一种以硬脂酸为增容剂的聚丙烯/高岭土复合材料及其制备方法与流程

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种以硬脂酸为增容剂的聚丙烯/高岭土复合材料及其制备方法。

背景技术：

聚丙烯(PP)是由丙烯单体通过聚合反应制备的聚合物，具有低廉的价格、优异的加工性能和耐化学腐蚀性，因而成为发展最为快速的塑料品种之一，目前其产量仅次于聚乙烯和聚氯乙烯，但PP材料的耐冲击性能不佳；高岭土(Kaolin)又称陶土，是一种常见的无机黏土，其具有良好的可塑性、较高的黏结性能且易于分散，因此在化工生产行业中常以纳米尺寸的高岭土作为填充材料来对聚合物进行改性。

丙烯属于非极性单体，因而其聚合产物PP的极性较小，但高岭土具有较大的极性，若直接将高岭土填充入PP材料中，会因为两者极性相差大导致相容性差而出现团聚现象，PP与高岭土出现明显界面，最终导致材料综合性能急剧下降。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种以硬脂酸为增容剂的PP/高岭土复合材料，

本发明技术方案一种以硬脂酸为增容剂的聚丙烯/高岭土复合材料，包括如下如下组分：

高岭土

聚丙烯

硬脂酸

所述高岭土、聚丙烯、硬脂酸的质量比为1～10∶100∶1.5。

优选地，本发明所述的一种以硬脂酸为增容剂的聚丙烯/高岭土复合材料，所述高岭土、聚丙烯、硬脂酸的质量比为2～5∶100∶1.5。

本发明的另一个目的在于提供一种以硬脂酸为增容剂的PP/高岭土复合材料的制备方法。

本发明所述的一种以硬脂酸为增容剂的聚丙烯/高岭土复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)原料预混：按照高岭土、聚丙烯、硬脂酸的质量比1～10∶100∶1.5称取原料，在90℃条件下对原料进行预混；

(2)挤出造粒：打开同向双螺旋杆挤出机进行预热，预热完成后，将预混后的原料喂入挤出机进行熔融共混，挤出样条，将挤出的样条水浴冷却后切粒，得到粒状物；

(3)干燥：将粒状物置于电热恒温热风干燥箱内进行干燥处理，得到粒状复合材料。

优选地，本发明所述的一种以硬脂酸为增容剂的聚丙烯/高岭土复合材料的制备方法，所述高岭土、聚丙烯、硬脂酸的质量比为2～5∶100∶1.5。

本发明技术有益效果：

本发明通过添加硬脂酸提高高岭土与PP间的相容性，改善材料内部团聚现象，使得复合材料的拉伸强度、冲击性能、压缩性能等力学性能有了较大的提高，同时采用硬脂酸增容后的复合材料的热稳定性优于纯PP材料，本发明制备方法操作简单、成本低廉，适合于工业化生产。

附图说明

图1为不同填充量的高岭土对复合材料最大载荷的影响曲线，其中L₁为添加硬脂酸后复合材料的最大载荷曲线，L₂为未添加硬脂酸时复合材料的最大载荷曲线，

图2为不同填充量的高岭土对复合材料抗冲击强度的影响曲线，其中L₁为添加硬脂酸后复合材料的抗冲击强度曲线，L₂为未添加硬脂酸时复合材料的抗冲击强度曲线，

图3(a)为不同填充量的高岭土对复合材料压缩应力的影响曲线，其中L₁为添加硬脂酸后复合材料的压缩应力曲线，L₂为未添加硬脂酸时复合材料的压缩应力曲线，

图3(b)为不同填充量的高岭土对复合材料压缩模量的影响曲线，其中L₁为添加硬脂酸后复合材料的压缩模量曲线，L₂为未添加硬脂酸时复合材料的压缩模量曲线，

图4为采用硬脂酸增容后不同填充量的高岭土对复合材料热失重的影响曲线。

具体实施方式

本发明所述的一种以硬脂酸为增容剂的聚丙烯/高岭土复合材料，包括如下如下组分：

高岭土

聚丙烯

硬脂酸

所述高岭土、聚丙烯、硬脂酸的质量比为1～10∶100∶1.5。

所述高岭土、聚丙烯、硬脂酸的质量比进一步优选为2～5∶100∶1.5。

本发明所述的一种以硬脂酸为增容剂的聚丙烯/高岭土复合材料采用如下方法制备：

(1)原料预混：按照高岭土、聚丙烯、硬脂酸的质量比1～10∶100∶1.5称取原料，在90℃条件下对原料进行预混；

(2)挤出造粒：打开同向双螺旋杆挤出机进行预热，预热完成后，将预混后的原料喂入挤出机进行熔融共混，挤出样条，将挤出的样条水浴冷却后切粒，得到粒状物；

(3)干燥：将粒状物置于电热恒温热风干燥箱内进行干燥处理，得到粒状复合材料。

所述高岭土、聚丙烯、硬脂酸的质量比进一步优选为2～5∶100∶1.5。

为便于本领域技术人员理解本发明技术方案，现结合具体实施例及说明书附图对本发明技术方案做进一步的说明。

本发明实施例中所用原料：

PP购自上海磊腾实业有限公司，型号为T30S；

高岭土购自上海优锦化工有限公司，工业级；

硬脂酸购自上海锋翰化工有限公司，工业级。

本发明实施例中所使用的实验仪器为：

高速混合机，张家港市华美机械公司，型号为SHR-10；

同向双螺旋杆挤出机组，南京杰恩特机电有限公司，型号为SHJ；

电热恒温鼓风干燥箱，上海三发科学仪器有限公司，型号为DHG-90TOA；

注塑机，东莞市铭辉塑胶机械有限公司，型号为MH-351；

材料拉伸压缩试验机，深圳三思试验设备科技有限公司，型号为WES-60；

数显式悬臂梁冲击试验机，江苏明珠试验机械有限公司，型号为ZWJ-0350；

毛细管流变仪，Capillary Rheoaeter公司，型号为RH2000；

热重分析仪，PerkinEimer公司，型号为STA8000。

实施例一

(1)称取4g高岭土粉末、1.5g硬脂酸、400g纯PP在90℃下高速混合，得到预混物；

(2)开启同向双螺旋杆挤出机预热，预热完成后将预混物喂入挤出机，挤出样条，将样条引入水冷池，水浴冷却后切粒，得到粒状物；

(3)将粒状物置于电热恒温鼓风干燥箱内干燥，得到粒状复合材料。

将粒状复合材料制成拉伸样条、抗冲击样条及压缩样条，进行拉伸试验、抗冲击性能试验及压缩试验。所述拉伸样条与抗冲击样条均为150×10×4mm的哑铃型，所述压缩样条为30×10.4×10.4mm的长方体型。

测试粒状复合材料的耐热性能。

实施例二

(1)称取8g高岭土粉末、1.5g硬脂酸、400g纯PP在90℃下高速混合，得到预混物；

(2)开启同向双螺旋杆挤出机预热，预热完成后将预混物喂入挤出机，挤出样条，将样条引入水冷池，水浴冷却后切粒，得到粒状物；

(3)将粒状物置于电热恒温鼓风干燥箱内干燥，得到粒状复合材料。

将粒状复合材料制成拉伸样条、抗冲击样条及压缩样条，进行拉伸试验、抗冲击性能试验及压缩试验。所述拉伸样条与抗冲击样条均为150×10×4mm的哑铃型，所述压缩样条为30×10.4×10.4mm的长方体型。

测试粒状复合材料的耐热性能。

实施例三

(1)称取20g高岭土粉末、1.5g硬脂酸、400g纯PP在90℃下高速混合，得到预混物；

(2)开启同向双螺旋杆挤出机预热，预热完成后将预混物喂入挤出机，挤出样条，将样条引入水冷池，水浴冷却后切粒，得到粒状物；

(3)将粒状物置于电热恒温鼓风干燥箱内干燥，得到粒状复合材料。

将粒状复合材料制成拉伸样条、抗冲击样条及压缩样条，进行拉伸试验、抗冲击性能试验及压缩试验。所述拉伸样条与抗冲击样条均为150×10×4mm的哑铃型，所述压缩样条为30×10.4×10.4mm的长方体型。

测试粒状复合材料的耐热性能。

实施例四

(1)称取40g高岭土粉末、1.5g硬脂酸、400g纯PP在90℃下高速混合，得到预混物；

(2)开启同向双螺旋杆挤出机预热，预热完成后将预混物喂入挤出机，挤出样条，将样条引入水冷池，水浴冷却后切粒，得到粒状物；

(3)将粒状物置于电热恒温鼓风干燥箱内干燥，得到粒状复合材料。

将粒状复合材料制成拉伸样条、抗冲击样条及压缩样条，进行拉伸试验、抗冲击性能试验及压缩试验。所述拉伸样条与抗冲击样条均为150×10×4mm的哑铃型，所述压缩样条为30×10.4×10.4mm的长方体型。

测试粒状复合材料的耐热性能。

对比例一

(1)称取4g高岭土粉末及400g纯PP在90℃下高速混合，得到预混物；

(2)开启同向双螺旋杆挤出机预热，预热完成后将预混物喂入挤出机，挤出样条，将样条引入水冷池，水浴冷却后切粒，得到粒状物；

(3)将粒状物置于电热恒温鼓风干燥箱内干燥，得到粒状复合材料。

将粒状复合材料制成拉伸样条、抗冲击样条及压缩样条，进行拉伸试验、抗冲击性能试验及压缩试验。所述拉伸样条与抗冲击样条均为150×10×4mm的哑铃型，所述压缩样条为30×10.4×10.4mm的长方体型。

测试粒状复合材料的耐热性能。

对比例二

(1)称取8g高岭土粉末及400g纯PP在90℃下高速混合，得到预混物；

(2)开启同向双螺旋杆挤出机预热，预热完成后将预混物喂入挤出机，挤出样条，将样条引入水冷池，水浴冷却后切粒，得到粒状物；

(3)将粒状物置于电热恒温鼓风干燥箱内干燥，得到粒状复合材料。

将粒状复合材料制成拉伸样条、抗冲击样条及压缩样条，进行拉伸试验、抗冲击性能试验及压缩试验。所述拉伸样条与抗冲击样条均为150×10×4mm的哑铃型，所述压缩样条为30×10.4×10.4mm的长方体型。

测试粒状复合材料的耐热性能。

对比例三

(1)称取20g高岭土粉末及400g纯PP在90℃下高速混合，得到预混物；

(2)开启同向双螺旋杆挤出机预热，预热完成后将预混物喂入挤出机，挤出样条，将样条引入水冷池，水浴冷却后切粒，得到粒状物；

(3)将粒状物置于电热恒温鼓风干燥箱内干燥，得到粒状复合材料。

将粒状复合材料制成拉伸样条、抗冲击样条及压缩样条，进行拉伸试验、抗冲击性能试验及压缩试验。所述拉伸样条与抗冲击样条均为150×10×4mm的哑铃型，所述压缩样条为30×10.4×10.4mm的长方体型。

测试粒状复合材料的耐热性能。

对比例四

(1)称取40g高岭土粉末及400g纯PP在90℃下高速混合，得到预混物；

(2)开启同向双螺旋杆挤出机预热，预热完成后将预混物喂入挤出机，挤出样条，将样条引入水冷池，水浴冷却后切粒，得到粒状物；

(3)将粒状物置于电热恒温鼓风干燥箱内干燥，得到粒状复合材料。

将粒状复合材料制成拉伸样条、抗冲击样条及压缩样条，进行拉伸试验、抗冲击性能试验及压缩试验。所述拉伸样条与抗冲击样条均为150×10×4mm的哑铃型，所述压缩样条为30×10.4×10.4mm的长方体型。

测试粒状复合材料的耐热性能。

对比例五

将400g纯PP喂入预热后的同向双螺旋杆挤出机，挤出样条，水浴冷却后切粒，并在电热恒温鼓风干燥箱内干燥，得到粒状纯PP材料。

将粒状纯PP材料制成拉伸样条、抗冲击样条及压缩样条，进行拉伸试验、抗冲击性能试验及压缩试验。所述拉伸样条与抗冲击样条均为150×10×4mm的哑铃型，所述压缩样条为30×10.4×10.4mm的长方体型。

测试粒状纯PP材料的耐热性能。

将实施例一～实施例四、对比例一～对比例五获得的试验数据分别绘制成为不同填充量的高岭土对复合材料最大载荷的影响曲线，如图1所示；不同填充量的高岭土对复合材料抗冲击强度的影响曲线，如图2所示；不同填充量的高岭土对复合材料压缩应力的影响曲线，如图3(a)所示，不同填充量的高岭土对复合材料压缩模量的影响曲线，如图3(b)所示；采用硬脂酸增容后不同填充量的高岭土对复合材料热失重的影响曲线，如图4所示。

参见图1至图4，添加硬脂酸作为增容剂之后的复合材料的拉伸性能、抗冲击性能、压缩性能及热稳定性能获得明显改善。

本发明技术方案在上面结合具体实施例及附图对发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性改进，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。