專利名稱：高韌性聚丙烯納米復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高韌性聚丙烯納米復(fù)合材料的制備方法。
聚丙烯以其綜合的力學(xué)性能在電子電氣、汽車、建筑等方面得到應(yīng)用，但其韌性較差，特別是低溫脆性而限制了聚丙烯的廣泛應(yīng)用。提高聚丙烯的韌性一直是聚丙烯改性的重要課題，通常的改性方法是加入橡膠(如乙丙橡膠等)增韌，使聚丙烯的韌性有較大幅度提高，但橡膠增韌性的不足是材料模量降低，剛性下降；材料的加工性能和外觀變差；成本增加，橡膠的加入量為10～15％而價(jià)格為聚丙烯的2～3倍。高分子納米材料因具有優(yōu)異的力學(xué)性能、熱性能和阻隔性能而成為世界各國(guó)競(jìng)相開發(fā)的新型高性能材料，相繼開發(fā)成功的有聚酯、聚苯乙烯、尼龍6等納米復(fù)合材料。聚丙烯因其非極性結(jié)構(gòu)，用常規(guī)方法難于制備納米復(fù)合材料。KuroKawa，Y·，Yasuda，H·，J·，Mater Sci·Lett·，1996，15(17)1481-1483；Manias，E·，Polym·Mater，Sci·Eng·2000.82，282-283，報(bào)道了制備聚丙烯納米復(fù)合材料的方法，將硅酸鹽片層通過陽(yáng)離子交換改性，加入馬來酸酐接枝聚丙烯進(jìn)行預(yù)插層，然后與聚丙烯熔融共混。這種方法制備的聚丙烯納米復(fù)合材料不能使硅酸鹽片層完全解離，其力學(xué)性能提高不明顯、韌性還略有下降，僅模量在填料含量較高時(shí)有所提高。
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種高韌性聚丙烯納米復(fù)合材料的制備方法，其特點(diǎn)是采用硅酸鹽或無機(jī)納米粒子為原料，經(jīng)電子束輻照處理后接枝改性等制得高韌性聚丙烯納米復(fù)合材料，其沖擊韌性較純聚丙烯高3-4倍。
本發(fā)明目的由以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)的，其中所用原料份數(shù)除特殊說明外，均為重量份數(shù)。
高韌性聚丙烯納米復(fù)合材料的制備方法，1.將硅酸鹽或無機(jī)納米粒子，粒徑為20-90nm，100份，在隋性氣體保護(hù)下，于常溫常壓下進(jìn)行電子束輻照，輻照劑量為2-10Mrad。
2.將輻照后的填料用胺類化合物2-15份，于溫度20-60℃進(jìn)行接枝改性0.5～3小時(shí)。
3.將接枝改性物用烷基銨鹽10～30份，進(jìn)行陽(yáng)離子交換，這樣使填料的表面和層問同時(shí)改性。
4.將改性填料與馬來酸酐接枝聚丙烯5～20份，在雙螺桿擠出機(jī)上熔融共混制得母料，母料含改性填料為10～20％的母料。
5.將母料以0.3～1.0％的改性填料稀釋分散在聚丙烯中，獲得高韌性聚丙烯納米復(fù)合材料。
硅酸鹽為蒙脫土、高領(lǐng)土、云母或石墨；無機(jī)納米粒子為二氧化硅、碳墨或碳酸鈣。
胺類化合物為丙烯酰胺，烷基叔胺或己內(nèi)酰胺至少一種。
烷基銨鹽為己內(nèi)酰胺，烷基十二胺、烷基十六胺、烷基十八胺、乙醇胺或三乙醇胺至少一種。
本發(fā)明制備的高韌性聚丙烯納米復(fù)合材料經(jīng)WAXD X-衍射測(cè)試，其圖譜如

圖1所示，(a)未處理蒙脫土，(b)改性蒙脫土，(c)聚丙烯/蒙脫土納米復(fù)合材料。結(jié)果表明未處理蒙脫土在2θ＝6°處出峰14.7A，改性蒙脫土2θ＝3處出峰36.0A，說明蒙脫土層間距增大。聚丙峰/蒙脫土納米復(fù)合材料不出峰，說明蒙脫土完全解離。經(jīng)TEM電子顯微鏡測(cè)試，其圖片如圖2、圖3圖4所示，圖2為未處理蒙脫土，圖3和圖4為聚丙烯/蒙脫土納米復(fù)合材料。結(jié)果表明，未處理蒙脫土為300nm左右，聚丙烯/蒙脫土納米復(fù)合材料在蒙脫土解離為30-40nm。
聚丙烯/蒙脫土納米復(fù)合材料的主要力學(xué)性能詳見表1所示。
表1為高韌性聚丙烯納米復(fù)材料與純聚丙烯性能比較。
結(jié)果表明聚丙烯/蒙脫土納米復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度較純聚丙烯提高3倍左右，而其它性能基本不變。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1.將電子束輻照和陽(yáng)離子交換結(jié)合對(duì)硅酸鹽或無機(jī)納米粒子進(jìn)行改性，使填料表面和層間同時(shí)修飾，提高了填料與聚丙烯的互相作用，解決了硅酸鹽或無機(jī)納米粒子在制備聚丙烯納米復(fù)合材料過程中的解離、分散均勻的難題。
2.加入少量改性硅酸鹽或無機(jī)納米粒子可使聚丙烯的沖擊韌性大幅度提高。
實(shí)施例下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體描述，有必要在此指出的是以下實(shí)施例只用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員可以根據(jù)上述本發(fā)明內(nèi)容對(duì)本發(fā)明作出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。
1.將蒙脫土100克，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，于常溫常壓下進(jìn)行電子束輻照，輻照劑量為4Mrad。然后，將蒙脫土在加入預(yù)先用水分散的丙烯酰胺10克和水1000克中，在50℃進(jìn)行接枝1小時(shí)，用丙酮抽提接枝物中未反應(yīng)的單體，再將處理好的蒙脫土溶解于2000克水中，攪拌，加入烷基十二胺25克，濃鹽酸15-20克，于溫度70～80℃劇烈攪拌1小時(shí)，過濾、烘干備用。取聚丙烯150克，市購(gòu)馬來酸酐接枝聚兩烯100克，處理后的蒙脫土50克，在雙螺桿擠出機(jī)上熔融共混制得母料。母料含蒙脫土約16％，再將母料與聚丙烯在雙螺桿擠出機(jī)上熔融共混、稀釋至蒙脫土含量為0.5制得高韌性聚丙烯納米復(fù)合材料。
2.將80nm碳酸鈣100克，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在常溫常壓下進(jìn)行電子束輻照，輻照劑量為6Mrad。然后，將碳酸鈣加入預(yù)先用水分散的己內(nèi)酰胺10克，水1000克中，在溫度50℃進(jìn)行接枝反應(yīng)1小時(shí)，用丙酮抽提接枝物中未反應(yīng)的單體，取聚丙烯150g、馬來酸酐接枝聚丙烯100克，改性碳酸鈣50克，在雙螺桿擠出機(jī)上熔融共混、稀釋至改性碳酸鈣含量為1.0％，制得高韌性聚丙烯納米復(fù)合材料。
3.將40nm二氧化硅100克，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，于常溫常壓下進(jìn)行電子束輻照、輻照劑量8Mrad，然后，將二氧化硅加入預(yù)先用水分散的烷基十二叔胺10克、水1000克中，在溫度50℃進(jìn)行接枝反應(yīng)1小時(shí)，用丙酮抽提接枝物中未反應(yīng)的單體，取聚丙烯150克，馬來酸酐接枝聚丙烯100克，改性二氧化硅50克，在雙螺相擠出機(jī)上熔融共混、稀釋至改性二氧化硅含量為1.0％，即獲得高韌性聚丙烯納米復(fù)合材料。
表1為高韌性聚丙烯納米復(fù)合材料與純聚丙稀性能比較性能 聚丙烯 聚丙烯/蒙脫土納米復(fù)合材料*沖擊強(qiáng)度(缺口)J/m 180500接仲?gòu)?qiáng)度MPa27.1 29.5楊氏模量GPa1.51.52密度g/cm30.91 0.91*含改性蒙脫土0.5％
權(quán)利要求
1.高韌性聚丙烯納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于a、將硅酸鹽或無機(jī)納米粒子粒徑為20-90nm，100份，在隋性氣體保護(hù)下，于常溫常壓下進(jìn)行電子束輻照，輻照劑量為2～10Mrad，b、將輻照后的填料用胺類化合物2-15份，于溫度20～60℃進(jìn)行接板改性0.5-3小時(shí)，c、將接枝改性物用烷基銨鹽10～30份，進(jìn)行陽(yáng)離子交換，d、將改性填料與馬來酸酐接枝聚丙烯5～20份，在雙螺擠出機(jī)上熔融共混，制得母料，母料含改性填料10～20％，e、將母料以0.3～1.0％的改性填料稀釋分散在聚丙稀中，獲得高韌性聚丙烯納米復(fù)合材料。
2.按照權(quán)利要求1所述高韌性聚丙烯納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于硅酸鹽為蒙脫土、高領(lǐng)土、石墨或云母，無機(jī)納米粒子為二氧化硅、碳酸鈣或碳墨至少一種。
3.按照權(quán)利要求1所述高韌性聚丙烯納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于胺類化合物為丙烯酰胺、烷基叔胺或己內(nèi)酰胺至少一種。
4.按照權(quán)利要求1所述高韌性聚丙稀納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于烷基銨鹽為己內(nèi)酰胺、烷基十二胺、烷基十六胺、烷基十八胺、乙醇胺或三乙醇胺至少一種。
全文摘要
一種高韌性聚丙烯納米復(fù)合材料的制備方法,其特點(diǎn)是將硅酸鹽或無機(jī)納米粒子,在隋性氣體保護(hù)下,于常溫常壓下進(jìn)行電子束輻照后,用胺類化合物接枝改性,接枝物用烷基胺鹽進(jìn)行離子交換,然后將改性填料與馬來酸酐接枝聚丙烯熔融共混制得母料,以0.3～1.0%的改性填料稀釋分散在聚丙烯中,獲得高韌性聚丙烯納米復(fù)合材料,沖擊強(qiáng)度較純聚丙烯提高3～4倍,該納米復(fù)合材料可廣泛用于汽車,電子電氣和建筑行業(yè),有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
文檔編號(hào)C08L23/12GK1362441SQ0110700
公開日2002年8月7日 申請(qǐng)日期2001年1月2日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月2日
發(fā)明者傅強(qiáng), 張琴 申請(qǐng)人:四川大學(xué)