专利名称：一种聚烯烃/无机粉体复合材料的补强增韧材料与用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种聚烯烃与无机物复合材料及其制备方法，具体说是在无机物高填充量的情况下，提高复合材料的强度和韧性的方法。
背景技术：
聚烯烃是以石油为原料制备而成的高分子材料，石油又是目前人类赖以生存的主要能源，而地球上的石油资源毕竟是有限的，因此，节约石油资源是世界各国都在关注的大问题。相比之下无机矿物粉在种类和贮存量方面比石油要丰富得多。用无机矿物粉与聚烯烃复合生产复合材料，不仅可以节约石油资源，还可以降低成本，改善和提高材料的性能。
聚烯烃与无机粉体的组成、结构和性能相差甚远，二者之间的相容性差，复合后虽然刚性可以提高，但强度尤其是韧性却明显下降，无机粉体填充量越大，下降的越显著，严重地影响这一类复合材料的应用和发展。因此，长期以来人们将无机粉体称之为“填料”，把聚烯烃与无机粉体的复合仅仅视为是以降低材料的成本为目的。如何将无机粉体由原来的单纯的填料转化成功能性材料，从而使复合材料在提高刚性的前提下，其韧性和强度也可以提高，始终是塑料行业十分关注并急待解决的难题。
发明内容
本发明在刚性粒子增韧理论指导下，成功地解决了这一问题。在无机矿物粉填充量高达50wt％以上的情况下，复合材料的刚性、韧性等力学性能均得以提高，其中冲击强度可达原树脂的3-5倍，可降低材料成本30-40％。本发明制得的聚烯烃/无机粉体复合材料具有广泛的用途，可应用于由注塑和挤出工艺生产的各种塑料制品。
本发明的目的因此是提供一种无机物含量为40-65wt％高韧性高强度的聚烯烃/无机粉体复合材料制备方法和它的应用。
本发明的聚烯烃/无机粉体复合材料包括(A)25-60wt％聚烯烃；(B)30-70wt％无机粉体；(C)1-10wt％活化剂；和(D)2-10wt％加工助剂。
本发明的聚烯烃/无机粉体复合材料优选包括(A)30-55wt％聚烯烃；(B)40-65wt％无机粉体；(C)1-5wt％活化剂；和(D)2-5wt％加工助剂。
本发明的聚烯烃/无机粉体复合材料更优选包括(A)30-40wt％聚烯烃；(B)40-50wt％无机粉体；(C)1-5wt％活化剂；和(D)2-5wt％加工助剂。
其中聚烯烃选自例如聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯，以及它们两种或多种的混合物。
其中无机粉体例如选自重质CaCO3、轻质CaCO3、滑石粉、硅灰石粉、膨润土、高岭土等中的一种或多种混合物。无机粉体的粒径为，400-2500目，优选为600-2250目。
活化剂例如选自硅烷化合物、钛酸酯、铝酸酯、酸式亚磷酸酯、硬脂酸及其盐、邻苯二甲酸酯和环氧类衍生物等化合物中的一种或多种复配物。优选硬脂酸及其盐，邻苯二甲酸酯，铝酸酯，钛酸酯。
加工助剂为本领域中常用的加工助剂，例如包括但不限于液体石蜡、固体石蜡、聚乙烯蜡、无机铅盐、有机锡、金属皂类、水杨酸酯类、苯甲酸酯类、二苯甲酮类和受阻胺类等，以及它们中两种或多种的复配物。优选液体和固体石蜡，聚乙烯蜡，有机锡类等。
本发明的组合物可以按照本领域的常用方法制成各种成型制品，这些方法包括、但不限于挤出、注塑、模塑、流延等。
例如，先将粒径为400-2500，优选600-2250目的无机粉体材料放入高搅机内，室温下用活化剂进行活化处理，借助活化剂中的极性基团或可反应性基团，在粉体表面形成一层薄膜，降低无机粉体的极性，提高在聚烯烃树脂中的分散性，增加二者的相容性，使之形成一个均匀的复合体系。当材料受到外力冲击时，包覆在无机粉体表面的膜具有缓冲作用，使应力分散，抗冲击强度提高，这正是刚性粒子增韧的原理。无机粉体表面活化处理是本发明的技术核心，活化剂的选择、复配和用量将直接影响复合材料的性能。经活化处理后的无机粉体再按一定比例加入聚烯烃树脂和加工助剂，在高搅机内混合均匀后，用双螺杆挤出机制备成母粒或专用料，用母粒或专用料即可生产各种塑料制品。对于粉状树脂，还可以将混好的料直接用锥型双螺杆挤出机生产制品。无机粉体的粒径为400-2500目，优选600-2250目，最好为800-1250目。添加量的多少取决制品使用性能要求，但从抗冲击强度来说，最佳填充量为40-50wt％。聚烯烃为PE、PP和PVC通用树脂，可以单独使用或两种混合使用，最好单独使用。加工助剂的选择和用量主要取决于聚烯烃树脂的性能，也与无机粉体的填充量有关。
例如一种制备方法包括将无机粉体与活化剂混合均匀，例如通过高速搅拌机混合10-15分钟，使前者被活化，再加入加工助剂和部分聚烯烃树脂，继续搅拌(5-30分钟，优选10分钟)，制得混合料；将混合料造粒，制成母粒，使得母粒中无机粉体含量为80-85wt％；生产制品时，根据制品性能要求，与剩余部分的纯树脂混合后用成型设备成型为制品。
另一种方法包括，将无机粉体与活化剂混合均匀，例如通过高速搅拌机混合10-15分钟，使前者被活化，再加入加工助剂和聚烯烃树脂，继续搅拌制得混合料；再造粒(例如用双螺杆挤出机挤出造粒)制成专用料，用该专用料生产各种制品。
还有一种方法包括将无机粉体与活化剂混合均匀，使前者被活化，再加入加工助剂和聚烯烃树脂粉体，继续搅拌制得混合料；直接生产各种制品(例如用锥型双螺杆挤出机)。
本发明的另一个目的是提供上述聚烯烃/无机粉体复合材料的用途。由于复合材料中的主体树脂为通用树脂，所以本发明的复合材料既可以用于由注塑工艺生产的各种塑料制品，也可以用于由挤出工艺生产的各种塑料制品。其应用十分广泛。例如本发明的复合材料可用于生产各种注塑制品，如家电行业中的洗衣机内桶、空调机外壳、电风扇风叶；汽车行业中保险杠、挡泥板、仪表盘；公路用的护栏板、隔离墩；商业运输用的周转箱、大小型托盘；国防用的炮弹箱；以及民用的瓶、桶、罐等各种容器。还可用于生产各种挤出制品，如各种管材、板材和建筑用的各种异型材。
实施例以下通过实施例来进一步说明本发明。应该指出的是，这些实施例仅是在本发明的实施中发现的较佳例子，不构成本发明范围的任何限制。本领域的技术人员清楚，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以作出许多变化和修改，这些都应该包涵在本发明的范围内。
实施例1取82Kg800目硬质CaCO3放入高搅机内，加入1.5Kg钛酸酯和1.5Kg邻苯二甲酸二甲酯，室温下以80-120r/min的转速搅拌10min后，再先后加入2Kg液体石蜡和13KgLDPE树脂，继续搅拌5min待用。
将上述混合料用双螺杆挤出机造粒，螺杆温度为160-180℃，制得母粒。
将制得的100Kg母粒与36KgPP树脂混合均匀，用注塑机注塑成食品用周转箱，成品中CaCO3含量为60wt％，PE、PP总含量为36wt％。
制品按GB/T5737-1995国家质量标准检测，各项性能指标均达到优级标准。
实施例2取55Kg1250目硬质CaCO3放入高搅机内，加入1Kg酸式亚磷酸酯和1Kg环氧酯，在室温下以80-120r/min转速搅拌15min后，再先后加1Kg液体石蜡、1Kg聚乙烯蜡和41KgHDPE树脂，继续搅拌5min后取出，用双螺杆挤出机造粒，制得专用料，螺杆温度为170-190℃。
用制得的专用料直接注塑成装啤酒用周转箱。成品中CaCO3含量为55wt％，HDPE含量为41wt％。
制品按GB/T5738-1995国家质量标准检测，各项性能指标均达到优级标准。
实施例3取40Kg600目轻质CaCO3放入高搅机内，加入0.8Kg铝酸酯、1.2Kg邻苯二甲酸二丁酯和1Kg硬脂酸，在室温下以80-120r/min转速搅拌15min后，再先后加0.6Kg有机锡、1.4Kg固体石蜡和55KgPVC(5型)树脂，继续搅拌5min后，直接用锥形双螺杆挤出机挤出管材。成品中CaCO3含量为40wt％，PVC含量为55wt％。
制品按GB/T5836.1-1992国家质量标准检测，各项性能指标均达到优良标准。
权利要求
1.一种聚烯烃/无机粉体复合材料，包括(A)25-60wt％聚烯烃；(B)30-70wt％无机粉体；(C)1-10wt％活化剂；和(D)2-10wt％加工助剂。
2.根据权利要求1的复合材料，包括(A)30-55wt％聚烯烃；(B)40-65wt％无机粉体；(C)1-5wt％活化剂；和(D)2-5wt％加工助剂。
3.根据权利要求1或2的复合材料，其中聚烯烃选自聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯，以及它们两种或多种的混合物。
4.根据权利要求1或2的复合材料，其中无机粉体选自重质CaCO3、轻质CaCO3、滑石粉、硅灰石粉、膨润土、高岭土中的一种或多种混合物。
5.根据权利要求1或2的复合材料，其中活化剂选自硅烷化合物、钛酸酯、铝酸酯、酸式亚磷酸酯、硬脂酸及其盐、邻苯二甲酸酯和环氧类衍生物化合物中的一种或多种复配物。
6.根据权利要求1或2的复合材料，其中加工助剂选自液体石蜡、固体石蜡、聚乙烯蜡、无机铅盐、有机锡、金属皂类、水杨酸酯类、苯甲酸酯类、二苯甲酮类和受阻胺类，以及它们中两种或多种的复配物。
7.制备权利要求1或2的复合物的方法，包括将无机粉体与活化剂混合均匀，使前者被活化，再加入加工助剂和部分聚烯烃树脂，继续搅拌制得混合料；将混合料造粒，制成母粒，使得母粒中无机粉体含量为80-85wt％；生产制品时，根据制品性能要求，与剩余部分的纯树脂混合后用成型设备成型为制品。
8.制备权利要求1或2的复合物的方法，包括将无机粉体与活化剂混合均匀，使前者被活化，再加入加工助剂和聚烯烃树脂，继续搅拌制得混合料；再造粒制成专用料，用该专用料生产各种制品。
9.制备权利要求1或2的复合物的方法，包括将无机粉体与活化剂混合均匀，使前者被活化，再加入加工助剂和聚烯烃树脂粉体，继续搅拌制得混合料；直接生产各种制品。
10.由权利要求1或2的复合材料制成的制品。
全文摘要
本发明涉及一种聚烯烃/无机粉体复合材料补强增韧材料与用途。该发明是利用活化剂处理无机粉体，使无机粉体表面包覆一层能与聚烯烃产生较好亲合性的膜，与聚烯烃复合时可形成均匀分散稳定体系。在无机粉体填充量高达50wt％以上情况下，复合材料具有较好的力学性能，其中冲击强度比基体树脂最高可提高3－5倍。复合材料中的聚烯烃为PE、PP或PVC，含量为30－55wt％；无机粉体为碳酸钙、滑石粉、膨润土、高岭土、硅灰石粉等，含量为40－65wt％。本发明聚烯烃/无机粉体复合材料可以通过制成母粒或专用料的方法，也可以直接应用于塑料制品生产中，可广泛用于生产注塑、挤出等塑料制品，制品不仅具有优良的使用性能，其成本将降低30－40％。
文档编号C08K3/32GK1502652SQ0214947
公开日2004年6月9日 申请日期2002年11月21日 优先权日2002年11月21日
发明者王锡臣, 殷俭, 李帅 申请人:龙德行国际投资有限公司