一种聚丙烯纳米复合材料的制备方法技术

本发明专利技术申请公开了一种聚丙烯纳米复合材料的制备方法，包括：1)将无机纳米粒子与马来酸酐接枝聚丙烯按照配比在密炼机、开炼机或螺杆挤出机上熔融共混，制得增强剂母料；2)将β晶型成核剂与马来酸酐接枝聚丙烯按照配比在密炼机、开炼机或螺杆挤出机上熔融共混，制得增韧剂母料；3)将所述增强剂母料和增韧剂母料按照配比稀释分散在聚丙烯高分子基体中，注塑即得所述聚丙烯纳米复合材料。本发明专利技术很好地解决了纳米粒子和成核剂在聚丙烯基体中团聚的技术问题；通过本发明专利技术改性的聚丙烯材料，在大幅提高韧性的同时，强度、刚性及热变形温度等都有一定程度的提高，同时材料的密度增加较小，从而可制备出一系列高强度高韧性高耐热聚丙烯改性材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高分子材料
，具体涉及。
技术介绍
聚丙烯(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，聚丙烯也存在韧性差(特别是缺口冲击强度低)、高温 强度刚性不足、耐热等级不高等缺点，这些不足限制了其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。对聚丙烯进行高性能化改性研究，提 高聚丙烯的综合使用性能，从而将聚丙烯应用扩展到传统工程塑料的某些领域，具有重要 的应用价值。聚丙烯作为一种高度结晶的半结晶聚合物，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α、β、Y、δ和拟六方态等多种晶型。 在通常加工条件下均形成α晶型(α-聚丙烯)，这种晶型的聚丙烯本身就具有强度低、韧 性差、耐热等级不高的特点，这也是通常聚丙烯需要改性的原因。β晶型聚丙烯在热力学上 是准稳定、动力学上是不利于生成的一种晶型，在通常的加工条件下难以得到，但该晶型的 聚丙烯(β_聚丙烯)具有优异的抗冲击强度(缺口冲击强度超过α-聚丙烯数倍)和耐 热性能(热变形温度比α-聚丙烯高20°C以上)。如果通过添加β晶型成核剂，提高聚丙 烯中的β晶含量，则可克服通常聚丙烯材料韧性差、耐热等级不高的问题。添加β晶型成核剂是获得具有新功能高分子改性材料最有效和最经济的途径之 一，在改善高分子材料的强度、韧性、热变形温度及表面黏附性等方面获得了很大的成功。 近年来随着对β晶聚丙烯研究的深入以及对β晶成核剂成核机理认识的深化，β晶型成 核剂的应用越来越广泛同时带动了 β晶成核剂的开发。专利Cm004076B、DE-A-3610644、 EP 0682066等公开了一系列用二元羧酸与第IIA族金属元素的盐，特别是庚二酸和硬脂 酸钙作为β晶型成核剂。US-B-6，235，823描述了二酰胺化合物作为β晶型成核剂。CN 1282750，1473869公开了一系列稀土有机化合物作为β晶型成核剂。这些β晶型成核剂 都能显著提高聚丙烯的抗冲击强度和热变形温度，但聚丙烯的刚性和强度都有不同程度的 下降；同时β晶型成核剂在聚丙烯中难以分散均勻，出现“团聚”现象，阻碍了其发挥成核 效应。近年来随着无机刚性粒子增韧技术、纳米技术、无机改性剂表面处理技术的发展， 使利用无机材料作为改性剂制备高强度复合材料成为可能。在高分子基体中填充碳酸钙、 蒙脱土等无机“填料”制备高分子复合材料，是获得具有新功能高分子改性复合材料有效而 经济的方法之一，在改善高分子材料的强度、刚性、热变形温度及尺寸稳定性等方面获得了 很大成功，但是会在韧性方面有所降低。对于常用的的无机改性剂，尺寸越小，所得到的复 合材料性能越均衡，所制备的复合材料综合性能越好，能够在大幅提高材料的刚性、强度、 和耐热性能。因此，近年来，随着纳米科学和纳米技术的发展，一系列无机纳米改性剂以其很小的尺寸、较小的添加量和所谓的“纳米效应”而受到人们的重视。但是无机纳米粒子与 聚丙烯基体不相容，所以团聚现象十分明显，导致纳米效应大大减弱，聚丙烯性能提高不显 著。为了解决这一问题，开发了无机纳米粒子的有机改性技术，使得纳米粒子与聚丙烯基体 相容性提高，但是团聚现象仍然比较明显，在此基础上科研工作者又向共混体系中添加分 散剂，例如马来酸酐接枝聚丙烯，在一定程度上减少了纳米粒子的团聚，但为了更好的发挥 纳米粒子的特性，有必要开发更好的方法进一步减少纳米粒子的团聚现象。为了开发高强度高韧性的聚丙烯材料，多种改性技术的复合使用将是聚丙烯改性 的趋势。CN101020775A公开了通过添加增强剂和增韧剂的方法获得高强高韧聚丙烯改性材 料的方法，其中增强剂可以为纳米粒子，增韧剂可以为β晶成核剂，但没有提出解决纳米 粒子和成核剂在聚丙烯基体中的团聚的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种解决纳米粒子和β晶型成核剂在聚丙烯基体中的团 聚，从而制备高强高韧聚丙烯纳米复合材料的方法。通过本专利开发的方法，大大降低纳米 粒子和β晶型成核剂在聚丙烯基体中的团聚，从而充分发挥纳米粒子的“纳米效应”和成 核剂的成核效应，使聚丙烯的强度和韧性都得到大幅提高，同时改善其它应用性能，这将大 大扩展聚丙烯的应用范围，产生可观的经济效益。为了解决上述技术问题，本专利技术提供，所述 聚丙烯纳米复合材料包括下述重量百分比的聚丙烯高分子基体、增强剂母料、增韧剂母 料聚丙烯高分子基体40-98%增强剂母料1-30%增韧剂母料0.1-30%;其中，所述增强剂母料包括马来酸酐接枝聚丙烯和占马来酸酐接枝聚丙烯重量 3-50%的粒径为10-500nm的无机纳米粒子；所述增韧剂母料包括马来酸酐接枝聚丙烯和 占马来酸酐接枝聚丙烯重量0.1-15%的β晶型成核剂；所述制备方法包括以下步骤1)将无机纳米粒子与马来酸酐接枝聚丙烯按照配比在密炼机、开炼机或螺杆挤出 机上熔融共混，制得增强剂母料；2)将β晶型成核剂与马来酸酐接枝聚丙烯按照配比在密炼机、开炼机或螺杆挤 出机上熔融共混，制得增韧剂母料；3)将所述增强剂母料和增韧剂母料按照配比稀释分散在聚丙烯高分子基体中，注 塑即得所述聚丙烯纳米复合材料。在实际操作中，本领域技术人员应该理解本专利技术中所述增强剂母料和增韧剂母 料加入到聚丙烯高分子基体中的重量，随着两种母料中的无机纳米粒子和β晶型成核剂 的百分含量的变化而变化，其目的就是使无机纳米粒子和β晶型成核剂在聚丙烯纳米复 合材料中达到发挥增强和增韧作用的有效量。所述“有效量”，对无机纳米粒子而言，在聚丙 烯纳米复合材料中重量百分比大于0.01%，对β晶型成核剂而言，在聚丙烯纳米复合材料 中的重量百分比大于0. 00001%。本专利技术所述的无机纳米粒子的粒径优选lO-lOOnm，选自针状的硅灰石、凹凸棒、片状的滑石粉、云母粉、蒙脱土、钛酸钾、硼酸铝、硼酸锌、硼酸镁、氧化锌、硫酸镁、硫酸钙、碳 酸钙、硅化钙，或者纳米碳管中的一种或几种。所述的无机纳米粒子可以是没有经过表面改性或有机改性的。为了提高与聚丙烯 的相容性，所述的无机纳米粒子优选经过表面改性的或有机改性的。本专利技术所述增韧剂母料中β晶型成核剂占马来酸酐接枝聚丙烯重量百分比优选 1-5%。所述β晶型成核剂选自下述化合物中的一种或几种1)具有准平面结构的稠环化合物类，优选Y-喹吖啶酮、δ-喹吖啶酮、三苯二 噻嗪、双偶氮黄、溶靛素金黄、溶靛素灰、溶靛素棕或溶靛素紫红；更优选Y-喹吖啶酮或 δ-喹吖啶酮。2)第IIA族元素的二元羧酸盐或第IIA族元素的盐与二元羧酸的复合物类，优选 硬脂酸钙/庚二酸复合物、硬脂酸钙/辛二酸复合物、庚二酸钙或辛二酸钙。3)第IIB族元素的二元羧酸盐类，优选邻苯二甲酸锌、邻苯二甲酸镉、水杨酸锌、 水杨酸镉、己二酸锌或己二酸镉。4)芳香酰胺类，优选二环己基对苯二甲酰胺、2，6_苯二甲酸环己酰胺或萘二甲酸 环己酰胺。5)稀土有机化合物类，优选镧、铈、镨、钕的有机羧酸盐或配合物，更优选镧的有机 羧酸盐或配合物。6)无机化合物类，优选氧化锌、粘土或镧、铈、镨、钕得氧化物。7)高分子类化合物，优选聚苯乙烯、丙烯腈-苯乙烯共聚物或聚对苯二甲酸乙二醇酯。本领域技术人员应该理解，上述化合物只是种类繁多的β晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚丙烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述聚丙烯纳米复合材料包括下述重量百分比的聚丙烯高分子基体、增强剂母料、增韧剂母料，聚丙烯高分子基体　４０－９８％增强剂母料　１－３０％增韧剂母料　０．１－３０％；其中，所述增强剂母料包括马来酸酐接枝聚丙烯和占马来酸酐接枝聚丙烯重量３－５０％的粒径为１０－５００ｎｍ的无机纳米粒子；所述增韧剂母料包括马来酸酐接枝聚丙烯和占马来酸酐接枝聚丙烯重量０．１－１５％的β晶型成核剂；所述制备方法包括以下步骤：１）将无机纳米粒子与马来酸酐接枝聚丙烯按照配比在密炼机、开炼机或螺杆挤出机上熔融共混，制得增强剂母料；２）将β晶型成核剂与马来酸酐接枝聚丙烯按照配比在密炼机、开炼机或螺杆挤出机上熔融共混，制得增韧剂母料；３）将所述增强剂母料和增韧剂母料按照配比稀释分散在聚丙烯高分子基体中，注塑即得所述聚丙烯纳米复合材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡智，辛忠，赵世成，倪杰，徐娜，王涛，刘明清，徐盛虎，王忠，罗光，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，华东理工大学，
类型：发明
国别省市：11