专利名称：一种复合改性聚丙烯及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种复合改性聚丙烯(PP)，尤其是一种利用无机纳米材料、弹性体、β晶成核剂复合改性聚丙烯的制备方法。
背景技术：
聚丙烯成型材料是以聚丙烯(PP)为主要原料，加入各种助剂，经挤出成型制得的结构性材料。PP具有质轻、价格低、无嗅、无毒、耐腐蚀、耐高温以及良好的物理机械性能，并具有突出的耐应力开裂性和耐磨性，已广泛应用于建筑、化工、家用电器，车辆制造、医疗器械、仪器仪表等诸多领域。但普通聚丙烯成型材料存在耐冲击性差、低温脆性等缺点，影响了它的进一步开发应用，因此需要对其进行改性。
虽然采用橡胶或弹性体共混改性，可提高PP的耐冲击性，但存在一定的局限性，即随弹性体用量增加，改性PP的冲击强度增加，但其拉伸强度和弯曲强度等大幅度降低，难以达到强度和韧性的综合平衡。
随着无机材料颗粒尺寸微细化、表面处理等技术的发展，特别是近年来纳米技术的发展，使PP改性出现了新的突破点，即改变以往牺牲材料强度、刚性、耐热性换取材料抗冲性能的局限，采用无机材料和弹性体复合改性PP，达到同时增韧、增强的目的。但无机纳米粒子比表面积大、表面能高，在其制备、储存和应用时极易团聚成二次粒子，且无机纳米粒子亲水疏油，与有机聚合物的相容性差、界面结合力低，较难在PP中均匀分散，从而影响PP复合材料的性能，因此，需要对无机纳米材料的表面进行改性，提高其与PP基材的相容性、界面结合力，及无机纳米材料在PP基材中的分散性。当无机纳米材料的用量较少时，对PP起不到很好的改性效果；当其用量较大时，无机纳米材料在PP基材中不可避免地出现团聚，影响改性PP的性能，因此，无机纳米材料有一合适的用量范围。
在解决了无机纳米在PP中的分散问题后，虽可改善聚丙烯成型材料的强度和韧性，但提高的幅度有限。
发明内容
本发明提供一种具有较高强度、耐高温、同时兼具较高冲击强度的复合改性聚丙烯(PP)。
一种复合改性聚丙烯，原料的重量份组成为聚丙烯100份，无机纳米材料0.1～10份，弹性体1～10份，β晶成核剂0.1～0.5份，抗氧剂0～1.5份，相容剂0.2～3份。
所述的无机纳米材料为纳米碳酸钙、二氧化硅、炭化硅、氮化硅、二氧化钛或氧化锌中的至少一种。
所述的弹性体为二元乙丙橡胶(EPR)、三元乙丙橡胶(EPDM)、SBS弹性体(苯乙烯-丁二烯共聚物)，SEBS弹性体(部分加氢的苯乙烯-丁二烯共聚物)，POE弹性体(辛烯-乙烯共聚物)或EVA弹性体(乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)中的至少一种。
所述的β晶成核剂为芳酰胺类β晶成核剂或稀土有机化合物类β晶成核剂中的至少一种。常用的有山西化工研究院TMB-5芳酰胺类β成核剂或广东炜林纳功能材料有限公司WBG稀土类β晶型成核剂。
本发明还提供一种所述的复合改性聚丙烯制成的挤出成型产品，所述的挤出成型产品可以是板材、管材、棒材或其他异型材。
所述的板材的制备方法，包括以下步骤(1)取100份聚丙烯中的5～20份、无机纳米材料、弹性体、β晶成核剂、抗氧剂、相容剂在高速混合机中混合10分钟，然后在温度为190～210℃用挤出机挤出得到聚丙烯母料。
(2)将100份聚丙烯中其余的聚丙烯与聚丙烯母料混合均匀后在单螺杆或双螺杆挤出机内挤出，挤出机温度为190～210℃，经冷却、定型得到复合改性聚丙烯板材。
PP是结晶性高分子，在通常冷却条件下结晶，得到α晶型，在特殊条件下可得到β晶型。与α晶PP相比，β晶PP的室温和低温冲击性能好。添加β晶成核剂是使PP生成β晶的有效方法，芳酰胺类化合物或稀土有机化合物等可作为β晶成核剂，诱导PP异相成核，生成β晶，提高PP的结晶速率和结晶温度，且使球晶尺寸细化，结晶度增加，从而综合提高PP的强度和韧性。随β晶成核剂用量增加，诱导PP结晶的异相成核点增加，总结晶度和β晶的结晶度提高，使PP的拉伸强度和冲击强度增加；当β晶成核剂达到一定量时，其用量的进一步增加对PP的总结晶度和β晶结晶度影响不大，因此，β晶成核剂有一合适的用量范围。
无机纳米材料用量少，且其在PP中分散困难，为了确保得到满意的分散效果，因此，除采用油酸等对其表面进行改性外，还将无机纳米材料、弹性体、β晶成核剂、相容剂、抗氧剂及着色剂等共混挤出造粒制得PP母料颗粒。PP母料可方便和简单地达到聚丙烯成型材料要求的各项性能，其中无机纳米材料可增加PP的强度和韧性；弹性体可增加PP的韧性；β晶成核剂可诱导PP生成β晶并细化球晶尺寸，从而增加PP的强度和韧性；抗氧剂可防止PP在加工和使用过程中的氧化降解；相容剂可改善PP与无机纳米材料和弹性体的界面相容性。
本发明采用与无机纳米材料改性PP的制备方法相适应的、利于无机纳米材料在PP中分散和能改善与PP界面相容的表面改性剂，并结合β晶成核剂对PP聚集态结构的调控技术、弹性体与PP熔融共混技术，综合提高了PP的拉伸强度和冲击性能，制得了既具有较高强度、耐高温，同时兼具较高冲击强度的复合改性聚丙烯成型材料。
具体实施例方式
实施例1原料重量份组成聚丙烯 100份油酸改性纳米碳酸钙(D50为80nm) 3份POE弹性体(辛烯-乙烯共聚物) 3份山西化工研究院TMB-5芳酰胺类β成核剂 0.3份PP接枝马来酸酐 1份抗氧剂1010 0.5份(1)称取PP10kg、油酸改性的纳米碳酸钙3kg、POE弹性体3kg、TMB-5芳酰胺类β晶成核剂300g、PP接枝马来酸酐1kg、1010抗氧剂500g，在高速混合机内混合10分钟，然后在双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出机温度为190～210℃，得到母料。
(2)称取PP90kg、母料17.8kg在高速混合机内混合10分钟，将混合料加入到单或双螺杆挤出机中挤出，挤出机温度为190～210℃，经冷却、定型、牵引、切割，得到复合改性聚丙烯(PP)挤出板材。
实施例2原料重量份组成聚丙烯 100份油酸改性纳米二氧化硅(D50为50nm) 1份POE弹性体(辛烯-乙烯共聚物) 3份山西化工研究院TMB-5芳酰胺类β成核剂 0.3份PP接枝马来酸酐 1份抗氧剂1010 0.5份(1)称取PP10kg、油酸改性的纳米二氧化硅1kg、POE弹性体3kg、晶成核剂300g、PP接枝马来酸酐1kg、1010抗氧剂500g，在高速混合机内混合10分钟，然后在双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出机温度为190～210℃，得到母料。
(2)称取PP90kg、母料15.8kg在高速混合机内混合10分钟，将混合料加入到单或双螺杆挤出机中挤出，挤出机温度为190～210℃，经冷却、定型、牵引、切割，得到复合改性聚丙烯(PP)挤出管材。
实施例3原料重量份组成聚丙烯 100份油酸改性纳米二氧化硅(D50为50nm) 1份三元乙丙橡胶(EPDM) 3份山西化工研究院TMB-5芳酰胺类β成核剂0.3份PP接枝马来酸酐 1份抗氧剂1010 0.5份
(1)称取PP10kg、油酸改性的纳米二氧化硅1kg、EPDM 3kg、β晶成核剂300g、PP接枝马来酸酐1kg、1010抗氧剂500g，在高速混合机内混合10分钟，然后在双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出机温度为190～210℃，得到母料。
(2)称取PP90kg、母料15.8kg在高速混合机内混合10分钟，将混合料加入到单或双螺杆挤出机中挤出，挤出机温度为190～210℃，经冷却、定型、牵引、切割，得到复合改性聚丙烯(PP)挤出板材。
实施例4原料重量份组成聚丙烯 100份油酸改性纳米碳酸钙(D50为80nm) 3份POE弹性体(辛烯-乙烯共聚物) 3份广东炜林纳功能材料有限公司WBG稀土类β晶型成核剂 0.2份PP接枝马来酸酐 1份抗氧剂1010 0.5份(1)称取PP10kg、油酸改性的纳米碳酸钙3kg、POE弹性体3kg、WBG稀土类β晶成核剂200g、PP接枝马来酸酐1kg、1010抗氧剂500g，在高速混合机内混合10分钟，然后在双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出机温度为190～210℃，得到母料。
(2)称取PP90kg、母料17.7kg在高速混合机内混合10分钟，将混合料加入到单或双螺杆挤出机中挤出，挤出机温度为190～210℃，经冷却、定型、牵引、切割，得到复合改性聚丙烯(PP)挤出板材。
本发明复合改性聚丙烯(PP)与普通PP挤出成型产品的力学性能测试
权利要求
1.一种复合改性聚丙烯，其特征在于，原料的重量份组成为聚丙烯100份，无机纳米材料0.1～10份，弹性体1～10份，β晶成核剂0.1～0.5份，抗氧剂0～1.5份，相容剂0.2～3份。
2.如权利要求1所述的复合改性聚丙烯，其特征在于所述的无机纳米材料为纳米碳酸钙、二氧化硅、炭化硅、氮化硅、二氧化钛或氧化锌中的至少一种。
3.如权利要求1所述的复合改性聚丙烯，其特征在于所述的弹性体为二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、SBS弹性体，SEBS弹性体，POE弹性体或EVA弹性体中的至少一种。
4.如权利要求1所述的复合改性聚丙烯，其特征在于所述的β晶成核剂为芳酰胺类β晶成核剂或稀土有机化合物类β晶成核剂中的至少一种。
5.一种由权利要求1所述的复合改性聚丙烯制备的挤出成型产品。
6.如权利要求5所述的挤出成型产品的制备方法，其特征在于(1)取100份聚丙烯中的5～20份、无机纳米材料、弹性体、β晶成核剂、抗氧剂、相容剂在高速混合机中混合10分钟，然后在温度为190～210℃用挤出机挤出得到聚丙烯母料。(2)将100份聚丙烯中其余的聚丙烯与聚丙烯母料混合均匀后在单螺杆或双螺杆挤出机内挤出，挤出机温度为190～210℃，经冷却、定型。
全文摘要
本发明公开了一种复合改性聚丙烯，其原料的重量份组成为聚丙烯100份，无机纳米材料0.1～10份，弹性体1～10份，β晶成核剂0.1～0.5份，抗氧剂0～1.5份，相容剂0.2～3份。本发明采用与无机纳米材料改性PP的制备方法相适应的、利于无机纳米材料在PP中分散和能改善与PP界面相容的表面改性剂，并结合β晶成核剂对PP聚集态结构的调控技术、弹性体与PP熔融共混技术，综合提高了PP的拉伸强度和冲击性能，制得了既具有较高强度(拉伸强度≥28MPa)、耐高温(维卡软化点≥130℃)，同时兼具较高冲击强度(冲击强度≥20kJ/m
文档编号C08L23/20GK101067032SQ20071006905
公开日2007年11月7日 申请日期2007年6月11日 优先权日2007年6月11日
发明者申屠宝卿, 李继鹏, 翁志学 申请人:浙江大学