一种聚丙烯改性材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于高分子材料技术领域，具体为一种聚丙烯改性材料及其制备方法。该材料至少由以聚丙烯为主的高分子基体、β成核剂组成，还可加入有其他耐磨改性剂及各种助剂（如加工助剂、抗氧剂、着色剂等）。其特点是基体聚丙烯中含有β晶型，即基体材料中聚丙烯的结晶形态从通常的α晶型部分或全部转变为β晶型。制备方法为通常的挤出法、模压法或注入法，β成核剂可以制成母粒加入或直接加入，也可以在聚合物聚合前加入或者聚合后挤出造粒前加入。与通常晶型为α晶型的聚丙烯材料相比，本发明专利技术得到的耐磨聚丙烯材料，磨损率减少３０％以上，且通常具有较好的韧性和更高的热变形温度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高分子材料
，具体涉及一种耐磨聚丙烯改性材料及其制备方法。
技术介绍
聚丙烯(Polypropylene,縮写PP)因具有密度小，电性能、耐腐蚀性、卫生性、防潮性 能优良以及加工性能好等优点而获得广泛应用。但是，PP也存在易磨损等缺点，其磨损率 远远高于聚乙烯等材料。易磨损的缺点限制了 PP在更为广阔领域特别是作为工程材料在 汽车、制造、建筑、化工管道等高端领域的应用。对PP进行高性能化改性研究，降低其 磨损率，从而将其应用扩展到更为广阔的领域，具有重要的现实意义。目前，改善聚合物材料耐磨性的主要方法是添加高耐磨填料，如硫化钼、氮化硼、纳 米碳管、聚四氟乙烯等物质，从而改善基体材料的耐磨性。通过这种方法，已实现了对多 种高分子材料的改性。但由于PP基体本身耐磨性太差，尽管通过这种方法也可以提高其 耐磨性，但仍不能满足实际应用的需要。PP作为一种高结晶度的半结晶聚合物，结晶性能在一定程度上决定着其物理机械性 能。等规聚丙烯的分子在不同条件下可形成a、 p、 Y、 5和拟六方态等多种晶体结构。在通 常加工条件均形成a晶型(a-PP)，这种晶型的PP本身就具有韧性差、耐热等级不高的特 点，这也是通常PP抗冲性能差的原因。卩晶型在热力学上是准稳定的、在动力学上是不利 于生成的一种晶型，但该晶型的PP(P-PP)具有优异的冲击性能(缺口冲击强度超过a-PP数 倍)和耐热性能(热变形温度比a-PP高20°C以上)。如果通过添加某些能诱导生成(3晶型的 所谓"(3成核剂"，将无机改性材料中基体PP的晶型变为卩型或提高卩晶型的含量，则有可 能克服通常PP材料韧性差、耐热等级不高等"瓶颈"问题，使PP复合材料实现同时增强增 韧并进一步提高耐热等级的目的。但是，到目前为至，对于P-PP的研究，主要集中在力学 性能、耐热性能等物理机械性能方面的研究，而其磨损特性方面尚未见到有任何文献报道。最近我们研究发现，与通常的a-PP相比，卩-PP具有明显降低的磨损率。本专利技术的核 心内容即基于(3-PP的这一特性如果将PP的结晶形态部分或全部转变成(3晶型，则可以 改善PP基材料的耐磨性。由于PP的卩晶型在热力学上是准稳定的、在动力学上是不利于生成的一种晶型，在 通常的加工或结晶条件下难以得到，只有在特殊条件下(如在一定的温度梯度，或剪切作用)才能形成。添加某些能诱导生成P晶型的所谓"P成核剂"是可获得高含量卩晶型、也是目 前唯一可工业化实施的途径。目前具有明显卩结晶效果或在这一领域产生较大影响的(3成 核剂主要有Leugering发现的Y喹吖啶酮(？Quinacridone)染料E3B,某些第IIa族元素的盐 类或其与特定二元羧酸的复合物(典型的例子为硬脂酸钙/庚二酸复合物或庚二酸钙)，芳酰 胺类成核剂和稀土卩成核剂等。但不论是何种方法，或使用何种成核剂，只要能提高PP 中卩晶型的含量，就可以用来提高这种材料的耐磨性。随着我国家电、汽车、建筑材料等行业的迅速发展，各种高档PP改性材料的需求将 急剧增加。提高PP材料及相关制品的耐磨性，将PP的应用扩展到以往工程塑料或其它高 性能材料应用的某些领域，不仅有十分巨大的经济效益，同时具有重大的社会效益。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有良好耐磨性聚丙烯改性材料及其制备方法。 本专利技术所提出的聚丙烯改性材料，其主要特点是基体PP中含有一定比例的(3晶型。 这种卩晶型可以是通过控制加工条件而得到，也可以是通过添加(3成核剂而得到。通过一 定的温度梯度，或在剪切、压力等作用下结晶，可以获得一定比例的p晶型。但更常用的 方法是，通过加入(3成核剂的方法获得一定比例的P晶型。因此，本专利技术所提出的聚丙烯改性材料，至少由以下两种组分组成聚丙烯基体材料、 卩成核剂。使聚丙烯基体材料中含有卩晶型但通常往往还需要添加其它改性材料，如加工 助剂、分散剂、抗氧剂、增强剂、增韧剂、着色剂等等，特别是还可以使用其它用于改善 耐磨性的物质。所述聚丙烯基体材料是指以聚丙烯为基础树脂的所有材料，包括以聚丙烯为主要基体 的复合物，如聚丙烯复合材料、聚丙烯合金等到。而所述基础树脂是指各种聚丙烯。包括 均聚聚丙烯(PP-H)、嵌段共聚聚丙烯(PP-B)、无规共聚聚丙烯(PP-R)，也可以是各种聚丙烯 的混合物，或聚丙烯与其它高分子或其它物质组成的复合物。本专利技术中的成核剂，可以是任何能诱导PP形成卩晶型的物质，包括目前常用的几类(3 成核剂，如具有准平面结构的稠环化合物类(如Y喹吖啶酮Y-Quinacridone染料、三苯二 噻嗪Triphenodithiazine等)、某些第IIa族元素的盐类或其与特定二元羧酸的复合物或化合 物(如硬脂酸钙/庚二酸复合物、庚二酸钙等)、芳香酰胺类(如苯二甲酸环己酰胺和萘二甲 酸环己酰胺等)P成核剂，以及稀土卩成核剂等。可以是某一种单独使用，也可以是几种并 用的混合物。成核剂的用量相对于基体中的聚丙烯，通常为0.0001%-10%(质量)，最好为 0.0002%-3%(质量)。本专利技术提高聚丙烯基材料耐磨性的方法，可以与目前普遍采用的提高耐磨性的方法相 结合，以赋予材料更好的耐磨性。如在添加卩成核剂的同时，添加其它能提高材料耐磨性 的物质，如硫化钼、氮化硼、纳米碳管等耐磨改性剂。即在形成P晶型的同时，与目前普 遍采用的提高耐磨性的方法相结合，以进一步提高材料的耐磨性。本专利技术的材料中，根据实际需求还可使用各种其它助剂，如加工助剂、分散剂、抗氧 剂、着色剂、填料等本专利技术中几种主要组份组成(质量份)比例如下 基体中聚丙烯 100份(3成核剂 0.0001-10份其它耐磨改性剂 0-100份本专利技术中使用到的制备方法，均为通用的高分子材料改性或制品加工方法，如挤出、 模压、注射等，没有特殊要求。p成核剂可以用常规的高分子加工方法分散到高分子基 体中，如制成母粒加入基体、直接加入基体，也可以在合成装置上在聚合前与催化剂一 起加入，或在聚合后挤压造粒前加入等。由本专利技术提供的聚丙烯改性材料，其耐磨性比基体有极大的改善，再配合以其它原 来常用的改性材料，如添加常用的加工助剂、抗氧剂、增强剂、增韧剂以及其它改性耐 磨性的物质，可以获得性能优异的聚丙烯改性材料，从而可大大扩展聚丙烯材料应用领 域。具体实施例方式以下通过实施例对本专利技术进一步进行说明，其中组成份数、含量均按重量计。 实施例1100份聚丙烯(牌号F401，融体流动速率2.5g/10min,密度0.91g/cm3)用双辊开炼机于 170°C混炼，塑化后加入0.5份稀土卩成核剂，混合3min后下片，然后用平板硫化机于190°C 模压成6 mm厚的片材，记作样品PP-1。利用万能制样机，制成规格为高><宽><长=6 mm><7 mm x30mm的样品。作为对比，纯的PPF401也以同样过程制成样条，记作配方PP-O。从样品表面切取5-10mg，利用Perkin-Elmer DSC-7热分析仪(DSC)， N2保护，以 10°C/min的扫描速率从室温加热到200°C，恒温5min消除热历史后，以10°C/min速度冷却 至30°C，再一次以10°C/min的扫描速率加热到200°C，记录试样本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚丙烯改性材料，其特征在于至少由聚丙烯基体材料和β成核剂两种原材料制备获得，使聚丙烯基体材料中形成β晶型，β成核剂的用量为聚丙烯基体材料中聚丙烯重量的０．０００１％－１０％；其中：　　　　所述聚丙烯基体材料是指以聚丙烯为基础树脂的材料，而基础树脂是指各种聚丙烯。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冯嘉春，肖文昌，武培怡，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]