专利名称：滑石粉填充聚丙烯复合材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种滑石粉填充聚丙烯复合材料的制备方法，加入马来酸酐接枝的聚丙烯作为增容剂，通过动态固化环氧树脂增大聚丙烯和滑石粉之间界面作用力，使得复合材料力学性能有明显提高。所制备的复合材料可用作土木建筑、汽车配件、家用电器等材料。
背景技术：
无机填料填充聚丙烯(PP)能降低材料成本，改善材料的力学性能、热稳定性能，提高制品的尺寸稳定性等。由于PP的大分子链缺乏极性，与无机填料共混时相容性差，相互间分散性不好，界面粘结力低，容易产生相分离或离层现象，致使材料的性能低劣。为了解决这个问题，以往常借助于偶联剂对填料表面进行改性，以增加树脂和填料间的粘结力，改善和提高复合材料的各种性能。偶联剂虽与无机填料表面有较强的相互作用，但它的官能团与非极性的PP难有较强的相互作用。采用改性聚烯烃作为界面改性剂已屡见不鲜，其应用日益广泛，丙烯酸接枝聚丙烯和马来酸酐接枝聚丙烯(MAH-g-PP)对PP/玻璃纤维复合材料的性能有不同程度的改善，在CaCO3/PP复合材料中添加马来酸酐接枝聚丙烯后，材料的力学性能也得到了明显的提高。
滑石粉作为塑料用填充剂，可提高制品的刚性，改善尺寸稳定性，防止高温蠕变性，因而备受人们关注。滑石粉填充PP复合材料已广泛应用于汽车部件及日常用品的生产，其产品与未填充滑石粉的PP相比具有良好的表观质量、低的收缩率和较高的热变形温度，然而由于两相界面的亲和性不强，滑石粉的直接填充往往导致一些力学性能的下降，从而使复合材料的应用受到限制。对滑石粉进行表面改性处理或加入MAH-g-PP，均可有效地改进滑石粉与PP的界面作用力，改善滑石粉在PP中的分散状态，从而提高复合材料的强度与刚度，但材料的韧性有所降低。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种滑石粉填充聚丙烯复合材料的制备方法，生产工艺简单，所制备的复合材料不仅强度与刚度较高，而且材料的韧性也有所提高。
为实现这一目的，本发明将动态固化环氧树脂技术应用到聚丙烯/滑石粉体系中，提出的滑石粉填充聚丙烯复合材料的制备方法，是在密炼机、开炼机或螺杆挤出机中，在190～200℃的共混温度下，向聚丙烯中依次加入马来酸酐接枝的聚丙烯、滑石粉、环氧树脂、固化剂进行混炼，其中所用的聚丙烯为均聚聚丙烯，其用量为45～80重量份，马来酸酐接枝的聚丙烯的用量为5～15重量份，环氧树脂用量为1～10重量份，滑石粉用量15～45重量份，固化剂用量为0.05～1重量份，共混时间为7～15min，得到新型滑石粉填充聚丙烯复合材料。
本发明中使用的环氧树脂为双酚A二缩水甘油醚型、双酚F二缩水甘油醚型以及线型酚醛多缩水甘油醚型环氧树脂。
本发明使用的固化剂为二氰胺、咪唑化合物(2-甲基咪唑，2-乙基-4-甲基咪唑(EMI-2，4)等)和二酰肼化合物(己二酸二酰肼，间苯二酸二酰肼，葵肼等)。
在本发明的方法中，具有活性基团的马来酸酐接枝的聚丙烯可以与环氧树脂中羟基和环氧基团发生反应，促进了环氧树脂与聚丙烯和滑石粉之间相容性，加入固化剂后，由于在高剪切力的作用下，环氧树脂“就地固化”并与聚丙烯和滑石粉之间界面发生作用，增大界面作用力，使得复合材料力学性能有明显提高。与传统采用偶联剂对滑石粉进行表面处理，或加入增容剂相比，滑石粉填充聚丙烯复合材料的刚性和韧性都有一定程度提高。
本发明所提供的制备方法操作方便，工艺简单，制得的滑石粉填充聚丙烯复合材料模量和韧性都得以显著提高，性能稳定，适用性强，可满足工程材料的要求，可用作土木建筑、汽车配件、家用电器等材料。
具体实施例方式
以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明。
实施例1-5按表-1中的配方，在190℃的温度下，在密炼机或开炼机中首先加入聚丙烯，然后依次加入马来酸酐接枝的PP(MAH-g-PP)、环氧树脂(双酚A二缩水甘油醚型，牌号DGEBA)、滑石粉、2-乙基-4-甲基咪唑(EMI-2，4)，在共混过程中环氧树脂发生固化反应，与聚丙烯和滑石粉之间界面发生作用。将制得的复合材料用平板硫化机模压成片。按标准尺寸裁制样条，试样分别按ASTM D638，ASTM D790，ASTM D256标准测试拉伸、弯曲、冲击等性能指标。测试结果如表-1所示。
表-1
从表-1中可以看出，在PP/滑石粉复合材料中加入MAH-g-PP，冲击强度、拉伸强度和弯曲模量均有明显得提高。这表明MAH-g-PP起到了偶联剂的作用，提高了复合材料力学性能。在PP/滑石粉复合材料中加入环氧树脂，其力学性能稍有改善，但不是很明显，这说明单独使用环氧树脂，对PP/滑石粉复合材料中两组分几乎没有偶联作用。当MAH-g-PP和环氧树脂同时加到PP/滑石粉复合材料中，所得到复合材料的力学性能稍好于单独使用MAH-g-PP所制得复合材料。动态固化PP/MAH-g-PP/滑石粉/环氧树脂复合材料的力学性能最好，冲击强度、拉伸强度和弯曲模量均有明显提高。这表明动态固化环氧树脂可进一步促进复合材料中PP和滑石粉的界面作用，导致性能有一定程度的提高，特别是冲击强度和弯曲模量增加较为显著。
实施例6-14按表-2中的配方，在190℃的温度下，在密炼机或开炼机中首先加入聚丙烯，然后依次加入马来酸酐接枝的PP(MAH-g-PP)、环氧树脂(双酚A二缩水甘油醚型，牌号DGEBA)、滑石粉、二氰胺固化剂，在共混过程中环氧树脂动态固化。试样制备和测试标准按实施例1-5进行操作。测试结果如表-2所示。
表-2
从表-2可以看出，随环氧树脂用量的增加，复合材料的冲击强度、拉伸强度、弯曲模量明显增大，断裂伸长率稍有下降。当环氧树脂用量超过5份时，复合材料的断裂伸长率明显降低，但拉伸强度和弯曲模量继续增加。这说明环氧树脂用量小于5份时，环氧树脂主要与PP和滑石粉的界面发生作用，增大界面作用力，使得复合材料力学性能有明显提高。当环氧树脂用量超过5份的时候，环氧树脂除作用于PP和滑石粉界面外，多余固化的环氧树脂作为刚性粒子，起到填料的作用，使得弯曲模量和拉伸强度有了较大的提高。
权利要求
1.一种滑石粉填充聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，在密炼机、开炼机或螺杆挤出机中，在190～200℃的共混温度下，向聚丙烯中依次加入马来酸酐接枝的聚丙烯、滑石粉、环氧树脂、固化剂进行混炼，其中所用的聚丙烯为均聚聚丙烯，其用量为45～80重量份，马来酸酐接枝的聚丙烯的用量为5～15重量份，环氧树脂用量为1～10重量份，滑石粉用量为15～45重量份，固化剂用量为0.05～1重量份，共混时间为7～15分钟，得到滑石粉填充聚丙烯复合材料。
2.根据权利要求1的滑石粉填充聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于所述的环氧树脂为双酚A二缩水甘油醚型、双酚F二缩水甘油醚型或线型酚醛多缩水甘油醚型环氧树脂。
3.根据权利要求1的滑石粉填充聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于所述的固化剂为二氰胺、2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、己二酸二酰肼、间苯二酸二酰肼或葵肼。
全文摘要
本发明涉及一种滑石粉填充聚丙烯复合材料的制备方法，在密炼机、开炼机或螺杆挤出机中，在一定的共混温度下，向聚丙烯树脂中依次加入马来酸酐接枝的聚丙烯、滑石粉、环氧树脂、固化剂进行混炼，环氧树脂发生“就地固化”，并与聚丙烯和滑石粉之间界面发生作用，增大界面作用力，使得复合材料力学性能有明显提高。与传统采用偶联剂对滑石粉进行表面处理，或加入增容剂相比，滑石粉填充聚丙烯复合材料的刚性和韧性都有一定程度提高。本发明具有生产工艺简单，加工性能好，适用性强等优点，所制备的滑石粉填充聚丙烯复合材料，可用作土木建筑、汽车配件、家用电器等材料。
文档编号C08K5/00GK101092497SQ200710044228
公开日2007年12月26日 申请日期2007年7月26日 优先权日2007年7月26日
发明者江学良, 孙康, 张勇, 张隐西 申请人:上海交通大学