一種納米改性高強(qiáng)度聚丙烯材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種納米改性高強(qiáng)度聚丙烯材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚丙烯（PP)是目前世界上應(yīng)用最廣泛、產(chǎn)量增長最快的樹脂之一，產(chǎn)量僅次于聚 乙烯（PE)。與其他熱塑性塑料相比，PP具有低密度、高熔點(diǎn)、機(jī)械性能優(yōu)異、化學(xué)穩(wěn)定性好 等特點(diǎn)，已經(jīng)成為包裝、輕工、建筑、電子、電器和汽車等行業(yè)不可缺少的基本原料。然而， 無論是由Ziegler-Natta催化劑還是茂金屬催化劑催化生產(chǎn)的聚丙烯，均為線性結(jié)構(gòu)的聚 丙烯（LPP)，其分子量分布相對(duì)較窄，導(dǎo)致聚丙烯的軟化點(diǎn)與熔點(diǎn)較接近，熔程較短，聚合物 的抗熔垂性能差，熱成型制品壁厚不均，涂覆、壓延時(shí)邊緣易卷曲、收縮，擠出發(fā)泡時(shí)泡孔易 塌陷，極大地限制了聚丙烯的應(yīng)用。因此，開發(fā)長支鏈聚丙烯成為近年來許多國家的研究熱 點(diǎn)，也取得了一定成果。
[0003] 長支鏈聚丙烯的制備方法主要包括以下幾種：（1)在樹脂的聚合過程中或者聚合 后期進(jìn)行接枝反應(yīng)，在聚合物主鏈上引入長的支鏈；（2)進(jìn)行非反應(yīng)性共混改性，在基體聚 合物中引入高相對(duì)分子量的其他組分；（3)直接對(duì)聚合物進(jìn)行可控的接枝、交聯(lián)和降解等 反應(yīng)改性。都是通過引入長支鏈結(jié)構(gòu)來改變聚丙烯的熔體特性及力學(xué)性能。
[0004] 近年來，聚合物/納米無機(jī)物復(fù)合材料由于其獨(dú)特的性能已成為材料研究領(lǐng)域的 熱點(diǎn)之一。聚合物/納米無機(jī)物復(fù)合材料克服了單一材料和傳統(tǒng)復(fù)合材料性能上的缺陷， 使材料既具有無機(jī)材料的優(yōu)點(diǎn)，如剛性、高熱穩(wěn)定性和特殊的光電磁性能等，又具有聚合物 材料的優(yōu)點(diǎn)，如彈性、介電性、延展性和可加工性等。而且，由于無機(jī)粒子在聚合物基體中是 以納米粒子的形式均勻分布的，所以這種納米復(fù)合材料往往還具有在電學(xué)、光學(xué)、光電和非 線性光學(xué)領(lǐng)域的一些特殊應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種納米改性高強(qiáng)度聚丙烯材料及其制備方法。
[0006] 本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是： 一種納米改性高強(qiáng)度聚丙烯材料由以下質(zhì)量百分比的原料組成： 聚丙烯樹脂：73· 1%~98. 2% ; 引發(fā)劑：〇. 02%~1% ; 丙烯酸酯單體：〇. 3%~3% ; 支化促進(jìn)劑：〇. 1%~2% ; 抗氧劑：〇. 3%~0. 9% ; 納米改性劑：1%~20%。
[0007] 所述引發(fā)劑為過氧化物類引發(fā)劑、偶氮類引發(fā)劑中的至少一種。
[0008] 所述丙烯酸酯單體為含有兩個(gè)雙鍵的丙烯酸酯、含有三個(gè)雙鍵的丙烯酸酯、含有 四個(gè)雙鍵的丙烯酸酯中的至少一種。
[0009] 所述支化促進(jìn)劑為結(jié)構(gòu)式如（1)所示的秋蘭姆類化合物中的至少一種，
其中，X為1或2 ~C10的烷基或芳基。
[0010] 所述抗氧劑為酚類抗氧劑、復(fù)合抗氧劑中的至少一種。
[0011] 所述納米改性劑為納米氧化物、納米碳酸鹽、納米硫酸鹽中的至少一種。
[0012] 對(duì)應(yīng)上述配方的聚丙烯材料的制備方法包括以下步驟： 1) 將聚丙烯樹脂、引發(fā)劑、丙烯酸酯單體、支化促進(jìn)劑、抗氧劑和納米改性劑加入高速 混合機(jī)中，混合均勻； 2) 將步驟1)中的物料加入雙螺桿擠出機(jī)或單螺桿擠出機(jī)中，進(jìn)行熔融接枝反應(yīng)，再擠 出造粒，得到納米改性高強(qiáng)度聚丙烯材料。
[0013] 步驟1)中所述的高速混合機(jī)的轉(zhuǎn)速為60rpm~120rpm，混合時(shí)間為5min~ 10min〇
[0014] 步驟2)中所述的雙螺桿擠出機(jī)或單螺桿擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速為lOOrpm~250rpm，加熱 溫度為160°C~250°C。
[0015] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的納米改性高強(qiáng)度聚丙烯材料和純聚丙烯材料 相比，熔體強(qiáng)度顯著提高，提高了幾十倍，彎曲強(qiáng)度提高明顯，提高了 5MPa以上，最高達(dá) 14MPa，耐沖擊強(qiáng)度有所增強(qiáng)，熔融指數(shù)顯著降低，其加工性能優(yōu)異，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)聚丙烯的缺 點(diǎn)，增加了產(chǎn)品的使用壽命，從而減少了環(huán)境污染。本發(fā)明的制備方法簡單、高效、生產(chǎn)成本 低。
【具體實(shí)施方式】
[0016] -種納米改性高強(qiáng)度聚丙烯材料由以下質(zhì)量百分比的原料組成： 聚丙烯樹脂：73· 1%~98. 2% ; 引發(fā)劑：〇. 02%~1% ; 丙烯酸酯單體：〇. 3%~3% ; 支化促進(jìn)劑：〇. 1%~2% ; 抗氧劑：〇. 3%~0. 9% ; 納米改性劑：1%~20%。
[0017] 優(yōu)選的，一種納米改性高強(qiáng)度聚丙烯材料由以下質(zhì)量百分比的原料組成： 聚丙烯樹脂：80%~95% ; 引發(fā)劑：0. 2%~1% ; 丙烯酸酯單體：〇. 5%~2. 5% ; 支化促進(jìn)劑：〇. 6%~2% ; 抗氧劑：〇. 3%~0. 9% ; 納米改性劑：3%~15%。
[0018] 優(yōu)選的，所述引發(fā)劑為過氧化物類引發(fā)劑、偶氮類引發(fā)劑中的至少一種。
[0019] 優(yōu)選的，所述過氧化物類引發(fā)劑為過氧化苯甲酰、過氧化十二碳酰（LP0)、過氧化 二異丙苯、過2-乙基己酸叔丁酯、2, 5-二甲基-2, 5-二（叔丁過氧基）己烷、叔丁基過氧化 氫、異丙苯過氧化氫中的至少一種。
[0020] 優(yōu)選的，所述偶氮類自由基引發(fā)劑為偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈中的至少一種。
[0021] 優(yōu)選的，所述丙烯酸酯單體為含有兩個(gè)雙鍵的丙烯酸酯、含有三個(gè)雙鍵的丙烯酸 酯、含有四個(gè)雙鍵的丙烯酸酯中的至少一種。
[0022] 優(yōu)選的，所述含有兩個(gè)雙鍵的丙烯酸酯為二丙烯酸酯。
[0023] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述含有兩個(gè)雙鍵的丙烯酸酯為雙甲基丙烯酸四乙二醇酯、新戊 二醇二丙烯酸酯中的至少一種。
[0024] 優(yōu)選的，所述含有三個(gè)雙鍵的丙烯酸酯為三丙烯酸酯、三烯丙酯中的至少一種。
[0025] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述含有三個(gè)雙鍵的丙烯酸酯為三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧 基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、丙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯中的至少一種。
[0026] 優(yōu)選的，所述含有四個(gè)雙鍵的丙烯酸酯為四丙烯酸酯。
[0027] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述含有四個(gè)雙鍵的丙烯酸酯為季戊四醇四丙烯酸酯、季戊四醇 四甲基丙烯酸酯、乙氧基化季戊四醇四丙烯酸酯中的至少一種。
[0028] 優(yōu)選的，所述支化促進(jìn)劑為結(jié)構(gòu)式如（1)所示的秋蘭姆類化合物中的至少一種，
其中，X為1或2 ;1^、1?2、1?3、1?4為(：1~C10的烷基或芳基。
[0029] 優(yōu)選的，所述抗氧劑為酚類抗氧劑、復(fù)合抗氧劑中的至少一種。
[0030] 優(yōu)選的，所述酸類抗氧劑為 BHT、IrganoxlOlO、Irganox565、Irganoxl076、 Irganox245中的至少一種。
[0031] 優(yōu)選的，所述復(fù)合抗氧劑為抗氧劑B215、抗氧劑B225、抗氧劑B900中的至少一種。
[0032] 優(yōu)選的，所述納米改性劑為納米氧化物、納米碳酸鹽、納米硫酸鹽中的至少一種。
[0033] 優(yōu)選的，所述納米氧化物為納米Si02、納米Ti02、納米ZnO、納米A1 203、納米Fe304中 的至少一種。
[0034] 優(yōu)選的，所述納米碳酸鹽為納米CaC03、納米K2C0 3、納米Na2C03中的至少一種。
[0035] 優(yōu)選的，所述納米硫酸鹽為納米Na2S04、納米K 2S04、納米BaS04、納米CaS04中的至 少一種。
[0036] 對(duì)應(yīng)上述配方或優(yōu)選配方的聚丙烯材料的制備方法包括以下步驟： 1) 將聚丙烯樹脂、引發(fā)劑、丙烯酸酯單體、支化促進(jìn)劑、抗氧劑和納米改性劑加入高速 混合機(jī)中，混合均勻； 2) 將步驟1)中的物料加入雙螺桿擠出機(jī)或單螺桿擠出機(jī)中，進(jìn)行熔融接枝反應(yīng)，再擠 出造粒，得到納米改性高強(qiáng)度聚丙烯材料。
[0037] 優(yōu)選的，步驟1)中所述的高速混合機(jī)的轉(zhuǎn)速為60rpm~120rpm，混合時(shí)間為 5min ~10min〇
[0038] 優(yōu)選的，步驟2)中所述的雙螺桿擠出機(jī)或單螺桿擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速為lOOrpm~ 250rpm，加熱溫度為160°C~250°C。
[0039] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的解釋和說明。
[0040] 實(shí)施例1: 將475g聚丙稀(聚丙稀粉料，恪融指數(shù)為7. 6g/10min)、l. 5g抗氧劑IrganoxlOlO在高 速混合機(jī)中預(yù)混合均勻，將lg 2,5_二甲基-2,5-二(叔丁過氧基）己烷、2.5g三羥甲基丙 烷三丙烯酸酯、5g二硫化四丁基秋蘭姆混合均勻，滴加到高速混合機(jī)中，混合機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定為 lOOrpm，混合時(shí)間為5min，其次將15g納米CaCOjp入高速混合機(jī)，繼續(xù)混合3min。然后加 入到L/D=30, Φ為21mm的雙螺桿擠出機(jī)中，擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)定120rpm，擠出機(jī)共分為五個(gè) 加熱區(qū)，各區(qū)的溫度依次為165°C、185°C、185°C、175°C、165°C，擠出造粒，注塑為樣條。取部 分樣品進(jìn)行性能測(cè)試，其結(jié)果如表1所示。
[0041] 實(shí)施例2: 將450g聚丙烯（聚丙烯粉料，熔融指數(shù)為7. 6g/10min)、1. 5g抗氧劑B215在高速混合 機(jī)中預(yù)混合均勻，將3. 5g過氧化二異丙苯、10g三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、10g二硫化四丁 基秋蘭姆混合均勾，滴加到高速混合機(jī)中，混合機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定為l〇〇