聚丙烯复合材料及其制备方法与流程

1.本发明属于高分子材料改性技术领域，具体涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法。


背景技术：

2.聚丙烯(pp)是目前用量最大的廉价通用塑料之一，具有很多优异的特性，比如来源广、价格低、密度小、无毒、易加工等，因而被广泛应用于汽车、家电、电子电气等领域。
3.近年来我国的汽车、电器等工业迅速发展，特别是轿车和家电的产销量一直保持较高增长速度，中国已成为全球举足轻重的汽车和家电的消费市场。在安全保证前提下，轻量化和塑料一体化是发展趋势。目前汽车用塑料占到塑料总量的15％以上，而聚丙烯材料占到车用塑料的40％以上，总消耗量已达50万吨。其中80％以上的聚丙烯材料适用于生产汽车保险杠，可以起到降低成本、易于轻量化、可循环再利用等。在家电行业，塑料用量占40％以上，产品塑料化已成为家电行业重要发展方向之一，塑料已成为家电领域应用量增长速度最快的材料。
4.聚丙烯虽然具有原料来源丰富、合成工艺简单且现代化大规模生产、密度较金属低、价格低、具有良好的强度、加工性能好等优点，但也存在耐低温冲击性能不佳、成型收缩率大、刚性及韧性不足等缺点。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明有必要提供一种聚丙烯复合材料及其制备方法，在聚丙烯体系中添加氧化聚乙烯蜡、低密度聚乙烯和其他助剂，使得得到的聚丙烯复合材料具有优异的低温韧性且力学性能优异，以解决上述问题。
6.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
7.本发明提供了一种聚丙烯复合材料，其由聚丙烯树脂100份、预处理云母粉5-40份、低密度聚乙烯3-5份、抗氧剂0.2-1.0份和润滑剂0-2份按照重量份制备而成，其中，所述预处理云母粉为云母粉经过氧化聚乙烯蜡改性制得。
8.本发明中采用氧化聚乙烯蜡对云母粉的表面进行改性，使得氧化聚乙烯能够充分附着在云母的层间和表面，从而提高云母粉在聚丙烯基体中的分散性，并且提高了云母粉和聚丙烯基体之间的结合力，增加聚丙烯复合材料的力学性能。进一步的预处理云母粉可与低密度聚乙烯协同作用，增强聚丙烯复合材料的低温抗冲击强度。
9.进一步的，本发明中所述的聚丙烯可以是本领域中常规的任意规格型号的聚丙烯树脂，没有特别的限定，优选的，在本发明的一些具体的实施方式中，所述聚丙烯树脂为熔体流动速率为1.0～100g/10min的共聚聚丙烯，比如熔体流动速率为1.0g/10min、10g/10min、60g/10min、100g/10min等的共聚聚丙烯，可根据需要进行调整。
10.进一步的，本发明中的所述的抗氧剂没有特别的限定，本领域中常规采用的抗氧剂均可以用于本发明中，具体可提及的实例包括但不限于四[β-(3，5-二叔丁基4-羟基苯
基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、三-(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、硫代二丙酸双十八醇酯中的至少一种。
[0011]
进一步的，本发明中所述的润滑剂可以采用本领域中常规的润滑剂，优选的，在本发明的一些具体的实施例中采用白油作为润滑剂。
[0012]
进一步的，所述云母粉为绢云母粉，其粒径在400-3000目之间，可以理解的是，任意粒径的云母粉均可用于本发明中，本发明的一些实施方式中优选采用400-3000目的云母粉，从而使得聚丙烯复合材料的性能较佳。
[0013]
进一步的，所述预处理云母粉的预处理方法为：将云母粉加入10倍重量份的氧化聚乙烯蜡乳液中于40-50℃以200-300rpm搅拌10-20min，停止搅拌；然后超声分散20-30min后，于50-60℃干燥40-60min，在所限定范围内进行预处理均可实现较好的效果，没有特别的限定，可根据需要在上述范围内进行调整。
[0014]
优选的，所述氧化聚乙烯蜡乳液的固含量40
±
2％。
[0015]
优选的，所述超声分散的超声频率为20-40khz。
[0016]
利用云母独特的层状结构，因而其在液体中的悬浮性能好，通过这种特殊的预处理工艺，使氧化聚乙烯能够充分的附着在云母的层间和表面，具有较强的结合力，将预处理云母粉添加至聚丙烯基体后，可明显提高其在聚丙烯基体中的分散性。此外，更为重要的是由于氧化聚乙烯与聚丙烯基体具有优异的相容性，本发明中将其作为“界面改性剂”，氧化聚乙烯能够大大增强聚丙烯基体与云母粉之间的结合能力，从而明显增强聚丙烯复合材料的拉伸强度、弯曲强度、常温与低温抗冲击性能。
[0017]
本发明还提供了一种如前述任一项所述的聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0018]
按照重量份配比将聚丙烯、预处理云母粉、低密度聚乙烯、抗氧剂和润滑剂充分混合，得到均匀的混合物料，可以理解的是，这里的充分混合可以采用本领域常规的任意混合方式，比如机械混合，其混合的参数如转速、时间等没有特别的限定，只要能实现混合均匀的目的即可；
[0019]
将所述混合物料加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，制得聚丙烯复合材料。
[0020]
可以理解的是，双螺杆挤出机的加工参数，根据基体树脂、助剂等选择的不同，可进行调整，因此，这里没有特别的限定，优选的，在本发明的一些具体的实施方式中，所述双螺杆挤出机的温度从喂料段到机头依次为140-150℃、150-170℃、170-180℃、180-190℃、190-200℃、200-210℃、210-220℃、210-220℃。
[0021]
与现有技术相比，本发明中的聚丙烯复合材料力学优异，将测试，拉伸强度在31-45mpa，23℃弯曲强度在47-69kj/m2，23℃悬臂梁缺口冲击强度在27-41kj/m2，其中低温韧性明显提高，-30℃悬臂梁缺口冲击强度在16-23kj/m2。
具体实施方式
[0022]
为了便于理解本发明，下面将结合具体的实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
[0023]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的
技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
[0024]
以下实施例和对比例中采用的基体树脂和助剂来源为：
[0025]
实施例4使用聚丙烯：型号bh3520(熔融指数10g/10min)，韩国sk；
[0026]
其他实施例及对比例使用聚丙烯：型号：ea5075(熔融指数60g/10min)，韩国聚美莱；
[0027]
云母粉：粒径在400-3000的绢云母粉。
[0028]
氧化聚乙烯蜡乳液生产商为南通奥诺化工有限公司，牌号ha-soft80，氧化聚乙烯蜡乳液固含量40
±
2％；
[0029]
抗氧剂：四[β-(3，5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、三-(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、硫代二丙酸双十八醇酯均产自氰特化学；
[0030]
白油，无锡市永真工业油品有限公司；
[0031]
kh550、kh570、钛酸酯偶联剂nxh-101、铝酸酯偶联剂nxh-821均产自南京轩浩新材料科技有限公司。
[0032]
实施例1-5中预处理云母粉的制备：将云母粉加入10倍重量份的氧化聚乙烯蜡乳液中搅拌15分钟，温度为45℃，搅拌速度200转/分钟，停止搅拌，开启超声分散仪，超声分散25分钟，超声频率为30khz。取出，55℃干燥50分钟，保存。
[0033]
需要说明书的是，以上基体树脂和助剂的选择仅为了使得实施例中的技术方案清楚，不代表本发明仅能采用上述基体树脂和助剂，其他厂家或牌号的基体树脂、助剂等属于权利要求保护范围内的均可用于本发明中。
[0034]
实施例1
[0035]
按照重量份取聚丙烯100份、预处理云母粉5份、低密度聚乙烯3份、四[β-(3，5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.2份加入高混机常温混合均匀；
[0036]
然后将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，得到聚丙烯复合材料，其中，双螺杆挤出机的温度从喂料段到机头依次为140℃、150℃、170℃、180℃、190-200℃、200℃、210℃、210℃。
[0037]
实施例2
[0038]
按照重量份取聚丙烯100份、预处理云母粉10份、低密度聚乙烯4份、β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯0.5份和白油2份加入高混机常温混合均匀；
[0039]
然后将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，得到聚丙烯复合材料，其中，双螺杆挤出机的温度从喂料段到机头依次为150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃。
[0040]
实施例3
[0041]
按照重量份取聚丙烯100份，预处理云母粉20份，低密度聚乙烯5份，三-(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯1.0份，白油2份经加入高混机常温混合均匀；然后将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，得到聚丙烯复合材料，其中，双螺杆挤出机的温度从喂料段到机头依次为150℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、220℃。
[0042]
实施例4
[0043]
按照重量份取聚丙烯100份、预处理云母粉40份、低密度聚乙烯5份、硫代二丙酸双十八醇酯1.0份和白油2份加入高混机常温混合均匀；
[0044]
然后将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，得到聚丙烯复合材料，其中，双螺杆挤出机的温度从喂料段到机头依次为150℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、220℃。
[0045]
实施例5
[0046]
按照重量份取聚丙烯100份、预处理云母粉40份、低密度聚乙烯4份、硫代二丙酸双十八醇酯0.8份和白油2份加入高混机常温混合均匀；
[0047]
然后将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，得到低聚丙烯复合材料，其中，双螺杆挤出机的温度从喂料段到机头依次为150℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、220℃。
[0048]
实施例6
[0049]
本实施例中，预处理云母粉的制备方法：将云母粉加入10倍重量份的氧化聚乙烯蜡乳液中于40℃以250rpm搅拌10min，停止搅拌；然后以20khz超声分散20min后，于50℃干燥40min，保存。
[0050]
聚丙烯复合材料的原料组分及制备方法同实施例1。
[0051]
实施例7
[0052]
本实施例中，预处理云母粉的制备方法：将云母粉加入10倍重量份的氧化聚乙烯蜡乳液中于50℃以300rpm搅拌20min，停止搅拌；然后以40khz超声分散30min后，于60℃干燥60min，保存。
[0053]
聚丙复合材料的原料组分及制备方法同实施例1。
[0054]
对比例1
[0055]
按照重量份将聚丙烯100份，云母粉(未经过预处理)40份、低密度聚乙烯4份、硫代二丙酸双十八醇酯0.8份和白油2份加入高混机常温混合均匀；
[0056]
然后将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，得到聚丙烯复合材料，其中，双螺杆挤出机的温度从喂料段到机头依次为150℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、220℃。
[0057]
对比例2
[0058]
本对比例预处理云母粉，由以下工艺制备而成：将云母粉加入10倍重量份的氧化聚乙烯蜡乳液中搅拌15分钟，温度为45℃，搅拌速度200转/分钟。取出，55℃干燥50分钟，保存。
[0059]
按照重量份将聚丙烯100份、预处理云母粉40份、低密度聚乙烯4份、硫代二丙酸双十八醇酯0.8份和白油2份加入高混机常温混合均匀；
[0060]
然后将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，得到聚丙烯复合材料，其中，双螺杆挤出机的温度从喂料段到机头依次为150℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、220℃。
[0061]
对比例3
[0062]
本对比例预处理云母粉，由以下工艺制备而成：将云母粉加入10倍重量份的氧化聚乙烯蜡乳液中超声分散25分钟，温度为45℃，超声频率为30khz。取出，55℃干燥50分钟，
保存。
[0063]
按照重量份将聚丙烯100份、预处理云母粉40份、低密度聚乙烯4份、硫代二丙酸双十八醇酯0.8份和白油2份加入高混机常温混合均匀；
[0064]
然后将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，得到聚丙烯复合材料，其中，双螺杆挤出机的温度从喂料段到机头依次为150℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、220℃。
[0065]
对比例4
[0066]
本对比例预处理云母粉，由以下工艺制备而成：将云母粉加入10倍重量份的氧化聚乙烯蜡乳液中搅拌15分钟，温度为45℃，搅拌速度200转/分钟。停止搅拌，开启超声分散仪，超声分散25分钟，超声频率为30khz。取出，70℃干燥50分钟，保存。
[0067]
按照重量份取聚丙烯100份、预处理云母粉40份、低密度聚乙烯4份、硫代二丙酸双十八醇酯0.8份和白油2份加入高混机常温混合均匀；
[0068]
然后将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，得到聚丙烯复合材料，其中，双螺杆挤出机的温度从喂料段到机头依次为150℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、220℃。
[0069]
对比例5
[0070]
本对比例预处理云母粉，由以下工艺制备而成：将云母粉加入10倍重量份的偶联剂kh550水溶液(质量分数2％)中搅拌15分钟，温度为45℃，搅拌速度200-转/分钟。停止搅拌，开启超声分散仪，超声分散25分钟，超声频率为30khz。取出，55℃干燥50分钟，保存。
[0071]
按照重量份将聚丙烯100份、预处理云母粉40份、低密度聚乙烯4份、硫代二丙酸双十八醇酯0.8份和白油2份加入高混机常温混合均匀；
[0072]
然后将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，得到低温韧性优异的聚丙烯复合材料；双螺杆挤出机的温度从喂料段到机头依次为150℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、220℃。
[0073]
对比例6
[0074]
本对比例预处理云母粉，由以下工艺制备而成：将云母粉加入10倍重量份的铝酸酯偶联剂nxh-821水溶液(质量分数2％)中搅拌15分钟，温度为45℃，搅拌速度200-转/分钟。停止搅拌，开启超声分散仪，超声分散25分钟，超声频率为30khz。取出，55℃干燥50分钟，保存。
[0075]
按照重量份取聚丙烯100份、预处理云母粉40份、低密度聚乙烯4份、硫代二丙酸双十八醇酯0.8份和白油2份加入高混机常温混合均匀；
[0076]
然后将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，得到聚丙烯复合材料，其中，双螺杆挤出机的温度从喂料段到机头依次为150℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、220℃。
[0077]
对比例7
[0078]
本对比例预处理云母粉，由以下工艺制备而成：将云母粉加入10倍重量份的钛酸酯偶联剂nxh-101水溶液(质量分数2％)中搅拌15分钟，温度为45℃，搅拌速度200-转/分钟。停止搅拌，开启超声分散仪，超声分散25分钟，超声频率为30khz。取出，55℃干燥50分钟，保存。
[0079]
按照重量份取聚丙烯100份、预处理云母粉40份、低密度聚乙烯4份、硫代二丙酸双十八醇酯0.8份和白油2份加入高混机常温混合均匀；
[0080]
然后将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机中经混炼、挤出，得到聚丙烯复合材料，其中，双螺杆挤出机的温度从喂料段到机头依次为150℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、220℃。
[0081]
对比例8
[0082]
将实施例5中“预处理云母粉40份”替换为“云母粉8份、氧化聚乙烯蜡32份”，其他均与实施例5相同。
[0083]
对比例9
[0084]
将实施例5中“预处理云母粉40份、低密度聚乙烯4份”替换为“预处理云母粉44份”，其他均与实施例5相同。
[0085]
对比例10
[0086]
将实施例5中“预处理云母粉40份、低密度聚乙烯4份”替换为“低密度聚乙烯44份”，其他均与实施例5相同。
[0087]
将实施例和对比例中制得的聚丙烯复合材料，采用astm标准注塑成标准样条。样条尺寸(长度
×
宽度
×
厚度)分别为：
[0088]
拉伸强度与弯曲强度测试用样条为哑铃型，170mm
×
13mm
×
3.2mm；
[0089]
悬臂梁缺口冲击强度测试用样条，127mm
×
13mm
×
3.2mm，v型缺口，缺口深度为1/5；
[0090]
拉伸强度按照astm d638进行测试，拉伸速度为5mm/min；
[0091]
弯曲强度按照astm d790进行测试，弯曲速度为1.25mm/min；
[0092]
悬臂梁缺口冲击性能按照astm d256进行测试。
[0093]
测试结果见表1：
[0094]
表1聚丙烯复合材料性能测试结果
[0095][0096]
通过表1中的测试结果可以看出，本发明中通过特殊的预处理工艺对云母粉进行预处理，使得本发明中聚丙烯复合材料的力学性能，尤其是低温韧性得到明显提高，这主要是由于云母是层状结构的，其在液体中的悬浮性较好，通过本技术的特殊处理工艺，使得氧化聚乙烯能够充分的附着在云母的层间与表面，具有较强的结合力，添加至聚丙烯基体后，可明显提高在聚丙烯基体中的分散性。并且氧化聚乙烯与聚丙烯基体具有优异的相容性，作为“界面改性剂”，氧化聚乙烯能够大大增强聚丙烯基体与云母粉之间的结合能力，进而能明显增加聚丙烯组合物的拉伸强度、弯曲强度、常温与低温抗冲击性能。
[0097]
此外，通过实施例5、对比例9和10可以看出，预处理的云母粉与低密度聚乙烯存在一定的协同作用，其共同作用大大增强了聚丙烯复合材料的低温抗冲击强度。
[0098]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0099]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。