專利名稱：有機(jī)化微晶白云母/尼龍6/pp復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以無機(jī)剛性粒子有機(jī)化微晶白云母為增強(qiáng)填料，有機(jī)剛性粒子尼龍6 為增韌劑，馬來酸酐接枝聚乙烯PE-g-MAH為相容劑，PP (聚丙烯)為基體材料，采用熔融共混技術(shù)制備有機(jī)化微晶白云母/尼龍6/PP復(fù)合材料的方法，屬于復(fù)合材料領(lǐng)域。本發(fā)明制備的有機(jī)化微晶白云母/尼龍6/PP復(fù)合材料具有優(yōu)良的力學(xué)性能，可廣泛應(yīng)用于汽車配件、家用電器、化工、建筑、輕工、醫(yī)療器械等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
PP是由丙烯聚合而制得的一種熱塑性樹脂，是一種結(jié)晶性非極性聚合物，具有質(zhì)輕、價(jià)廉、無毒、無味等特點(diǎn)，而且還具有耐腐蝕、機(jī)械強(qiáng)度較高等優(yōu)點(diǎn)。但其收縮率大，抗蠕變性差，并由此而導(dǎo)致制品尺寸穩(wěn)定性差，容易產(chǎn)生翹曲變形，且脆性高、缺口沖擊強(qiáng)度低， 特別是在低溫時(shí)尤為嚴(yán)重，同傳統(tǒng)工程塑料相比還存在模量低，耐熱性差及耐光、熱老化性能差等缺點(diǎn)，從而限制了PP材料的進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。如何有效提高PP材料的綜合性能， 開發(fā)具有高拉伸強(qiáng)度、高沖擊強(qiáng)度的PP復(fù)合材料，拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域，是當(dāng)今PP材料研究中急需解決的重要科學(xué)問題之一陳程林.聚丙烯改性技術(shù)及制品應(yīng)用[J].玻璃纖維，2006， (4)；喻茹，林金輝，王曉艷.納米SiO2改性PP/微晶白云母復(fù)合材料的研究[J].中國(guó)非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊，2009，(6)。已有研究表明，采用無機(jī)剛性粒子(如CaC03、CaSi03、BaS04、Ti02、粘土、滑石等)和有機(jī)剛性粒子(聚苯醚、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、尼龍等)改性高分子材料，不但能保持高分子材料自身的一些優(yōu)異性能，還可有效提高高分子材料的強(qiáng)度和韌性，同時(shí)賦予高分子材料良好的耐熱性，延長(zhǎng)使用壽命楊茹欣，李瑋，何穎.聚丙烯合金技術(shù)新進(jìn)展及其應(yīng)用[J] .塑料工業(yè)，2006，34 (5)；黃國(guó)望，彭響方.改性黏土填充PP/PA6復(fù)合材料制備與性能研究進(jìn)展[J].塑料科技，2008，36 (11)；伍玉嬌，楊紅軍，駱丁勝，等.PP/PA6復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能研究[J].塑料科技，2008，36 O)。但不同類型的剛性粒子對(duì)提高高分子材料性能的程度存在一定的差異。微晶白云母是近年來在川西地區(qū)發(fā)現(xiàn)的一種新型白云母類礦物資源，性能優(yōu)良， 儲(chǔ)量豐富。呈無色、灰白色、淺綠色，透明，玻璃光澤，解理面呈珍珠光澤，{001}解理極完全， {110}和{010}解理不完全；折光率 Ng = 1.598，Nm = 1.592，Np = 1. 564，硬度 2. 56，比重 2. 86;其結(jié)晶顆粒天然超細(xì)，粒徑小于10 ym，一般1 μπι飛μ m，具有微米級(jí)的晶體或晶片(簡(jiǎn)稱“微晶”)；主要化學(xué)成分(重量百分比)為:Si0245 . 7 %、Al2O3 30. 51 %、K2Oll. 63 %、H204.53 %。與其他常見的硅酸鹽礦物相比，微晶白云母具有高強(qiáng)度、耐熱、耐酸堿、絕緣、 化學(xué)穩(wěn)定、耐候性、防紫外線、抗老化等優(yōu)異性能；與傳統(tǒng)的白云母礦物相比，它具有天然粒度細(xì)、易磨碎、化學(xué)活性高的特性，是一種高品質(zhì)的無機(jī)剛性粒子填料，作為高分子材料的補(bǔ)強(qiáng)填料，在PP基復(fù)合材料中具有廣闊的應(yīng)用前景林金輝，汪靈，鄧苗，等.川西地區(qū)微晶白云母的礦物學(xué)特征研究[J].礦物巖石，2005，25(3)；毛玉元，候立瑋.新的微晶白云母資源的開發(fā)及其粉體材料的應(yīng)用[J].中國(guó)粉體技術(shù)，2002，8(4)。但由于微晶白云母的親水性，使之與高分子材料的界面性質(zhì)不同，相容性差，難以在高分子材料基體中均勻分散， 直接填充往往容易導(dǎo)致材料的某些力學(xué)性能下降，因此，必須對(duì)其進(jìn)行表面改性，提高它在有機(jī)基質(zhì)中的分散性。偶聯(lián)劑是目前應(yīng)用最廣泛的表面改性劑，它適用于各種不同的有機(jī)高分子和無機(jī)礦物填料復(fù)合體系廖俊，陳圣云，康宇峰，等.硅烷偶聯(lián)劑及其在復(fù)合材料中的應(yīng)用[J].化工新型材料，2001，四(9)；薛茹君，吳玉程.硅烷偶聯(lián)劑修飾改性的機(jī)理及改性絹云母的性能[J].硅酸鹽學(xué)報(bào)，2007，35 (3)。尼龍6為乳白色結(jié)晶極性聚合物，具有較穩(wěn)定的化學(xué)特性，較高的沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度，以及良好的耐磨損性和耐熱性，還具有優(yōu)良的成型表面光澤。作為PP增韌劑，能明顯改善PP制品的抗沖擊性能，增加制品的表面光潔度，提高制品的耐熱性能。但由于尼龍 6是極性聚合物，與非極性聚合物PP相容性較差，兩種聚合物共混時(shí)，需要加入分別和該兩種聚合物相容性都好的相容劑，改善尼龍-6與PP的相容性，進(jìn)而提高PP的力學(xué)性能伍玉嬌，楊紅軍，駱丁勝，等.POE-g-MAH對(duì)PP /PA6共混體系形態(tài)結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能的影響[J]. 塑料，2007，36 (5)；王曉艷，林金輝，郝孝麗.微晶白云母/PE-g-MAH/PP復(fù)合材料的制備及其力學(xué)性能研究[J].中國(guó)非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊，2009，(5)；劉長(zhǎng)生.尼龍6/聚丙烯共混體系研究進(jìn)展[J].湖北化工，2001，O)。目前，增強(qiáng)增韌PP材料的改性方法可分為化學(xué)方法和物理方法兩大類?；瘜W(xué)改性是通過共聚、接枝等方法在PP分子鏈中引入其它組分，或通過加入交聯(lián)劑進(jìn)行交聯(lián)改性， 改變PP分子鏈上的原子或原子團(tuán)的種類及組合方式，賦予PP較高的抗沖擊性能、耐低溫性能、耐老化性能等，包括嵌段共聚、接枝共聚、交聯(lián)反應(yīng)等；物理改性是以PP為基材，配以其它的聚合物、無機(jī)材料以及特殊功能的助劑，經(jīng)過混合、混煉而制得具有特定性能的PP復(fù)合材料，包括填充改性、共混改性、增強(qiáng)改性和功能改性等，是一種增強(qiáng)增韌PP材料的簡(jiǎn)單方便、有效、低成本的方法原京龍，趙偉，王麗.聚丙烯改性研究進(jìn)展[J].塑料科技，2008， ⑴；亢小麗.淺談聚丙烯改性方法[J].太原科技，2007，(11)。經(jīng)檢索，未發(fā)現(xiàn)以無機(jī)剛性粒子有機(jī)化微晶白云母為增強(qiáng)填料，有機(jī)剛性粒子尼龍6為增韌劑，馬來酸酐接枝聚乙烯PE-g-MAH為相容劑，PP為基體材料，采用熔融共混技術(shù)制備有機(jī)化微晶白云母/尼龍6/PP復(fù)合材料的方法的專利申請(qǐng)或文獻(xiàn)報(bào)道。本發(fā)明的目的是，通過引入片狀微晶白云母和尼龍6，協(xié)同增強(qiáng)增韌PP材料，提高PP制品尺寸穩(wěn)定性和耐高溫蠕變性，提供一種制備綜合性能優(yōu)良的機(jī)化微晶白云母/尼龍6/PP復(fù)合材料的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及以無機(jī)剛性粒子有機(jī)化微晶白云母為增強(qiáng)填料，有機(jī)剛性粒子尼龍6 為增韌劑，馬來酸酐接枝聚乙烯PE-g-MAH為相容劑，PP (聚丙烯)為基體材料，采用熔融共混技術(shù)制備有機(jī)化微晶白云母/尼龍6/PP復(fù)合材料的方法，有如下工藝步驟
(1)將微晶白云母礦物進(jìn)行預(yù)熱干燥，干燥溫度90 110°C，干燥時(shí)間2 4 h，去除礦物表面吸附水；
(2)按占以步驟(1)干燥的微晶白云母礦物質(zhì)量的0.9%稱取Y-氨丙基三乙氧基硅烷改性劑，并按Y-氨丙基三乙氧基硅烷無水乙醇水(體積比)=1:2:1的比例配制γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性劑稀釋液；(3)采用干法改性技術(shù)，將按步驟(1)干燥的微晶白云母礦物與按步驟(2)配制的 Y -氨丙基三乙氧基硅烷改性劑稀釋液在高速攪拌機(jī)中混合均勻，對(duì)微晶白云母礦物進(jìn)行表面改性，攪拌速度3000 r/min,表面改性溫度110°C，表面改性時(shí)間6(Γ80分鐘，制備有機(jī)化微晶白云母；
(4)將按步驟(3)制備的有機(jī)化微晶白云母與尼龍6、ΡΡ、馬來酸酐接枝聚乙烯 PE-g-MAH按照質(zhì)量比5 15:8:92:4的比例混合均勻，在輥溫為175 °C 士5 °C條件下，采用雙輥混煉機(jī)混煉8 10 min ；
(5)在溫度為185士5°C的半自動(dòng)壓力成型機(jī)上，將按步驟(4)混煉好的料預(yù)熱10 min 后，在10 MI^a壓力下壓制定型，保壓10 min后自然冷卻至室溫，制得有機(jī)化微晶白云母/ 尼龍6/PP復(fù)合材料。上述工藝步驟(2)所說的Y-氨丙基三乙氧基硅烷的分子式為 NH2CH2CH2CH2Si (OC2H5)3 ；工藝步驟(4)所說的PP為等規(guī)聚丙烯，即全同立構(gòu)聚丙烯。以上述工藝步驟，制備的有機(jī)化微晶白云母/尼龍6/PP復(fù)合材料經(jīng)力學(xué)性能測(cè)試分析表明，其拉伸強(qiáng)度為38. 68 41. 16 MPa、缺口沖擊強(qiáng)度為7. 97 8. 46 KJ/m2，分別較純PP材料的提高了 18. 76 26. 37%,40. 32 48. 94%，復(fù)合材料的力學(xué)性能得到了明顯改善ο本發(fā)明制備的有機(jī)化微晶白云母/尼龍6/PP復(fù)合材料可廣泛應(yīng)用于汽車配件、家用電器、化工、建筑、輕工、醫(yī)療器械等領(lǐng)域。
具體實(shí)施例方式以下實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明，但并不限制本發(fā)明。實(shí)施例1
本發(fā)明的有機(jī)化微晶白云母/尼龍6/PP復(fù)合材料的制備方法，該方法是以無機(jī)剛性粒子有機(jī)化微晶白云母為增強(qiáng)填料，有機(jī)剛性粒子尼龍6為增韌劑，馬來酸酐接枝聚乙烯 PE-g-MAH為相容劑，PP (聚丙烯)為基體材料，采用熔融共混技術(shù)，制備有機(jī)化微晶白云母 /尼龍6/PP復(fù)合材料。其工藝過程是將微晶白云母礦物進(jìn)行預(yù)熱干燥，干燥溫度110 V， 干燥時(shí)間2h，去除礦物表面吸附水；按占干燥的微晶白云母礦物質(zhì)量的0.9%稱取γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性劑，并按Y-氨丙基三乙氧基硅烷無水乙醇水(體積比)=1:2:1 的比例配制Y-氨丙基三乙氧基硅烷改性劑稀釋液；采用干法改性技術(shù)，將干燥的微晶白云母礦物與配制的Y-氨丙基三乙氧基硅烷改性劑稀釋液在高速攪拌機(jī)中混合均勻，對(duì)微晶白云母礦物進(jìn)行表面改性，攪拌速度3000 r/min，表面改性溫度110°C，表面改性時(shí)間70 分鐘，制備有機(jī)化微晶白云母；將制備的有機(jī)化微晶白云母與尼龍6、PP、馬來酸酐接枝聚乙烯PE-g-MAH按照質(zhì)量比8:8:92:4的比例混合均勻，在輥溫為175 °C 士5 °C條件下，采用雙輥混煉機(jī)混煉Smin ；在溫度為185士5 °C的半自動(dòng)壓力成型機(jī)上，將混煉好的料預(yù)熱8 min后，在10 MI^a壓力下壓制定型，保壓10 min后自然冷卻至室溫，制得有機(jī)化微晶白云母 /尼龍6/PP復(fù)合材料。以上述工藝步驟，制備的有機(jī)化微晶白云母/尼龍6/PP復(fù)合材料經(jīng)力學(xué)性能測(cè)試分析表明，其拉伸強(qiáng)度為39. 45MPa、缺口沖擊強(qiáng)度為8.41KJ/m2，分別較純PVC材料的提高了 21. 12%,48. 05%，復(fù)合材料的力學(xué)性能得到了明顯改善。
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本發(fā)明制備的有機(jī)化微晶白云母/尼龍6/PP復(fù)合材料可廣泛應(yīng)用于汽車配件、家用電器、化工、建筑、輕工、醫(yī)療器械等領(lǐng)域。實(shí)施例2:
本發(fā)明的有機(jī)化微晶白云母/尼龍6/PP復(fù)合材料的制備方法，該方法是以無機(jī)剛性粒子有機(jī)化微晶白云母為增強(qiáng)填料，有機(jī)剛性粒子尼龍6為增韌劑，馬來酸酐接枝聚乙烯 PE-g-MAH為相容劑，PP (聚丙烯)為基體材料，采用熔融共混技術(shù)，制備有機(jī)化微晶白云母 /尼龍6/PP復(fù)合材料。其工藝過程是將微晶白云母礦物進(jìn)行預(yù)熱干燥，干燥溫度100 V， 干燥時(shí)間池，去除礦物表面吸附水；按占干燥的微晶白云母礦物質(zhì)量的0.9%稱取Y-氨丙基三乙氧基硅烷改性劑，并按Y-氨丙基三乙氧基硅烷無水乙醇水(體積比)=1:2:1的比例配制Y-氨丙基三乙氧基硅烷改性劑稀釋液；采用干法改性技術(shù)，將干燥的微晶白云母礦物與配制的Y-氨丙基三乙氧基硅烷改性劑稀釋液在高速攪拌機(jī)中混合均勻，對(duì)微晶白云母礦物進(jìn)行表面改性，攪拌速度3000 r/min,表面改性溫度110°C，表面改性時(shí)間80分鐘，制備有機(jī)化微晶白云母；將制備的有機(jī)化微晶白云母與尼龍6、PP、馬來酸酐接枝聚乙烯PE-g-MAH按照質(zhì)量比12:8:92:4的比例混合均勻，在輥溫為175 °C 士5 °C條件下，采用雙輥混煉機(jī)混煉IOmin ；在溫度為185士5 °C的半自動(dòng)壓力成型機(jī)上，將混煉好的料預(yù)熱10 min后，在10 MI^a壓力下壓制定型，保壓10 min后自然冷卻至室溫，制得有機(jī)化微晶白云母 /尼龍6/PP復(fù)合材料。以上述工藝步驟，制備的有機(jī)化微晶白云母/尼龍6/PP復(fù)合材料經(jīng)力學(xué)性能測(cè)試分析表明，其拉伸強(qiáng)度為40. lOMPa、缺口沖擊強(qiáng)度為8. 46KJ/m2，分別較純PVC材料的提高了 23. 12%,48. 94%，復(fù)合材料的力學(xué)性能得到了明顯改善。本發(fā)明制備的有機(jī)化微晶白云母/尼龍6/PP復(fù)合材料可廣泛應(yīng)用于汽車配件、家用電器、化工、建筑、輕工、醫(yī)療器械等領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.以無機(jī)剛性粒子有機(jī)化微晶白云母為增強(qiáng)填料，有機(jī)剛性粒子尼龍6為增韌劑，馬來酸酐接枝聚乙烯PE-g-MAH為相容劑，PP (聚丙烯)為基體材料，采用熔融共混技術(shù)制備有機(jī)化微晶白云母/尼龍6/PP復(fù)合材料的方法，其特征有如下工藝步驟(1)將微晶白云母礦物進(jìn)行預(yù)熱干燥，干燥溫度90 110°C，干燥時(shí)間2 4 h，去除礦物表面吸附水；(2)按占以步驟(1)干燥的微晶白云母礦物質(zhì)量的0.9%稱取Y-氨丙基三乙氧基硅烷改性劑，并按Y-氨丙基三乙氧基硅烷無水乙醇水(體積比)=1:2:1的比例配制γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性劑稀釋液；(3)采用干法改性技術(shù)，將按步驟(1)干燥的微晶白云母礦物與按步驟(2)配制的 Y-氨丙基三乙氧基硅烷改性劑稀釋液在高速攪拌機(jī)中混合均勻，對(duì)微晶白云母礦物進(jìn)行表面改性，攪拌速度3000 r/min,表面改性溫度110°C，表面改性時(shí)間6(Γ80分鐘，制備有機(jī)化微晶白云母；(4)將按步驟(3)制備的有機(jī)化微晶白云母與尼龍6、ΡΡ、馬來酸酐接枝聚乙烯 PE-g-MAH按照質(zhì)量比5 15:8:92:4的比例混合均勻，在輥溫為175 °C 士5 °C條件下，采用雙輥混煉機(jī)混煉8 10 min ；(5)在溫度為185士 5 °C的半自動(dòng)壓力成型機(jī)上，將按步驟(4)混煉好的料預(yù)熱10 min 后，在10 MI^a壓力下壓制定型，保壓10 min后自然冷卻至室溫，制得有機(jī)化微晶白云母/ 尼龍6/PP復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)化微晶白云母/尼龍6/PP復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所說的Y -氨丙基三乙氧基硅烷的分子式為NH2CH2CH2CH2Si (OC2H5) 3 ；所說的PP為等規(guī)聚丙烯，即全同立構(gòu)聚丙烯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)化微晶白云母/尼龍6/PP復(fù)合材料的制備方法，其特征在于該材料的拉伸強(qiáng)度為38. 68 41. 16 MPa、缺口沖擊強(qiáng)度為7. 97 8. 46 KJ/m2。
全文摘要
本發(fā)明涉及以無機(jī)剛性粒子有機(jī)化微晶白云母為增強(qiáng)填料，有機(jī)剛性粒子尼龍6為增韌劑，馬來酸酐接枝聚乙烯PE-g-MAH為相容劑，PP(聚丙烯)為基體材料，采用熔融共混技術(shù)制備有機(jī)化微晶白云母/尼龍6/PP復(fù)合材料的方法，屬于復(fù)合材料領(lǐng)域。制備的有機(jī)化微晶白云母/尼龍6/PP復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度為38.68～41.16MPa、缺口沖擊強(qiáng)度為7.97～8.46kJ/m2，復(fù)合材料的力學(xué)性能得到了明顯改善。本發(fā)明制備的有機(jī)化微晶白云母/尼龍6/PP復(fù)合材料具有優(yōu)良的力學(xué)性能，可廣泛應(yīng)用于汽車配件、家用電器、化工、建筑、輕工、醫(yī)療器械等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C08L51/06GK102276914SQ20111019806
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月15日
發(fā)明者周世一, 徐本梁, 林金輝 申請(qǐng)人:成都理工大學(xué)