专利名称：聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于塑料技术领域，尤其涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术：
纳米塑料是一种新型材料，是无机填充物以纳米尺寸分散在塑料基体中形成的有机/无机纳米复合材料。它利用高分子的复合稳定作用将纳米粒子复合于塑料中，复合物具有长期的稳定性。纳米粒子与塑料基体相结合，不仅可以控制颗粒的尺寸和稳定性，而且纳米材料与塑料基体有机复合后，由于纳米材料与基体的相互作用而产生新的效应，实现二者的优势互补。纳米塑料的制备工艺有两种，机械共混法和插层复合法。机械共混法是制备聚丙烯纳米复合材料的常用方法。共混法的关键在于填料能否达到纳米级分散。由于纳米粒子高的表面能，容易团聚在一起，在聚丙烯基体中难以分散。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种聚丙烯复合材料，解决现有技术中无机纳米填料分散不均勻的技术问题。本发明是这样实现的，一种聚丙烯复合材料，包括如下质量百分含量的组分
聚丙烯90-96%
无机纳米填料0.5-1%
硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂复合物1-2%
分散剂1-2%
抗氧剂1-2%。以及，上述聚丙烯复合材料制备方法，包括如下步骤将质量百分含量为0. 5-1%的无机纳米填料，以及质量百分含量为1-2%的硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂复合物混合，在温度为70-120°C条件下搅拌0. 5-1小时；加入质量百分含量为90-96%的聚丙烯、质量百分含量为1-2%分散剂及质量百分含量为1-2%的抗氧剂，在温度为50-90°C条件下搅拌0. 5-1小时，得到聚丙烯复合材料前体；将该聚丙烯复合材料前体挤出处理，得到聚丙烯复合材料。本发明实施例聚丙烯复合材料，通过将硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂复配使用；使得该无机纳米填料在聚丙烯复合材料中均勻分散，有效的防止了无机纳米填料之间的团聚，实现了聚丙烯复合材料的韧性和刚性的均衡。本发明实施例聚丙烯复合材料制备方法， 操作简单、成本低廉，生产效益高，非常适于工业化生产。
图1本发明实施例聚丙烯复合材料制备方法流程图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明实施例提供一种聚丙烯复合材料，包括如下质量百分含量的组分
聚丙烯90-96%
无机纳米填料0.5-1%
硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂复合物1-2%
分散剂1-2%
抗氧剂1-2%。具体地，该聚丙烯(PP)为高流动性聚丙烯，在230°C，2. 16公斤的测试条件下，其熔体流动速率在15g/10min以上，该聚丙烯的质量百分含量为90-96%，优选为92-95%。具体地，该无机纳米填料具有片状或层状的微观结构，利于提高复合材料的强度和韧性，例如，纳米碳酸钙(CaCO3)、纳米二氧化硅(SiO2)、纳米蒙脱土、纳米水滑石、纳米硅灰石、纳米氧化锆、纳米硫酸镁晶须等。该无机纳米填料的粒径为50-90纳米；本发明实施例聚丙烯复合材料中，无机纳米填料的质量百分含量为0. 5-1%。具体地，该硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂复合物是指，由硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂组成的混合物，硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂之间的质量比没有限制，优选为硅烷偶联剂在该复合物中质量百分含量为30-70%，钛酸酯偶联剂在该复合物中质量百分含量为 30-70%，两者之和为100%，例如，该复合物由质量百分含量分别为50%的硅烷偶联剂和 50%的钛酸酯偶联剂组成。该硅烷偶联剂没有限制，例如，该硅烷偶联剂例如KH550，KH560， KH570, KH792, DL602, DL171 ；优选、-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)，例如， 美国联合碳化物公司生产，商品牌号A-174;或日本信越化学公司生产，商品牌号KBM-503; 或美国道康宁化学公司生产，商品牌号SH-6030。该钛酸酯偶联剂也没有限制，主要以南京向前化工厂产品为主，牌号如101、102、105、201、401等。本发明实施例聚丙烯复合材料中，该无机纳米填料和该偶联剂复合物(上述硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂的复合物)相结合，具体是，该偶联剂复合物包覆在无机纳米填料的外表面。通过将硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂复配使用；该偶联剂复合物的包覆，使得该无机纳米填料在聚丙烯复合材料中均勻分散，有效的防止了无机纳米填料之间的团聚，实现了聚丙烯复合材料的韧性和刚性的均衡。
具体地，该分散剂为乙烯基双硬脂酰胺、改性乙烯基双硬脂酰胺、PE蜡、OP蜡、EVA 蜡中的一种，或二种以上的混合物。该分散剂的质量百分含量为1_2%。具体地，该抗氧剂由四[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯主抗氧剂和亚磷酸三0，4_ 二叔丁基苯酯)辅抗氧剂以1 1-1 3复配而成。该抗氧剂的质量百分含量为1_2%。该四[3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯主抗氧剂和亚磷酸三(2，4_ 二叔丁基苯酯)由Ciki公司生产，商品牌号分别为IrganoxlOlO和 Irganoxl68请参阅图1，图1显示本发明实施例聚丙烯复合材料制备方法流程图，包括如下步骤步骤S01，将质量百分含量为0. 5-1 %的无机纳米填料，以及质量百分含量为 1-2%的硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂复合物混合，在温度为70-120°C条件下搅拌0. 5-1小时；步骤S02，加入质量百分含量为90-96%的聚丙烯、质量百分含量为分散剂及质量百分含量为1-2%的抗氧剂，在温度为50-90°C条件下搅拌0. 5-1小时，得到聚丙烯复合材料前体；步骤S03，将该聚丙烯复合材料前体挤出处理，得到聚丙烯复合材料。具体地，该聚丙烯、无机纳米填料、硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂复合物、分散剂及抗氧剂和前述相同，在此不重复阐述。具体地，步骤SOl中，混合步骤的温度为70_120°C，优选为50_80°C，搅拌的时间为
0.5-1小时，优选为5-30分钟。通过将无机纳米填料和偶联剂复合物在上述温度下搅拌混合，使偶联剂复合物对无机纳米填料进行表面处理，使得无机纳米填料具有优异的流动性， 能够有效地防止无机纳米填料之间的团聚，实现了无机纳米填料的均勻分散，使得聚丙烯复合材料的韧性和刚性的均衡。步骤S02中，混合步骤的温度50_90°C，优选为50_70°C，搅拌的时间为0. 5-1小时，优选为5-30分钟。步骤S03中，挤出处理的条件为一区温度120 130°C ；二区温度130 140°C ；三区温度140 150°C ；四区温度140 170°C;五区温度140 170°C;六区温度140 170°C;七区温度140 170°C; 八区温度150 160°C ；机头温度140 150°C ；停留时间1 anin。熔体压力3. 0 4. OMPa,真空度-0. 03 -0. 06MPa。挤出处理的设备没有限制，例如单螺杆挤出机或双螺杆挤出机。本发明实施例聚丙烯复合材料制备方法，操作简单、成本低廉，生产效益高，非常适于工业化生产。以下结合具体实施例对上述聚丙烯复合材料制备方法进行详细阐述。实施例一将质量百分含量为0. 5%的纳米碳酸钙，质量百分含量为的偶联剂(30%硅烷偶联剂和70%钛酸酯偶联剂)放在高速搅拌机中混合，在温度为90°C条件下搅拌5分钟；加入质量百分含量为90%的PP(熔体流动速率18g/10min)、质量百分含量为
1.5%的分散剂，质量百分含量为2%的抗氧剂，在温度为50°C条件下搅拌3分钟，得到聚丙烯复合材料前体；将该聚丙烯复合材料前体加入到双螺杆挤出机的料斗中，在一区温度120 130°C;二区温度130 140°C;三区温度140 150°C;四区温度140 170°C;五区温度 140 170°C;六区温度140 170°C;七区温度140 170°C ；八区温度150 160°C ；机头温度140 150°C ；停留时间1 2min。熔体压力3. 0 4. OMPa,真空度-O· 03 -0. 06Mpa 的条件下挤出处理，得到聚丙烯复合材料。实施例二将质量百分含量为0. 7%的纳米二氧化硅，质量百分含量为1. 3%的偶联剂(50% 硅烷偶联剂和50%钛酸酯偶联剂)放在高速搅拌机中混合，在温度为100°C条件下搅拌8 分钟；加入质量百分含量为96%的PP(熔体流动速率18g/10min)、质量百分含量为 1. 5%的分散剂，质量百分含量为2%的抗氧剂，在温度为80°C条件下搅拌4分钟，得到聚丙烯复合材料前体；将该聚丙烯复合材料前体加入到双螺杆挤出机的料斗中，在一区温度120 130°C;二区温度130 140°C;三区温度140 150°C;四区温度140 170°C;五区温度 140 170°C;六区温度140 170°C;七区温度140 170°C ；八区温度150 160°C ；机头温度140 150°C ；停留时间1 2min。熔体压力3. 0 4. OMPa,真空度-O· 03 -0. 06Mpa 的条件下挤出处理，得到聚丙烯复合材料。实施例三将质量百分含量为0. 9%的纳米蒙脱土，质量百分含量为1. 5%的偶联剂(60%硅烷偶联剂和40%钛酸酯偶联剂)放在高速搅拌机中混合，在温度为70°C条件下搅拌10分钟；加入质量百分含量为94.5%的PP(熔体流动速率18g/10min)、质量百分含量为 1. 的分散剂，质量百分含量为2%的抗氧剂，在温度为70°C条件下搅拌3分钟，得到聚丙烯复合材料前体；将该聚丙烯复合材料前体加入到双螺杆挤出机的料斗中，在一区温度120 130°C;二区温度130 140°C;三区温度140 150°C;四区温度140 170°C;五区温度 140 170°C;六区温度140 170°C;七区温度140 170°C ；八区温度150 160°C ；机头温度140 150°C ；停留时间1 2min。熔体压力3. 0 4. OMPa,真空度-O· 03 -0. 06Mpa 的条件下挤出处理，得到聚丙烯复合材料。实施例四将质量百分含量为1. 0%的纳米碳酸钙，质量百分含量为2%的偶联剂(70%硅烷偶联剂和30%钛酸酯偶联剂)放在高速搅拌机中混合，在温度为120°C条件下搅拌9分钟；加入质量百分含量为94%的PP (熔体流动速率18g/10min)、质量百分含量为的分散剂，质量百分含量为2%的抗氧剂，在温度为90°C条件下搅拌5分钟，得到聚丙烯复合材料前体；将该聚丙烯复合材料前体加入到双螺杆挤出机的料斗中，在一区温度120 130°C;二区温度130 140°C;三区温度140 150°C;四区温度140 170°C;五区温度 140 170°C;六区温度140 170°C;七区温度140 170°C ；八区温度150 160°C ；机头温度140 150°C ；停留时间1 2min。熔体压力3. 0 4. OMPa,真空度-O· 03 -0. 06Mpa 的条件下挤出处理，得到聚丙烯复合材料。对比例将该聚丙烯复合材料前体加入到双螺杆挤出机的料斗中，在一区温度120 130°C;二区温度130 140°C;三区温度140 150°C;四区温度140 170°C;五区温度 140 170°C;六区温度140 170°C;七区温度140 170°C ；八区温度150 160°C ；机头温度140 150°C ；停留时间1 2min。熔体压力3. 0 4. OMPa,真空度-O· 03 -0. 06Mpa 的条件下挤出处理，得到聚丙烯材料。性能评价将按上述方法完成造粒的纳米填充聚丙烯复合材料在80 90°C的烘箱下干燥2 小时，控制水分< 0. 2%，然后将干燥好的粒子材料在注塑成型机上注塑出标准测试样条。拉伸性能按ASTM D-638进行，试样尺寸为180 X 12. 7 X 3. 2mm,拉伸速度为 50mm/min ；悬臂梁缺口冲击强度按ASTM D-256进行，试样尺寸为64X12. 7X3. 2mm，缺口深度为试样厚度的1/3 ；弯曲强度按ASTM D-790标准进行检验，试样类型为试样尺寸 128X 12. 67X3. 11mm，弯曲速度为 20mm/min。材料的综合性能通过测试所得的拉伸强度、弯曲强度和IZOD缺口冲击强度来衡量。下表是实施例一至四的各组分配比及性能测试表，空白为纯PP原料的力学性能
权利要求
1. 一种聚丙烯复合材料，包括如下质量百分含量的组分聚丙烯90-96%无机纳米填料0.5-1%硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂复合物1-2%分散剂1-2%抗氧剂1-2%。
2.如权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯的质量百分含量为 92-95%。
3.如权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述无机纳米填料的粒径为 50-90纳米。
4.如权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述无机纳米填料的质量百分含量为0. 6-0. 9%。
5.如权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂复合物中硅烷偶联剂的质量百分含量为30-70%，余量为钛酸酯偶联剂。
6.一种聚丙烯复合材料制备方法，包括如下步骤将质量百分含量为0. 5-1%的无机纳米填料，以及质量百分含量为1-2%的硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂复合物混合，在温度为70-120°C条件下搅拌0. 5-1小时；加入质量百分含量为90-96%的聚丙烯、质量百分含量为1-2%分散剂及质量百分含量为1-2%的抗氧剂，在温度为50-90°C条件下搅拌0. 5-1小时，得到聚丙烯复合材料前体；将所述聚丙烯复合材料前体挤出处理，得到聚丙烯复合材料。
7.如权利要求6所述的聚丙烯复合材料制备方法，其特征在于，所述将无机纳米填料， 以及硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂复合物混合步骤中，搅拌温度为50-80°C，时间为5-30分钟。
8.如权利要求6所述的聚丙烯复合材料制备方法，其特征在于，所述加入聚丙烯、分散剂及抗氧剂的步骤中，搅拌温度为50-70°C，时间为5-30分钟。
9.如权利要求6所述的聚丙烯复合材料制备方法，其特征在于，所述挤出处理的条件为一区温度120 130°C ；二区温度130 140°C ；三区温度140 150°C ；四区温度 140 170°C ；五区温度140 170°C ；六区温度140 170°C ；七区温度140 170°C ； 八区温度150 160°C ；机头温度140 150°C ；停留时间1 ^iiin ；熔体压力3. 0 4. OMPa,真空度-0. 03 -0. 06MPa。
全文摘要
本发明适用于塑料技术领域，提供了一种聚丙烯复合材料及其制备方法。该聚丙烯复合材料包括如下质量百分含量的组分聚丙烯90-96％；无机纳米填料0.5-1％；硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂复合物1-2％；分散剂1-2％；抗氧剂1-2％。本发明聚丙烯复合材料，通过将硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂复配使用，使得该无机纳米填料在聚丙烯复合材料中均匀分散，有效的防止了无机纳米填料之间的团聚，实现了聚丙烯复合材料的韧性和刚性的均衡。本发明聚丙烯复合材料制备方法，操作简单、成本低廉，生产效益高，非常适于工业化生产。
文档编号C08K13/06GK102212229SQ20111012729
公开日2011年10月12日 申请日期2011年5月17日 优先权日2011年5月17日
发明者徐东, 徐永, 马旭辉 申请人:深圳市科聚新材料有限公司