一种聚丙烯复合材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及新材料技术领域，尤其是涉及一种防水耐湿、力学性能优异、防老化的聚丙烯复合材料；本发明还涉及一种聚丙烯复合材料的制备方法。


背景技术：

2.聚丙烯( polyetheretherketone，简称pp) 是一种半结晶的热塑性塑料。具有较高的耐冲击性，机械性质强韧，抗多种有机溶剂和酸碱腐蚀。在工业界有广泛的应用，是平常常见的高分子材料之一。
3.聚丙烯同时也存在一些缺点，成型收缩率过大，低温下容易脆裂，韧性不足，耐磨性过低，易受紫外光辐射出现老化, 从而导致强度和韧性都大幅度降低，这些问题需要通过改性解决。
4.纳米tio2是一种常用的光屏蔽剂, 化学性质稳定、无毒、耐热性好, 相对于传统有机抗老化改性剂, 更具环保性和持久性。
5.海泡石作为一种含水镁硅酸盐的天然矿石 ,常呈纤维状或针状结构 , 具有较高的形状比和表面物理化学性质 ,可用于聚合物的改性。


技术实现要素：

6.为了克服聚丙烯的不足，本发明目的在于提供一种具有具有适当强度、硬度与摩擦学性能，足够的弹性与韧性，防水耐湿、防滑耐高温耐老化的聚丙烯复合材料及其制备方法。
7.为了解决上述技术问题，一方面，本发明提供一种聚丙烯复合材料，该聚醚醚酮复合材料包括由聚丙烯93～96质量份、改性海泡石3～5质量份，改性纳米tio21～2质量份制得；所述改性海泡石用盐酸溶液表面处理；所述改性纳米tio2用甲基丙烯酸甲酯进行表面处理；所述聚丙烯复合材料经包括以下步骤制得：将聚丙烯、改性海泡石、改性纳米tio2按比例加入高速搅拌机混合均匀后，从主喂料加入双螺杆挤出机，经熔融混合挤出、拉条水冷切粒后得到改性聚丙烯粒料，加工温度180～220℃，设置一区温度为140～160℃，二区温度为160～180℃，三区温度为180～200℃，四区温度为200～220℃，五区温度为190～210℃，机头温度为190～210℃，主机螺杆转速为200～300rpm，喂料杆转速：20～40rpm，粒料干燥后使用注塑机加工成型。
8.作为优选技术方案，本发明提供的聚丙烯复合材料，所述海泡石经过提纯处理，取一定量的海泡石(海泡石粉末和海泡石绒两种)，按照海泡石与水质量比为 1:5 加入大烧杯中，水化过夜。加入一定体积的稀盐酸，搅拌至无气泡产生为止，除去碳酸钙；放置一段时间后，取上层颜色均一的悬浮液，洗涤、抽滤至中性。在离心机上分离提纯，得到提纯海泡石，提纯后的海泡石经抽滤、洗涤、120℃真空干燥处理后，研磨，放入自封袋备用。
9.作为优选技术方案，本发明提供的聚丙烯复合材料，海泡石提纯后，需要使用盐酸进行表面处理，将海泡石用去离子水浸泡20～30min，分离出浮渣、过滤，用1.0mol/l的hcl
溶液在70℃恒温下浸泡10h，控制固液比为10:1，然后用蒸馏水洗涤，真空抽滤，除去钙氯离子，直至用agno3溶液测试溶液中无白色沉淀为止，将过滤物烘干后，经500℃高温煅烧5～6h，取出自然冷却至室温。
10.作为优选技术方案，本发明提供的聚丙烯复合材料，所述改性纳米tio2由甲基丙烯酸甲酯进行表面处理，将tio2与去离子水和十二烷基磺酸钠搅拌，升温至一定温度, 搅拌后滴加40%～50％甲基丙烯酸甲酯, 反应完毕后, 减压过滤, 烘至恒量, 研磨至微粒状制得改性纳米tio2。
11.为了解决上述技术问题，另一方面，本发明提供一种聚丙烯复合材料制备方法，包括以下步骤：制备改性海泡石，取一定量的海泡石(海泡石粉末和海泡石绒两种)，按照海泡石与水质量比为 1:5 加入大烧杯中，水化过夜。加入一定体积的稀盐酸，搅拌至无气泡产生为止，除去碳酸钙；放置一段时间后，取上层颜色均一的悬浮液，洗涤、抽滤至中性。在离心机上分离提纯，得到提纯海泡石，提纯后的海泡石经抽滤、洗涤、120℃真空干燥处理后，研磨，放入自封袋备用。海泡石提纯后，需要使用盐酸进行表面处理，将海泡石用去离子水浸泡20～30min，分离出浮渣、过滤，用1.0mol/l的hcl溶液在70℃恒温下浸泡10h，控制固液比为10:1，然后用蒸馏水洗涤，真空抽滤，除去钙氯离子，直至用agno3溶液测试溶液中无白色沉淀为止，将过滤物烘干后，经500℃高温煅烧5～6h，取出自然冷却至室温。
12.制备改性tio2，纳米tio2由甲基丙烯酸甲酯进行表面处理，将tio2与去离子水和十二烷基磺酸钠搅拌，升温至一定温度, 搅拌后滴加40%～50％甲基丙烯酸甲酯, 反应完毕后, 减压过滤, 烘至恒量, 研磨至微粒状制得改性纳米tio2。
13.将聚丙烯、改性海泡石、改性纳米tio2按比例加入高速搅拌机混合均匀后，从主喂料加入双螺杆挤出机，经熔融混合挤出、拉条水冷切粒后得到改性聚丙烯粒料作为优选技术方案，本发明提供的聚丙烯复合材料制备方法，挤出加工温度180～220℃，设置一区温度为140～160℃，二区温度为160～180℃，三区温度为180～200℃，四区温度为200～220℃，五区温度为190～210℃，机头温度为190～210℃，主机螺杆转速为200～300rpm，喂料杆转速：20～40rpm，粒料干燥后使用注塑机加工成型。
14.在不冲突的情况下，上述优选方案可单独或组合实施。
15.本发明带来的有益效果：组份中的海泡石用盐酸溶液表面处理后，提高了海泡石的孔隙度，增强了对聚丙烯基体的改性效果。
16.少量的改性海泡石能够高度分散于pp基材中，并且形成了纤维网状结构，对复合材料起到了随机增强的作用。
17.海泡石的层链状结构存在位阻效应，在拉伸过程中可以有效阻碍pp分子链的扩展。
18.改性海泡石粒子会引导pp进行异相成核，形成大量的微晶，促使pp结晶更加完善，从而提高了pp复合材料的冲击强度。
19.纳米tio2是一种常用的光屏蔽剂, 化学性质稳定、无毒、耐热性好, 相对于传统有机抗老化改性剂, 更具环保性和持久性。实验证明: 随着纳米粒子含量的增加, 异质形核的质点数增大，晶粒减小，从而使纯pp的强度、韧性随tio2量的增高而增加。
20.随着纳米tio2含量的增加, 粒子在pp中分散困难，极易团聚，一方面降低了tio2粒子与pp基体的界面粘合，另一方面由于大部分团聚体是软团聚，当pp受冲击时, 团聚体易于从基体上剥落或自身开裂，从而冲击性能下降，本发明使用甲基丙烯酸酯对纳米tio2粒子进行改性，以进一步提升聚丙烯复合材料的拉伸强度和冲击强度。
21.改性纳米tio2的添加能够有效克服聚丙烯易受紫外光辐射出现老化的缺点，并且提高聚丙烯复合材料的的弹性、韧性、吸附性、防水性。
22.采用天然海泡石纤维对pp进行改性，提高其强度、硬度与耐磨性和吸附性成本，同时降低产品本。
23.本发明聚丙烯复合材料性能优良，具有优良的力学性能和摩擦学性能，无毒、无味、防水耐湿、防滑耐高温耐老化、低成本等特性，能够应用于悬浮式拼装地板。
具体实施方式
24.为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解释本发明，不应理解对本发明构成任何的限定。
25.实施例1：取一定量的海泡石(海泡石粉末和海泡石绒两种)，按照海泡石与水质量比为 1:5 加入大烧杯中，水化过夜。加入一定体积的稀盐酸，搅拌至无气泡产生为止，除去碳酸钙；放置一段时间后，取上层颜色均一的悬浮液，洗涤、抽滤至中性。在离心机上分离提纯，得到提纯海泡石，提纯后的海泡石经抽滤、洗涤、120℃真空干燥处理后，研磨，放入自封袋备用。
26.海泡石提纯后，使用盐酸进行表面处理，将海泡石用去离子水浸泡20min，分离出浮渣、过滤，用1.0mol/l的hcl溶液在70℃恒温下浸泡10h，控制固液比为10:1，然后用蒸馏水洗涤，真空抽滤，除去钙氯离子，直至用agno3溶液测试溶液中无白色沉淀为止，将过滤物烘干后，经500℃高温煅烧5h，取出自然冷却至室温。
27.将tio2与去离子水和十二烷基磺酸钠搅拌，升温至一定温度, 搅拌后滴加40%甲基丙烯酸甲酯, 反应完毕后, 减压过滤, 烘至恒量, 研磨至微粒状制得改性纳米tio2。
28.将聚丙烯93质量份、改性海泡石5质量份，改性纳米tio22质量份加入高速搅拌机混合均匀后，从主喂料加入双螺杆挤出机，经熔融混合挤出、拉条水冷切粒后得到改性聚丙烯粒料，加工温度180～220℃，设置一区温度为140～160℃，二区温度为160～180℃，三区温度为180～200℃，四区温度为200～220℃，五区温度为190～210℃，机头温度为190～210℃，主机螺杆转速为200～300rpm，喂料杆转速：20～40rpm，粒料干燥后使用注塑机加工成型，注塑工艺参数：t1＝190～200℃，t2＝200～210℃，t3＝200～210℃，t4＝200℃。注射压力：40mpa，保压压力：70mpa，背压：40mpa。
29.实施例2：取一定量的海泡石(海泡石粉末和海泡石绒两种)，按照海泡石与水质量比为 1:5 加入大烧杯中，水化过夜。加入一定体积的稀盐酸，搅拌至无气泡产生为止，除去碳酸钙；放置一段时间后，取上层颜色均一的悬浮液，洗涤、抽滤至中性。在离心机上分离提纯，得到提纯海泡石，提纯后的海泡石经抽滤、洗涤、120℃真空干燥处理后，研磨，放入自封袋备用。
30.海泡石提纯后，使用盐酸进行表面处理，将海泡石用去离子水浸泡25min，分离出浮渣、过滤，用0.9mol/l的hcl溶液在70℃恒温下浸泡10h，控制固液比为10:1，然后用蒸馏
水洗涤，真空抽滤，除去钙氯离子，直至用agno3溶液测试溶液中无白色沉淀为止，将过滤物烘干后，经500℃高温煅烧6h，取出自然冷却至室温。
31.将tio2与去离子水和十二烷基磺酸钠搅拌，升温至一定温度, 搅拌后滴加45%甲基丙烯酸甲酯, 反应完毕后, 减压过滤, 烘至恒量, 研磨至微粒状制得改性纳米tio2。
32.将聚丙烯96质量份、改性海泡石3质量份，改性纳米tio21质量份加入高速搅拌机混合均匀后，从主喂料加入双螺杆挤出机，经熔融混合挤出、拉条水冷切粒后得到改性聚丙烯粒料，加工温度180～220℃，设置一区温度为140～160℃，二区温度为160～180℃，三区温度为180～200℃，四区温度为200～220℃，五区温度为190～210℃，机头温度为190～210℃，主机螺杆转速为200～300rpm，喂料杆转速：20～40rpm。
33.粒料干燥后使用注塑机加工成型，注塑工艺参数：t1＝190～200℃，t2＝200～210℃，t3＝200～210℃，t4＝200℃。注射压力：40mpa，保压压力：70mpa，背压：40mpa。
34.实施例3：取一定量的海泡石(海泡石粉末和海泡石绒两种)，按照海泡石与水质量比为 1:5 加入大烧杯中，水化过夜。加入一定体积的稀盐酸，搅拌至无气泡产生为止，除去碳酸钙；放置一段时间后，取上层颜色均一的悬浮液，洗涤、抽滤至中性。在离心机上分离提纯，得到提纯海泡石，提纯后的海泡石经抽滤、洗涤、120℃真空干燥处理后，研磨，放入自封袋备用。
35.海泡石提纯后，使用盐酸进行表面处理，将海泡石用去离子水浸泡30min，分离出浮渣、过滤，用1.2mol/l的hcl溶液在70℃恒温下浸泡10h，控制固液比为10:1，然后用蒸馏水洗涤，真空抽滤，除去钙氯离子，直至用agno3溶液测试溶液中无白色沉淀为止，将过滤物烘干后，经500℃高温煅烧5.5h，取出自然冷却至室温。
36.将tio2与去离子水和十二烷基磺酸钠搅拌，升温至一定温度, 搅拌后滴加50%甲基丙烯酸甲酯, 反应完毕后, 减压过滤, 烘至恒量, 研磨至微粒状制得改性纳米tio2。
37.将聚丙烯95质量份、改性海泡石4质量份，改性纳米tio21质量份加入高速搅拌机混合均匀后，从主喂料加入双螺杆挤出机，经熔融混合挤出、拉条水冷切粒后得到改性聚丙烯粒料，加工温度180～220℃，设置一区温度为140～160℃，二区温度为160～180℃，三区温度为180～200℃，四区温度为200～220℃，五区温度为190～210℃，机头温度为190～210℃，主机螺杆转速为200～300rpm，喂料杆转速：20～40rpm。
38.粒料干燥后使用注塑机加工成型，注塑工艺参数：t1＝190～200℃，t2＝200～210℃，t3＝200～210℃，t4＝200℃。注射压力：40mpa，保压压力：70mpa，背压：40mpa。
39.为了比较本方的优越性能，制备3%未改性海泡石/pp复合材料、3%改性海泡石/pp复合材料和1.5%改性tio2/pp的复合材料作为对比例。
40.将聚丙烯97质量份、海泡石3质量份加入高速搅拌机混合均匀后，从主喂料加入双螺杆挤出机，经熔融混合挤出、拉条水冷切粒后得到3%未改性海泡石/pp复合材料，加工温度180～220℃，设置一区温度为140～160℃，二区温度为160～180℃，三区温度为180～200℃，四区温度为200～220℃，五区温度为190～210℃，机头温度为190～210℃，主机螺杆转速为200～300rpm，喂料杆转速：20～40rpm。
41.将聚丙烯97质量份、改性海泡石3质量份加入高速搅拌机混合均匀后，从主喂料加入双螺杆挤出机，经熔融混合挤出、拉条水冷切粒后得到3%改性海泡石/pp复合材料，加工温度180～220℃，设置一区温度为140～160℃，二区温度为160～180℃，三区温度为180～
200℃，四区温度为200～220℃，五区温度为190～210℃，机头温度为190～210℃，主机螺杆转速为200～300rpm，喂料杆转速：20～40rpm。
42.将聚丙烯98.5质量份、改性纳米tio21.5质量份加入高速搅拌机混合均匀后，从主喂料加入双螺杆挤出机，经熔融混合挤出、拉条水冷切粒后得到1.5%改性tio2/pp的复合材料，加工温度180～220℃，设置一区温度为140～160℃，二区温度为160～180℃，三区温度为180～200℃，四区温度为200～220℃，五区温度为190～210℃，机头温度为190～210℃，主机螺杆转速为200～300rpm，喂料杆转速：20～40rpm。
43.对各实施例获得的聚丙烯复合材料、聚丙烯材料以及对比例获得的3%未改性海泡石/pp复合材料、3%改性海泡石/pp复合材料和1.5%改性tio2/pp的复合材料进行拉伸强度、冲击强度和弯曲强度的检测。检测结果如下表 拉伸强度/mpa冲击强度/kj
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m-2弯曲强度/mpapp原料34.318.921.53%未改性海泡石/pp38.619.824.13%改性海泡石/pp39.322.326.21.5%改性tio2/pp41.822.727.3实施例152.729.136.9实施例250.227.635.3实施例354.430.140.6本发明中，拉伸强度按gb/t1040-2008塑料拉伸性能的测定进行测试；冲击强度按gb/t1043.1-2008塑料简支染缺口冲击性能的测定进行测试。弯曲强度按国家标准gb/t1449-2005纤维增强塑料弯曲性能试验方法进行测试。
44.显然，本发明不限于以上优选实施方式，还可在本发明权利要求和说明书限定的精神内，进行多种形式的变换和改进，能解决同样的技术问题，并取得预期的技术效果，故不重述。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接或联想到的所有方案，只要在权利要求限定的精神之内，也属于本发明的保护范围。