CN117024881A - 一种防腐耐磨复合pp材料及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本申请属于塑料领域，具体涉及一种防腐耐磨复合PP材料及其制备工艺。该复合PP材料包括如下组分，以重量份计：PP树脂60‑90份、芳香族聚合物8‑12份、纳米氧化锌3‑8份、硫醇类氧化剂1‑3份、金属添加剂0‑3份、塑化剂2‑7份、增强剂3‑7份；本申请在制备过程中，使金属颗粒在材料流中沉积在表面部分，进而形成一层金属化的外表面，起到一个屏障的作用，延缓了材料的腐蚀和磨损；将芳香族聚合物、纳米氧化锌、硫醇类氧化物这三种添加剂与PP材料共混，可以实现多种性能的综合提升，硫醇类氧化剂的加入可以增强PP材料的耐候性和耐热性，减缓材料老化和降解的速度，从而提高耐腐蚀性，且三者的协同效应提高了耐腐蚀性和耐磨性。
Description
技术领域
本申请属于塑料领域，具体涉及一种防腐耐磨复合PP材料及其制备工艺。
背景技术
聚丙烯（Polypropylene，简称PP）是一种常见的聚合物材料，属于热塑性塑料，具有广泛的应用领域。PP是一种由丙烯单体聚合而成的聚合物，其化学结构中的碳和氢元素构成了材料的主要组成部分，PP的分子结构使其具有良好的耐化学性，能够抵抗许多溶剂和腐蚀性化学物质的侵蚀。其次，PP是一种热塑性塑料，意味着它可以在一定的温度范围内被加热、塑形和冷却，而且可以重复进行这个过程，而不会发生化学变化。再次，PP材料具有良好的机械性能，包括高强度、刚度和耐冲击性，它的物理性能使其在制造各种零部件、容器和用具时非常实用。此外，PP材料还具有低密度、耐高温、电绝缘性、化学稳定性以及可回收性。总之，聚丙烯（PP）材料由于其良好的化学性质、机械性能和适应性，在众多应用领域都具有重要地位，为各种产品的制造提供了可靠的材料基础。
现有技术（公告号：CN101381492B ）公开了一种复合聚丙烯材料，该复合聚丙烯材料含有聚丙烯树脂、玻璃纤维和抗氧剂，其中，所述玻璃纤维的纤维长度为 0.4-1mm。
虽然上述专利提供的复合聚丙烯材料的力学性能例如拉伸强度、冲击强度、弯曲强度和弯曲模量处于短玻璃纤维增强的聚丙烯材料与长玻璃纤维增强的聚丙烯材料的力学性能之间，兼备了较好的力学性能以及较低的制备成本，但是硬度和刚性使得与其混合的PP复合材料在加工过程中更加脆性，容易出现碎裂、断裂等问题，进而导致PP复合材料的防腐耐磨性能下降，鉴于此，我们提出一种防腐耐磨复合PP材料及其制备工艺。
发明内容
为了改善相关技术中的问题，本申请提供一种防腐耐磨复合PP材料及其制备工艺，实现防腐耐磨的目的，且制备方法简单便捷，填补了现有技术的空缺。
第一方面，本申请提供一种防腐耐磨复合PP材料，采用如下的技术方案：
一种防腐耐磨复合PP材料，包括如下组分，以重量份计：
PP树脂60-90份、芳香族聚合物8-12份、纳米氧化锌3-8份、硫醇类氧化剂1-3份、金属添加剂0-3份、塑化剂2-7份、增强剂3-7份。
作为方案的进一步优化，该复合PP材料包括如下组分，以重量份计：PP树脂65-75份、芳香族聚合物9-11份、纳米氧化锌5-7份、硫醇类氧化剂2-2.5份、金属添加剂2-3份、塑化剂4-6份、增强剂4-6份。
作为方案的进一步优化，该复合PP材料包括如下组分，以重量份计：PP树脂70份、芳香族聚合物10份、纳米氧化锌5份、硫醇类氧化剂2份、金属添加剂3份、塑化剂5份、增强剂5份。
作为方案的进一步优化，所述芳香族聚合物为聚苯硫醚、苯酚中任意一种，所述硫醇类氧化剂为二丙基硫化钨、硫醇酸中任意一种，所述金属添加剂为颗粒状氧化铜，所述增强剂为玻璃纤维。
第二方面，本申请提供一种防腐耐磨复合PP材料的制备工艺，采用如下的技术方案：
一种防腐耐磨复合PP材料的制备工艺，包括如下步骤：
S1、表面处理：清洁PP树脂表面，去除尘土、油脂杂质，使用化学活化剂或等离子体处理方法，增加PP表面的活性和亲和性；
S2、金属化层前处理：将经过表面处理的PP树脂浸泡在活化剂中，以提高金属颗粒的附着性；
S3、配料准备：按照设计配方，准备PP树脂、硫醇类氧化剂、芳香族聚合物、纳米氧化锌、金属添加剂、塑化剂和增强剂；
S4、混合：将PP树脂、硫醇类氧化剂、芳香族聚合物和纳米氧化锌配料加入高效混合设备中形成分布均匀的混合物，加热温度为60-120℃，混合时间为5-30min；
S5、挤出：将混合物送入挤出机，各区温度为170-230℃和机头温度为180-240℃，主机转速为180-510r/min，以保持材料均匀的流动；
S6、金属化层形成：采用上下双层输出路径的挤出头，且上层输出路径较短，使得携带少量金属颗粒的熔融塑料溶液先流出形成芯层，携带大量金属颗粒的熔融塑料溶液后流出，并趋向外表面形成金属化外层；
S7、冷却和固化：将挤出的复合材料经过冷却，促使材料固化和稳定；
S8、后处理：切割、成型，以得到所需的材料形状。
作为方案的进一步优化，步骤S3中的金属添加剂为颗粒状且粒子直径为10-100nm。
作为方案的进一步优化，步骤S1中的PP树脂为聚丙烯。
作为方案的进一步优化，步骤S1中的活化剂为乙二胺磷酸。
本申请具有以下有益效果：
1、本申请通过硫醇类氧化剂、芳香族聚合物和纳米氧化锌与PP材料进行共混制得复合PP材料，实现了防腐耐磨的目的，作用机制如下：
硫醇类氧化剂可以作为抗氧化剂和耐热剂，有助于保护材料免受氧化和高温影响，在共混中加入硫醇类氧化剂，可以增强PP材料的耐候性和耐热性，减缓材料老化和降解的速度，从而提高耐腐蚀性，具体作用机制为：硫醇类抗氧化剂能够与自由基发生反应，从而中断自由基链式反应，阻止氧化反应的持续进行；硫醇类抗氧化剂可以作为还原剂，将氧化的分子还原回较稳定的状态，从而减少氧化反应的进行；一些硫醇类抗氧化剂具有螯合金属离子的能力，阻止金属催化剂对氧化反应的促进作用；硫醇类抗氧化剂可以与羟基自由基发生反应，从而防止自由基进一步反应并引发链式氧化反应；
芳香族聚合物通常具有较好的耐化学性和耐热性，可以增强PP材料的整体性能，添加芳香族聚合物可以提高PP材料的耐腐蚀性，使其能够更好地抵抗化学介质的侵蚀，具体作用机制为：芳香族聚合物与聚丙烯在分子结构上存在差异，通过合理调控共混比例和加工条件，可以形成良好的界面相互作用，提高共混材料的性能；通过芳香族聚合物的优异性能，可以在共混体系中综合优化材料的性能，使其在多方面具备良好的表现；
纳米氧化锌颗粒具有较大的比表面积，可以提供更多的反应表面，有助于与环境中的化学物质发生反应，形成致密的氧化物保护膜，从而降低腐蚀的发生，同时，纳米氧化锌的颗粒分散在PP材料中，可以增加材料的硬度和耐磨性；
以上为各组分的单独作用机制。此外，硫醇类氧化剂和纳米氧化锌的相互配合可以在共混复合材料中实现协同效应，进一步提高材料的耐腐蚀性和耐磨性，具体作用机制为：硫醇类氧化剂在共混材料中可以作为抗氧化剂，帮助抑制材料的氧化和老化过程，纳米氧化锌具有优异的抗氧化性能，能够有效地捕捉自由基，减缓材料的氧化反应，将这两种抗氧化剂结合使用，可以协同作用，提高材料的耐候性，延长其使用寿命，从而增强耐腐蚀性；纳米氧化锌作为金属氧化物，可以在材料表面形成一层致密的氧化物膜，有效阻止腐蚀介质的渗透，硫醇类氧化剂可以进一步促进氧化锌层的生成，增强其防腐蚀性能，此外，氧化锌也能够中和酸性环境，减少酸性介质对材料的侵蚀，因此，硫醇类氧化剂和纳米氧化锌的结合可以在耐腐蚀性方面产生协同效应，提高材料在腐蚀环境下的稳定性；纳米氧化锌在材料中具有良好的填充效应和强度增强作用，可以提高材料的硬度和耐磨性，硫醇类氧化剂通过增强材料的抗老化性能，减缓材料的劣化，间接地提高了材料的耐磨性，因此，硫醇类氧化剂和纳米氧化锌的结合可以协同作用，使材料更能抵抗磨损和损伤；
同样，芳香族化合物和纳米氧化锌的相互配合也可以在共混复合材料中实现协同效应，具体作用机制为：芳香族化合物通常具有良好的抗氧化性能，可以在共混材料中充当抗氧化剂，而纳米氧化锌同样具有优异的抗氧化性能，能够有效地捕捉自由基，减缓材料的氧化反应，将这两种抗氧化剂结合使用，可以协同作用，增强材料的耐候性，减少氧化反应的发生，从而提高耐腐蚀性；纳米氧化锌作为金属氧化物，可以在材料表面形成一层致密的氧化物膜，有效阻止腐蚀介质的渗透，芳香族化合物在材料中可以提供额外的隔离层，进一步降低腐蚀介质对材料的接触，从而增强耐腐蚀性；芳香族化合物通常具有较高的分子量和坚硬的结构，可以在材料中起到填充和增强作用，从而提高材料的硬度和耐磨性，而纳米氧化锌通过增强材料的强度和硬度，同样可以提高材料的耐磨性，将这两种增强因素结合使用，可以协同作用，使材料更能抵抗磨损和损伤。
本申请通过在制备过程中，使金属颗粒在材料流中沉积在表面部分，进而形成一层金属化的外表面，金属化层可以在PP材料表面形成一个物理隔离层，阻止外界的腐蚀介质和磨损物质与基材直接接触，同时，金属化层能够在材料受到外界环境影响时起到一个屏障的作用，从而延缓材料的腐蚀和磨损，此外，金属化层中的金属颗粒能够承受外界的压力，从而减缓材料的磨损。
通过将芳香族聚合物、纳米氧化锌、硫醇类氧化物这三种添加剂与PP材料共混，可以实现多种性能的综合提升；硫醇类氧化剂和芳香族聚合物的耐化学性和耐热性有助于提高材料的耐腐蚀性，而纳米氧化锌的加入则进一步增强了材料的耐腐蚀性和耐磨性；且三者配合相互配合能够在共混材料中实现多方面的协同效应，提高耐腐蚀性和耐磨性。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
实施例：
实施例1
一种防腐耐磨复合PP材料，包括如下组分，以重量份计：PP树脂70份、聚苯硫醚10份、纳米氧化锌5份、二丙基硫化物2份、颗粒状氧化铜3份、邻苯二甲酸酯5份、玻璃纤维5份。
实施例2
一种防腐耐磨复合PP材料，包括如下组分，以重量份计：PP树脂70份、苯酚10份、纳米氧化锌5份、硫醇酸2份、颗粒状氧化铜3份、邻苯二甲酸酯5份、玻璃纤维5份。
实施例3
一种防腐耐磨复合PP材料，包括如下组分，以重量份计：PP树脂70份、纳米氧化锌5份、二丙基硫化物2份、颗粒状氧化铜3份、邻苯二甲酸酯5份、玻璃纤维5份。
实施例4
一种防腐耐磨复合PP材料，包括如下组分，以重量份计：PP树脂70份、聚苯硫醚10份、二丙基硫化物2份、颗粒状氧化铜3份、邻苯二甲酸酯5份、玻璃纤维5份。
实施例5
一种防腐耐磨复合PP材料，包括如下组分，以重量份计：PP树脂70份、聚苯硫醚10份、纳米氧化锌5份、颗粒状氧化铜3份、邻苯二甲酸酯5份、玻璃纤维5份。
实施例6
一种防腐耐磨复合PP材料，包括如下组分，以重量份计：PP树脂70份、聚苯硫醚10份、纳米氧化锌5份、二丙基硫化物2份、邻苯二甲酸酯5份、玻璃纤维5份。
实验例1
本实验例为本申请的耐腐蚀性能和耐磨性能的测试实验。如表1所示。
表1
因此，结合各实施例和检测数据可得，本申请复合PP材料的具有良好的防腐耐磨功能。
实施例7
制备防腐耐磨复合PP材料的组分按照重量份计：PP树脂70份、聚苯硫醚10份、纳米氧化锌5份、二丙基硫化物2份、颗粒状氧化铜3份、塑化剂5份、玻璃纤维5份。
一种防腐耐磨复合PP材料的制备工艺，包括如下步骤：
S1、表面处理：清洁PP树脂表面，去除尘土、油脂杂质，使用等离子体处理方法，增加PP表面的活性和亲和性；
S2、金属化层前处理：将经过表面处理的PP树脂浸泡在乙二胺磷酸中，以提高金属颗粒的附着性；
S3、配料准备：按照设计配方，准备PP树脂、硫醇类氧化剂、芳香族聚合物、纳米氧化锌、金属添加剂、塑化剂和增强剂；
S4、混合：将PP树脂、硫醇类氧化剂、芳香族聚合物和纳米氧化锌配料加入高效混合设备中形成分布均匀的混合物，加热温度为120℃，混合时间为30min；
S5、挤出：将混合物送入挤出机，各区温度为200℃和机头温度为220℃，主机转速为465r/min，以保持材料均匀的流动；
S6、金属化层形成：采用常规的挤出头，且上层输出路径较短，使得携带少量金属颗粒的熔融塑料溶液先流出形成芯层，携带大量金属颗粒的熔融塑料溶液后流出，并趋向外表面形成金属化外层；
S7、冷却和固化：将挤出的复合材料经过冷却，促使材料固化和稳定；
S8、后处理：切割、成型，以得到所需的材料形状。
其中，步骤S3中的金属添加剂为颗粒状且粒子直径为10-100nm。
步骤S1中的PP树脂为聚丙烯。
实施例8
制备防腐耐磨复合PP材料的组分按照重量份计：PP树脂70份、苯酚10份、纳米氧化锌5份、硫醇酸2份、颗粒状氧化铜3份、塑化剂5份、玻璃纤维5份。
一种防腐耐磨复合PP材料的制备工艺，包括如下步骤：
S1、表面处理：清洁PP树脂表面，去除尘土、油脂杂质，使用等离子体处理方法，增加PP表面的活性和亲和性；
S2、金属化层前处理：将经过表面处理的PP树脂浸泡在乙二胺磷酸中，以提高金属颗粒的附着性；
S3、配料准备：按照设计配方，准备PP树脂、硫醇类氧化剂、芳香族聚合物、纳米氧化锌、金属添加剂、塑化剂和增强剂；
S4、混合：将PP树脂、硫醇类氧化剂、芳香族聚合物和纳米氧化锌配料加入高效混合设备中形成分布均匀的混合物，加热温度为120℃，混合时间为30min；
S5、挤出：将混合物送入挤出机，各区温度为200℃和机头温度为220℃，主机转速为465r/min，以保持材料均匀的流动；
S6、金属化层形成：采用常规的挤出头，且上层输出路径较短，使得携带少量金属颗粒的熔融塑料溶液先流出形成芯层，携带大量金属颗粒的熔融塑料溶液后流出，并趋向外表面形成金属化外层；
S7、冷却和固化：将挤出的复合材料经过冷却，促使材料固化和稳定；
S8、后处理：切割、成型，以得到所需的材料形状。
其中，步骤S3中的金属添加剂为颗粒状且粒子直径为10-100nm。
步骤S1中的PP树脂为聚丙烯。
实施例9
S1、表面处理：清洁PP树脂表面，去除尘土、油脂杂质，使用等离子体处理方法，增加PP表面的活性和亲和性；
S2、金属化层前处理：将经过表面处理的PP树脂浸泡在乙二胺磷酸中，以提高金属颗粒的附着性；
S3、配料准备：按照设计配方，准备PP树脂、硫醇类氧化剂、芳香族聚合物、纳米氧化锌、金属添加剂、塑化剂和增强剂；
S4、混合：将PP树脂、硫醇类氧化剂、芳香族聚合物和纳米氧化锌配料加入高效混合设备中形成分布均匀的混合物，加热温度为120℃，混合时间为30min；
S5、挤出：将混合物送入挤出机，各区温度为200℃和机头温度为220℃，主机转速为465r/min，以保持材料均匀的流动；
S6、金属化层形成：采用常规的挤出头挤出复合PP材料；
S7、冷却和固化：将挤出的复合材料经过冷却，促使材料固化和稳定；
S8、后处理：切割、成型，以得到所需的材料形状。
其中，步骤S3中的金属添加剂为颗粒状且粒子直径为10-100nm。
步骤S1中的PP树脂为聚丙烯。
实验例2
本实验例为本申请的耐腐蚀性能和耐磨性能的测试实验。如表2所示。
表2
因此，结合各实施例和检测数据可得，将硫醇类氧化剂、芳香族聚合物和纳米氧化锌与PP材料共混，并使金属化层位于材料外侧，可以提高复合PP材料的耐腐蚀和耐磨性能。
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，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (7)
1.一种防腐耐磨复合PP材料，其特征在于，包括如下组分，以重量份计：
PP树脂60-90份、芳香族聚合物8-12份、纳米氧化锌3-8份、硫醇类氧化剂1-3份、金属添加剂0-3份、塑化剂2-7份、增强剂3-7份。
2.根据权利要求1所述的一种防腐耐磨复合PP材料，其特征在于，包括如下组分，以重量份计：
PP树脂65-75份、芳香族聚合物9-11份、纳米氧化锌5-7份、硫醇类氧化剂2-2.5份、金属添加剂2-3份、塑化剂4-6份、增强剂4-6份。
3.根据权利要求1所述的一种防腐耐磨复合PP材料，其特征在于：包括如下组分，以重量份计：
PP树脂70份、芳香族聚合物10份、纳米氧化锌5份、硫醇类氧化剂2份、金属添加剂3份、塑化剂5份、增强剂5份。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种防腐耐磨复合PP材料，其特征在于，所述芳香族聚合物为聚苯硫醚、苯酚中任意一种，所述硫醇类氧化剂为二丙基硫化钨、硫醇酸中任意一种，所述金属添加剂为颗粒状氧化铜，所述增强剂为玻璃纤维，所述塑化剂为邻苯二甲酸酯。
5.一种权利要求1-3任意一项所述的防腐耐磨复合PP材料的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1、表面处理：清洁PP树脂表面，去除尘土、油脂杂质，使用化学活化剂或等离子体处理方法，增加PP表面的活性和亲和性；
S2、金属化层前处理：将经过表面处理的PP树脂浸泡在活化剂中，以提高金属颗粒的附着性；
S3、配料准备：按照设计配方，准备PP树脂、硫醇类氧化剂、芳香族聚合物、纳米氧化锌、金属添加剂、塑化剂和增强剂；
S4、混合：将PP树脂、硫醇类氧化剂、芳香族聚合物和纳米氧化锌配料加入高效混合设备中形成分布均匀的混合物，加热温度为60-120℃，混合时间为5-30min；
S5、挤出：将混合物送入挤出机，各区温度为170-230℃和机头温度为180-240℃，主机转速为180-510r/min，以保持材料均匀的流动；
S6、金属化层形成：采用上下双层输出路径的挤出头，且上层输出路径较短，使得携带少量金属颗粒的熔融塑料溶液先流出形成芯层，携带大量金属颗粒的熔融塑料溶液后流出，并趋向外表面形成金属化外层；
S7、冷却和固化：将挤出的复合材料经过冷却，促使材料固化和稳定；
S8、后处理：切割、成型，以得到所需的材料形状。
6.根据权利要求5所述的一种防腐耐磨复合PP材料的制备工艺，其特征在于：步骤S3中的金属添加剂为颗粒状且粒子直径为10-100nm。
7.根据权利要求5所述的一种防腐耐磨复合PP材料的制备工艺，其特征在于：步骤S1中的PP树脂为聚丙烯。
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| CN202311186664.7A CN117024881A (zh) | 2023-09-14 | 2023-09-14 | 一种防腐耐磨复合pp材料及其制备工艺 |
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Publications (1)
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Citations (1)
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| CN106009312A (zh) * | 2016-07-06 | 2016-10-12 | 江苏金发科技新材料有限公司 | 改性聚丙烯/聚苯乙烯合金材料及其制备方法 |
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2023
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Patent Citations (1)
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| CN106009312A (zh) * | 2016-07-06 | 2016-10-12 | 江苏金发科技新材料有限公司 | 改性聚丙烯/聚苯乙烯合金材料及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 李建军主编: "电气绝缘材料科学与工程", vol. 1, 31 August 1996, 西安交通大学出版社, pages: 144 - 145 * |
| 李建军主编: "紧固件材料手册", vol. 1, 中国轻工业出版社, pages: 497 - 177 * |
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