專利名稱：一種復合改性聚丙烯及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種復合改性聚丙烯(PP)，尤其是一種利用無機納米材料、彈性體、β晶成核劑復合改性聚丙烯的制備方法。
背景技術：
聚丙烯成型材料是以聚丙烯(PP)為主要原料，加入各種助劑，經(jīng)擠出成型制得的結(jié)構(gòu)性材料。PP具有質(zhì)輕、價格低、無嗅、無毒、耐腐蝕、耐高溫以及良好的物理機械性能，并具有突出的耐應力開裂性和耐磨性，已廣泛應用于建筑、化工、家用電器，車輛制造、醫(yī)療器械、儀器儀表等諸多領域。但普通聚丙烯成型材料存在耐沖擊性差、低溫脆性等缺點，影響了它的進一步開發(fā)應用，因此需要對其進行改性。
雖然采用橡膠或彈性體共混改性，可提高PP的耐沖擊性，但存在一定的局限性，即隨彈性體用量增加，改性PP的沖擊強度增加，但其拉伸強度和彎曲強度等大幅度降低，難以達到強度和韌性的綜合平衡。
隨著無機材料顆粒尺寸微細化、表面處理等技術的發(fā)展，特別是近年來納米技術的發(fā)展，使PP改性出現(xiàn)了新的突破點，即改變以往犧牲材料強度、剛性、耐熱性換取材料抗沖性能的局限，采用無機材料和彈性體復合改性PP，達到同時增韌、增強的目的。但無機納米粒子比表面積大、表面能高，在其制備、儲存和應用時極易團聚成二次粒子，且無機納米粒子親水疏油，與有機聚合物的相容性差、界面結(jié)合力低，較難在PP中均勻分散，從而影響PP復合材料的性能，因此，需要對無機納米材料的表面進行改性，提高其與PP基材的相容性、界面結(jié)合力，及無機納米材料在PP基材中的分散性。當無機納米材料的用量較少時，對PP起不到很好的改性效果；當其用量較大時，無機納米材料在PP基材中不可避免地出現(xiàn)團聚，影響改性PP的性能，因此，無機納米材料有一合適的用量范圍。
在解決了無機納米在PP中的分散問題后，雖可改善聚丙烯成型材料的強度和韌性，但提高的幅度有限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種具有較高強度、耐高溫、同時兼具較高沖擊強度的復合改性聚丙烯(PP)。
一種復合改性聚丙烯，原料的重量份組成為聚丙烯100份，無機納米材料0.1～10份，彈性體1～10份，β晶成核劑0.1～0.5份，抗氧劑0～1.5份，相容劑0.2～3份。
所述的無機納米材料為納米碳酸鈣、二氧化硅、炭化硅、氮化硅、二氧化鈦或氧化鋅中的至少一種。
所述的彈性體為二元乙丙橡膠(EPR)、三元乙丙橡膠(EPDM)、SBS彈性體(苯乙烯-丁二烯共聚物)，SEBS彈性體(部分加氫的苯乙烯-丁二烯共聚物)，POE彈性體(辛烯-乙烯共聚物)或EVA彈性體(乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)中的至少一種。
所述的β晶成核劑為芳酰胺類β晶成核劑或稀土有機化合物類β晶成核劑中的至少一種。常用的有山西化工研究院TMB-5芳酰胺類β成核劑或廣東煒林納功能材料有限公司W(wǎng)BG稀土類β晶型成核劑。
本發(fā)明還提供一種所述的復合改性聚丙烯制成的擠出成型產(chǎn)品，所述的擠出成型產(chǎn)品可以是板材、管材、棒材或其他異型材。
所述的板材的制備方法，包括以下步驟(1)取100份聚丙烯中的5～20份、無機納米材料、彈性體、β晶成核劑、抗氧劑、相容劑在高速混合機中混合10分鐘，然后在溫度為190～210℃用擠出機擠出得到聚丙烯母料。
(2)將100份聚丙烯中其余的聚丙烯與聚丙烯母料混合均勻后在單螺桿或雙螺桿擠出機內(nèi)擠出，擠出機溫度為190～210℃，經(jīng)冷卻、定型得到復合改性聚丙烯板材。
PP是結(jié)晶性高分子，在通常冷卻條件下結(jié)晶，得到α晶型，在特殊條件下可得到β晶型。與α晶PP相比，β晶PP的室溫和低溫沖擊性能好。添加β晶成核劑是使PP生成β晶的有效方法，芳酰胺類化合物或稀土有機化合物等可作為β晶成核劑，誘導PP異相成核，生成β晶，提高PP的結(jié)晶速率和結(jié)晶溫度，且使球晶尺寸細化，結(jié)晶度增加，從而綜合提高PP的強度和韌性。隨β晶成核劑用量增加，誘導PP結(jié)晶的異相成核點增加，總結(jié)晶度和β晶的結(jié)晶度提高，使PP的拉伸強度和沖擊強度增加；當β晶成核劑達到一定量時，其用量的進一步增加對PP的總結(jié)晶度和β晶結(jié)晶度影響不大，因此，β晶成核劑有一合適的用量范圍。
無機納米材料用量少，且其在PP中分散困難，為了確保得到滿意的分散效果，因此，除采用油酸等對其表面進行改性外，還將無機納米材料、彈性體、β晶成核劑、相容劑、抗氧劑及著色劑等共混擠出造粒制得PP母料顆粒。PP母料可方便和簡單地達到聚丙烯成型材料要求的各項性能，其中無機納米材料可增加PP的強度和韌性；彈性體可增加PP的韌性；β晶成核劑可誘導PP生成β晶并細化球晶尺寸，從而增加PP的強度和韌性；抗氧劑可防止PP在加工和使用過程中的氧化降解；相容劑可改善PP與無機納米材料和彈性體的界面相容性。
本發(fā)明采用與無機納米材料改性PP的制備方法相適應的、利于無機納米材料在PP中分散和能改善與PP界面相容的表面改性劑，并結(jié)合β晶成核劑對PP聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的調(diào)控技術、彈性體與PP熔融共混技術，綜合提高了PP的拉伸強度和沖擊性能，制得了既具有較高強度、耐高溫，同時兼具較高沖擊強度的復合改性聚丙烯成型材料。
具體實施例方式
實施例1原料重量份組成聚丙烯 100份油酸改性納米碳酸鈣(D50為80nm) 3份POE彈性體(辛烯-乙烯共聚物) 3份山西化工研究院TMB-5芳酰胺類β成核劑 0.3份PP接枝馬來酸酐 1份抗氧劑1010 0.5份(1)稱取PP10kg、油酸改性的納米碳酸鈣3kg、POE彈性體3kg、TMB-5芳酰胺類β晶成核劑300g、PP接枝馬來酸酐1kg、1010抗氧劑500g，在高速混合機內(nèi)混合10分鐘，然后在雙螺桿擠出機中擠出造粒，擠出機溫度為190～210℃，得到母料。
(2)稱取PP90kg、母料17.8kg在高速混合機內(nèi)混合10分鐘，將混合料加入到單或雙螺桿擠出機中擠出，擠出機溫度為190～210℃，經(jīng)冷卻、定型、牽引、切割，得到復合改性聚丙烯(PP)擠出板材。
實施例2原料重量份組成聚丙烯 100份油酸改性納米二氧化硅(D50為50nm) 1份POE彈性體(辛烯-乙烯共聚物) 3份山西化工研究院TMB-5芳酰胺類β成核劑 0.3份PP接枝馬來酸酐 1份抗氧劑1010 0.5份(1)稱取PP10kg、油酸改性的納米二氧化硅1kg、POE彈性體3kg、晶成核劑300g、PP接枝馬來酸酐1kg、1010抗氧劑500g，在高速混合機內(nèi)混合10分鐘，然后在雙螺桿擠出機中擠出造粒，擠出機溫度為190～210℃，得到母料。
(2)稱取PP90kg、母料15.8kg在高速混合機內(nèi)混合10分鐘，將混合料加入到單或雙螺桿擠出機中擠出，擠出機溫度為190～210℃，經(jīng)冷卻、定型、牽引、切割，得到復合改性聚丙烯(PP)擠出管材。
實施例3原料重量份組成聚丙烯 100份油酸改性納米二氧化硅(D50為50nm) 1份三元乙丙橡膠(EPDM) 3份山西化工研究院TMB-5芳酰胺類β成核劑0.3份PP接枝馬來酸酐 1份抗氧劑1010 0.5份
(1)稱取PP10kg、油酸改性的納米二氧化硅1kg、EPDM 3kg、β晶成核劑300g、PP接枝馬來酸酐1kg、1010抗氧劑500g，在高速混合機內(nèi)混合10分鐘，然后在雙螺桿擠出機中擠出造粒，擠出機溫度為190～210℃，得到母料。
(2)稱取PP90kg、母料15.8kg在高速混合機內(nèi)混合10分鐘，將混合料加入到單或雙螺桿擠出機中擠出，擠出機溫度為190～210℃，經(jīng)冷卻、定型、牽引、切割，得到復合改性聚丙烯(PP)擠出板材。
實施例4原料重量份組成聚丙烯 100份油酸改性納米碳酸鈣(D50為80nm) 3份POE彈性體(辛烯-乙烯共聚物) 3份廣東煒林納功能材料有限公司W(wǎng)BG稀土類β晶型成核劑 0.2份PP接枝馬來酸酐 1份抗氧劑1010 0.5份(1)稱取PP10kg、油酸改性的納米碳酸鈣3kg、POE彈性體3kg、WBG稀土類β晶成核劑200g、PP接枝馬來酸酐1kg、1010抗氧劑500g，在高速混合機內(nèi)混合10分鐘，然后在雙螺桿擠出機中擠出造粒，擠出機溫度為190～210℃，得到母料。
(2)稱取PP90kg、母料17.7kg在高速混合機內(nèi)混合10分鐘，將混合料加入到單或雙螺桿擠出機中擠出，擠出機溫度為190～210℃，經(jīng)冷卻、定型、牽引、切割，得到復合改性聚丙烯(PP)擠出板材。
本發(fā)明復合改性聚丙烯(PP)與普通PP擠出成型產(chǎn)品的力學性能測試


權利要求
1.一種復合改性聚丙烯，其特征在于，原料的重量份組成為聚丙烯100份，無機納米材料0.1～10份，彈性體1～10份，β晶成核劑0.1～0.5份，抗氧劑0～1.5份，相容劑0.2～3份。
2.如權利要求1所述的復合改性聚丙烯，其特征在于所述的無機納米材料為納米碳酸鈣、二氧化硅、炭化硅、氮化硅、二氧化鈦或氧化鋅中的至少一種。
3.如權利要求1所述的復合改性聚丙烯，其特征在于所述的彈性體為二元乙丙橡膠、三元乙丙橡膠、SBS彈性體，SEBS彈性體，POE彈性體或EVA彈性體中的至少一種。
4.如權利要求1所述的復合改性聚丙烯，其特征在于所述的β晶成核劑為芳酰胺類β晶成核劑或稀土有機化合物類β晶成核劑中的至少一種。
5.一種由權利要求1所述的復合改性聚丙烯制備的擠出成型產(chǎn)品。
6.如權利要求5所述的擠出成型產(chǎn)品的制備方法，其特征在于(1)取100份聚丙烯中的5～20份、無機納米材料、彈性體、β晶成核劑、抗氧劑、相容劑在高速混合機中混合10分鐘，然后在溫度為190～210℃用擠出機擠出得到聚丙烯母料。(2)將100份聚丙烯中其余的聚丙烯與聚丙烯母料混合均勻后在單螺桿或雙螺桿擠出機內(nèi)擠出，擠出機溫度為190～210℃，經(jīng)冷卻、定型。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種復合改性聚丙烯，其原料的重量份組成為聚丙烯100份，無機納米材料0.1～10份，彈性體1～10份，β晶成核劑0.1～0.5份，抗氧劑0～1.5份，相容劑0.2～3份。本發(fā)明采用與無機納米材料改性PP的制備方法相適應的、利于無機納米材料在PP中分散和能改善與PP界面相容的表面改性劑，并結(jié)合β晶成核劑對PP聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的調(diào)控技術、彈性體與PP熔融共混技術，綜合提高了PP的拉伸強度和沖擊性能，制得了既具有較高強度(拉伸強度≥28MPa)、耐高溫(維卡軟化點≥130℃)，同時兼具較高沖擊強度(沖擊強度≥20kJ/m
文檔編號C08L23/20GK101067032SQ20071006905
公開日2007年11月7日 申請日期2007年6月11日 優(yōu)先權日2007年6月11日
發(fā)明者申屠寶卿, 李繼鵬, 翁志學 申請人:浙江大學