一种二氧化硅改性聚丙烯复合材料的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种二氧化硅改性聚丙烯复合材料的制备方法，先将二氧化硅用3?[双（2?羟乙基）氨基]丙烷三乙氧基硅烷进行处理后，再将其在对甲苯磺酸的作用下先后与2,2?二羟甲基丙酸、硬脂酸发生反应得到改性二氧化硅，再将其通过挤出机熔融共混添加到聚丙烯中制成二氧化硅改性聚丙烯复合材料。本发明制备的二氧化硅改性聚丙烯复合材料具有良好的力学性能，可用于加工制成刚硬性等力学性能良好的塑料型材、汽车零部件等制品，可拓展聚丙烯的应用范围。
【专利说明】
一种二氧化硅改性聚丙烯复合材料的制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种高分子复合材料的制备技术，特别涉及一种聚丙稀复合材料的制 备方法。
【背景技术】
[0002] 聚丙烯是一种价格较低廉的热塑性塑料，可用于制作塑料管材、电子产品外壳、汽 车零部件等。聚丙烯具有无毒无味、电绝缘性好、耐化学侵蚀性好等一系列优点，但也存在 着成型收缩率大、制品尺寸稳定性差等缺点。为了克服这种缺点，可将二氧化硅粉体、玻璃 纤维、石粉等无机刚性填料添加到聚丙烯中制成聚丙烯复合材料。但无机的二氧化硅与有 机的聚丙烯共混复合改性时，存在复合材料内部的界面结合性不高的问题，从而影响聚丙 烯/二氧化硅复合材料的力学性能。二氧化硅的表面具有硅羟基，添加硅烷类偶联剂可在一 定程度上改善复合材料内部的界面结合性能。将二氧化硅用带烷羟基的硅烷处理后，再在 催化剂作用下将其先后与带多个羟基的有机酸、不带羟基的烷基酸发生反应，以对二氧化 硅进行改性处理，再将改性后的二氧化硅、聚丙烯在挤出机中熔融共混，以增强无机的二氧 化硅与有机的聚丙烯的界面结合从而改善聚丙烯的性能，这样的研究目前尚未见诸报道。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种在聚丙烯中添加改性二氧化硅的复合材料的制备方法， 利用该方法制备出的聚丙烯复合材料具有良好的力学性能。
[0004] 为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的： 一种二氧化硅改性聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： 第一步，按质量比，二氧化硅:3-[双(2-羟乙基)氨基]丙烷三乙氧基硅烷=100: (0.5~ 3)，将上述组分称量后加入到球磨机中研磨混合，得到初处理二氧化硅粉体； 第二步，按质量比，初处理二氧化硅粉体：（2,2_二羟甲基丙酸）:对甲苯磺酸:二甲基乙 酰胺:硬脂酸=100: (10~30): (1~3): (100~200): (5~15)，将按上述配比称量后的前4种 组分（即：初处理二氧化硅粉体、2,2_二羟甲基丙酸、对甲苯磺酸、二甲基乙酰胺)加入到容 器中，在氮气保护下于110~130°C搅拌反应5~7小时，再将按上述配比称量后的第5种组分 硬脂酸加入容器内的反应体系中，在氮气保护下于130~150°C搅拌反应2~4小时，得到的 产物在去离子水中沉淀，将得到的沉淀用无水乙醇洗涤后干燥、磨碎，得到改性二氧化硅粉 体； 第三步，按质量比，聚丙烯：改性二氧化硅粉体=1〇〇: (5~30)，将上述组分称量后加入 双螺杆挤出机中在180~210°C的加工温度下熔融共混挤出，得到二氧化硅改性聚丙烯复合 材料。
[0005] 本发明与现有技术相比具有以下优点： 本发明制备改性二氧化硅时，先将二氧化硅用3-[双(2-羟乙基)氨基]丙烷三乙氧基硅 烷这种带烷羟基(羟乙基）的硅烷进行处理，使二氧化硅表面通过偶联而带有一定量的烷羟 基，再在催化剂(对甲苯磺酸）的作用下将其先后与带多个羟基的有机酸(2,2_二羟甲基丙 酸）、不带羟基的烷基酸(硬脂酸，即十八烷酸)发生反应，使二氧化硅表面本身具有的硅羟 基和偶联带有的烷羟基与带多个羟基的有机酸上的羧基发生反应，有机酸上的多个羟基又 可以继续与带多个羟基的有机酸上的羧基继续发生超支化聚合反应，然后与不带羟基的烷 基酸发生封端反应，以对二氧化硅表面进行有机化改性处理，再将改性后的二氧化硅、聚丙 烯在挤出机中熔融共混，以增强无机的二氧化硅与有机的聚丙烯的界面结合，从而使制得 的添加改性二氧化硅的聚丙烯复合材料具有良好的力学性能。
[0006] 本发明制得的添加改性二氧化硅的聚丙烯复合材料，可用于加工制成刚硬性等力 学性能良好的塑料型材、汽车零部件等制品，可拓展聚丙烯的应用范围。
【具体实施方式】
[0007] 下面通过具体实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
[0008] 实施例1 一种二氧化硅改性聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤： 第一步，按表1中①的质量比配方将组分称量后加入到球磨机中研磨混合，得到初处理 二氧化硅粉体； 第二步，按表1中②的质量比配方将组分称量后，将前4种组分加入到容器中，在氮气保 护下于120°C搅拌反应6小时，再将按表1中②的质量比配方称量后的第5种组分硬脂酸加入 容器内的反应体系中，在氮气保护下于140°C搅拌反应3小时，得到的产物在去离子水中沉 淀，将得到的沉淀用无水乙醇洗涤后干燥、磨碎，得到改性二氧化硅粉体； 第三步，按表1中③的质量比配方将组分称量后加入双螺杆挤出机中，在从进料口到出 料口的温度依次设置为180 °C -190 °C -200 °C -210 °C的条件下熔融共混挤出，得到二氧化硅 改性聚丙烯复合材料。
[0009] 实施例2 一种二氧化硅改性聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤： 第一步，按表1中①的质量比配方将组分称量后加入到球磨机中研磨混合，得到初处理 二氧化硅粉体； 第二步，按表1中②的质量比配方将组分称量后，将前4种组分加入到容器中，在氮气保 护下于110°C搅拌反应7小时，再将按表1中②的质量比配方称量后的第5种组分硬脂酸加入 容器内的反应体系中，在氮气保护下于130°C搅拌反应4小时，得到的产物在去离子水中沉 淀，将得到的沉淀用无水乙醇洗涤后干燥、磨碎，得到改性二氧化硅粉体； 第三步，按表1中③的质量比配方将组分称量后加入双螺杆挤出机中，在从进料口到出 料口的温度依次设置为180 °C -190 °C -205 °C -210 °C的条件下熔融共混挤出，得到二氧化硅 改性聚丙烯复合材料。
[0010] 实施例3 一种二氧化硅改性聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤： 第一步，按表1中①的质量比配方将组分称量后加入到球磨机中研磨混合，得到初处理 二氧化硅粉体； 第二步，按表1中②的质量比配方将组分称量后，将前4种组分加入到容器中，在氮气保 护下于125°C搅拌反应5小时，再将按表1中②的质量比配方称量后的第5种组分硬脂酸加入 容器内的反应体系中，在氮气保护下于138°C搅拌反应4小时，得到的产物在去离子水中沉 淀，将得到的沉淀用无水乙醇洗涤后干燥、磨碎，得到改性二氧化硅粉体； 第三步，按表1中③的质量比配方将组分称量后加入双螺杆挤出机中，在从进料口到出 料口的温度依次设置为180 °C -195 °C -200 °C -210 °C的条件下熔融共混挤出，得到二氧化硅 改性聚丙烯复合材料。
[0011] 实施例4 一种二氧化硅改性聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤： 第一步，按表1中①的质量比配方将组分称量后加入到球磨机中研磨混合，得到初处理 二氧化硅粉体； 第二步，按表1中②的质量比配方将组分称量后，将前4种组分加入到容器中，在氮气保 护下于130°C搅拌反应5小时，再将按表1中②的质量比配方称量后的第5种组分硬脂酸加入 容器内的反应体系中，在氮气保护下于150°C搅拌反应2小时，得到的产物在去离子水中沉 淀，将得到的沉淀用无水乙醇洗涤后干燥、磨碎，得到改性二氧化硅粉体； 第三步，按表1中③的质量比配方将组分称量后加入双螺杆挤出机中，在从进料口到出 料口的温度依次设置为180 °C -190 °C -200 °C -210 °C的条件下熔融共混挤出，得到二氧化硅 改性聚丙烯复合材料。
[0012] 对比例1 按质量比，聚丙烯:二氧化硅粉:3-氨基丙基三乙氧基硅烷=100:10:0.2，将上述组分称 量混合，得到混合料，将混合料加入双螺杆挤出机中，在从进料口到出料口的温度依次设置 为180°C-190°C-200°C-210°C的条件下熔融共混挤出，得到采用普通偶联剂(3-氨基丙基三 乙氧基硅烷，即KH550)处理的聚丙烯/二氧化硅复合材料。
[0013] 表1实施例1~4及对比例1的质量比组成配方。
[0014] 性能评价方式及实行标准:将按表1的质量比组成配方制备的材料制成试样，分 别按ASTM D790标准测试弯曲强度、按ASTM D638标准测试拉伸强度、按ASTM D256标准测试 冲击强度。上述测试的结果见表2。
[0015] 从表2的力学性能数据可以看到，在聚丙烯、二氧化硅的配比相同的情况下，与采 用普通偶联剂（3-氨基丙基三乙氧基硅烷，即KH550)处理的聚丙烯/二氧化硅复合材料(对 比例1)相比，将改性后的二氧化硅添加到聚丙烯中制成的复合材料(实施例1)的弯曲强度、 冲击强度、拉伸强度均更好;实施例2~4均具有良好的力学性能。这说明：对二氧化硅进行 初处理后再用2,2_二羟甲基丙酸和硬脂酸等对其进行改性处理的方法，有利于提高聚丙 烯/二氧化硅复合材料的力学性能，使制得的添加改性二氧化硅的聚丙烯复合材料的力学 性能良好。
[0016] 表2实施例1~4及对比例1的性能测试结果
【主权项】
1. 一种二氧化硅改性聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： 第一步，按质量比，二氧化硅：3-[双（2-羟乙基)氨基]丙烷三乙氧基硅烷=100 :(0.5~ 3)，将上述组分称量后加入到球磨机中研磨混合，得到初处理二氧化硅粉体； 第二步，按质量比，初处理二氧化硅粉体：（2,2_二羟甲基丙酸）：对甲苯磺酸:二甲基乙 酰胺:硬脂酸=100: (10~30): (1~3): (100~200): (5~15)，将按上述配比称量后的前4种 组分（即：初处理二氧化硅粉体、2,2_二羟甲基丙酸、对甲苯磺酸、二甲基乙酰胺)加入到容 器中，在氮气保护下于110~130°C搅拌反应5~7小时，再将按上述配比称量后的第5种组分 硬脂酸加入容器内的反应体系中，在氮气保护下于130~150°C搅拌反应2~4小时，得到的 产物在去离子水中沉淀，将得到的沉淀用无水乙醇洗涤后干燥、磨碎，得到改性二氧化硅粉 体； 第三步，按质量比，聚丙烯：改性二氧化硅粉体=1〇〇: (5~30)，将上述组分称量后加入 双螺杆挤出机中在180~210°C的加工温度下熔融共混挤出，得到二氧化硅改性聚丙烯复合 材料。
【文档编号】C08K9/06GK105885228SQ201610321080
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月16日
【发明人】杨晓明
【申请人】陕西理工学院