该发明涉及一种耐高温聚丙烯材料及其制备方法。
背景技术：
：聚丙烯为使用最广泛、用量最大的有机合成型高分子树脂之一。聚丙烯具有优异的的绝缘性、比重小、耐氯离子腐蚀、高透明性、耐受紫外线、对环境友好等优势。聚丙烯被广泛应用于电气绝缘开关、塑封材料、电器外壳、饮用水管道、电缆管线、排污管道等领域。目前，聚丙烯材料在长期耐高温性能需要进一步提升。该发明采用改性炭化聚丙烯和改性聚苯并咪唑纤维制备了耐高温聚丙烯材料，该方法制备的耐高温聚丙烯材料具有优异的长期耐高温性能。技术实现要素：该发明的目的在于提供一种耐高温聚丙烯材料的制备方法，该方法通过改变反应物原料和工艺方式，制备的材料具有优异的长期耐高温性能。为了实现上述目的，该发明的技术方案如下。一种耐高温聚丙烯材料及其制备方法，具体包括以下步骤：(1)、将1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐、对甲苯磺酸、乙醚和丙酮按照质量份数比为80：188～196：137～151：65～80加入到反应釜中，搅拌速度为110～125r/min，维持体系温度85～97℃、-0.05mpa条件下回流反应45～70min，将反应釜温度升温至125℃、-0.05mpa条件下减压蒸馏30～55min，得到1-乙基-3-甲基咪唑十二烷基苯磺酸盐；(2)、将聚苯并咪唑纤维、四甲基氢氧化铵和1-乙基-3-甲基咪唑十二烷基苯磺酸盐按照质量份数比为100：15～23：27～31添加至水热反应釜中，维持体系温度93～106℃条件下反应1.5～3h，自然冷却至室温，得到改性聚苯并咪唑纤维；(3)、将聚丙烯粉、碳酸铵、硫酸铵和气相二氧化硅按照质量份数比100：39～45：9～15：2～6加入到球磨机中，球磨速度为20～28r/min，维持体系温度25～34℃条件下球磨反应45～70min，将物料转移至高压设备中，在3mpa压力下，于80℃热处理20min；2mpa压力下，于150℃热处理20min；在隔绝氧气条件下，于200℃热处理20min，335℃热处理25min，435℃热处理10min，即得到炭化聚丙烯；(4)、将炭化聚丙烯、钛酸四乙酯、硅酸四乙酯、碳酸钠、双氧水、甘油、碳酸铵和尿素按照质量份数比100：31～38：22～29：18～27：5～9：2～5：9～17：8～15加入到水热反应釜中，维持体系温度99～109℃条件下反应3～7h，产物经过滤、1l水超声洗涤15min、1l乙醇超声洗涤20min，于63℃、-0.07mpa真空干燥12min，即得到改性炭化聚丙烯；(5)、将改性炭化聚丙烯和改性聚苯并咪唑纤维按照质量份数比100：49～60加入到高速混合机中，用高速混合机在温度196～201℃混合反应2～5min，用挤出机在温度208～223℃挤出造粒，即得到耐高温聚丙烯材料。该发明所述的耐高温聚丙烯材料的制备方法，包括下列步骤：(1)、将1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐、对甲苯磺酸、乙醚和丙酮按照质量份数比为80：188～196：137～151：65～80加入到反应釜中，搅拌速度为110～125r/min，维持体系温度85～97℃、-0.05mpa条件下回流反应45～70min，将反应釜温度升温至125℃、-0.05mpa条件下减压蒸馏30～55min，得到1-乙基-3-甲基咪唑十二烷基苯磺酸盐；所述的乙醚和丙酮的目的为了缩短1-乙基-3-甲基咪唑十二烷基苯磺酸盐生产周期。(2)、将聚苯并咪唑纤维、四甲基氢氧化铵和1-乙基-3-甲基咪唑十二烷基苯磺酸盐按照质量份数比为100：15～23：27～31添加至水热反应釜中，维持体系温度93～106℃条件下反应1.5～3h，自然冷却至室温，得到改性聚苯并咪唑纤维；所述的四甲基氢氧化铵和1-乙基-3-甲基咪唑十二烷基苯磺酸盐的目的为了提高聚苯并咪唑纤维的导热性能。(3)、将聚丙烯粉、碳酸铵、硫酸铵和气相二氧化硅按照质量份数比100：39～45：9～15：2～6加入到球磨机中，球磨速度为20～28r/min，维持体系温度25～34℃条件下球磨反应45～70min，将物料转移至高压设备中，在3mpa压力下，于80℃热处理20min；2mpa压力下，于150℃热处理20min；在隔绝氧气条件下，于200℃热处理20min，335℃热处理25min，435℃热处理10min，即得到炭化聚丙烯；所述的碳酸铵、硫酸铵和气相二氧化硅的目的为了提高聚丙烯的孔隙率。(4)、将炭化聚丙烯、钛酸四乙酯、硅酸四乙酯、碳酸钠、双氧水、甘油、碳酸铵和尿素按照质量份数比100：31～38：22～29：18～27：5～9：2～5：9～17：8～15加入到水热反应釜中，维持体系温度99～109℃条件下反应3～7h，产物经过滤、1l水超声洗涤15min、1l乙醇超声洗涤20min，于63℃、-0.07mpa真空干燥12min，即得到改性炭化聚丙烯；所述的钛酸四乙酯和硅酸四乙酯的目的为了提高炭化聚丙烯的耐高温性能。(5)、将改性炭化聚丙烯和改性聚苯并咪唑纤维按照质量份数比100：49～60加入到高速混合机中，用高速混合机在温度196～201℃混合反应2～5min，用挤出机在温度208～223℃挤出造粒，即得到耐高温聚丙烯材料。该发明的有益效果在于：1、对甲苯磺酸酸性强于醋酸，通过强酸制弱酸的原理，生成的醋酸随着乙醚和丙酮的挥发而被带离反应体系，得到1-乙基-3-甲基咪唑十二烷基苯磺酸盐；制备的1-乙基-3-甲基咪唑十二烷基苯磺酸盐能提高耐高温聚丙烯材料的散热性能，从而提高聚丙烯的长期耐高温性能；2、四甲基氢氧化铵和1-乙基-3-甲基咪唑十二烷基苯磺酸盐具有优异的导热性能，能提高聚苯并咪唑纤维的导热性，结合聚苯并咪唑纤维的耐热性能，制备的改性聚苯并咪唑纤维能明显提高耐高温聚丙烯材料的长期耐高温性能；3、碳酸铵、硫酸铵和气相二氧化硅在聚丙烯粉热处理过程中，能提高聚丙烯粉的闭孔孔隙率，从而提高聚丙烯粉的保温和耐热性能，经过炭化处理后，能明显提高聚丙烯粉的耐热性能；制备的炭化聚丙烯能明显提高耐高温聚丙烯材料的长期耐高温性能；4、钛酸四乙酯和硅酸四乙酯经水热处理后，碳酸钠、双氧水、甘油、碳酸铵和尿素不仅能提高二氧化钛和二氧化硅的孔隙率，制备的二氧化钛和二氧化硅还能提高改炭化聚丙烯材料的耐热性能；制备的改性炭化聚丙烯材料能明显提高耐高温聚丙烯材料的长期耐高温性能；5、在改性炭化聚丙烯和改性聚苯并咪唑纤维协同作用下，赋予耐高温聚丙烯材料优异的长期耐高温性能。具体实施方式下面结合实施例对该发明的具体实施方式进行描述，以便更好的理解该发明。实施例1一种耐高温聚丙烯材料，其制备方法包括以下步骤：(1)、称取80份1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐、191份对甲苯磺酸、145份乙醚和76份丙酮加入到反应釜中，搅拌速度为115r/min，维持体系温度95℃、-0.05mpa条件下回流反应48min，将反应釜温度升温至125℃、-0.05mpa条件下减压蒸馏35min，得到1-乙基-3-甲基咪唑十二烷基苯磺酸盐；(2)、称取100份聚苯并咪唑纤维、22份四甲基氢氧化铵和30份1-乙基-3-甲基咪唑十二烷基苯磺酸盐添加至水热反应釜中，维持体系温度98℃条件下反应1.5h，自然冷却至室温，得到改性聚苯并咪唑纤维；(3)、称取100份聚丙烯粉、41份碳酸铵、13份硫酸铵和4份气相二氧化硅加入到球磨机中，球磨速度为26r/min，维持体系温度30℃条件下球磨反应53min，将物料转移至高压设备中，在3mpa压力下，于80℃热处理20min；2mpa压力下，于150℃热处理20min；在隔绝氧气条件下，于200℃热处理20min，335℃热处理25min，435℃热处理10min，即得到炭化聚丙烯；(4)、称取100份炭化聚丙烯、36份钛酸四乙酯、25份硅酸四乙酯、23份碳酸钠、5份双氧水、4份甘油、14份碳酸铵和12份尿素加入到水热反应釜中，维持体系温度103℃条件下反应4h，产物经过滤、1l水超声洗涤15min、1l乙醇超声洗涤20min，于63℃、-0.07mpa真空干燥12min，即得到改性炭化聚丙烯；(5)、称取100份改性炭化聚丙烯和53份改性聚苯并咪唑纤维加入到高速混合机中，用高速混合机在温度200℃混合反应3min，用挤出机在温度218℃挤出造粒，即得到耐高温聚丙烯材料。实施例2一种耐高温聚丙烯材料，其制备方法包括以下步骤：(1)、称取80份1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐、188份对甲苯磺酸、137份乙醚和65份丙酮加入到反应釜中，搅拌速度为110r/min，维持体系温度85℃、-0.05mpa条件下回流反应70min，将反应釜温度升温至125℃、-0.05mpa条件下减压蒸馏30min，得到1-乙基-3-甲基咪唑十二烷基苯磺酸盐；(2)、称取100份聚苯并咪唑纤维、15份四甲基氢氧化铵和27份1-乙基-3-甲基咪唑十二烷基苯磺酸盐添加至水热反应釜中，维持体系温度93℃条件下反应3h，自然冷却至室温，得到改性聚苯并咪唑纤维；(3)、称取100份聚丙烯粉、39份碳酸铵、9份硫酸铵和2份气相二氧化硅加入到球磨机中，球磨速度为20r/min，维持体系温度25℃条件下球磨反应70min，将物料转移至高压设备中，在3mpa压力下，于80℃热处理20min；2mpa压力下，于150℃热处理20min；在隔绝氧气条件下，于200℃热处理20min，335℃热处理25min，435℃热处理10min，即得到炭化聚丙烯；(4)、称取100份炭化聚丙烯、31份钛酸四乙酯、22份硅酸四乙酯、18份碳酸钠、5份双氧水、2份甘油、9份碳酸铵和8份尿素加入到水热反应釜中，维持体系温度99℃条件下反应7h，产物经过滤、1l水超声洗涤15min、1l乙醇超声洗涤20min，于63℃、-0.07mpa真空干燥12min，即得到改性炭化聚丙烯；(5)、称取100份改性炭化聚丙烯和49份改性聚苯并咪唑纤维加入到高速混合机中，用高速混合机在温度196℃混合反应5min，用挤出机在温度208℃挤出造粒，即得到耐高温聚丙烯材料。实施例3一种耐高温聚丙烯材料，其制备方法包括以下步骤：(1)、称取80份1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐、196份对甲苯磺酸、151份乙醚和80份丙酮加入到反应釜中，搅拌速度为125r/min，维持体系温度97℃、-0.05mpa条件下回流反应45min，将反应釜温度升温至125℃、-0.05mpa条件下减压蒸馏55min，得到1-乙基-3-甲基咪唑十二烷基苯磺酸盐；(2)、称取100份聚苯并咪唑纤维、23份四甲基氢氧化铵和31份1-乙基-3-甲基咪唑十二烷基苯磺酸盐添加至水热反应釜中，维持体系温度106℃条件下反应1.5h，自然冷却至室温，得到改性聚苯并咪唑纤维；(3)、称取100份聚丙烯粉、45份碳酸铵、15份硫酸铵和6份气相二氧化硅加入到球磨机中，球磨速度为28r/min，维持体系温度34℃条件下球磨反应45min，将物料转移至高压设备中，在3mpa压力下，于80℃热处理20min；2mpa压力下，于150℃热处理20min；在隔绝氧气条件下，于200℃热处理20min，335℃热处理25min，435℃热处理10min，即得到炭化聚丙烯；(4)、称取100份炭化聚丙烯、38份钛酸四乙酯、29份硅酸四乙酯、27份碳酸钠、9份双氧水、5份甘油、17份碳酸铵和15份尿素加入到水热反应釜中，维持体系温度109℃条件下反应3h，产物经过滤、1l水超声洗涤15min、1l乙醇超声洗涤20min，于63℃、-0.07mpa真空干燥12min，即得到改性炭化聚丙烯；(5)、称取100份改性炭化聚丙烯和60份改性聚苯并咪唑纤维加入到高速混合机中，用高速混合机在温度201℃混合反应2min，用挤出机在温度223℃挤出造粒，即得到耐高温聚丙烯材料。实施例4一种耐高温聚丙烯材料，其制备方法包括以下步骤：(1)、称取80份1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐、190份对甲苯磺酸、141份乙醚和68份丙酮加入到反应釜中，搅拌速度为117r/min，维持体系温度88℃、-0.05mpa条件下回流反应49min，将反应釜温度升温至125℃、-0.05mpa条件下减压蒸馏36min，得到1-乙基-3-甲基咪唑十二烷基苯磺酸盐；(2)、称取100份聚苯并咪唑纤维、19份四甲基氢氧化铵和30份1-乙基-3-甲基咪唑十二烷基苯磺酸盐添加至水热反应釜中，维持体系温度98℃条件下反应2h，自然冷却至室温，得到改性聚苯并咪唑纤维；(3)、称取100份聚丙烯粉、40份碳酸铵、11份硫酸铵和4份气相二氧化硅加入到球磨机中，球磨速度为23r/min，维持体系温度29℃条件下球磨反应55min，将物料转移至高压设备中，在3mpa压力下，于80℃热处理20min；2mpa压力下，于150℃热处理20min；在隔绝氧气条件下，于200℃热处理20min，335℃热处理25min，435℃热处理10min，即得到炭化聚丙烯；(4)、称取100份炭化聚丙烯、36份钛酸四乙酯、27份硅酸四乙酯、19份碳酸钠、6份双氧水、4份甘油、13份碳酸铵和12份尿素加入到水热反应釜中，维持体系温度105℃条件下反应4h，产物经过滤、1l水超声洗涤15min、1l乙醇超声洗涤20min，于63℃、-0.07mpa真空干燥12min，即得到改性炭化聚丙烯；(5)、称取100份改性炭化聚丙烯和53份改性聚苯并咪唑纤维加入到高速混合机中，用高速混合机在温度199℃混合反应3min，用挤出机在温度210℃挤出造粒，即得到耐高温聚丙烯材料。实施例5一种耐高温聚丙烯材料，其制备方法包括以下步骤：(1)、称取80份1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐、191份对甲苯磺酸、143份乙醚和68份丙酮加入到反应釜中，搅拌速度为117r/min，维持体系温度95℃、-0.05mpa条件下回流反应66min，将反应釜温度升温至125℃、-0.05mpa条件下减压蒸馏39min，得到1-乙基-3-甲基咪唑十二烷基苯磺酸盐；(2)、称取100份聚苯并咪唑纤维、22份四甲基氢氧化铵和30份1-乙基-3-甲基咪唑十二烷基苯磺酸盐添加至水热反应釜中，维持体系温度99℃条件下反应2.2h，自然冷却至室温，得到改性聚苯并咪唑纤维；(3)、称取100份聚丙烯粉、40份碳酸铵、14份硫酸铵和3份气相二氧化硅加入到球磨机中，球磨速度为26r/min，维持体系温度33℃条件下球磨反应65min，将物料转移至高压设备中，在3mpa压力下，于80℃热处理20min；2mpa压力下，于150℃热处理20min；在隔绝氧气条件下，于200℃热处理20min，335℃热处理25min，435℃热处理10min，即得到炭化聚丙烯；(4)、称取100份炭化聚丙烯、34份钛酸四乙酯、26份硅酸四乙酯、22份碳酸钠、7份双氧水、3份甘油、13份碳酸铵和14份尿素加入到水热反应釜中，维持体系温度106℃条件下反应4h，产物经过滤、1l水超声洗涤15min、1l乙醇超声洗涤20min，于63℃、-0.07mpa真空干燥12min，即得到改性炭化聚丙烯；(5)、称取100份改性炭化聚丙烯和52份改性聚苯并咪唑纤维加入到高速混合机中，用高速混合机在温度199℃混合反应4min，用挤出机在温度215℃挤出造粒，即得到耐高温聚丙烯材料。实施例6一种耐高温聚丙烯材料，其制备方法包括以下步骤：(1)、称取80份1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐、195份对甲苯磺酸、145份乙醚和73份丙酮加入到反应釜中，搅拌速度为122r/min，维持体系温度92℃、-0.05mpa条件下回流反应65min，将反应釜温度升温至125℃、-0.05mpa条件下减压蒸馏51min，得到1-乙基-3-甲基咪唑十二烷基苯磺酸盐；(2)、称取100份聚苯并咪唑纤维、20份四甲基氢氧化铵和30份1-乙基-3-甲基咪唑十二烷基苯磺酸盐添加至水热反应釜中，维持体系温度105℃条件下反应2.6h，自然冷却至室温，得到改性聚苯并咪唑纤维；(3)、称取100份聚丙烯粉、44份碳酸铵、13份硫酸铵和5份气相二氧化硅加入到球磨机中，球磨速度为27r/min，维持体系温度33℃条件下球磨反应58min，将物料转移至高压设备中，在3mpa压力下，于80℃热处理20min；2mpa压力下，于150℃热处理20min；在隔绝氧气条件下，于200℃热处理20min，335℃热处理25min，435℃热处理10min，即得到炭化聚丙烯；(4)、称取100份炭化聚丙烯、36份钛酸四乙酯、27份硅酸四乙酯、26份碳酸钠、7份双氧水、4份甘油、11份碳酸铵和11份尿素加入到水热反应釜中，维持体系温度102℃条件下反应5h，产物经过滤、1l水超声洗涤15min、1l乙醇超声洗涤20min，于63℃、-0.07mpa真空干燥12min，即得到改性炭化聚丙烯；(5)、称取100份改性炭化聚丙烯和50份改性聚苯并咪唑纤维加入到高速混合机中，用高速混合机在温度199℃混合反应4min，用挤出机在温度219℃挤出造粒，即得到耐高温聚丙烯材料。实施例7一种耐高温聚丙烯材料，其制备方法包括以下步骤：(1)、称取80份1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐、191份对甲苯磺酸、144份乙醚和77份丙酮加入到反应釜中，搅拌速度为123r/min，维持体系温度91℃、-0.05mpa条件下回流反应68min，将反应釜温度升温至125℃、-0.05mpa条件下减压蒸馏45min，得到1-乙基-3-甲基咪唑十二烷基苯磺酸盐；(2)、称取100份聚苯并咪唑纤维、22份四甲基氢氧化铵和30份1-乙基-3-甲基咪唑十二烷基苯磺酸盐添加至水热反应釜中，维持体系温度105℃条件下反应2.7h，自然冷却至室温，得到改性聚苯并咪唑纤维；(3)、称取100份聚丙烯粉、44份碳酸铵、12份硫酸铵和3份气相二氧化硅加入到球磨机中，球磨速度为27r/min，维持体系温度33℃条件下球磨反应66min，将物料转移至高压设备中，在3mpa压力下，于80℃热处理20min；2mpa压力下，于150℃热处理20min；在隔绝氧气条件下，于200℃热处理20min，335℃热处理25min，435℃热处理10min，即得到炭化聚丙烯；(4)、称取100份炭化聚丙烯、37份钛酸四乙酯、26份硅酸四乙酯、25份碳酸钠、7份双氧水、3份甘油、11份碳酸铵和13份尿素加入到水热反应釜中，维持体系温度105℃条件下反应4h，产物经过滤、1l水超声洗涤15min、1l乙醇超声洗涤20min，于63℃、-0.07mpa真空干燥12min，即得到改性炭化聚丙烯；(5)、称取100份改性炭化聚丙烯和56份改性聚苯并咪唑纤维加入到高速混合机中，用高速混合机在温度199℃混合反应4min，用挤出机在温度222℃挤出造粒，即得到耐高温聚丙烯材料。实施例8一种耐高温聚丙烯材料，其制备方法包括以下步骤：(1)、称取80份1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐、191份对甲苯磺酸、146份乙醚和79份丙酮加入到反应釜中，搅拌速度为123r/min，维持体系温度96℃、-0.05mpa条件下回流反应66min，将反应釜温度升温至125℃、-0.05mpa条件下减压蒸馏51min，得到1-乙基-3-甲基咪唑十二烷基苯磺酸盐；(2)、称取100份聚苯并咪唑纤维、22份四甲基氢氧化铵和29份1-乙基-3-甲基咪唑十二烷基苯磺酸盐添加至水热反应釜中，维持体系温度100℃条件下反应2.5h，自然冷却至室温，得到改性聚苯并咪唑纤维；(3)、称取100份聚丙烯粉、43份碳酸铵、13份硫酸铵和4份气相二氧化硅加入到球磨机中，球磨速度为26r/min，维持体系温度33℃条件下球磨反应56min，将物料转移至高压设备中，在3mpa压力下，于80℃热处理20min；2mpa压力下，于150℃热处理20min；在隔绝氧气条件下，于200℃热处理20min，335℃热处理25min，435℃热处理10min，即得到炭化聚丙烯；(4)、称取100份炭化聚丙烯、36份钛酸四乙酯、28份硅酸四乙酯、26份碳酸钠、7份双氧水、3份甘油、12份碳酸铵和13份尿素加入到水热反应釜中，维持体系温度104℃条件下反应5h，产物经过滤、1l水超声洗涤15min、1l乙醇超声洗涤20min，于63℃、-0.07mpa真空干燥12min，即得到改性炭化聚丙烯；(5)、称取100份改性炭化聚丙烯和57份改性聚苯并咪唑纤维加入到高速混合机中，用高速混合机在温度200℃混合反应3min，用挤出机在温度222℃挤出造粒，即得到耐高温聚丙烯材料。对照例1本对照例中，不添加1-乙基-3-甲基咪唑十二烷基苯磺酸盐，其它组分与制备方法与实施例1相同。对照例2本对照例中，不添加改性聚苯并咪唑纤维，其它组分与制备方法与实施例1相同。对照例3本对照例中，配方中选用普通1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐替代实施例1中的1-乙基-3-甲基咪唑十二烷基苯磺酸盐，其它组分与制备方法与实施例1相同。对照例4本对照例中，配方中选用普通聚苯并咪唑纤维替代实施例1中的改性聚苯并咪唑纤维，其它组分与制备方法与实施例1相同。对照例5本对照例中，配方中选用普通聚丙烯替代实施例1中的炭化聚丙烯，其它组分与制备方法与实施例1相同。对照例6本对照例中，配方中选用普通聚丙烯替代实施例1中的改性炭化聚丙烯，其它组分与制备方法与实施例1相同。表1实施例1和对照例1～6制得的耐高温聚丙烯材料的性能参数实施例1对照例1对照例2对照例3对照例4对照例5对照例6长期使用温度/℃162146137141140133125以上所述是该发明的优选实施方式，应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离该发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为该发明的保护范围。当前第1页12