[发明专利]一种易分散、易加工的聚丙烯复合材料的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及改性聚丙烯技术领域，是一种易分散、易加工的聚丙烯复合材料的制备方法。

背景技术：

将纳米级的粒子通过共混、插层等手段均匀地分散到PP基体中，利用其纳米尺寸效应、比表面积大以及较强的界面作用力，将纳米粒子的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与聚合物的韧性、加工性及介电性能完美地结合起来，可获得优异的综合性能。比如，纳米粒子对PP可达到同时增韧增强的目的，并使材料的阻隔性、阻燃性、热变形温度和耐老化性提高。另外硫酸钡晶须同其它短纤维比较，有极高的机械强度，且价格在晶须行业中最低，应用范围非常广泛，因此我们选择价格低廉的纳米CaCO₃、高浓度硅溶胶及硫酸钡晶须。本发明方法改善了单一组分纳米粒子填充聚丙烯时纳米粒子易团聚的缺点，同时克服了以往纳米级填充物在下料过程中输送困难、易堵料口及“架桥”的缺点。本制备方法工艺流程简单，操作方便，通过此种方法制备的聚丙烯复合材料成本低、力学性能优良，具有非常好的市场前景。

发明内容：

首先对纳米粒子进行表面处理，将聚丙烯、硫酸钡晶须、纳米CaCO₃粒子、高浓度硅溶胶及助剂共混挤出造粒得到纳米填充母料，然后按照聚合物加工成型的方法将纳米填充母料、聚丙烯树脂和助剂在双螺杆挤出机中挤出造粒并干燥即得本发明方法所制备的聚丙烯复合材料。本发明在纳米粒子对PP增强增韧的同时，改善了纳米粒子在成型加工过程中易团聚的缺点，使得纳米粒子更均匀的包覆聚丙烯，同时提高了复合材料的耐磨、耐刮擦性能。此种方法制备的改性聚丙烯复合材料成本低、力学性能优良，对于拓展聚丙烯的应用领域、增加其使用价值有着非常重要的现实意义。

技术方案：

按照重量分数计算，本发明一种易分散、易加工的聚丙烯复合材料，是由聚丙烯100份、硫酸钡晶须1～10份、纳米CaCO₃1～20份，高浓度硅溶胶1～10份，助剂0.5～5份组成，经过大量的实验证明：纳米粒子和高浓度硅溶胶的加入量超过30份时，分散性差、容易团聚，随着其加入量的增加，改性聚丙烯的冲击强度随之下降；纳米粒子加入量低于1份时，力学性能提高的不明显。硫酸钡晶须加入量超过10％时，力学性能无明显提高，并且材料韧性下降。

优选地，聚丙烯复合材料是由聚丙烯100份、纳米CaCO₃复合粒子10份、高浓度硅溶胶5份和硫酸钡晶须5份并加入助剂制备而成。

前述聚丙烯复合材料中的高浓度硅溶胶中纳米SiO₂的含量为38％～45％、CaCO₃的粒径为25nm～100nm、硫酸钡晶须的长径比为60。

优选地，高浓度硅溶胶中纳米SiO₂的含量为38％、CaCO₃的粒径为40nm。经研究表明，随着高浓度硅溶胶中纳米SiO₂含量的增加，溶胶不稳定，且易凝胶；随着纳米CaCO₃粒子粒径的增大，聚丙烯复合材料的冲击强度降低。

本发明还提供了一种易分散、易加工的聚丙烯复合材料的制备方法：将聚丙烯、硫酸钡晶须、纳米CaCO₃粒子、高浓度硅溶胶及助剂共混挤出造粒得到纳米填充母料，然后按照聚合物加工成型的方法将纳米填充母料、聚丙烯树脂和助剂在双螺杆挤出机中挤出造粒并干燥即得本发明方法所制备的聚丙烯复合材料。

其中，双螺杆挤出机的螺杆温度为：I区185℃～190℃、II区190℃～195℃、III区195℃～200℃、IV区195℃～200℃、V区200℃～205℃、IV区200℃～205℃、VII区200℃～205℃、机头温度205℃～215℃，螺杆转速为180～220转/分。

优选地，双螺杆挤出机的螺杆温度为：I区190℃、II区195℃、III区200℃、IV区200℃、V区205℃、VI区205℃、VII区200℃、机头温度215℃，螺杆转速为200转/分。

随着无机填料的微细化，粒子的比表面积增大，无机填料与基体的接触面积增大，因而无机填料与聚合物发生物理或化学结合的可能性大，复合材料受冲击时会产生更多的微裂纹和吸收更多的冲击能。但无机填料的用量过大，粒子过于接近，微裂纹易发展成宏观开裂，体系性能变差。由于纳米微粒的粒径小，极性强，而PP极性弱，两者相容性差，加之微粒的表面能高、易团聚，难以达到均匀分散，所以无机填料在与PP共混之前要用偶联剂对粒子表面进行处理，将偶联剂均匀地包覆在粒子表面以防止其团聚，从而提高分散效果。

具体各组分配比：