CN115819889A - 一种高韧性热塑性弹性体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种高韧性热塑性弹性体及其制备方法，高韧性热塑性弹性体包括以下质量份数的原料：聚丙烯155‑165份，二氧化硅填料38‑46份，改性黄麻纤维6‑10份；改性黄麻纤维的制备方法，包括如下步骤：将柠檬酸和柠檬酸钠添加于去离子水中，直至pH为3.5，再加入果胶酶，当果胶酶完全溶解后加入黄麻纤维，进行搅拌，最后依次进行过滤、清洗、干燥，制得改性黄麻纤维。本申请制备得到的弹性体具有较好的韧性。
Description
技术领域
本申请涉及弹性体制备技术领域，尤其是涉及一种高韧性热塑性弹性体及其制备方法。
背景技术
热塑性弹性体被称为第三代橡胶，热塑性弹性体不仅具备橡胶弹性，而且具备热塑性塑料的熔体流动性与重复使用性能。热塑性弹性体由于其优良的物理机械性能、电气绝缘性能及加工工艺性能，而被广泛应用于汽车、电子电气、电线电缆、医疗器械、建筑包装等众多领域。
热塑性弹性体在实际使用过程中，通常对韧性的需求较高，基于上述需求，发明人认为有必要研发一种高韧性热塑性弹性体。
发明内容
为了提高热塑性弹性体的韧性，本申请提供一种高韧性热塑性弹性体及其制备方法。
第一方面，本申请提供的一种高韧性热塑性弹性体，采用如下的技术方案：
一种高韧性热塑性弹性体，包括以下质量份数的原料：聚丙烯155-165份，二氧化硅填料38-46份，改性黄麻纤维6-10份；
所述改性黄麻纤维的制备方法，包括如下步骤：
将柠檬酸和柠檬酸钠添加于去离子水中，直至pH为3-4，再加入果胶酶，当果胶酶完全溶解后加入黄麻纤维，进行搅拌，最后依次进行过滤、清洗、干燥，制得改性黄麻纤维。
以上配方生产得到的弹性体具有优良的韧性，实际使用效果较好，具体的方案分析如下：
二氧化硅填料是补强填料，具有增强、增韧作用，从而当二氧化硅填料添加于弹性体体系中，当弹性体受到外力作用时，部分应力会传递到二氧化硅填料上，二氧化硅填料起到承载的作用，进而增强弹性体的韧性。
另外，改性黄麻纤维具有较好的韧性，从而将改性黄麻纤维添加于体系中，可以提高弹性体的韧性；因此，二氧化硅填料与改性黄麻纤维之间存在协同配合作用，对于提高弹性体韧性具有一加一大于二的积极作用。
当黄麻纤维经过果胶酶处理后，果胶酶和黄麻纤维表层发生了反应，去除了黄麻纤维表面的果胶、蜡质层和其他非纤维材料，使得黄麻纤维表面的粗糙度和表面积增大，从而增大了改性黄麻纤维和聚丙烯之间的结合性能，进而可以进一步改善加入黄麻纤维后对弹性体韧性的积极作用。
但是改性黄麻纤维含有大量的羟基基团，使得改性黄麻纤维表现为极性，而聚丙烯表现为非极性，易导致改性黄麻纤维和聚丙烯之间的界面相容性较差，使得弹性体容易含有孔隙结构；然而二氧化硅填料可以对孔隙结构进行填充，使得弹性体的密度增加，进而提高了弹性体的韧性。
综上，本申请得到的弹性体的韧性性能较高，具有较高的实用价值。
作为优选，所述黄麻纤维和果胶酶的质量比为1:(0.003-0.007)。
作为优选，所述二氧化硅填料是经改性处理后得到，且所述二氧化硅填料的改性处理方法如下：
先将硅烷偶联剂添加于去离子水中发生反应，制得硅烷偶联剂水解液，再将硅烷偶联剂水解液添加于加热后的二氧化硅填料中发生反应，反应结束后依次进行过滤、清洗、干燥，制得改性处理后的二氧化硅填料。
通过采用上述技术方案，二氧化硅填料经过硅烷偶联剂改性后，二氧化硅填料表面接枝有烷基链，从而降低了二氧化硅填料的表面自由能，减小了二氧化硅粒子之间的团聚，提高了二氧化硅填料在体系中的分散性。
作为优选，所述二氧化硅填料和硅烷偶联剂的质量比为1:(0.4-0.6)。
作为优选，所述硅烷偶联剂为KH-550。
作为优选，所述弹性体中还包括聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯15-20份。
通过采用上述技术方案，二氧化硅填料经过硅烷偶联剂改性后还接枝有氨基基团，而聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯上含有环氧基团，当二氧化硅填料和聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯在熔融共混过程中时，氨基基团和环氧基团发生反应，形成了化学键，增强了二氧化硅填料与聚丙烯之间的界面相互作用力，进而进一步改善了二氧化硅填料和聚丙烯的相容性，从而提高了弹性体的韧性性能。
另一方面，本申请提供的一种高韧性热塑性弹性体的制备方法，采用如下的技术方案：
一种高韧性热塑性弹性体的制备方法，包括如下步骤：
S1、将聚丙烯、二氧化硅填料、改性黄麻纤维混合后，搅拌均匀，制得混合物；
S2、将混合物进行挤出，制得初生物料，再将初生物料进行干燥，制得弹性体。
作为优选，所述步骤S2中的挤出温度为150-160℃。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.二氧化硅填料与改性黄麻纤维之间存在协同配合作用，对于提高弹性体韧性具有一加一大于二的积极作用；另外二氧化硅填料可以对弹性体上的孔隙结构进行填充，从而提高了弹性体的韧性。
2.二氧化硅填料经过硅烷偶联剂改性后，二氧化硅填料表面接枝有烷基链，可以有效减小二氧化硅粒子之间的团聚，提高了二氧化硅填料在体系中的相容性。
具体实施方式
实施例1
改性黄麻纤维包括以下重量的原料：黄麻纤维1000g，果胶酶5g。
改性黄麻纤维的制备方法，包括如下步骤：
将柠檬酸和柠檬酸钠添加于3000g去离子水中，直至pH为3.5，再加热至50℃后加入果胶酶，当果胶酶完全溶解后加入粒径为4-6mm的黄麻纤维，处理5h，且每隔20min搅拌一次，处理完成后，进行过滤，然后用去离子水对初步处理后的黄麻纤维进行清洗，清洗完成后，放入70℃的真空干燥箱中干燥24h，制得改性黄麻纤维。
一种高韧性热塑性弹性体包括以下重量的原料：聚丙烯1600g，二氧化硅填料420g，改性黄麻纤维80g。
高韧性热塑性弹性体的制备方法，包括如下步骤：
S1、将聚丙烯、二氧化硅填料、改性黄麻纤维混合后，搅拌均匀，制得混合物；
S2、将混合物加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出温度为155℃，转动速度为120rpm/min，制得初生物料，再将初生物料放入110℃的鼓风干燥箱内干燥2h，制得弹性体。
其中二氧化硅填料的粒径为40-80nm。
实施例2
改性黄麻纤维包括以下重量的原料：黄麻纤维1000g，果胶酶3g。
改性黄麻纤维的制备方法，包括如下步骤：
将柠檬酸和柠檬酸钠添加于3000g去离子水中，直至pH为3，再加热至50℃后加入果胶酶，当果胶酶完全溶解后加入粒径为4-6mm的黄麻纤维，处理5h，且每隔20min搅拌一次，处理完成后，进行过滤，然后用去离子水对初步处理后的黄麻纤维进行清洗，清洗完成后，放入70℃的真空干燥箱中内干燥24h，制得改性黄麻纤维。
一种高韧性热塑性弹性体包括以下重量的原料：聚丙烯1550g，二氧化硅填料380g，改性黄麻纤维60g。
高韧性热塑性弹性体的制备方法，包括如下步骤：
S1、将聚丙烯、二氧化硅填料、改性黄麻纤维混合后，搅拌均匀，制得混合物；
S2、将混合物加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出温度为150℃，转动速度为125rpm/min，制得初生物料，再将初生物料放入110℃的鼓风干燥箱内干燥2h，制得弹性体。
其中二氧化硅填料的粒径为40-80nm。
实施例3
改性黄麻纤维包括以下重量的原料：黄麻纤维1000g，果胶酶7g。
改性黄麻纤维的制备方法，包括如下步骤：
将柠檬酸和柠檬酸钠添加于3000g去离子水中，直至pH为4，再加热至50℃后加入果胶酶，当果胶酶完全溶解后加入粒径为4-6mm的黄麻纤维，处理5h，且每隔20min搅拌一次，处理完成后，进行过滤，然后用去离子水对初步处理后的黄麻纤维进行清洗，清洗完成后，放入70℃的真空干燥箱中干燥24h，制得改性黄麻纤维。
一种高韧性热塑性弹性体包括以下重量的原料：聚丙烯1650g，二氧化硅填料460g，改性黄麻纤维100g。
高韧性热塑性弹性体的制备方法，包括如下步骤：
S1、将聚丙烯、二氧化硅填料、改性黄麻纤维和催化剂混合后，搅拌均匀，制得混合物；
S2、将混合物加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出温度为160℃，转动速度为115rpm/min，制得初生物料，再将初生物料放入110℃的鼓风干燥箱内干燥2h，制得弹性体。
其中二氧化硅填料的粒径为40-80nm。
实施例4
实施例4和实施例1的区别在于：黄麻纤维1048.95g，果胶酶1.05g。
实施例5
实施例5和实施例1的区别在于：黄麻纤维1040.63g，果胶酶9.37g。
实施例6
实施例6和实施例1的区别在于：二氧化硅填料是经改性处理后得到，且二氧化硅填料的改性处理方法如下：
先将50g硅烷偶联剂添加于500g去离子水中，在30℃下水解30min，制得硅烷偶联剂水解液，再将硅烷偶联剂水解液分三次(间隔40min)添加于100g加热至120℃的二氧化硅填料中发生反应，反应结束后进行过滤，再对滤渣用乙醇洗涤三次，最后放入105℃的鼓风干燥箱内干燥3h，制得改性处理后的二氧化硅填料。
实施例7
实施例7和实施例6的区别在于：硅烷偶联剂40g，二氧化硅填料100g。
实施例8
实施例8和实施例6的区别在于：硅烷偶联剂60g，二氧化硅填料100g。
实施例9
实施例9和实施例6的区别在于：硅烷偶联剂25g，二氧化硅填料125g。
实施例10
实施例10和实施例6的区别在于：硅烷偶联剂66.7g，二氧化硅填料83.3g。
实施例11
实施例11和实施例6的区别在于：弹性体中还包括聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯180g。
一种高韧性热塑性弹性体包括以下重量的原料：聚丙烯1600g，二氧化硅填料420g，改性黄麻纤维80g。
高韧性热塑性弹性体的制备方法，包括如下步骤：
S1、将聚丙烯、二氧化硅填料、改性黄麻纤维和聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯混合后，搅拌均匀，制得混合物；
S2、将混合物加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出温度为155℃，转动速度为120rpm/min，制得初生物料，再将初生物料放入110℃的鼓风干燥箱内干燥2h，制得弹性体。
实施例12
实施例12和实施例11的区别在于：聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯150g。
实施例13
实施例13和实施例11的区别在于：聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯200g。
对比例1
对比例1和实施例1的区别在于：弹性体中未添加二氧化硅填料。
对比例2
对比例2和实施例1的区别在于：弹性体中未添加改性黄麻纤维。
对比例3
对比例3和实施例1的区别在于：弹性体中用等量的黄麻纤维替换改性黄麻纤维。
性能检测
对实施例1-13和对比例1-3所制备的弹性体放置在常温下24h，待弹性体性能完全稳定后，测试弹性体的力学性能。
拉伸强度：按GB/T1447-2005标准进行测定，结果如表1所示。
弯曲强度：按GB/T1449-2005标准进行测定，结果如表1所示。
表1
| 样品 | 拉伸强度(MPa) | 弯曲强度(MPa) |
| 实施例1 | 33.7 | 38.9 |
| 实施例2 | 33.3 | 38.2 |
| 实施例3 | 33.5 | 38.4 |
| 实施例4 | 31.9 | 36.8 |
| 实施例5 | 32..2 | 37.1 |
| 实施例6 | 36.9 | 42.3 |
| 实施例7 | 36.7 | 41.8 |
| 实施例8 | 36.5 | 42.1 |
| 实施例9 | 35.2 | 40.9 |
| 实施例10 | 35.4. | 41.1 |
| 实施例11 | 40.1 | 46.7 |
| 实施例12 | 39.8 | 46.2 |
| 实施例13 | 39.7 | 46.5 |
| 对比例1 | 25.2 | 28.2 |
| 对比例2 | 24.7 | 28.9 |
| 对比例3 | 29.4 | 33.2 |
数据分析
具体结合实施例1-3和实施例6-8的试验结果来看，实施例1-3的拉伸强度为33.3-33.7MPa、弯曲强度为38.2-38.9MPa，实施例6-8的拉伸强度为36.5-36.9MPa、弯曲强度为41.8-42.3MPa；从而可以看出实施例6-8的韧性优于实施例1-3，分析如下，实施例6-8和实施例1-3的区别之处在于：二氧化硅填料是经改性处理后制得，因此验证了接枝有烷基链的二氧化硅填料在体系中具有较好的分散性，从而提高了二氧化硅填料添加在体系中的增韧作用。
具体结合实施例6-8和实施例11-13的试验结果来看，实施例6-8的拉伸强度为36.5-36.9MPa、弯曲强度为41.8-42.3MPa，实施例11-13的拉伸强度为39.7-40.1MPa、弯曲强度为46.2-46.7MPa，从而可以看出实施例11-13的韧性优于实施例6-8；分析如下，实施例11-13和实施例6-8的区别之处在于：改性后处理后的二氧化硅填料和聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯之间协同作用提高了二氧化硅填料和聚丙烯之间的相容性。
具体结合实施例1和对比例1的试验结果来看，实施例1制得的弹性体的韧性优于对比例1制得的弹性体的韧性，说明二氧化硅填料的加入能够提高弹性体的韧性。充分验证了添加二氧化硅填料对孔隙具有填充作用的效果。
具体结合实施例1和对比例2的试验结果来看，实施例1制得的弹性体的韧性优于对比例2制得的弹性体的韧性，说明改性黄麻纤维的加入能够提高弹性体的韧性。
具体结合实施例1和对比例3的试验结果来看，实施例1制得的弹性体的韧性优于对比例3制得的弹性体的韧性，说明黄麻纤维改性后，能够提高弹性体的韧性。充分验证了黄麻纤维表面的粗糙度和表面积增加后对黄麻纤维和聚丙烯之间的结合具有积极意义。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (8)
1.一种高韧性热塑性弹性体，其特征在于：包括以下质量份数的原料：聚丙烯155-165份，二氧化硅填料38-46份，改性黄麻纤维6-10份；
所述改性黄麻纤维的制备方法，包括如下步骤：
将柠檬酸和柠檬酸钠添加于去离子水中，直至pH为3-4，再加入果胶酶，当果胶酶完全溶解后加入黄麻纤维，进行搅拌，最后依次进行过滤、清洗、干燥，制得改性黄麻纤维。
2.根据权利要求1所述的一种高韧性热塑性弹性体，其特征在于：所述黄麻纤维和果胶酶的质量比为1:（0.003-0.007）。
3.根据权利要求1所述的一种高韧性热塑性弹性体，其特征在于：所述二氧化硅填料是经改性处理后得到，且所述二氧化硅填料的改性处理方法如下：
先将硅烷偶联剂添加于去离子水中发生反应，制得硅烷偶联剂水解液，再将硅烷偶联剂水解液添加于加热后的二氧化硅填料中发生反应，反应结束后依次进行过滤、清洗、干燥，制得改性处理后的二氧化硅填料。
4.根据权利要求3所述的一种高韧性热塑性弹性体，其特征在于：所述二氧化硅填料和硅烷偶联剂的质量比为1:（0.4-0.6）。
5.根据权利要求3所述的一种高韧性热塑性弹性体，其特征在于：所述硅烷偶联剂为KH-550。
6.根据权利要求3所述的一种高韧性热塑性弹性体，其特征在于：所述弹性体中还包括聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯15-20份。
7.根据权利要求1所述的一种高韧性热塑性弹性体的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、将聚丙烯、二氧化硅填料、改性黄麻纤维混合后，搅拌均匀，制得混合物；
S2、将混合物进行挤出，制得初生物料，再将初生物料进行干燥，制得弹性体。
8.根据权利要求7所述的一种高韧性热塑性弹性体的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中的挤出温度为150-160℃。
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