发明创新制得了一种PP板材，它具有优异的力学性能以及抗翘曲性，这种材料至今尚未见于报道，这对于扩展PP板材的应用具有非常重要的现实意义。
发明内容
有鉴于此，本发明创新地合成了一种高性能低翘曲PP板材，它具有很好的力学性能以及抗翘曲性，解决了现有技术的PP板材力学性能有限以及抗翘曲性一般的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的目的是提供了一种高性能低翘曲PP板材及其制备方法，它具有优异的力学性能以及抗翘曲性，这具有非常重要的意义。
所述的一种高性能低翘曲PP板材，由以下重量份的组分制成：
PP 80份-100份，
多巴胺功能化硼酸铝晶须 8份-12份，
改性硅灰石 8份-10份，
抗氧剂 0.1份-0.5份
所述的多巴胺功能化硼酸铝晶须的制备方法如下：
（1.2）称取一定量的硼酸铝晶须、氧化剂双氧水、去离子水、芬顿催化剂，置于反应器皿中，50-60℃下反应8-12h，过滤、洗涤、干燥，得羟基化硼酸铝晶须。
优选地，步骤（1.2）中的硼酸铝晶须、氧化剂双氧水、去离子水、芬顿催化剂的质量比为（40-50）：（20-40）：（80-120）：（0.6-0.8）。
（1.2）称取一定量的羟基化硼酸铝晶须、多巴胺粉末、去离子水，置于反应器皿中，30-40℃下反应12-16h，过滤、洗涤、干燥，得到多巴胺功能化硼酸铝晶须。
优选地，步骤（2）中的羟基化硼酸铝晶须、多巴胺粉末、去离子水的质量比为（30-40）：（12-16）：（100-120）。
所述的改性硅灰石的制备方法如下：
（2.1）称取一定量的硅灰石、钛酸酯偶联剂AC-201、去离子水，置于高速搅拌机里常温下混合10-12h并搅拌均匀，得到改性硅灰石。
优选地，硅灰石、钛酸酯偶联剂AC-201、去离子水的质量比为（30-50）：（0.3-0.5）：（10-16）。
所述的抗氧剂为巴斯夫公司的三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯（简称Irganox168）、四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯（简称Irganox1010）和1，3，5-三甲基-2，4，6-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲基）苯（简称Irganox1330）中的一种或几种的混合。
本发明还提供了上述所述的高性能低翘曲PP板材的制备方法，包括以下步骤：
（3.1）称取80 -100重量份的PP、8-10重量份改性硅灰石、0.1-0.5重量份抗氧剂混合并搅拌均匀，得到混合料；
（3.2）将混合料加入挤出机通过螺杆挤出与8-12重量份多巴胺功能化硼酸铝晶须均匀复合成预浸带；
（3.3）采用热压成型的方法，将预浸带压制成结构板材。
所述步骤（3.2）中的双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度160～180℃，二区温度210～230℃，三区温度210～230℃，四区温度210～230℃，五区温度210～230℃，六区温度210～230℃，机头温度210～230℃；螺杆转速200～260r/min。
所述步骤（3.3）中将预浸带压制成结构板材时，根据实际使用的需求设计预浸带的铺设方式和铺设层数。热压温度为210-230℃。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明首先合成羟基化硼酸铝晶须，再利用羟基化硼酸铝晶须的羟基可以与多巴胺上的氨基反应，生成多巴胺功能化硼酸铝晶须。PDA的共价键连接显著增强了硼酸铝晶须与PP基体间的界面作用，界面作用增强还可以有效的将载荷从PA6基体转移到硼酸铝晶须-PDA形成的连续网络结构，从而提高了PP板材的力学性能。
（2）钛酸酯偶联剂改性后的硅灰石也改善了硅灰石和PP基体的界面相容性，改善了PP板材的力学性能。
（3）本申请中的制得PP板材力学性能优异，横向和纵向收缩率均匀，改善了PP板材成型收缩率不均匀，表面发生翘曲的问题。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将结合具体的实施方式对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
以下实施例中所用的原料如下：
双氧水，济南坤丰化工有限公司；去离子水，上海联试化工试剂有限公司；芬顿催化剂，江西慧骅科技有限公司；AC-201，南京奥诚化工；多巴胺粉末，湖北广奥生物科技有限公司；PP(型号Z30S),茂名石化；SEBS-g-MAH，江苏润丰合成科技有限公司；抗氧剂（型号Irganox168、Irganox1010、Irganox1330），德国巴斯夫。
制备例1
（1）称取405硼酸铝晶须、201g氧化剂双氧水、800g去离子水、6g芬顿催化剂，置于反应器皿中，50℃下反应8h，过滤、洗涤、干燥，得羟基化硼酸铝晶须。
（2）称取304g羟基化硼酸铝晶须、121g多巴胺粉末、1.0kg去离子水，置于反应器皿中，30℃下反应12h，过滤、洗涤、干燥，得到多巴胺功能化硼酸铝晶须M1。
制备例2
称取301g硅灰石、3g钛酸酯偶联剂AC-201、100g去离子水，置于高速搅拌机里常温下混合10h并搅拌均匀，得到改性硅灰石N1。
实施例1
（1）称取82份PP、8份改性硅灰石N1、0.1份份抗氧剂Irganox1010混合并搅拌均匀，得到混合料；
（2）将混合料加入挤出机通过螺杆挤出与8份多巴胺功能化硼酸铝晶须M1均匀复合成预浸带；
（3）采用热压成型的方法，将预浸带压制成结构板材P1。
所述步骤（2）中的双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度165℃，二区温度210℃，三区温度212℃，四区温度210℃，五区温度210℃，六区温度210℃，机头温度210℃；螺杆转速210r/min。
所述步骤（3）中将预浸带压制成结构板材时，根据实际使用的需求设计预浸带的铺设方式和铺设层数，热压温度为210℃。
制备例3
（1）称取498g硼酸铝晶须、400g氧化剂双氧水、1.2kg去离子水、8g芬顿催化剂，置于反应器皿中，60℃下反应12h，过滤、洗涤、干燥，得羟基化硼酸铝晶须。
（2）称取400g羟基化硼酸铝晶须、158g多巴胺粉末、1.2kg去离子水，置于反应器皿中，40℃下反应16h，过滤、洗涤、干燥，得到多巴胺功能化硼酸铝晶须M2。
制备例4
称取497g硅灰石、5g钛酸酯偶联剂AC-201、160g去离子水，置于高速搅拌机里常温下混合12h并搅拌均匀，得到改性硅灰石N2。
实施例2
（1）称取98份的PP、10份改性硅灰石N2、0.1份Irganox1010、0.2份Irganox168、0.2份Irganox1330混合并搅拌均匀，得到混合料；
（2）将混合料加入挤出机通过螺杆挤出与12份多巴胺功能化硼酸铝晶须M2均匀复合成预浸带；
（3）采用热压成型的方法，将预浸带压制成结构板材P2。
所述步骤（2）中的双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度180℃，二区温度230℃，三区温度230℃，四区温度230℃，五区温度230℃，六区温度230℃，机头温度220℃；螺杆转速250r/min。
所述步骤（3）中将预浸带压制成结构板材时，根据实际使用的需求设计预浸带的铺设方式和铺设层数，热压温度为225℃。
制备例5
（1）称取450g硼酸铝晶须、300g氧化剂双氧水、1.0kg去离子水、7g芬顿催化剂，置于反应器皿中，55℃下反应10h，过滤、洗涤、干燥，得羟基化硼酸铝晶须。
（2）称取350g羟基化硼酸铝晶须、140g多巴胺粉末、1.1kg去离子水，置于反应器皿中，35℃下反应14h，过滤、洗涤、干燥，得到多巴胺功能化硼酸铝晶须M3。
制备例6
称取400g硅灰石、4g钛酸酯偶联剂AC-201、130g去离子水，置于高速搅拌机里常温下混合11h并搅拌均匀，得到改性硅灰石N3。
实施例3
（1）称取90份的PP、9份改性硅灰石N3、0.1份Irganox1010、0.2份Irganox168混合并搅拌均匀，得到混合料；
（2）将混合料加入挤出机通过螺杆挤出与10份多巴胺功能化硼酸铝晶须M3均匀复合成预浸带；
（3）采用热压成型的方法，将预浸带压制成结构板材。
所述步骤（2）中的双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度170℃，二区温度210℃，三区温度210℃，四区温度210℃，五区温度210℃，六区温度210℃，机头温度210℃；螺杆转速230r/min。
所述步骤（3）中将预浸带压制成结构板材时，根据实际使用的需求设计预浸带的铺设方式和铺设层数。热压温度为220℃。
制备例7
（1）称取455g硼酸铝晶须、235g氧化剂双氧水、925g去离子水、7.5g芬顿催化剂，置于反应器皿中，55℃下反应9h，过滤、洗涤、干燥，得羟基化硼酸铝晶须。
（2）称取315g羟基化硼酸铝晶须、145g多巴胺粉末、1.15kg去离子水，置于反应器皿中，38℃下反应15h，过滤、洗涤、干燥，得到多巴胺功能化硼酸铝晶须M4。
制备例8
称取335g硅灰石、4.5g钛酸酯偶联剂AC-201、155g去离子水，置于高速搅拌机里常温下混合12h并搅拌均匀，得到改性硅灰石N4。
实施例4
（1）称取95份的PP、9份改性硅灰石N4、0.1份Irganox1010、0.2份Irganox1330混合并搅拌均匀，得到混合料；
（2）将混合料加入挤出机通过螺杆挤出与9份多巴胺功能化硼酸铝晶须M4均匀复合成预浸带；
（3）采用热压成型的方法，将预浸带压制成结构板材P4。
所述步骤（2）中的双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度165℃，二区温度215℃，三区温度215℃，四区温度215℃，五区温度215℃，六区温度215℃，机头温度215℃；螺杆转速205r/min。
所述步骤（3）中将预浸带压制成结构板材时，根据实际使用的需求设计预浸带的铺设方式和铺设层数。热压温度为215℃。
制备例9
（1）称取465g硼酸铝晶须、235g氧化剂双氧水、1.05kg去离子水、6.5g芬顿催化剂，置于反应器皿中，58℃下反应8h，过滤、洗涤、干燥，得羟基化硼酸铝晶须。
（2）称取365g羟基化硼酸铝晶须、155g多巴胺粉末、1.05kg去离子水，置于反应器皿中，35℃下反应16h，过滤、洗涤、干燥，得到多巴胺功能化硼酸铝晶须M5。
制备例10
称取455g硅灰石、4.5g钛酸酯偶联剂AC-201、135g去离子水，置于高速搅拌机里常温下混合10h并搅拌均匀，得到改性硅灰石N5。
实施例5
（1）称取95份的PP、10份改性硅灰石N5、0.1份Irganox1010、0.1份Irganox168混合并搅拌均匀，得到混合料；
（2）将混合料加入挤出机通过螺杆挤出与11份多巴胺功能化硼酸铝晶须M5均匀复合成预浸带；
（3）采用热压成型的方法，将预浸带压制成结构板材P5。
所述步骤（2）中的双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度175℃，二区温度225℃，三区温度225℃，四区温度225℃，五区温度225℃，六区温度225℃，机头温度225℃；螺杆转速245r/min。
所述步骤（3）中将预浸带压制成结构板材时，根据实际使用的需求设计预浸带的铺设方式和铺设层数。热压温度为225℃。
对比例1
（1）称取95份的PP、10份硅灰石、0.1份Irganox1010、0.1份Irganox168混合并搅拌均匀，得到混合料；
（2）将混合料加入挤出机通过螺杆挤出与11份多巴胺功能化硼酸铝晶须均匀复合成预浸带；
（3）采用热压成型的方法，将预浸带压制成结构板材D1。
所述步骤（2）中的双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度175℃，二区温度225℃，三区温度225℃，四区温度225℃，五区温度225℃，六区温度225℃，机头温度195℃；螺杆转速245r/min。
所述步骤（3）中将预浸带压制成结构板材时，根据实际使用的需求设计预浸带的铺设方式和铺设层数。热压温度为225℃。
对比例2
（1）称取95份的PP、10份改性硅灰石N5、0.1份Irganox1010、0.1份Irganox168混合并搅拌均匀，得到混合料；
（2）将混合料加入挤出机通过螺杆挤出与11份硼酸铝晶须M5均匀复合成预浸带；
（3）采用热压成型的方法，将预浸带压制成结构板材D2。
所述步骤（2）中的双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度175℃，二区温度225℃，三区温度225℃，四区温度225℃，五区温度225℃，六区温度225℃，机头温度225℃；螺杆转速245r/min。
所述步骤（3）中将预浸带压制成结构板材时，根据实际使用的需求设计预浸带的铺设方式和铺设层数。热压温度为225℃。
上述实施例1-5、对比例1的PP板材的性能数据如下表所示:
由上表可以看出，X1-5比D1-2的力学性能要好，且纵向收缩率和横向收缩率差值仅为0 .01％-0 .03％，较D1-2的0 .18％、0 .16％差值改善很多，纵横收缩率更加均匀，制成的成品抗翘曲性更好，平整度更好。
这说明说明通过本发明提供的方法制得的PP板材力学性能、抗翘曲性优异，可扩展PP板材的应用领域。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (3)

1.一种高性能低翘曲PP板材，其特征在于，所述的板材由以下重量份的组分制成：
PP 80份-100份，
多巴胺功能化硼酸铝晶须 8份-12份，
改性硅灰石 8份-10份，
抗氧剂 0.1份-0.5份;
所述的多巴胺功能化硼酸铝晶须的制备方法如下：
（1.1）称取硼酸铝晶须、双氧水、去离子水和芬顿催化剂，置于反应器皿中，50-60℃下反应8-12h，过滤、洗涤、干燥，得羟基化硼酸铝晶须，其中硼酸铝晶须、氧化剂双氧水、去离子水、芬顿催化剂的质量比为（40-50）：（20-40）：（80-120）：（0.6-0.8）；
（1.2）、称取羟基化硼酸铝晶须、多巴胺粉末和去离子水，置于反应器皿中，30-40℃下反应12-16h，过滤、洗涤、干燥，得到多巴胺功能化硼酸铝晶须，其中羟基化硼酸铝晶须、多巴胺粉末、去离子水的质量比为（30-40）：（12-16）：（100-120）；
所述的改性硅灰石的制备方法如下：
（1.3）称取硅灰石、钛酸酯偶联剂AC-201和去离子水，置于高速搅拌机里常温下混合10-12h并搅拌均匀，得到改性硅灰石，其中硅灰石、钛酸酯偶联剂AC-201和去离子水的质量比为（30-50）：（0.3-0.5）：（10-16）。
2.如权利要求1所述的高性能低翘曲PP板材，其特征在于，所述的抗氧剂为三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯、四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯和1，3，5-三甲基-2，4，6-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲基）苯中的一种以上。
3.如权利要求1或2所述的高性能低翘曲PP板材的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括以下步骤：
（3.1）称取80份-100份的PP、8份-10份改性硅灰石、0.1份-0.5份抗氧剂混合并搅拌均匀，得到混合料；
（3.2）将混合料加入挤出机通过螺杆挤出与8份-12份多巴胺功能化硼酸铝晶须均匀复合成预浸带；双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度160～180℃，二区温度210～230℃，三区温度210～230℃，四区温度210～230℃，五区温度210～230℃，六区温度210～230℃，机头温度210～230℃；螺杆转速200～260r/min；
（3.3）采用热压成型的方法，将预浸带压制成结构板材，热压温度为210-230℃。
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