CN1286857C - 无机填料填充高分子材料的方法 - Google Patents
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Abstract
无机填料填充高分子材料的方法，其特征在于100重量份的无机填料与可聚合单体2～15重量份、引发剂0.1～1重量份混合加热进行聚合反应，聚合反应后粉碎得到包覆材料，包覆材料与高分子树脂熔融塑化。由于无机材料与有机材料相容性极差，存在界面之间的结合问题，所以有机高分子材料中大量填加无机填料时，对有机高分子材料的力学性能影响极大，虽然赋予了有机高分子材料一些特殊性能，但由于影响了其力学性能，往往导致有机高分子材料不能使用。本发明是利用单体可聚合的性质给无机填料穿上一层有机“外衣”，得到的这种包覆材料可以很好与有机高分子材料结合，解决了无机材料与有机材料的界面问题，因此在赋予有机高分子材料特殊性能的同时，而不影响其力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及无机填料填充高分子材料时，无机填料首先被有机单体包覆的方法。
背景技术
高分子材料包括聚乙烯、聚丙烯、ABS、聚氯乙烯、聚苯乙烯等由单体经过聚合而成的分子量比较大的聚合物。用无机材料(填料)填充高分子材料，可以赋予高分子材料一些特殊性能，如阻燃性能、抗静电性能、刚性，可以用于制作电缆外护套、装修材料、包装材料、管材、家用电器外壳等等，并能降低成本。传统的方法是利用偶联剂处理无机填料，再与高分子材料共混，但是这种处理方法只是在无机填料的表面的几个点与高分子材料结合，即它们之间的界面结合不好，影响了高分子材料的机械性能，如强度低、韧性不好等。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种无机填料填充高分子材料的方法，使无机填料穿上一层“有机外衣”，与高分子材料很好地结合。
本发明的无机填料填充高分子材料的方法，其特征在于100重量份的无机填料与可聚合单体2～15重量份、引发剂0.1～1重量份混合加热进行聚合反应，聚合反应后粉碎得到包覆材料，包覆材料与高分子树脂熔融塑化。所述可聚合单体为与高分子树脂能够相容的有机单体。
聚合反应温度一般为50～95℃，聚合反应时间一般在2～4小时。
本发明所述的无机填料同已有技术所采取的各种物质，如碳酸钙、滑石粉、氢氧化镁、氢氧化铝等，选取哪一种物质，可以根据用途而定，这些均属于公知技术。例如，用氢氧化铝(镁)填充聚乙烯(或聚丙烯或三元乙丙橡胶)，具有阻燃性能，可以用于生产电缆护套、阻燃装饰材料；用碳酸钙填充PVC或氯化聚乙烯，具有较高的拉伸强度，可以用于生产电缆料、软管、汽车用密封条等；用导电碳黑填充聚乙烯，具有抗静电性能，可以用于生产抗静电矿用管材等。
所述可聚合单体是指与被填充的高分子树脂相容的单体材料，包括丙烯酸、丙烯酸酯类(如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯)、马来酸酐、丙烯腈、苯乙烯等含有双键的单体。可聚合单体包覆在无机填料表面，可与高分子材料很好地结合。
所述引发剂的作用是引起可聚合单体发生聚合反应，包括各类过氧化物(如过氧化二异丙苯、二叔丁基过氧化物)、氧化亚铁、过硫酸盐(如过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠)等。
本发明得到的包覆材料与基础树脂(高分子材料树脂)熔融、塑化、造粒可得到功能性母料。功能性母料特别指出的是阻燃母料和抗静电母料，对这些母料的主要原料组成来说，本发明未改变，只是改变了无机填料的加入方式，以包覆材料的形式与高分子材料熔融、共混。如按重量百分数，包覆材料80～85％与1～3％的分散剂(如聚乙烯蜡、油酸酰胺、芥酸酰胺)、余量的基础树脂等在双螺杆挤出机中挤出、熔融、塑化、造粒而成为阻燃母料。包覆材料50～80％与3～5％的润滑剂(如液体石蜡、聚乙烯蜡)及余量的基础树脂等在双螺杆挤出机中挤出、熔融、塑化、造粒而成为抗静电母料。
由于无机材料与有机材料相容性极差，存在界面之间的结合问题，所以有机高分子材料中大量填加无机填料时，对有机高分子材料的力学性能影响极大，虽然赋予了有机高分子材料一些特殊性能，但由于影响了其力学性能，往往导致有机高分子材料不能使用。本发明是利用单体可聚合的性质给无机填料穿上一层有机“外衣”，得到的这种包覆材料可以很好与有机高分子材料结合，解决了无机材料与有机材料的界面问题，因此在赋予有机高分子材料特殊性能的同时，而不影响其力学性能(主要表现在强度和韧性上，而且提高无机填料在高分子材料中的分散性，从而增强其效果)。
具体实施方式
实施例一：
100重量份的氢氧化铝或氢氧化镁(细度大于325目)与5重量份的丙烯酸丁酯、0.1重量份的过硫酸铵一同加入反应釜中，然后加入二倍重量的水，加热到50℃边搅拌边反应，反应完毕，烘干除去水分，粉碎得到包覆材料。
把上述包覆材料的80％(重量百分数)与18％的聚乙烯、2％的聚乙烯蜡在直径为75毫米，长径比为36∶1的同向积木式双螺杆挤出机中塑化造粒，挤出机各段温度在120~150℃之间。造粒后得到无公害阻燃母料。
实施例二：
100重量份的导电碳黑、4重量份的液体石蜡与10重量份的丙烯酸乙酯、0.1重量份的过硫酸铵一同加入反应釜中，然后加入五倍重量的水，加热到50℃边搅拌边反应，反应完毕，烘干除去水分，粉碎得到包覆导电碳黑的材料，这种导电碳黑在塑料中极易分散，对材料的性能影响小。
把上述包覆材料的50％(重量百分数)加3％的聚乙烯蜡、47％的聚乙烯经实施例一方式的双螺杆挤出机塑化造粒成为抗静电母料。
对比例一：
按照实施例一填充同样的无机填料，采用常用的偶联剂的方法，用同样的聚乙烯，得到的无机填料高分子材料，拉伸强度仅为5Mpa，伸长率仅为80％。而采用实施例一得到的高分子材料的拉伸强度达到13Mpa，伸长率为500％。
对比例二：
利用通常的偶联剂方法添加导电碳黑得到的高分子材料的拉伸强度仅为9Mpa，伸长率仅为250％。而采用实施例二得到的抗静电高分子材料的拉伸强度达到18.5Mpa，伸长率为750％。
实施例三：
100重量份的氢氧化镁与2重量份的苯乙烯、0.5重量份的过硫酸钾按照实施例一的方法得到包覆氢氧化镁的包覆材料。
把上述包覆材料的80％(重量百分数)与16％的ABS(SBS或聚苯乙烯)、4％的聚乙烯蜡在直径为75毫米，长径比为36∶1的同向积木式双螺杆挤出机中塑化造粒，造粒后得到阻燃母料。
以该实施例得到的母料和十溴联苯醚以及三氧化二锑一起加入ABS中生产的制品(如管材)，提高了冲击强度，可以达到13KJ/m2，而利用已有技术方式生产的制品的冲击强度仅为7KJ/m2。
实施例四：
100重量份的三氧化二锑与8重量份的丙烯酸甲酯、1重量份的过硫酸钠按照实施例一的方法得到包覆三氧化二锑的包覆材料。
把上述包覆材料的80％(重量百分数)与18％的ABS(或聚苯乙烯)、2％的聚乙烯蜡在直径为75毫米，长径比为36∶1的同向积木式双螺杆挤出机中塑化造粒，造粒后得到包覆阻燃母料。
以该实施例得到的母料加入到PVC原料中生产的制品(如汽车用密封条)提高了阻燃效果，氧指数为31，而利用已有技术方式生产的制品的氧指数为26。
Claims (4)
1、无机填料填充高分子材料的方法，其特征在于100重量份的无机填料与可聚合单体2～15重量份、引发剂0.1～1重量份混合，加入溶剂水加热进行溶液聚合反应，聚合反应后烘干除去水，然后粉碎得到包覆材料，包覆材料与高分子树脂熔融塑化，所述可聚合单体为与高分子树脂相容的有机单体。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于聚合反应温度为50～95℃。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述可聚合单体包括丙烯酸、丙烯酸酯类、马来酸酐、丙烯腈或苯乙烯。
4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述引发剂包括过氧化物、氧化亚铁或过硫酸盐。
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