專利名稱：一種增塑聚丙烯/無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種增塑聚丙烯/無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料，更具體涉及一種增塑聚丙烯/ 無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料的組成和制備方法，屬于高分子共混、高分子成型加工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
聚丙烯(PP)是目前世界上廣泛應(yīng)用的五大通用塑料之一，于1957年開(kāi)始商品化 生產(chǎn)，近年來(lái)發(fā)展迅速。與其它通用塑料相比，聚丙烯具有較好的綜合性能，如相對(duì)密度小， 加工性能優(yōu)良，屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度及彈性模量高，電絕緣性和耐熱性好，連續(xù)使用溫度可 達(dá)120°C，耐應(yīng)力龜裂及耐化學(xué)藥品性能較佳等。但聚丙烯也存在一些不足之處，如低溫沖 擊性差，收縮形變大和耐蠕變性差，使其應(yīng)用范圍受到一定的限制。因此，為了擴(kuò)大聚丙烯 的使用范圍，可采用添加增塑劑、無(wú)機(jī)納米粒子等方法對(duì)其進(jìn)行改性。增塑劑是一種能夠增加聚合物體系塑性的物質(zhì)，其主要作用是削弱聚合物分子之 間的范德華力，從而增加聚合物分子鏈的移動(dòng)性，降低聚合物分子鏈的結(jié)晶性，即增加了聚 合物的塑性，表現(xiàn)為聚合物硬度、模量、軟化溫度和脆化溫度的下降，而伸長(zhǎng)率、撓曲性和柔 韌性提高。通過(guò)增塑劑對(duì)聚丙烯的增塑作用，可以得到具有高抗沖擊性能的改性聚丙烯材 料，同時(shí)也大大改善了熔體的加工流動(dòng)性。無(wú)機(jī)納米粒子作為一種無(wú)機(jī)剛性粒子，具有表面缺陷少、非配對(duì)原子多、比表面積 大等一系列特殊性質(zhì)，若與聚烯烴復(fù)合，不但使其韌性大幅度改善，而且剛度、加工性能等 都得以保持或提高，可獲得綜合性能優(yōu)良的復(fù)合材料。以聚丙烯為例，加入無(wú)機(jī)納米粒子 后，可通過(guò)粒子效應(yīng)影響其結(jié)晶行為、結(jié)晶結(jié)構(gòu)以及力學(xué)性能，從而達(dá)到既增強(qiáng)又增韌的目 的。然而，納米粒子由于比表面積大而易于團(tuán)聚，且與聚合物基體相容性差，在聚合物基體 中不易分散。所以，納米粒子改性聚合物的關(guān)鍵在于解決納米粒子在基體中的分散問(wèn)題，通 常的方法是對(duì)納米粒子進(jìn)行表面改性，以提高其與聚合物基體的相容性。然而，納米粒子的 表面改性由于工藝復(fù)雜而成本較高。因此，采用一種更簡(jiǎn)單的方法來(lái)提高納米粒子的分散 性對(duì)于納米復(fù)合材料的制備更具有實(shí)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于改善聚丙烯的韌性和加工流動(dòng)性，提供一種增塑聚丙烯/無(wú)機(jī) 納米復(fù)合材料及其制備方法，使得制備的增塑聚丙烯/無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料具有高韌性和良 好的加工流動(dòng)性。該方法首先將納米粒子預(yù)先分散在增塑劑中制成納米溶膠，然后將此溶 膠與聚丙烯在雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行共混，制得增塑聚丙烯/無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料。此方法采 用納米溶膠代替納米粉體對(duì)聚丙烯進(jìn)行共混改性，解決了納米粒子的分散性問(wèn)題，從而改 善了聚丙烯的韌性和加工流動(dòng)性。本發(fā)明所提出的增塑聚丙烯/無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料，是由包括如下組分和重量份數(shù) 的原料制備的聚丙烯75 95份；增塑劑5 25份；納米粒子0 5份。所述的聚丙烯包括均聚聚丙烯、無(wú)規(guī)共聚聚丙烯和嵌段共聚聚丙烯中的一種或一
3種以上組合。聚丙烯在混合物中的用量為75 95重量份。所述的增塑劑是一種能夠增加聚合物體系塑性的物質(zhì)，能夠進(jìn)入聚丙烯分子之間 減弱其分子之間的作用力并提高其加工流動(dòng)性。增塑劑包括液體石蠟、環(huán)烷油、氫化環(huán)烷 油、液體聚異丁烯、液體聚丁二烯、液體乙丙橡膠和液體異戊二烯橡膠。增塑劑可以是上述 增塑劑中的一種或一種以上組合。增塑劑在混合物中的用量為5 25重量份。所述的無(wú)機(jī)納米粒子具有增強(qiáng)、增韌作用，在聚合物中起異相成核作用，改變聚合 物力學(xué)性能和結(jié)晶性能。無(wú)機(jī)納米粒子包括納米二氧化硅、納米碳酸鈣、納米蒙脫土和納米 凹凸棒土。納米粒子可以是上述納米粒子中的一種或一種以上組合。納米粒子在混合物中 的用量為0 5重量份。本發(fā)明所提出的增塑聚丙烯/無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料的制備方法，具體是首先將增塑 劑與納米粒子用高剪切乳化機(jī)、乳化泵、超速攪拌機(jī)或超聲波振蕩機(jī)混合后制成納米溶膠， 然后通過(guò)計(jì)量泵將該溶膠注入雙螺桿擠出機(jī)與聚丙烯進(jìn)行共混，制得增塑聚丙烯/無(wú)機(jī)納 米復(fù)合材料。上述方法的具體過(guò)程如下首先，將0 5份納米粒子與5 25份增塑劑用高剪 切乳化機(jī)、乳化泵、超速攪拌機(jī)或超聲波振蕩機(jī)中的一種或一種以上組合進(jìn)行混合，時(shí)間為 5 20分鐘，制得納米溶膠；然后，將納米溶膠按一定比例通過(guò)計(jì)量泵注入擠出機(jī)，與75 95份聚丙烯進(jìn)行共混，制得增塑聚丙烯/無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料。擠出機(jī)的料筒溫度為150 230°C，螺桿轉(zhuǎn)速為50 200rpm。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)該制備方法簡(jiǎn)單易行，通過(guò)將納米粒子在增塑劑中進(jìn)行預(yù)分散制成納米溶膠，解 決了納米粒子的分散性問(wèn)題；所使用的納米粒子無(wú)須進(jìn)行表面處理，可省去許多繁瑣的工 藝過(guò)程，從而降低納米復(fù)合材料的制備成本。采用該方法能夠制備韌性高、加工性能優(yōu)良的 增塑聚丙烯/無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。實(shí)施例1本發(fā)明提供的材料是由以下原料按重量比例配制而成無(wú)規(guī)共聚聚丙烯85份液體石蠟15份納米二氧化硅0.5份首先將上述原料中的液體石蠟與納米二氧化硅用高剪切乳化機(jī)進(jìn)行混合，時(shí)間為 5分鐘，制得納米溶膠；然后將所制得的納米溶膠通過(guò)計(jì)量泵注入雙螺桿擠出機(jī)與聚丙烯 進(jìn)行共混，得到增塑聚丙烯/無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料。擠出機(jī)料筒溫度為150 190°C，螺桿轉(zhuǎn) 速為 lOOrpm。實(shí)施例2本發(fā)明提供的材料是由以下原料按重量比例配制而成均聚聚丙烯90份液體石蠟10份
納米二氧化硅1份首先將上述原料中的液體石蠟與納米二氧化硅用乳化泵進(jìn)行混合，時(shí)間為10分 鐘，制得納米溶膠；然后將所制得的納米溶膠通過(guò)計(jì)量泵注入雙螺桿擠出機(jī)與聚丙烯進(jìn)行 共混，得到增塑聚丙烯/無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料。擠出機(jī)料筒溫度為160 200°C，螺桿轉(zhuǎn)速為 120rpmo實(shí)施例3本發(fā)明提供的材料是由以下原料按重量比例配制而成無(wú)規(guī)共聚聚丙烯75份液體石蠟25份納米蒙脫土5份首先將上述原料中的液體石蠟與納米蒙脫土用超速攪拌機(jī)進(jìn)行混合，時(shí)間為10 分鐘，制得納米溶膠；然后將所制得的納米溶膠通過(guò)計(jì)量泵注入雙螺桿擠出機(jī)與聚丙烯進(jìn) 行共混，得到增塑聚丙烯/無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料。擠出機(jī)料筒溫度為170 230°C，螺桿轉(zhuǎn)速 為 200rpm。實(shí)施例4本發(fā)明提供的材料是由以下原料按重量比例配制而成嵌段共聚聚丙烯90份液體聚異丁烯10份納米蒙脫土2份首先將上述原料中的液體聚異丁烯與納米二氧化硅用超聲波振蕩機(jī)進(jìn)行混合，時(shí) 間為15分鐘，制得納米溶膠；然后將所制得的納米溶膠通過(guò)計(jì)量泵注入雙螺桿擠出機(jī)與聚 丙烯進(jìn)行共混，得到增塑聚丙烯/無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料。擠出機(jī)料筒溫度為160 200°C，螺 桿轉(zhuǎn)速為150rpm。實(shí)施例5本發(fā)明提供的材料是由以下原料按重量比例配制而成均聚聚丙烯90份液體聚異丁烯10份納米凹凸棒土1份首先將上述原料中的液體聚異丁烯與納米凹凸棒土用高剪切乳化機(jī)進(jìn)行混合，時(shí) 間為10分鐘，制得納米溶膠；然后將所制得的納米溶膠通過(guò)計(jì)量泵注入雙螺桿擠出機(jī)與聚 丙烯進(jìn)行共混，得到增塑聚丙烯/無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料。擠出機(jī)料筒溫度為160 190°C，螺 桿轉(zhuǎn)速為lOOrpm。實(shí)施例6本發(fā)明提供的材料是由以下原料按重量比例配制而成無(wú)規(guī)共聚聚丙烯80份液體石蠟20份納米凹凸棒土1份首先將上述原料中的液體石蠟與納米凹凸棒土用高剪切乳化機(jī)進(jìn)行混合，時(shí)間為 10分鐘，制得納米溶膠；然后將所制得的納米溶膠通過(guò)計(jì)量泵注入雙螺桿擠出機(jī)與聚丙烯
5進(jìn)行共混，得到增塑聚丙烯/無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料。擠出機(jī)料筒溫度為160 200°C，螺桿轉(zhuǎn) 速為80rpm。
權(quán)利要求
一種增塑聚丙烯/無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料及其制備方法，其特征在于所述的增塑聚丙烯/無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料是按一定重量份將聚丙烯、增塑劑、無(wú)機(jī)納米粒子，經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)共混后得到可熱塑性加工的增塑聚丙烯/無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料及其制備方法，其特征在于所述的增塑聚丙烯/無(wú)機(jī)納 米復(fù)合材料的原料組分和重量份數(shù)為聚丙烯75 95份；增塑劑5 25份；納米粒子O 5份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料及其制備方法，其特征在于聚丙烯是均聚聚丙烯、無(wú)規(guī) 共聚聚丙烯和嵌段共聚聚丙烯中的一種或一種以上組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料及其制備方法，其特征在于增塑劑是液體石蠟、環(huán)烷油、 氫化環(huán)烷油、液體聚異丁烯、液體聚丁二烯、液體乙丙橡膠和液體異戊二烯橡膠中的一種或一種以上組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料及其制備方法，其特征在于納米粒子是納米二氧化硅、 納米碳酸鈣、納米蒙脫土、納米凹凸棒土中的一種或一種以上組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料及其制備方法，其特征在于將增塑劑和納米粒子按比例 稱量后，用高剪切乳化機(jī)、乳化泵、超速攪拌機(jī)或超聲波振蕩機(jī)混合后制成納米溶膠。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料及其制備方法，其特征在于納米溶膠通過(guò)計(jì)量泵注入擠 出機(jī)，與聚丙烯按一定比例共混，機(jī)筒溫度為150 230°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料及其制備方法，其特征在于增塑聚丙烯/無(wú)機(jī)納米復(fù)合 材料可采用模壓、擠出、注塑等工藝加工成制品，用于汽車、機(jī)械、家電、包裝等領(lǐng)域。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種增塑聚丙烯/無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料及其制備方法。該方法具體是首先將增塑劑與納米粒子用高剪切乳化機(jī)等設(shè)備混合后制成納米溶膠，然后將納米溶膠通過(guò)計(jì)量泵注入雙螺桿擠出機(jī)與聚丙烯共混，制得增塑聚丙烯/無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料。該材料可采用模壓、擠出、注塑等工藝加工成制品，用于汽車、機(jī)械、家電、包裝等領(lǐng)域。與目前廣泛使用的普通聚丙烯材料相比，該材料具有高韌性和良好的加工流動(dòng)性。
文檔編號(hào)C08L53/00GK101851374SQ20101020781
公開(kāi)日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2010年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月24日
發(fā)明者周中玉, 唐頌超, 潘泳康, 王慶海 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)