一种聚丙烯复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法，选取以下重量份的原料，100份聚丙烯、40-200份纳米导热填料、10-50份接枝聚烯烃弹性体的相容剂、0.5-5份偶联剂、0.5-3份抗氧剂、1-5份润滑剂，先将导热填料用偶联剂改性，然后按配比与相容剂、抗氧剂、润滑剂混合均匀后，挤出造粒形成包覆结构，再与聚丙烯在双螺杆挤出机上混炼，得到聚丙烯复合材料。本发明采用纳米导热填料和接枝聚烯烃弹性体填充改性聚丙烯树脂，利用二次挤出法，使得导热填料具有良好的分散性和界面结合性能，使得聚丙烯的导热率和冲击性能提高，特别是低温冲击性能同时得到明显改善，可用于地暖、太阳能、化工输送等领域。
【专利说明】一种聚丙烯复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及高分子复合材料改性【技术领域】和加工【技术领域】，特别涉及一种聚丙烯 改性复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 聚丙烯是一种来源广泛的热塑性树脂，具有价格低廉、力学性能好、容易成型加 工、耐腐蚀等特点。但是聚丙烯玻璃化温度较高，导致其低温抗冲击性差，在寒冷季节受到 冲击时容易发生脆裂；而导热率低的缺点，又使得其热交换速率较慢；所以其在地暖、太阳 能、化工输送等领域中无法达到高品质产品的需求。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种低温抗冲击性优良，导热性能良好，同时易于加工成 型的聚丙烯复合材料。
[0004] 本发明的另一目的在于提供一种聚丙烯复合材料的制备方法。
[0005] 为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：一种聚丙烯复合材料，其原料由 以下重量份的组分组成：100份的聚丙烯，40-200份的纳米导热填料，10-50份的相容剂， 〇. 5-3份的偶联剂，0. 5-3份的抗氧剂，1-5份的润滑剂，其中纳米导热填料选自粒径为纳米 级别的铝粉、氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化硼或碳化硅中的一种或几种，相容剂选 自马来酸酐接枝聚烯烃弹性体、丙烯酸酐接枝聚烯烃弹性体或硅烷接枝聚烯烃弹性体中的 一种或几种接枝聚烯烃弹性体，偶联剂选自钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂或稀 土偶联剂中的一种或几种，抗氧化剂选自有机受阻酚类、胺类、亚磷酸酯或硫酯类的一种或 几种，润滑剂为硬脂酸、硬脂酸盐、白油、石蜡、硬脂酸酰胺、芥酸酰胺或聚乙烯蜡中的一种 或两种混合。
[0006] 接枝聚烯烃弹性体是聚烯烃弹性体的一种接枝改性产物，形成包覆纳米导热颗粒 的结构，不仅可以提高导热纳米粒子的填充量，改善导热纳米粒子与聚丙烯的界面结合，同 时还可以提高聚丙烯的低温抗冲击性能，从而得到导热率高、低温抗冲击性能好的聚丙烯 复合材料。
[0007] 所述的偶联剂的耐热温度大于230°C。保证了偶联剂在加工时不会分解，提高其改 性效果。
[0008] 所述偶联剂与纳米导热填料的重量比为0. 5% -1. 5%。
[0009] 本发明的另一种技术解决方案是：一种聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步 骤：选取配方重量份的各原料，（1)将偶联剂加入颗粒尺寸为纳米级别的纳米导热填料中 进行表面处理，处理温度为90_150°C，然后将表面处理过的纳米导热填料烘干；（2)将步 骤（1)中经表面处理过的纳米导热填料与增容剂、抗氧剂、润滑剂置于高混机中，在转速 为600-1000rpm下室温混合15-30min，得到混合均匀的物料；（3)将步骤（2)中得到的 混合物加入到双螺杆挤出机中混炼，双螺杆挤出机的温度设定在170-230°C，螺杆转速为 150-250rpm，挤出、冷却、切粒；(4)将步骤（3)中得到的混合物与聚丙烯按比例在高混机 中混合，高混机转速为600-1200rpm，混合15min，再通过双螺杆挤出机挤出，挤出温度为 170-230°C，螺杆转速为150-250rpm，最后得到聚丙烯复合材料。
[0010] 在步骤（1)中，将纳米导热填料在100°C下倒入蒸馏水中，超声分散1小时，取出烘 干备用，将偶联剂溶于乙醇溶液醇解1小时，加入烘干备用的纳米导热填料，恒温75°c下搅 拌1小时，真空抽滤、干燥，研磨过筛即得经过表面处理的纳米导热填料。
[0011] 本发明采用聚丙烯为树脂基体，纳米导热填料为增强、导热功能填料，接枝聚烯烃 弹性体为相容剂制得增韧聚丙烯复合材料。一方面，高导热率的纳米无机粒子填充聚丙烯 可以提高聚丙烯的导热率，进一步提高复合材料的刚性；另一方面接枝聚烯烃弹性体不仅 具备聚烯烃弹性体原有的低温韧性，而且与聚丙烯具有良好的界面相容性，可以有效改善 聚丙烯基体与导热填料的界面结合，起到增容的效果，从而提高复合材料的力学性能。适用 于地暖、太阳能、化工输送等高端应用领域。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 附图1为采用庚烷刻蚀掉实施例1聚丙烯复合材料中的相容剂POE-g-ΜΗ后的扫 描电镜照片。
【具体实施方式】
[0013] 下面结合具体实例，进一步阐明本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发 明，而不用于限定本发明的保护范围。在实际应用中技术人员根据本发明做出的改进和调 整，仍属于本发明的保护范围。
[0014] 实施例1 :
[0015] (1)将大小为6000目的100重量份的氧化铝填料在KKTC下倒入蒸馏水中，超声 分散1小时，取出烘干备用，1重量份的铝酯酸偶联剂溶于乙醇溶液醇解1小时，加入烘干备 用的纳米导热填料，恒温75°c下搅拌1小时，真空抽滤，干燥，研磨过筛即得经过表面处理 的氧化铝填料；
[0016] (2)将改性后的100份重量氧化铝填料与20份重量马来酸酐接枝聚烯烃弹性体， 1. 5份重量抗氧剂1010, 2份重量硬脂酸直接放入高速混合机中进行初混，室温条件下混 合；
[0017] (3)将步骤⑵中获得的混合物移入双螺杆中混炼均勻，挤出温度为200°C，水冷 造粒，充分干燥；
[0018] (4)将步骤（3)中所得的材料与100份重量聚丙烯在高速混合机中进行混合，室温 条件下混合，然后进行二次挤出，挤出温度为220°C，经水冷造粒后即可得到本发明的聚丙 烯复合材料。
[0019] 实施例2:
[0020] (1)将大小为7000目的120份重量氧化铝填料先经过铝酯酸偶联剂进行表面处 理；铝酯酸偶联剂用量为1份重量；
[0021] (2)将改性后的120份重量氧化铝填料与25份重量马来酸酐接枝聚烯烃弹性体， 1. 5份重量抗氧剂1010, 2份重量硬脂酸直接放入高速混合机中进行初混，室温条件下混 合；
[0022] (3)将步骤（2)中获得的混合物移入双螺杆中混炼均匀，挤出温度为200°C，水冷 造粒，充分干燥；
[0023] (4)将步骤（3)中所得的材料与100份重量聚丙烯在高速混合机中进行混合，室温 条件下混合，然后进行二次挤出造粒，挤出温度为220°C，经水冷造粒后即可得到本发明的 聚丙烯复合材料。
[0024] 实施例3 :
[0025] (1)将大小为6500目的100份重量氧化锌填料先经过钛酯酸偶联剂进行表面处 理；钛酸酯偶联剂用量为1份重量；
[0026] (2)将改性后的100份重量氧化锌填料与25份重量马来酸酐接枝聚烯烃弹性体， 1. 5份重量抗氧剂1010, 2. 5份重量硬脂酸直接放入高速混合机中进行初混，室温条件下混 合；
[0027] (3)将步骤（2)中获得的混合物移入双螺杆中混炼均匀，挤出温度为200°C，水冷 造粒，充分干燥；
[0028] (4)将步骤（3)中所得的材料与100份重量聚丙烯在高速混合机中进行混合，室温 条件下混合，然后进行二次挤出造粒，挤出温度为220°C，经水冷造粒后即可得到本发明的 聚丙烯复合材料。
[0029] 实施例4 :
[0030] (1)将大小为7000目的80份重量铝粉填料先经过硅烷偶联剂进行表面处理；硅 烷偶联剂用量为1份重量；
[0031] (2)将改性后的80份重量铝粉填料与20份重量硅烷接枝聚烯烃弹性体，1. 5份重 量抗氧剂1010,3份重量白油直接放入高速混合机中进行初混，室温条件下混合；
[0032] (3)将步骤（2)中获得的混合物移入双螺杆中混炼均匀，挤出温度为200°C，水冷 造粒，充分干燥；
[0033] (4)将步骤（3)中所得的材料与100份重量聚丙烯在高速混合机中进行混合，室温 条件下混合，然后进行二次挤出造粒，挤出温度为220°C，经水冷造粒后即可得到本发明的 聚丙烯复合材料。
[0034] 实施例5 :
[0035] (1)将大小为6000目的80份重量铝粉填料先经过硅烷偶联剂进行表面处理；硅 烷偶联剂用量为1份重量；
[0036] (2)将改性后的80份重量铝粉填料与30份重量硅烷接枝聚烯烃弹性体，1. 5份重 量抗氧剂1010, 2份重量白油直接放入高速混合机中进行初混，室温条件下混合；
[0037] (3)将步骤（2)中获得的混合物移入双螺杆中混炼均匀，挤出温度为200°C，水冷 造粒，充分干燥；
[0038] (4)将步骤（3)中所得的材料与100份重量聚丙烯在高速混合机中进行混合，室温 条件下混合，然后进行二次挤出造粒，挤出温度为220°C，经水冷造粒后即可得到本发明的 聚丙烯复合材料。
[0039] 实施例6 :
[0040] (1)将大小为5000目的80份重量氧化镁填料先经过钛酯酸偶联剂进行表面处理； 钛酸酯偶联剂用量为1份重量；
[0041] (2)将改性后的80份重量氧化镁填料与20份重量丙烯酸接枝聚烯烃弹性体，1. 5 份重量抗氧剂1010,3份重量石蜡直接放入高速混合机中进行初混，室温条件下混合；
[0042] (3)将步骤⑵中获得的混合物移入双螺杆中混炼均勻，挤出温度为200°C，水冷 造粒，充分干燥；
[0043] (4)将步骤（3)中所得的材料与100份重量聚丙烯在高速混合机中进行混合，室温 条件下混合，然后进行二次挤出造粒，挤出温度为220°C，经水冷造粒后即可得到本发明的 聚丙烯复合材料。
[0044] 实施例7 :
[0045] (1)将大小为7500目的100份重量氧化镁填料先经过硅烷酸偶联剂进行表面处 理；硅烷偶联剂用量为1份重量；
[0046] (2)将改性后的100份重量氧化镁填料与20份重量硅烷接枝聚烯烃弹性体，1. 5 份重量抗氧剂1010, 2份重量石蜡直接放入高速混合机中进行初混，室温条件下混合；
[0047] (3)将步骤⑵中获得的混合物移入双螺杆中混炼均勻，挤出温度为200°C，水冷 造粒，充分干燥；
[0048] (4)将步骤（3)所得的材料与100份重量聚丙烯在高速混合机中进行混合，室温条 件下混合，然后进行二次挤出造粒，挤出温度为220°C，经水冷造粒后即可得到本发明的聚 丙烯复合材料。
[0049] 实施例8 :
[0050] (1)将大小为6000目的90份重量氧化镁填料先经过硅烷偶联剂进行表面处理； 硅烷偶联剂用量为1份重量；
[0051] (2)将改性后的100份重量氧化铝填料与20份重量丙烯酸接枝聚烯烃弹性体，1. 5 份重量抗氧剂1010,3份重量白油直接放入高速混合机中进行初混，室温条件下混合；
[0052] (3)将步骤（2)中获得的混合物移入双螺杆中混炼均匀，挤出温度为200°C，水冷 造粒，充分干燥；
[0053] (4)将步骤（3)中所得的材料与100份重量聚丙烯在高速混合机中进行混合，室温 条件下混合，然后进行二次挤出造粒，挤出温度为220°C，经水冷造粒后即可得到本发明的 聚丙烯复合材料。
[0054] 实施例9 :
[0055] (1)将大小为6500目的80份重量氮化铝填料先经过钛酯酸偶联剂进行表面处理； 钛酸酯偶联剂用量为1份重量；
[0056] (2)将改性后的80份重量氧化铝填料与25份重量丙烯酸接枝聚烯烃弹性体，1. 5 份重量抗氧剂1010,3份重量石蜡直接放入高速混合机中进行初混，室温条件下混合；
[0057] (3)将步骤（2)中获得的混合物移入双螺杆中混炼均匀，挤出温度为200°C，水冷 造粒，充分干燥；
[0058] (4)将步骤（3)中所得的材料与100份重量聚丙烯在高速混合机中进行混合，室温 条件下混合，然后进行二次挤出造粒，挤出温度为220°C，经水冷造粒后即可得到本发明的 聚丙烯复合材料。
[0059] 为进一步说明本发明的有益效果，采用以下测试方法来说明：
[0060] 一、材料性质对比实验
[0061] 对比例1为纯聚丙烯（牌号为扬子石化C-180)，性能测试分别按照国家相 关标准进行检测，室温缺口冲击强度采用GB/T1843-2008,低温缺口冲击强度采用GB/ T1843-2008。
[0062] 本发明实施例1-9的聚丙烯复合材料与对比例1的性质对比，详见下表1。
[0063]
【权利要求】
1. 一种聚丙烯复合材料，其特征在于：其原料由以下重量份的组分组成： 100份的聚丙烯，40-200份的纳米导热填料，10-50份的相容剂，0. 5-3份的偶联剂， 〇. 5-3份的抗氧剂，1-5份的润滑剂，其中纳米导热填料选自粒径为纳米级别的铝粉、氧化 铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化硼或碳化硅中的一种或几种，相容剂选自马来酸酐接枝聚 烯烃弹性体、丙烯酸酐接枝聚烯烃弹性体或硅烷接枝聚烯烃弹性体中的一种或几种接枝聚 烯烃弹性体，偶联剂选自钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂或稀土偶联剂中的一种 或几种，抗氧化剂选自有机受阻酚类、胺类、亚磷酸酯或硫酯类的一种或几种，润滑剂为硬 脂酸、硬脂酸盐、白油、石蜡、硬脂酸酰胺、芥酸酰胺或聚乙烯蜡中的一种或两种混合。
2. 根据权利要求1所述的一种聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的偶联剂的耐热温 度大于230°C。
3. 根据权利要求1或2所述的一种聚丙烯复合材料，其特征在于：所述偶联剂与纳米 导热填料的重量比为〇. 5% -1. 5%。
4. 一种根据权利要求1-3所述的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：由以下生 产步骤组成：选取配方重量份的各原料， (1) 将偶联剂加入颗粒尺寸为纳米级别的纳米导热填料中进行表面处理，然后将表面 处理过的纳米导热填料烘干； (2) 将步骤（1)中经表面处理过的纳米导热填料与增容剂、抗氧剂、润滑剂置于高混机 中，在转速为600-1000rpm下室温混合15-30min，得到混合均匀的物料； (3) 将步骤（2)中得到的混合物加入到双螺杆挤出机中混炼，双螺杆挤出机的温度设 定在170-230°C，螺杆转速为150-250rpm，挤出、冷却、切粒； (4) 将步骤（3)中得到的混合物与聚丙烯按比例在高混机中混合，高混机转速为 600-1200rpm，混合15min，再通过双螺杆挤出机挤出，挤出温度为170-230°C，螺杆转速为 150-250rpm，最后得到聚丙烯复合材料。
5. 根据权利要求4所述的一种聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：在步骤（1) 中，将纳米导热填料在l〇〇°C下倒入蒸馏水中，超声分散1小时，取出烘干备用，将偶联剂溶 于乙醇溶液醇解1小时，加入烘干备用的纳米导热填料，恒温75°C下搅拌1小时，真空抽滤、 干燥，研磨过筛即得经过表面处理的纳米导热填料。
【文档编号】C08K9/04GK104151706SQ201410395880
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月12日 优先权日:2014年8月12日
【发明者】彭晓翊, 李白千, 秦小梅, 王军 申请人:佛山市日丰企业有限公司, 佛山市日丰企业科技有限公司