[发明专利]一种聚丙烯纳米复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚丙烯纳米复合材料；具体为一种低密度、高刚性、高耐热的聚丙烯纳 米复合材料，以及其制备方法；属于聚合物改性和加工领域。

背景技术

聚丙烯是目前增长速度最快的通用热塑性塑料之一，因其良好的加工性能和物理、化学 性能而被广泛应用于汽车内外饰件和电子、家电产品的外壳等。但聚丙烯也有刚性低、耐热 性差、收缩率大等缺点，在众多应用领域中难以与工程塑料相抗衡，通常采用加入玻璃纤维 或滑石粉的方法来提高聚丙烯的刚性，但常规填料改性通常需要较大的添加量，往往会影响 制品的成型加工性能，并明显增大聚丙烯的密度，从而增加制品零部件的重量，且材料回收 困难，用于汽车及其它相关行业不利于节能环保要求。

纳米复合材料是近年来材料科学中发展十分迅速的新领域。纳米复合材料指分散相尺寸 至少有一维小于100纳米的复合材料。由于分散相粒子的小尺寸效应和众多的界面复合效应， 只要用少量的纳米颗粒通过熔融混合或原位聚合的方式加入到聚合物中，就可以极大改善该 聚合物的机械性能、阻隔性能以及阻燃性能，并且可以获得比常规填料增强的聚合物材料高 得多的耐热性、尺寸稳定性和导电性。

近十几年来，以层状纳米粘土为填料改性聚合物的相关研究得到了人们的广泛关注，其 中涉及聚丙烯基纳米粘土复合材料的重要专利就包括了丰田公司的日本公开特许专利 JP3014854、Amcol公司的美国专利US6632868、General Motors公司的美国专利 US20070299185、Polyone公司的美国专利US20060276579、US20090117393等，并出现了包括 聚丙烯/纳米粘土在内的商业化的聚合物纳米复合材料。但由于包括纳米粘土在内的纳米级填 料都具有价格昂贵、分散困难等缺点，添加量超过一定程度后易发生团聚现象，造成成本上 升和性能下降，失去纳米复合材料的优势。因此，如何充分改善共混工艺中纳米粒子在聚合 物基体中的分散效果，最优化其性价比，在尽可能少的添加量下获得尽可能高的材料性能， 成为影响聚合物基纳米复合材料领域技术发展和产业化进程的关键。

发明内容

本发明的目的在于开发一种低密度、高刚性、高耐热的聚丙烯纳米复合材料，以克服传 统无机填料增强聚丙烯的局限性。

本发明的另一目的是为了提供上述纳米复合材料的制备方法，优化和改进现有聚丙烯纳 米复合材料的制备工艺。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种聚丙烯纳米复合材料，是由下列重量百分比的原料组成：

聚丙烯        70～98％

有机粘土      1～15％

相容剂        0.1～10％

稳定剂        0.2～2％

其它添加剂    0～5％

其中，所述的聚丙烯为熔体流动速率(230℃×2.16kg)在0.5～60g/10min之间的均聚丙 烯或嵌段共聚丙烯，其中嵌段共聚丙烯的共聚单体常见为乙烯，其含量在4～10mol％范围内。

所述的有机粘土为经有机化处理的纳米粘土，进而所述纳米粘土选自皂石、埃洛石、膨 润土、凹凸棒土、蒙脱土、高岭土、云母、绿脱石、贝得石、蛭石中的一种或两种以上的组 合物，进而所述有机化处理为有机化合物通过离子交换的方法对纳米粘土进行表面改性的过 程；优选经胺系有机化合物处理的纳米蒙脱土，层间距为1～20nm，平均粒径1～10μm，密度 1～3g/cm³，可选的纳米蒙脱土产品包括但不限于美国Southern Clay Product公司的Cloisite 10A，15A，20A，25A，93A，美国Nanocor公司的Nanomer I.30P，I.44P，浙江丰虹公司的 DK1，DK2，DK4，DK1N等。

所述相容剂为接枝聚烯烃，进而所述接枝聚烯烃为接枝聚丙烯、接枝聚乙烯、接枝聚苯 乙烯、接枝ABS、接枝POE中的一种或以上的组合物；进而所述接枝聚烯烃的接枝基团为马 来酸酐、硅烷、丙烯酸、聚丙烯酰胺中的一种或两种以上；优选为马来酸酐接枝聚丙烯，密 度0.89～0.91g/cm³，熔点170～190℃，熔体流动速率(230℃×2.16kg)为10～50g/10min，接 枝率为0.5～1.0％，为任意均聚或嵌段共聚丙烯经马来酸酐熔融挤出改性所得。