[发明专利]一种改进界面相容性的聚丙烯复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种改进界面相容性的聚丙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

聚丙烯(PP)是四类通用塑料之一，其原料来源丰富，成本低、易于加工成型、产品综合性能优良。然其韧性较差，尤其是低温下的冲击强度更低；其次是收缩率大，尺寸稳定性差，在一定程度上限制了PP的使用范围。空心玻璃微珠是一种具有各项同性、空心、内含气体的多功能微细玻璃体，具有密度低、在树脂中易分散、隔热、隔音等一系列优异的理化性能，可广泛应用在航空航天、油田固井、深海浮力、电磁屏蔽、吸波、汽车等领域。使用空心玻璃微珠作为填料制备聚丙烯复合材料，可有效降低制品密度，能改善耐水性能、抗压强度，并且不会产生由于取向造成不同部位收缩率不一致的问题，提高产品的尺寸稳定性，因而具有其它填料所无法比拟的巨大优势。然而，在改进PP制品的刚性、尺寸稳定性、耐压性能的同时，空心玻璃微珠与PP基体之间的界面相容性较差，制品的韧性很大程度上恶化，这将大大限制PP的应用，不能满足人们的实际需求。在另一方面，人们也对橡胶增韧聚丙烯复合材料进行了大量的研究与开发，并且已经取得了可喜的进展。但是，橡胶在增韧聚丙烯复合材料的同时，必将大幅度地降低制品原有的刚性与尺寸稳定性，给PP的实际应用带来不便。  为了克服这一困难，本发明采用一种改进的偶联剂处理方法对空心玻璃微珠进行预先处理，使空心玻璃微珠表面负载上大量活性氨基，再将马来酸酐接枝的弹性体、PP树脂、经此偶联处理的空心玻璃微珠按照一定配比经双螺杆挤出机挤出造粒，制备出了改进界面相容性的聚丙烯复合材料。在熔融共混的加工过程中，经过此种偶联处理的空心玻璃微珠能够与基体中马来酸酐接枝的弹性体发生酰胺化反应，大大改善了复合材料的界面相容性、优化应力分布状况，能够明显提高制品的冲击强度，同时兼具有良好的刚性。经该方法制成的聚丙烯复合材料强度高且质量轻、兼具有韧性与刚性、耐热性能优良，大大拓宽了聚丙烯制品的应用领域。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进界面相容性的聚丙烯复合材料及其制备方法，可明显改善复合材料的界面相容性，实现在明显提高制品韧性的同时使复合材料兼具有优良的刚性，并且能够降低复合材料的密度，耐热性能优良，大大拓宽了聚丙烯复合材料制品的应用领域。它是先对空心玻璃微珠进行刻蚀以使其表面提供更多的硅羟基用以负载大量活性氨基基团，再进一步对其进行氨基化处理，随后将马来酸酐接枝的弹性体、PP树脂、经此偶联处理的空心玻璃微珠按照一定配比经双螺杆挤出机挤出造粒，即制得成品。

本发明提供的一种改进界面相容性的聚丙烯复合材料的质量配方组成为：

其中，聚丙烯树脂为均聚聚丙烯，其密度为0.91g/cm³，其熔体流动指数(230℃，2.16kg)为1g/10min；空心玻璃微珠的平均粒径为30～56μm，真实密度为0.42～0.6g/cm³；马来酸酐接枝的热塑性弹性体可以是马来酸酐接枝的乙烯-辛烯共聚物、马来酸酐接枝的苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、马来酸酐接枝的乙烯-丙烯-二烯三元共聚物中的一种；氨基硅烷偶联剂可以为N-β(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-β(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的一种；刻蚀剂可以为氢氧化钠、氨水、盐酸中的一种。

本发明提供的一种改进界面相容性的聚丙烯复合材料的制备方法包括以下步骤：

1)先将刻蚀剂配置成0.15～0.25mol/L的溶液，将空心玻璃微珠加入此溶液中，在50～80℃的温度下搅拌，刻蚀1～2小时以增加其表面硅羟基；

2)将刻蚀后的空心玻璃微珠置于氨基硅烷偶联剂的乙醇/水溶液中，浸泡24小时后过滤，在120℃的鼓风干燥烘箱中干燥2～3h，通过偶联反应在其表面引入活性氨基基团；

3)将偶联处理过的空心玻璃微珠、聚丙烯树脂、马来酸酐接枝的弹性体按照配比在高速混合机中混匀；

4)将混好的原料置于双螺杆挤出机中挤出造粒，即制成成品。

本发明工艺简单，克服已有的技术缺陷，能够有效改善聚丙烯制品韧性的同时兼具有良好的刚性，强度高且质量轻，制品的耐热性能亦得到不同程度的改善。

附图说明

图1为下面实例2中所述复合材料制得的冲击试样的断面扫描电镜图。

具体实施方式

实例1：本实施例的配方组成如下：