[发明专利]一种α-硅烷交联聚丙烯及其作为3D打印材料的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种交联聚丙烯，尤其涉及一种替代尼龙用于3D打印材料、发泡材料和织带材料的α-硅烷交联聚丙烯。

背景技术

聚丙烯材料是通用塑料中的大品种，它的产量大，价格低廉，在日用、家电、农用、汽车等很多领域广泛应用，但是聚丙烯材料因韧性低，刚性差，不耐蠕变等缺点，限制了它在工程范围内作为结构材料的应用。

例如，目前最常用的FDM（Fused Deposition Modeling）3D打印材料，即熔融层积成型技术中的3D打印材料是尼龙和ABS。

尼龙是分子主链上含有重复酰胺基团—[NH-CO]—的热塑性树脂总称，具有机械强度高、耐热性好，同时耐疲劳性以及耐油性俱佳的特点。这一系列突出的性能是尼龙较早被选中作为3D打印材料的原因，但由于尼龙本身在熔融打印过程中有难闻、毒性气体释放，主要为氨类、氰基类的热分解产物，这使尼龙的使用受到局限。另外，尼龙本身比重高、易吸潮，其成本比较高。

ABS树脂（Alkyl Benzo sulfonate）是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯的共聚物，在抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电气性能等方面表现优良，还具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点，成为除尼龙外广泛使用的FDM3D打印材料，但ABS与尼龙一样在加热熔融打印过程中有难闻、毒性气体释放。

由于以上原因，市场上需要一种机械强度好、热变型温度高、耐疲劳、尤其是环保、低成本的适于FDM的3D打印材料。

但由于聚丙烯分子是线型链结构，这种结构导致其熔体强度低和耐熔垂性能差，在熔融状态下，没有应变硬化效应。当加工温度高于熔点后，聚丙烯的熔体强度和熔体的粘度会迅速下降，限制了其加工范围和在一些领域中的应用；例如，在热成型中，由于聚丙烯熔体强度低，造成吸塑成型时容器壁厚不均匀或破裂；在挤出涂覆时，普通聚丙烯表现出明显的颈缩和熔体共振，因而出现边缘卷曲、收缩等现象；挤出发泡时，泡孔壁易发生破裂，发泡倍率低等。所以尽管聚丙烯环保、质轻、价廉并且高透明，但上述缺点还是极大地限制了聚丙烯作为FDM3D材料的应用。而开发高热变形温度、高熔体强度聚丙烯是全世界范围内被广泛研究的课题。

接枝、交联技术是开发高热变形温度、高熔体强度聚丙烯的有效途径，尤其是硅烷交联技术。但由于聚丙烯极易在接枝过程中产生降解导致强度降低，而且即使接枝完成的很好，在接下来的烷氧基水解、缩合产生交联的速度也过于缓慢。

发明内容

本发明的目的就是提供一种交联聚丙烯，这种硅烷交联聚丙烯固化后在机械强度（拉伸、弹性模量、抗蠕变、冲击强度）、热变形温度、耐化学性、耐疲劳性、耐油性等诸方面已接近或超过市场上尼龙6的水平，而且其质轻、环保、降低了生产成本，在某些领域能够代替传统的尼龙材料得到广泛的应用。

为实现上述目的，本发明所采取的具体技术方案如下：

一种交联聚丙烯，所述的α-硅烷交联聚丙烯的原料包括以下重量份的组份：

聚丙烯              100份；

过氧化物            0.1-0.5份；

α-硅烷             2.0-6.0份。

优选地，所述的α-硅烷交联聚丙烯的原料包括以下重量份的组份：

聚丙烯             100份；

过氧化物           0.25-0.4份；

α-硅烷            4.0-6.0份。

优选地，所述的α-硅烷选自α-甲基丙烯酰氧基甲基三甲氧基硅烷和α-甲基丙烯酰氧基甲基三乙氧基硅烷。

优选地，所述的过氧化物选自DCP（过氧化二异丙苯）、BPO（过氧化苯甲酰）、过氧化苯甲酸叔丁酯和过氧化十二酰中的一种或几种。

本发明中，利用1分钟半衰期分别是中高温过氧化物和中低温过氧化物的组合，以保证在反应过程中，所述的过氧化物能够在中高温和中低温下均具有良好的反应活性–自由基供给能力。其中，过氧化苯甲酰（BPO）和过氧化十二酰（LPO）为中低温活性过氧化物，过氧化二异丙苯（DCP）和过氧化苯甲酸叔丁脂（TBPB）为中高温活性过氧化物。

优选地，所述中高温活性过氧化物和中低温活性过氧化物的质量比为1：1。

具体的，所述过氧化物为DCP和BPO的组合、DCP和过氧化十二酰的组合。

优选地，所述的聚丙烯为粉料和/或粒料中的一种或两种。