一種聚丙烯層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及到一種聚丙烯層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料及制備方法，屬于材料制備技 術(shù)領(lǐng)域。
[0002] 背景領(lǐng)域 當(dāng)前通過(guò)對(duì)材料改性，使得材料的相關(guān)性能得到顯著改善，是當(dāng)今材料領(lǐng)域較為熱門 的方法，其中對(duì)聚烯烴改性是最有發(fā)展前景。我們知道聚丙烯作為工程通用型材料，由于其 成型收縮率大、低溫脆性、硬度低、易老化、耐熱性差等缺點(diǎn)，限制聚丙烯的應(yīng)用發(fā)展，因此 研宄聚丙烯/層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料，具有重要的意義。然而聚丙烯本身就是非極性的、 表面能很低的聚烯烴高分子材料，層狀硅酸鹽極性很強(qiáng)，這樣聚丙烯和層狀硅酸鹽相容性 很差，因此利用熔融插層技術(shù)相當(dāng)困難。
[0003] 聚丙烯本身的分子量很大，粘度大，聚丙烯大分子鏈很難進(jìn)入硅酸鹽層內(nèi)。當(dāng)前， 解決方法是對(duì)對(duì)納米層狀蛭石進(jìn)行有機(jī)化處理，利用蛭石層間無(wú)機(jī)陽(yáng)離子和與有機(jī)陽(yáng)離子 進(jìn)行交換，使得納米蛭石進(jìn)行有機(jī)化處理，降低納米蛭石的極性，使得親水納米蛭石表面疏 水化。
[0004] 對(duì)納米蛭石進(jìn)行有機(jī)化是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，其包括粒子分散，過(guò)濾、洗滌、干 燥等步驟才能完成，對(duì)納米輕石改性成本較高，導(dǎo)致聚乙稀/輕石納米復(fù)合材料制備成本 顯著增加。有機(jī)化納米蛭石的極性只是得到降低，進(jìn)行熔融共混時(shí)，材料的相容性是得到了 改善，但改善效果并不是特別明顯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的之一是為了解決上述的聚丙烯與無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料相容性差及其 改善聚丙烯的力學(xué)性能等技術(shù)問(wèn)題而提供一種聚丙烯層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料的制備方 法。該制備方法首先對(duì)納米蛭石進(jìn)行有機(jī)化處理，得到有機(jī)改性硅酸鹽再與馬來(lái)酸酐改性 的聚丙烯相互混合制備改性母料，然后將改性母料，聚丙烯混合、造粒、干燥，既得聚丙烯層 狀硅酸鹽納米復(fù)合材料。該制備方法克服了有機(jī)改性蒙脫土直接與聚丙烯共混性能差的缺 點(diǎn)，改善了最終所得的聚丙烯層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料的性能。
[0006] 本發(fā)明的目的之二是提供上述的制備方法所得的聚丙烯層狀硅酸鹽納米復(fù)合材 料。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案 一種聚丙烯層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料的制備方法，具體包括如下步驟： (1)、在反應(yīng)器中首先加入納米層狀蛭石，然后加入蒸餾水?dāng)嚢杌旌暇鶆?，用鹽酸調(diào)pH為7-8,攪拌60min后加入改性劑十六烷基三甲基溴化銨，在室溫下反應(yīng)6h對(duì)納米層狀蛭石 進(jìn)行插層改性，所得的反應(yīng)液在氮?dú)鈿夥障拢刂茰囟葹?0-60°C進(jìn)行干燥，得到有機(jī)改性 硅酸鹽； 上述納米層狀蛭石、蒸餾水、改性劑十六烷基三甲基溴化銨的用量，按質(zhì)量比計(jì)算，即 納米層狀輕石：蒸餾水：改性劑十六烷基三甲基溴化按為l〇g: 12ml: lg的比例進(jìn)行計(jì)算； (2)、將步驟（1)所得的有機(jī)改性硅酸鹽與接枝率為1%的馬來(lái)酸酐改性的聚丙烯混 合，然后依次加入苯乙烯、甲基丙烯酸丁酯，控制溫度為30°C下浸泡lh，然后升溫到120°C 攪拌反應(yīng)2h，出料，所得產(chǎn)物在60°C下真空干燥2h，得改性母料； 上述所用的有機(jī)改性硅酸鹽、接枝率為1%的馬來(lái)酸酐改性的聚丙烯、苯乙烯和甲基丙 烯酸丁酯的量，按質(zhì)量比計(jì)算，即有機(jī)改性硅酸鹽：接枝率為1%的馬來(lái)酸酐改性的聚丙烯： 苯乙烯：甲基丙烯酸丁酯為10:10:7:1的比例進(jìn)行； 所述的接枝率為1%的馬來(lái)酸酐改性的聚丙烯通過(guò)包括如下步驟的方法制備而成： 在裝有溫度計(jì)，電動(dòng)攪拌器，回流冷凝管的500ml的三頸燒瓶?jī)?nèi)加入蒸餾水，加熱到 80°C后，加入過(guò)硫酸銨、MAH和PP粉末進(jìn)行反應(yīng)6h，所得的反應(yīng)液過(guò)濾，所得的濾餅用蒸餾 水進(jìn)行洗滌至流出液的pH為中性，然后真空下用丙酮抽提至少6h，即得接枝率為1%的馬來(lái) 酸酐改性的聚丙烯； 上述蒸餾水、過(guò)硫酸銨、MAH、PP粉末的用量，按質(zhì)量比計(jì)算，即蒸餾水：過(guò)硫酸銨：MAH : PP 粉末為 300:20:5:50。
[0008] (3)、按質(zhì)量比計(jì)算，改性母料：聚丙烯為0. 01-0. 4:1，優(yōu)選為0. 01-0. 09:1，更優(yōu) 選為0. 05:1的比例，將聚丙烯和步驟（2)所得的改性母料在高速混煉機(jī)上混合均勻后，通 過(guò)雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行造粒，螺桿一至五控溫區(qū)溫度分別設(shè)定為190°C，205°C，215°C，217°C， 220°C，造粒過(guò)程中雙螺桿擠出機(jī)的熔體溫度設(shè)定為200°C，螺桿轉(zhuǎn)速為25r/min，造粒結(jié)束 后控制溫度為60°C進(jìn)行干燥12h，既得聚丙烯層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料。
[0009] 本發(fā)明的有益效果 本發(fā)明的聚丙烯層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料的制備方法，通過(guò)易與蛭石進(jìn)行離子交換的 改性劑十六烷基三甲基溴化銨對(duì)無(wú)機(jī)納米材料即納米層狀蛭石進(jìn)行改性降低無(wú)機(jī)納米材 料的極性；然后再配合馬來(lái)酸酐對(duì)聚丙烯改性增強(qiáng)其極性，在溶脹劑苯乙烯，甲基丙烯酸丁 酯作用下制備改性母料；最后使其與聚丙烯混合，制備聚丙烯納米復(fù)合材料；而傳統(tǒng)的方 法只是對(duì)其中一種材料進(jìn)行改性，與傳統(tǒng)方法相比，該方法進(jìn)一步增強(qiáng)無(wú)機(jī)納米硅酸鹽與 聚丙烯的相容性，進(jìn)而明顯提高材料的力學(xué)性能，所得的一種聚丙烯層狀硅酸鹽納米復(fù)合 材料的屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、沖擊強(qiáng)度分別可達(dá)27. 9MPa、43. 5 MPa、 63. 7MPa、400%、23. lj/m2。
【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1、純聚丙烯樣條純PP和聚丙烯層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料樣條PP-1，PP-2， PP-3, PP-4, PP-5的拉伸曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 下列通過(guò)具體的實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)敘述，但是本發(fā)明的 詳細(xì)實(shí)例并不僅僅限制于此。
[0012]實(shí)施例1 一種聚丙烯層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料的制備方法，具體包括如下步驟： (1)、在反應(yīng)器中首先加入50g納米層狀蛭石，然后加入60ml蒸餾水，攪拌混合均勻后 用鹽酸調(diào)pH為7-8,攪拌60min后加入5g改性劑十六烷基三甲基溴化銨，在室溫下反應(yīng)6h 對(duì)納米層狀蛭石進(jìn)行插層改性，所得的反應(yīng)液在氮?dú)鈿夥障拢刂茰囟葹?0-60°C進(jìn)行干 燥，得到有機(jī)改性硅酸鹽； 上述納米層狀蛭石、蒸餾水、改性劑十六烷基三甲基溴化銨的用量，按質(zhì)量比計(jì)算，即 納米層狀輕石：蒸餾水：改性劑十六烷基三甲基溴化按為l〇g: 12ml: lg的比例進(jìn)行計(jì)算； (2) 、將100g步驟（1)所得的有機(jī)改性硅酸鹽與100g接枝率為1%的馬來(lái)酸酐改性 的聚丙烯混合，然后加入70g苯乙烯，10g甲基丙烯酸丁酯，在30°C下浸泡lh，然后升溫到 120°C，充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)2h，出料，所得產(chǎn)物在60°C下真空干燥2h，得到干燥良好的改性母料； 上述所用的有機(jī)改性硅酸鹽、接枝率為1%的馬來(lái)酸酐改性的聚丙烯、苯乙烯和甲基丙 烯酸丁酯的量，按質(zhì)量比計(jì)算，即有機(jī)改性硅酸鹽：接枝率為1%的馬來(lái)酸酐改性的聚丙烯： 苯乙烯：甲基丙烯酸丁酯為10:10:7:1的比例進(jìn)行； 所述的接枝率為1%的馬來(lái)酸酐改性的聚丙烯通過(guò)包括如下步驟的方法制備而成： 在裝有溫度計(jì)，電動(dòng)攪拌器，回流冷凝管的500ml的三井燒瓶?jī)?nèi)加入300ml蒸餾水，加 熱到溫度為80°C，然后加入20g過(guò)硫酸銨（APS)，5 g MAH，50g PP粉末進(jìn)行反應(yīng)6h，所得的 反應(yīng)液過(guò)濾，所得的濾餅用蒸餾水進(jìn)行洗滌至流出液的pH為中性，然后真空下用丙酮抽提 至少6h，即得接枝率為1%的馬來(lái)酸酐改性的聚丙烯； (3) 、按質(zhì)量比計(jì)算，改性母料：聚丙稀為0. 01:1的比例，將100g聚丙稀和lg步驟（2) 所得的改性母料，在高速混煉機(jī)上混合均勻后，通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行造粒，螺桿一至五控 溫區(qū)溫度分別設(shè)定為190°C，205°C，215°C，217°C，220°C，造粒過(guò)程中雙螺桿擠出機(jī)的熔體 溫度設(shè)定為200°C，螺桿轉(zhuǎn)速為25r/min，造粒結(jié)束后控制溫度為60°C進(jìn)行干燥12h，既得聚 丙烯層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料。
[0013]實(shí)施例2 一種聚丙烯層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料的制備方法，具體包括如下步驟： (1) 、同實(shí)施例1中的步驟（1); (2) 、同實(shí)施例1中的