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CN107955270B - 一种聚丙烯纳米复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种聚丙烯纳米复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种聚丙烯纳米复合材料及其制备方法。该复合材料主要由下述组分质量份制备而成：聚丙烯40‑80份，增韧剂5‑15份，抗氧剂0.2‑0.5份，润滑剂0.3‑0.8份，纳米增强母粒20‑65份。本发明所制得的聚丙烯复合材料具有较好的综合性能和较高的性价比，其中熔体流动速率＞25g/10min(230℃2.16kg),23℃简支梁缺口冲击强度＞25KJ/m2,弯曲模量＞1500MPa。该复合材料尤其适用于汽车(包括新能源汽车)仪表板、车门面板、保险杠等大型内外饰件的注塑生产制作。

Description

一种聚丙烯纳米复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种新型聚丙烯纳米复合材料及其制备方法，属于高分子材料领域。
背景技术
聚丙烯作为一种通用塑料，具有许多优良的性能，但是因机械强度低、耐热性差、收缩变形大、抗蠕变性差等缺陷。在应用上，特别是作为结构材料，受到很多限制，不属于高性能的工程塑料。因此，对聚丙烯进行改性，使之工程化就成为一个重要的研究课题。
现在对聚丙烯增强改性，其方法大多是采用添加普通级滑石粉和碳酸钙。这种填充改性的聚丙烯材料虽然已经在汽车部件上广泛应用，但为了补偿因添加滑石粉、碳酸钙造成的抗冲击性能大幅度下降，必须添加大量的增韧剂以提高抗冲击性能。从而成本上升。
发明内容
本发明的主要目的，在于提供一种新型聚丙烯纳米复合材料。其尤其适合汽车部件。
本发明的技术方案如下：聚丙烯纳米复合材料，以质量份计，组分包括聚丙烯40-80份，增韧剂5-15份，抗氧剂0.2-0.5份，润滑剂0.3-0.8份，纳米增强母粒20-65份；
所述聚丙烯，优选均聚聚丙烯与共聚聚丙烯的混合物，两者混合比例为 1:4-6，产品为粉状或粒状，熔体流动速率在230℃，2.16KG条件下测量为 10-60g/10min。
所述增韧剂为聚烯烃弹性体乙烯-丙烯-辛烯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、氢化的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物中的一种或两种以上的混合物，混合比例任意；优选聚烯烃弹性体乙烯-丙烯-辛烯共聚物(POE)，牌号DF610。
所述抗氧剂优选酚类抗氧剂1010和磷酸酯类抗氧剂168的混合物，其比例优选为1:2。
所述润滑剂为硬脂酸钙、脂肪酸酯混合物、乙撑双硬脂酰胺中的一种或两种以上的混合物。优选脂肪酸酯混合物，优选产品牌号TR044。
其中，所述纳米增强母粒制备配方按质量份包括：
Figure BDA0001469562340000021
上述配方中，均聚聚丙烯为粉状物，熔体流动速率在230℃，2.16kg条件下测量大于30g/10分钟；
纳米沐和粉由安徽省宿松县沐和矿业有限公司生产，为硅钙复合体，所含化学元素为硅(Si)、钙(Ca)、镁(Mg)、氧(O),氧元素为64-65％、其它Si、Ca、Mg三种元素的总和为35-36％，粒径小于100纳米。沐和粉中含有一定比例的片状颗粒，而传统的滑石粉颗粒为具有一定长径比的棒状结构体，片状颗粒数量很少。采用沐和粉改性聚丙烯的效果同传统的滑石粉改性效果相当，但用沐和粉改性聚丙烯的断裂伸长率更高。采用纳米级沐和粉进行改性，不但可以较好的保持聚丙烯的抗冲击性能，而且使增韧剂的添加量大幅度下降，从而降低了材料成本。
所述偶联剂为硅烷偶联剂，优选产品牌号为KH560。
所述分散剂优选聚乙烯蜡。
增韧剂为乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物(EMMA)，优选产品牌号WH303， MMA单体含量≥18％。；
聚烯烃表面处理剂为聚烯烃塑料再生剂，利达科技(福建)有限公司生产，牌号LD-301。
所述的聚丙烯纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：
1)纳米增强母粒制备：
(1)将所述的硅烷偶联剂用稀释剂(优选工业级无水乙醇)进行稀释备用，稀释倍数均为9-11倍，即同无水乙醇之比为1:9-11。
(2)将称量好的纳米沐和粉倒进捏合机内搅拌5-10分钟，再喷洒稀释好的硅烷偶联剂，继续封闭搅拌30-45分钟。处理完毕备用。
(3)将粉状均聚聚丙烯称量倒入高速搅拌机里，接着加入所述的聚烯烃表面处理剂，然后搅拌5-8分钟，物料放出备用。
(4)按照纳米增强母粒配方设计要求，分别称量步骤(2)处理好的纳米沐和粉、步骤(3)处理好的聚丙烯、增韧剂、分散剂，依次倒入高速搅拌机里，然后搅拌3-5分钟。
(5)将上述高速搅拌好的物料送进专用双螺杆挤出机造粒，即得纳米增强母粒。
2)聚丙烯纳米复合材料制备：
(1)按照所述的配方比例称量各组分，依次倒入高速搅拌机中，搅拌3-5分钟。
(2)将上述搅拌好的物料送进双螺杆挤出机挤出造粒，温度控制120-225℃，冷却、混合、检测、包装，即得聚丙烯纳米复合材料成品。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：
1)本发明技术方案的突出特点：一是对纳米沐和粉进行表面处理；二是采用聚烯烃塑料再生剂对聚丙烯进行表面处理，它是利用化学反应和聚合原理，主要在塑料界面和本体发生协同反应，在聚丙烯分子链上接枝极性的功能基团同时发生扩链反应，在提高分子量的同时增加聚丙烯塑料的界面极性和内聚能，从而提高与纳米沐和粉的亲和性，具有同步实现增强和增韧的作用。首先做成纳米增强母粒，这样使用起来更方便，填充增强效果更好。
2)乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物(EMMA)是一种较新型的共聚物，安全卫生。本发明采用EMMA提高了纳米增强母粒产品的加工热稳定性和加工流动性，使纳米沐和粉更有效地分散在聚丙烯树脂当中。
3)本发明所述配方及工艺制得的聚丙烯纳米复合材料采用ISO标准检测，性能可以达到如下标准要求：
Figure BDA0001469562340000041
本发明制得的聚丙烯纳米复合材料具有突出的抗冲击强度、弯曲
模量和加工流动性，尤其适用于汽车(包括新能源汽车)仪表板、车
门面板等大型内饰件的注塑生产制作，而且性价比较高。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
在以下的实施例和对比例中，
共聚聚丙烯为北京燕山石化生产，产品牌号为K7726H
增韧剂为日本住友化学生产，产品牌号为WH303
抗氧剂为美国雅宝生产，产品牌号为1010和168
润滑剂为美国埃克森生产，产品牌号为TR044
均聚聚丙烯为宁夏石化公司生产，产品牌号为NX40S
纳米沐和粉为安徽省宿松县沐和矿业有限公司生产，为硅钙复合体
偶联剂为南京曙光生产，产品牌号KH560
分散剂为美国霍尼韦尔生产的聚乙烯蜡，产品牌号为AC6
增韧剂为日本三井生产，产品牌号为DF610
聚烯烃表面处理剂为利达科技(福建)有限公司生产，牌号LD-301。
其中，所述纳米增强母粒制备配方按质量份包括：
Figure BDA0001469562340000051
在本实施例中，制备配方按质量份包括：
Figure BDA0001469562340000061
在本实施例中，所述纳米增强母粒制备方法如下：
所述的硅烷偶联剂用无水乙醇进行稀释备用，稀释倍数均为10倍，即同无水乙醇之比为1:10。
(1)将称量好的纳米沐和粉倒进捏合机内搅拌5分钟，再喷洒稀释好的硅烷偶联剂，继续封闭搅拌30分钟。处理完毕备用。
(2)将所述的粉状均聚聚丙烯称量倒入高速搅拌机里，接着加入所述的聚烯烃表面处理剂，然后搅拌5分钟，物料放出备用。
(3)按照纳米增强母粒配方设计要求，分别称量步骤(1)处理好的纳米沐和粉、步骤(2)处理好的聚丙烯、增韧剂、分散剂，依次倒入高速搅拌机里，然后搅拌4分钟。
(4)将上述高速搅拌好的物料送进专用双螺杆挤出机造粒，即得纳米增强母粒。
实施例1：
实施配方
Figure BDA0001469562340000062
Figure BDA0001469562340000071
实施工艺：
1)按照所述的配方比例称量各组分，依次倒入高速搅拌机中，搅拌4分钟。
2)将上述搅拌好的物料送进双螺杆挤出机挤出造粒，冷却、混合、检测、包装，即得聚丙烯纳米复合材料产产品。其中，双螺杆挤出机长径比为40：1，双螺杆温度设置为120℃、170℃、170℃、180℃、180℃、200℃、200℃、210℃、 210℃，225℃挤出机转速为200rpm，水槽温度40℃，切粒机转速为600rpm。
实施例2：
配方材料 重量百分比(％)
共聚聚丙烯 51.2
增韧剂 8
抗氧剂 0.3
润滑剂 0.5
纳米增强母粒 40
合计 100
实施工艺：
1)按照所述的配方比例称量各组分，依次倒入高速搅拌机中，搅拌4分钟。
2)将上述搅拌好的物料送进双螺杆挤出机挤出造粒，冷却、混合、检测、包装，即得聚丙烯纳米复合材料产产品。其中，双螺杆挤出机长径比为40：1，双螺杆温度设置为120℃、170℃、170℃、180℃、180℃、200℃、200℃、210℃、 210℃，225℃挤出机转速为200rpm，水槽温度40℃，切粒机转速为600rpm。
实施例2：
Figure BDA0001469562340000072
Figure BDA0001469562340000081
实施工艺：
1)按照所述的配方比例称量各组分，依次倒入高速搅拌机中，搅拌4分钟。
2)将上述搅拌好的物料送进双螺杆挤出机挤出造粒，冷却、混合、检测、包装，即得聚丙烯纳米复合材料产产品。其中，双螺杆挤出机长径比为40：1，双螺杆温度设置为120℃、170℃、170℃、180℃、180℃、200℃、200℃、210℃、 210℃，225℃挤出机转速为200rpm，水槽温度40℃，切粒机转速为600rpm。
对比例1
本对比例中纳米增强母粒的用量为0份，其他投料及工艺步骤同实施例1-3。
将实施例1-3和对比例1所得样品进行性能测试，结果如下：
Figure BDA0001469562340000082
从上表可以看出，实施例1-3和对比例1相比，拉伸屈服强度和弯曲模量随着纳米增强母粒添加量的增加而明显增大，这说明纳米沐和粉具有很好的增强作用。
从上表可以看出，实施例1-3和对比例1相比，简支梁缺口冲击强度略有增加，这说明纳米沐和粉不但具有良好的增强作用，而且还有一定的增韧作用。
从上表可以看出，实施例1-3和对比例1相比，随着纳米增强母粒添加量增加，熔体流动速率在依次降低，但熔体流动速率降低幅度很小，这说明聚丙烯纳米复合材料的加工流动性很好。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在所附权利要求范围内，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (5)

1.一种聚丙烯纳米复合材料，其特征在于：该复合材料由下述组分质量份制备而成：
聚丙烯 40-80份 增韧剂 5-15份
抗氧剂 0.2-0.5份 润滑剂 0.3-0.8份
纳米增强母粒 20-65份；
所述聚丙烯为均聚聚丙烯与共聚聚丙烯的混合物，混合比例为1：4-6，产品为粉状或粒状；熔体流动速率在230℃，2.16KG条件下测量为10-60g/10分钟；所述增韧剂为聚烯烃弹性体乙烯-丙烯-辛烯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、氢化的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物中的一种或两种以上的混合物；
所述纳米增强母粒由下述组分质量份制备而成：
Figure FDA0002671635710000011
上述配方中，均聚聚丙烯为粉状物，熔体流动速率在230℃，2.16kg条件下测量大于30g/10分钟；纳米沐和粉为硅钙复合体，粒径小于100纳米；偶联剂为硅烷偶联剂；分散剂为聚乙烯蜡；增韧剂为乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物；聚烯烃表面处理剂为聚烯烃塑料再生剂，利达科技(福建)有限公司生产，牌号LD-301；
所述纳米增强母粒制备方法包括如下步骤：
(1)将所述的硅烷偶联剂用无水乙醇进行稀释备用，稀释倍数为9-11倍，即同无水乙醇之比为1:9-11；
(2)将称量好的纳米沐和粉倒进捏合机内搅拌5-10分钟，再喷洒稀释好的硅烷偶联剂，继续封闭搅拌30-45分钟；处理完毕备用；
(3)将所述的均聚聚丙烯倒入高速搅拌机里，接着加入所述的聚烯烃表面处理剂，然后搅拌5-8分钟，物料备用；
(4)按照纳米增强母粒配方，分别称量步骤(2)处理好的纳米沐和粉、步骤(3)处理好的聚丙烯、增韧剂、分散剂，依次倒入高速搅拌机里，然后搅拌3-5分钟；
(5)将上述高速搅拌好的物料送进专用双螺杆挤出机造粒，即得纳米增强母粒。
2.根据权利要求1所述的聚丙烯纳米复合材料，其特征在于：所述抗氧剂为酚类抗氧剂1010和磷酸酯类抗氧剂168的混合物，其比例为1:2。
3.根据权利要求1所述的聚丙烯纳米复合材料，其特征在于：润滑剂为硬脂酸钙、脂肪酸酯混合物、乙撑双硬脂酰胺中的一种或两种以上的混合物。
4.根据权利要求1至3任一项所述的聚丙烯纳米复合材料的应用，其用于汽车大型内外饰件。
5.根据权利要求1至3任一项所述的聚丙烯纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：
1)纳米增强母粒制备：
(1)将权利要求1所述的硅烷偶联剂用无水乙醇进行稀释备用，稀释倍数为9-11倍，即同无水乙醇之比为1:9-11；
(2)将称量好的纳米沐和粉倒进捏合机内搅拌5-10分钟，
再喷洒稀释好的硅烷偶联剂，继续封闭搅拌30-45分钟；处理完毕备用；
(3)将权利要求1所述的粉状均聚聚丙烯倒入高速搅拌机里，接着加入权利要求1所述的聚烯烃表面处理剂，然后搅拌5-8分钟，物料备用；
(4)按照纳米增强母粒配方，分别称量步骤(2)处理好的纳米沐和粉、步骤(3)处理好的聚丙烯、增韧剂、分散剂，依次倒入高速搅拌机里，然后搅拌3-5分钟；
(5)将上述高速搅拌好的物料送进专用双螺杆挤出机造粒，即得纳米增强母粒；
2)聚丙烯纳米复合材料制备：
(1)按照权利要求1所述的配方比例称量各组分，依次倒入高速搅拌机中，搅拌3-5分钟；
(2)将上述搅拌好的物料送进双螺杆挤出机挤出造粒，温度控制120-225℃，冷却、混合、检测、包装，即得聚丙烯纳米复合材料产成品。
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