CN115490907A - 一种耐高温防油污复合塑料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及复合塑料技术领域，具体涉及一种耐高温防油污复合塑料的制备方法；包括的原料有丙烯酸20～30份、甲基丙烯酸甲酯10～20份、丙烯酸丁酯10～20份、四硅氧烷10～15份、短切玻璃纤维2～4份、陶瓷粉末2～4份、纤维素2～4份、改性纳米二氧化硅5～9份、生物基复合物3～5份、发泡剂1～3份、引发剂0.05～0.2份；以丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯为聚合单体，与带有不饱和碳碳双键的四硅氧烷和改性纳米二氧化硅，在引发剂的作用下发生聚合反应生成高分子聚合物，形成复合塑料；降低复合塑料的表面能，增强疏油性，使得塑料具有很好的防油效果，遇到高温后不易变形，得到耐高温防油污的复合塑料，降低生产成本。

Description

一种耐高温防油污复合塑料的制备方法
技术领域
本发明涉及复合塑料技术领域，具体涉及一种耐高温防油污复合塑料的制备方法。
背景技术
塑料及塑料制品广泛应用在现代生产生活中，具有易加工、成本低、易改性等特点，经过改性的塑料制品还被用到特种作业环境中，如用到高温环境中、用作户外显示屏和机器外壳等。塑料除了自身的优点外，往往具有加热易软化变形的缺点，需要进行特殊的改性才能在高温环境下使用，此外，塑料具有亲油性，油污易于挂在塑料表面，尤其对白色和透明塑料制品来说，严重影响美观和性能。
现有对塑料耐热性的改性，多数集中于阻燃性改性，添加阻燃剂使塑料不燃烧或者难燃烧，阻燃改性的塑料在加热时，一般能够达到高温时不滴落，但是在高温且施加有外部压力的情况下，仍然可能变形。对塑料防油性改性的研究较少，现有防油改性中，主要利用含氟物质的特性，含氟物质通常具有超疏水疏油特性，用于塑料改性，能使塑料具有较好的防油效果，然而，含氟物质分解后会破环臭氧层，对环境危害较大，含氟物质不是理想的改性材料。
为此，需要从材料性能和微观结构方面入手，对塑料进行改性，增强塑料的耐高温性能，使其适合在较高温度和有一定的外部压力的情况下使用，此外，对塑料抗油性改性应该放弃使用含氟物质，依据降低表面能、增加粗糙度等疏油原理，寻找新的物质发明新的方法提高塑料的防油效果，发展一种耐高温、高温高压下不变形、防油效果好的复合塑料，对于扩大塑料制品的使用范围，解决特殊应用场景下塑料制品的缺点等，具有积极的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐高温防油污复合塑料的制备方法，降低复合塑料的表面能，增强疏油性，使得塑料具有很好的防油效果，遇到高温后不易变形，得到耐高温防油污的复合塑料，降低生产成本。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种耐高温防油污复合塑料的制备方法，包括以下质量份数的原料：丙烯酸20～30份，甲基丙烯酸甲酯10～20份，丙烯酸丁酯10～20份，四硅氧烷10～15份，短切玻璃纤维2～4份，陶瓷粉末2～4份，纤维素2～4份，改性纳米二氧化硅5～9份，生物基复合物3～5份，发泡剂1～3份，引发剂0.05～0.2份；
耐高温防油污复合塑料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：取质量份数的短切玻璃纤维、陶瓷粉末和纤维素混合均匀后，加入20倍短切玻璃纤维质量的无水乙醇，超声分散均匀后，加入质量份数的丙烯酸，再次超声分散10～20min，得到混合物A；
步骤二：取质量份数的甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯混合均匀后，加入质量份数的四硅氧烷、改性纳米二氧化硅和生物基复合物，超声分散10～20min，得到混合物B；
步骤三：将步骤一得到的混合物A、步骤一得到的混合物B混合，加入质量份数的发泡剂和引发剂，混合均匀后，加热到90～120℃，反应1～3h后，倒入模具中，120℃保温30min后，以5℃/min的速度升温到240℃，保温30min，发泡完成，脱模，得到耐高温防油污复合塑料。
进一步优选，四硅氧烷为四甲基四乙烯基环四硅氧烷和八甲基环四硅氧烷的混合，其中八甲基环四硅氧烷质量为四甲基四乙烯基环四硅氧烷的4～8倍。
进一步优选，四硅氧烷的制备为，先将八甲基环四硅氧烷和0.005倍八甲基环四硅氧烷的KOH混合，加热到95～105℃，反应1～2h后，再加入四甲基四乙烯基环四硅氧烷，继续反应1～2h后，备用。
四甲基四乙烯基环四硅氧烷和八甲基环四硅氧烷生成直链四硅氧烷涉及到的反应为：
Figure BDA0003922308680000031
进一步优选，陶瓷粉末为滑石粉、高岭土、纳米三氧化二铝粉末按照质量比为2：1：6：3～4混合而成，球磨成超细粉末，并过1200目筛。
进一步优选，纤维素为纳米纤维素。
进一步优选，改性纳米二氧化硅为乙烯基三乙氧基硅烷改性的纳米二氧化硅，为取5～10mL氨水、50mL乙醇和150mL蒸馏水加入到250mL的三口烧瓶中，加入3～5mL乙烯基三乙氧基硅烷和2～3mL四乙氧基硅烷，升温至60～90℃，以300r/min速率搅拌，反应3～4h后，冷冻干燥得到改性纳米二氧化硅。
改性纳米二氧化硅涉及到的反应为：
Figure BDA0003922308680000032
进一步优选，生物基复合物由海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、和海藻酸丙二醇酯按照质量份数比为1：1：4～8混合而成，使用前，加入50倍生物基复合物的去离子水，充分溶解后，加入30～50倍生物基复合物质量的无水乙醇混合均匀后使用。
进一步优选，发泡剂为偶氮二甲酸二乙酯、偶氮二甲酰胺按照1：1～2混合而成。
进一步优选，引发剂为偶氮二异丁腈、过氧化二酰、过硫酸铵中的一种或多种。
聚合涉及到的反应为：
Figure BDA0003922308680000041
本发明的有益效果：
1、以丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯为聚合单体，与带有不饱和碳碳双键的四硅氧烷和改性纳米二氧化硅，在引发剂的作用下发生聚合反应生成高分子聚合物，加入短切玻璃纤维和陶瓷粉末增强机械强度和耐高温性能，加入纤维素、生物基复合物降低表面能，使用四硅氧烷、改性纳米二氧化硅能够增强疏油性，在发泡剂的作用下形成发泡塑料，得到耐高温防油污的复合塑料。
2、四甲基四乙烯基环四硅氧烷和八甲基环四硅氧烷开环聚合合成了具有碳碳双键的线性四硅氧烷，使得四硅氧烷能够作为聚合反应单体参与到聚合反应中，使得线性四硅氧烷成为聚合物高分子的侧链；乙烯基三乙氧基硅烷与四乙氧基硅烷反应生成纳米二氧化硅，得到表面含有不饱和碳碳双键的改性纳米二氧化硅，参与到聚合反应中，使得纳米二氧化硅成为聚合物高分子的侧链；四硅氧烷和纳米二氧化硅的相配合，一方面在增加了复合塑料的耐磨性能，另一方面，使得塑料的表面能降低，且表面带有纳米粒子，纳米粒子使得局部表面具有大的曲率，最终使得塑料表面具有超疏油特性，得到防油效果好的复合塑料。
3、短切玻璃纤维为无机纤维状材料，陶瓷粉末为无机粉末，都具有耐磨、耐高温的特性，短切玻璃纤维的使用，在塑料中形成三维纤维网状结构，陶瓷粉末均匀分布在三维纤维网状结构和复合塑料中，两者相配合，在塑料中起到骨架支撑作用，使得复合塑料遇到高温后不易变形，增强了复合塑料的耐磨、耐高温性能。
4、纤维素为纳米级纤维素，能够增强复合塑料的疏水性能，纳米纤维素虽然疏水亲油，但纳米纤维素分布在复合塑料的孔隙结构中，阻隔油污向复合塑料内部渗透，达到防油效果，此外，纤维素表面具有极性的羟基，可以提高防油性能。
5、生物基复合物，由海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、和海藻酸丙二醇酯按照比例混合而成，海藻酸钠、羧甲基纤维素钠能够相互聚合，在复合塑料表面形成致密的结构，使其透气性降低，油污不易渗透到塑料内部，海藻酸丙二醇酯的加入，降低海藻酸钠、羧甲基纤维素钠聚合物的表面能，低表面能的表面有利于获得优异的抗油性。
6、发泡剂的使用使得复合塑料形成具有微孔的发泡材料，发泡过程使得分布在塑料中的短切玻璃纤维、陶瓷粉末等呈现三维立体结构，辅助短切玻璃纤维、陶瓷粉末增强了复合塑料的轻度，并且降低了塑料的密度，降低生产成本；引发剂的使用，有利于聚合反应的进行。
具体实施方式
下面将对本发明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作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。
实施例1
一种耐高温防油污复合塑料的制备方法，包括以下质量份数的原料：丙烯酸20份，甲基丙烯酸甲酯10份，丙烯酸丁酯10份，四硅氧烷10份，短切玻璃纤维2份，陶瓷粉末2份，纤维素2份，改性纳米二氧化硅5份，生物基复合物3份，发泡剂1份，引发剂0.05份；
所述陶瓷粉末为滑石粉、高岭土、纳米三氧化二铝粉末按照质量比为2：1：6：3混合而成，球磨成超细粉末，并过1200目筛；
所述生物基复合物由海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、和海藻酸丙二醇酯按照质量份数比为1：1：4混合而成，使用前，加入50倍生物基复合物的去离子水，充分溶解后，加入30倍生物基复合物质量的无水乙醇混合均匀后使用；
所述发泡剂为偶氮二甲酸二乙酯、偶氮二甲酰胺按照1：1混合而成；引发剂为偶氮二异丁腈；
所述四硅氧烷为四甲基四乙烯基环四硅氧烷和八甲基环四硅氧烷的混合，其中八甲基环四硅氧烷质量为四甲基四乙烯基环四硅氧烷的4倍，四硅氧烷的制备为，先将八甲基环四硅氧烷和0.005倍八甲基环四硅氧烷的KOH混合，加热到95℃，反应1h后，再加入四甲基四乙烯基环四硅氧烷，继续反应1h后，备用；
所述改性纳米二氧化硅为乙烯基三乙氧基硅烷改性的纳米二氧化硅，为取5mL氨水、50mL乙醇和150mL蒸馏水加入到250mL的三口烧瓶中，加入3mL乙烯基三乙氧基硅烷和2mL四乙氧基硅烷，升温至60℃，以300r/min速率搅拌，反应3h后，冷冻干燥得到改性纳米二氧化硅；
耐高温防油污复合塑料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：取质量份数的短切玻璃纤维、陶瓷粉末和纤维素混合均匀后，加入20倍短切玻璃纤维质量的无水乙醇，超声分散均匀后，加入质量份数的丙烯酸，再次超声分散10min，得到混合物A；
步骤二：取质量份数的甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯混合均匀后，加入质量份数的四硅氧烷、改性纳米二氧化硅和生物基复合物，超声分散10min，得到混合物B；
步骤三：将步骤一得到的混合物A、步骤一得到的混合物B混合，加入质量份数的发泡剂和引发剂，混合均匀后，加热到90℃，反应1h后，倒入模具中，120℃保温30min后，以5℃/min的速度升温到240℃，保温30min，发泡完成，脱模，得到耐高温防油污复合塑料。
实施例2
一种耐高温防油污复合塑料的制备方法，包括以下质量份数的原料：丙烯酸30份，甲基丙烯酸甲酯20份，丙烯酸丁酯20份，四硅氧烷15份，短切玻璃纤维4份，陶瓷粉末4份，纤维素4份，改性纳米二氧化硅9份，生物基复合物5份，发泡剂3份，引发剂0.2份；
所述陶瓷粉末为滑石粉、高岭土、纳米三氧化二铝粉末按照质量比为2：1：6：4混合而成，球磨成超细粉末，并过1200目筛；
所述生物基复合物由海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、和海藻酸丙二醇酯按照质量份数比为1：1：8混合而成，使用前，加入50倍生物基复合物的去离子水，充分溶解后，加入50倍生物基复合物质量的无水乙醇混合均匀后使用；
所述发泡剂为偶氮二甲酸二乙酯、偶氮二甲酰胺按照1：2混合而成；引发剂为过氧化二酰；
所述四硅氧烷为四甲基四乙烯基环四硅氧烷和八甲基环四硅氧烷的混合，其中八甲基环四硅氧烷质量为四甲基四乙烯基环四硅氧烷的8倍，四硅氧烷的制备为，先将八甲基环四硅氧烷和0.005倍八甲基环四硅氧烷的KOH混合，加热到105℃，反应2h后，再加入四甲基四乙烯基环四硅氧烷，继续反应2h后，备用；
所述改性纳米二氧化硅为乙烯基三乙氧基硅烷改性的纳米二氧化硅，为取10mL氨水、50mL乙醇和150mL蒸馏水加入到250mL的三口烧瓶中，加入5mL乙烯基三乙氧基硅烷和3mL四乙氧基硅烷，升温至90℃，以300r/min速率搅拌，反应4h后，冷冻干燥得到改性纳米二氧化硅；
耐高温防油污复合塑料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：取质量份数的短切玻璃纤维、陶瓷粉末和纤维素混合均匀后，加入20倍短切玻璃纤维质量的无水乙醇，超声分散均匀后，加入质量份数的丙烯酸，再次超声分散20min，得到混合物A；
步骤二：取质量份数的甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯混合均匀后，加入质量份数的四硅氧烷、改性纳米二氧化硅和生物基复合物，超声分散20min，得到混合物B；
步骤三：将步骤一得到的混合物A、步骤一得到的混合物B混合，加入质量份数的发泡剂和引发剂，混合均匀后，加热到120℃，反应3h后，倒入模具中，120℃保温30min后，以5℃/min的速度升温到240℃，保温30min，发泡完成，脱模，得到耐高温防油污复合塑料。
实施例3
一种耐高温防油污复合塑料的制备方法，包括以下质量份数的原料：丙烯酸25份，甲基丙烯酸甲酯15份，丙烯酸丁酯15份，四硅氧烷12份，短切玻璃纤维3份，陶瓷粉末3份，纤维素3份，改性纳米二氧化硅7份，生物基复合物4份，发泡剂2份，引发剂0.1份；
所述陶瓷粉末为滑石粉、高岭土、纳米三氧化二铝粉末按照质量比为2：1：6：3混合而成，球磨成超细粉末，并过1200目筛；
所述生物基复合物由海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、和海藻酸丙二醇酯按照质量份数比为1：1：6混合而成，使用前，加入50倍生物基复合物的去离子水，充分溶解后，加入40倍生物基复合物质量的无水乙醇混合均匀后使用；
所述发泡剂为偶氮二甲酸二乙酯、偶氮二甲酰胺按照1：2混合而成；引发剂为过硫酸铵；
所述四硅氧烷为四甲基四乙烯基环四硅氧烷和八甲基环四硅氧烷的混合，其中八甲基环四硅氧烷质量为四甲基四乙烯基环四硅氧烷的6倍，四硅氧烷的制备为，先将八甲基环四硅氧烷和0.005倍八甲基环四硅氧烷的KOH混合，加热到100℃，反应2h后，再加入四甲基四乙烯基环四硅氧烷，继续反应1h后，备用；
所述改性纳米二氧化硅为乙烯基三乙氧基硅烷改性的纳米二氧化硅，为取8mL氨水、50mL乙醇和150mL蒸馏水加入到250mL的三口烧瓶中，加入4mL乙烯基三乙氧基硅烷和2mL四乙氧基硅烷，升温至70℃，以300r/min速率搅拌，反应4h后，冷冻干燥得到改性纳米二氧化硅；
耐高温防油污复合塑料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：取质量份数的短切玻璃纤维、陶瓷粉末和纤维素混合均匀后，加入20倍短切玻璃纤维质量的无水乙醇，超声分散均匀后，加入质量份数的丙烯酸，再次超声分散15min，得到混合物A；
步骤二：取质量份数的甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯混合均匀后，加入质量份数的四硅氧烷、改性纳米二氧化硅和生物基复合物，超声分散15min，得到混合物B；
步骤三：将步骤一得到的混合物A、步骤一得到的混合物B混合，加入质量份数的发泡剂和引发剂，混合均匀后，加热到100℃，反应2h后，倒入模具中，120℃保温30min后，以5℃/min的速度升温到240℃，保温30min，发泡完成，脱模，得到耐高温防油污复合塑料。
依据标准GB/T 11026.1-2016《电气绝缘材料耐温度性》对耐高温性能进行判定，选择150℃下(弯曲强度保留率+弯曲模量保留率)/2＝50％作为弯曲性能保留率基准值，大于50％，说明耐高温性能好；防油性能测试，使用接触角测试仪进行接触角测试，测试液为荨麻油，滴液体积为5μL，以3min时接触角大小计，油接触角大于90°说明抗油性能好。
实施例1 实施例2 实施例3
150℃弯曲性能保留率(％) 66.5 68.6 67.9
接触角(°) 115 121 118
由上表所示，本发明方法所制备的耐高温防油污复合塑料150℃弯曲性能保留率大于50％，具有较好的耐高温性能，油的接触角大于90°，表面疏油，抗油污性能好。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种耐高温防油污复合塑料的制备方法，其特征在于，包括以下质量份数的原料：丙烯酸20～30份，甲基丙烯酸甲酯10～20份，丙烯酸丁酯10～20份，四硅氧烷10～15份，短切玻璃纤维2～4份，陶瓷粉末2～4份，纤维素2～4份，改性纳米二氧化硅5～9份，生物基复合物3～5份，发泡剂1～3份，引发剂0.05～0.2份；
所述耐高温防油污复合塑料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：取质量份数的短切玻璃纤维、陶瓷粉末和纤维素混合均匀后，加入20倍短切玻璃纤维质量的无水乙醇，超声分散均匀后，加入质量份数的丙烯酸，再次超声分散10～20min，得到混合物A；
步骤二：取质量份数的甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯混合均匀后，加入质量份数的四硅氧烷、改性纳米二氧化硅和生物基复合物，超声分散10～20min，得到混合物B；
步骤三：将步骤一得到的混合物A、步骤一得到的混合物B混合，加入质量份数的发泡剂和引发剂，混合均匀后，加热到90～120℃，反应1～3h后，倒入模具中，120℃保温30min后，以5℃/min的速度升温到240℃，保温30min，发泡完成，脱模，得到耐高温防油污复合塑料。
2.根据权利要求1所述的一种耐高温防油污复合塑料的制备方法，其特征在于：所述四硅氧烷为四甲基四乙烯基环四硅氧烷和八甲基环四硅氧烷的混合，其中八甲基环四硅氧烷质量为四甲基四乙烯基环四硅氧烷的4～8倍。
3.根据权利要求2所述的一种耐高温防油污复合塑料的制备方法，其特征在于：所述四硅氧烷的制备为，先将八甲基环四硅氧烷和0.005倍八甲基环四硅氧烷的KOH混合，加热到95～105℃，反应1～2h后，再加入四甲基四乙烯基环四硅氧烷，继续反应1～2h后，备用。
4.根据权利要求1所述的一种耐高温防油污复合塑料的制备方法，其特征在于：所述陶瓷粉末为滑石粉、高岭土、纳米三氧化二铝粉末按照质量比为2：1：6：3～4混合而成，球磨成超细粉末，并过1200目筛。
5.根据权利要求1所述的一种耐高温防油污复合塑料的制备方法，其特征在于：所述纤维素为纳米纤维素。
6.根据权利要求1所述的一种耐高温防油污复合塑料的制备方法，其特征在于：所述改性纳米二氧化硅为乙烯基三乙氧基硅烷改性的纳米二氧化硅，为取5～10mL氨水、50mL乙醇和150mL蒸馏水加入到250mL的三口烧瓶中，加入3～5mL乙烯基三乙氧基硅烷和2～3mL四乙氧基硅烷，升温至60～90℃，以300r/min速率搅拌，反应3～4h后，冷冻干燥得到改性纳米二氧化硅。
7.根据权利要求1所述的一种耐高温防油污复合塑料的制备方法，其特征在于：所述生物基复合物由海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、和海藻酸丙二醇酯按照质量份数比为1：1：4～8混合而成，使用前，加入50倍生物基复合物的去离子水，充分溶解后，加入30～50倍生物基复合物质量的无水乙醇混合均匀后使用。
8.根据权利要求1所述的一种耐高温防油污复合塑料的制备方法，其特征在于：所述发泡剂为偶氮二甲酸二乙酯、偶氮二甲酰胺按照1：1～2混合而成。
9.根据权利要求1所述的一种耐高温防油污复合塑料的制备方法，其特征在于：所述引发剂为偶氮二异丁腈、过氧化二酰、过硫酸铵中的一种或多种。
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