[发明专利]一种聚丙烯成核剂组合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚丙烯成核剂组合物，具体来说，涉及一种有机成核剂与无机纳米石墨烯材料的复合成核剂，属于新型材料领域。

背景技术

聚丙烯( PP) 是一种应用广泛的通用热塑性塑料，尽管其具有很多优点，但也存在一些不足之处，比如结晶速度较慢、透明性较差等缺点。在PP 中添加成核剂改善PP 力学性能和光学性能，加快PP 结晶速度，缩短制品成型周期等，是目前应用最广泛的改性方法。

聚丙烯的成核剂可以改善聚丙烯结晶行为，从而提高其物理机械性能和热力学性能。成核剂可以分为无机类、磷酸金属盐类、羧酸金属盐类、山梨醇类高分子类成核剂。近年来成核剂发展迅速，目前广泛应用的高效成核剂主要包括芳基杂环磷酸盐和山梨醇衍生物两大类，但是也有其缺陷，比如与PP 的相容性较差、PP 的刚性改善效果不明显等。

有机成核剂1,3,5-苯三甲酰胺类成核剂对聚丙烯热性能和力学性能有着很大的改善，尤其是刚性的提升很明显，并且可使聚丙烯的雾度大幅度下降。纳米石墨烯材料可以很大程度提高PP的机械性能（屈服强度，杨氏模量等），但是纳米石墨烯材料在PP中的分散性限制了其大规模应用，将1,3,5-苯三甲酰胺类成核剂与纳米石墨烯材料通过微乳液的方法制备成核剂组合物，不仅可以改善纳米石墨烯材料在聚丙烯中的分散性，使成核效果更加明显，而且因为1,3,5-苯三甲酰胺类成核剂的存在可以使其雾度大幅度降低，同时两种成核剂对聚丙烯的力学性能也有着明显的改善。

发明内容

本发明提供了一种新型、高效、制备工艺简单的聚丙烯用成核剂组合物。采用有机成核剂1,3,5-苯三甲酰胺类成核剂与无机纳米石墨烯材料共混形成微乳液的方法来制备成核剂，两者具有协同效应，方法简单、分散性好、成核效果优良、改善力学性能、降低雾度等优点。

本发明所述有机成核剂1,3,5-苯三甲酸三(环己胺)由以下步骤合成：环己胺与干燥氯化锂搅拌后加入N-甲基吡咯烷酮和吡啶，在冰水浴中恒温至5℃，再向体系中加入1,3,5-苯三甲酰氯，迅速将反应温度升高至75℃，不断搅拌使混合物充分反应2.5h，最后将反映产物倒入冰水中析出沉淀，过滤后进行重结晶。其中环己胺，氯化锂和1,3,5-苯三甲酰氯的重量比为8.9~9.2:0.9~1.1:8.0~8.2，加入N-甲基吡咯烷酮和吡啶与氯化锂的份数比为290~310:45~55:0.9~1.1。该产品为白色晶体。

本发明所述成核剂组合物的具体制备步骤为：将纳米石墨烯材料分散于去离子水中，超声30分钟，得到均匀分散的纳米石墨烯材料分散液。超声频率为70kHz~90kHz，超声次数1次~2次， 超声时间15min~30min。

将1,3,5-苯三甲酰胺类成核剂溶于N,N-二甲基甲酰胺中，然后与上述纳米石墨烯材料分散液共同混合成微乳液，加入表面活性剂。其中1,3,5-苯三甲酰胺类成核剂与纳米石墨烯材料重量比为5:1~1:5。

上述所制备的成核剂组合物状态为微乳液，将成核剂组合物加入聚丙烯粉料混合，干燥后同时加入抗氧剂1010和168，进行成型加工，挤出、注塑成标准样条。其具体组成为：聚丙烯100份，成核剂组合物0.05~0.2份，抗氧剂0.1份。

具体实施方式

实施例1

制备1,3,5-苯三甲酸三(环己胺) (BTCA-TCHA)：环己胺与干燥氯化锂搅拌后加入N-甲基吡咯烷酮和吡啶，在冰水浴中恒温至5℃，再向体系中加入1,3,5-苯三甲酰氯，迅速将反应温度升高至75℃，不断搅拌使混合物充分反应2.5h，最后将反映产物倒入冰水中析出沉淀，过滤后进行重结晶。其中环己胺，氯化锂和1,3,5-苯三甲酰氯的重量比为9.1:1:8.1，加入N-甲基吡咯烷酮和吡啶与氯化锂的份数比300:50:1，将制备好的BTCA-TCHA溶于N,N-二甲基甲酰胺中。

将纳米石墨烯材料分散于去离子水中，超声30分钟，得到均匀分散的纳米石墨烯材料分散液。超声频率为80kHz，超声次数1次， 超声时间20min。

将溶有1,3,5-苯三甲酸三(环己胺)的 N,N-二甲基甲酰胺与纳米石墨烯材料分散液共同混合，加入表面活性剂，其中1,3,5-苯三甲酸三(环己胺)与纳米石墨烯材料重量比为5:1，混合后采用磁力搅拌器搅拌10min，然后超声10min，得到成核剂组合物分散液。

将成核剂组合物加入聚丙烯粉料混合，同时加入抗氧剂1010和168，干燥后进行成型加工，挤出、注塑成标准样条。其具体组成为：聚丙烯100份，成核剂组合物0.06份，抗氧剂0.1份，得到标准样条1。