本发明涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法，尤其涉及一种耐热性聚丙烯纳米复合材料及其制备方法，属于改性高分子材料技术领域。
背景技术：
聚丙烯是一种应用最广泛的通用塑料，与其他通用塑料相比其具有成本低、力学性能优良、耐化学性良好、绝缘性佳、高透明度和低吸水率等优点，但同时聚丙烯也具有不耐热的问题。为拓宽聚丙烯在较高温环境下的应用，现有技术中针对聚丙烯的耐热性开展了大量的改性研究，较为常见的是通过在聚丙烯复合材料中添加各种热稳定剂等来提高聚丙烯的耐热性。但使用目前现有的热稳定剂来改善聚丙烯耐热性所得的耐热聚丙烯，其耐热性仍不是很好，尤其是长时间的耐热性仍然较差。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明提供了一种耐热性聚丙烯纳米复合材料及其制备方法，由该制备方法制备得到的聚丙烯复合材料具有较高的耐热性能。
本发明的技术方案是：
本发明公开了一种耐热性聚丙烯纳米复合材料，该复合材料包括60-95重量份的聚丙烯、0.1-5.0重量份耐热剂金属-有机骨架材料mofs、0.5-4.0重量份分散剂、2-20重量份的马来酸酐接枝聚丙烯和0.2-2.0重量份加工助剂。
其中聚丙烯选用230℃/2.16kg条件下熔体流动速率为1-100g/10min的聚丙烯，优选230℃/2.16kg条件下熔体流动速率为20-80g/10min的聚丙烯。
其中金属-有机骨架材料mofs是指无机金属中心与有机配体通过共价键或离子-共价键相互链接共同构筑的具有规则孔道或孔穴结构的晶态多孔材料，具有纳米级的骨架型规整的孔道结构，大比表面积、大孔隙率和小固体密度其主要由金属中心和有机配体两个部分组成。本申请中所使用的金属-有机骨架材料mofs选用以镁为金属中心的金属-有机骨架材料mofs中的至少一种，且该金属-有机骨架材料mofs的有机配体选用多元羧酸类有机配体，该多元羧酸类有机配体优选联苯-3,3',5,5'-四羧酸。
其中分散剂的化学结构通式为rc6h4so3-m+(烷基苯磺酸盐)，r为cnh2n+1，13≤n≤16且n为整数；m为碱金属，优选钠和钾中的一种，更优选为钠。
其中马来酸酐接枝聚丙烯是通过下述制备方法制备得到的：将100重量份经烘干的聚丙烯、2.0-5.0重量份经烘干的马来酸酐和1.0-2.0重量份过氧化二异丙苯投入同向双螺杆挤出机中经熔融挤出造粒后，真空干燥12-15h得到马来酸酐接枝聚丙烯，该马来酸酐接枝聚丙烯的接枝率为0.2-5.0％。其中同向双螺杆挤出机从加料段到口模的加工温度依次为35℃、195℃、200℃、205℃、210℃、210℃、210℃、210℃、205℃，且双螺杆的转速为100-120rpm。
其中加工助剂为低分子酯类、金属皂类、硬脂酸复合酯类和酰胺类中的至少一种，该加工助剂主要作用为润滑剂。
本发明还公开了一种上述耐热性聚丙烯纳米复合材料的制备方法，该制备方法包括下述步骤：
(1)通过双螺杆挤出机制备马来酸酐接枝聚丙烯，其具体过程为：将100重量份经烘干的聚丙烯、2.0-5.0重量份经烘干的马来酸酐和1.0-2.0重量份过氧化二异丙苯投入同向双螺杆挤出机中经熔融挤出造粒后，真空干燥12-15h得到马来酸酐接枝聚丙烯；其中同向双螺杆挤出机从加料段到口模的加工温度依次为35℃、195℃、200℃、205℃、210℃、210℃、210℃、210℃、205℃，且双螺杆的转速为100-120rpm；
(2)称取60-95重量份的聚丙烯、0.1-5.0重量份耐热剂金属-有机骨架材料mofs、0.5-4.0重量份分散剂、2-20重量份的马来酸酐接枝聚丙烯和0.2-2.0重量份加工助剂，将耐热剂金属-有机骨架材料mofs和马来酸酐接枝聚丙烯混合均匀后得到混合物，将该混合物、分散剂、聚丙烯和加工助剂依次投入混合机中以400-600r/min的速度在15-50℃下混合搅拌3-5min后，得到预混物；
(3)将所述预混物投入双螺杆挤出机中，以双螺杆挤出机加工温度为190-240℃将该预混物在长径比为(40-45):1的双螺杆挤出机中熔融混合分散并挤出造粒，得到耐热性聚丙烯纳米复合材料。
本发明的有益技术效果是：该耐热性聚丙烯纳米复合材料在聚丙烯材料中添加具有特定金属中心和有机配体的mofs作为耐热剂，配合具有特定结构的分散剂和特定接枝率的马来酸酐接枝聚丙烯，利用三者之间的配合协同作用，使该聚丙烯复合材料具有较高的耐热性。
具体实施方式
为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，下面结合具体实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
下述具体实施例和对比例所选用的聚丙烯、耐热剂金属-有机骨架材料mfos、分散剂、马来酸酐接枝聚丙烯和加工助剂的种类和型号如下所述：
聚丙烯：m1200hs。
耐热剂1：金属-有机骨架材料mfos，其以mg为金属中心，以联苯-3,3',5,5'-四羧酸为有机配体。
耐热剂2：金属-有机骨架材料mfos，其以ca为金属中心，以联苯-3,3',5,5'-四羧酸为有机配体。
耐热剂3：金属-有机骨架材料mfos，其以al为金属中心，以1,3,5-三(3,5-间二羧基苯基)苯为有机配体。
耐热剂4：常规热稳定剂如酚类热稳定剂、胺类热稳定剂、亚磷酸酯类热稳定剂、半受阻酚类热稳定剂、丙烯酰基官能团与硫代酯形成的复合物类热稳定剂和杯芳烃类热稳定剂中的至少一种。对比例中选用β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇脂。
分散剂1：十六烷基苯磺酸钠；
分散剂2：十三烷基苯磺酸钠；
分散剂:3：十二烷基苯磺酸钠。
马来酸酐接枝聚丙烯1(mah-g-pp1)：接枝率为0.2％的马来酸酐接枝聚丙烯；
马来酸酐接枝聚丙烯2(mah-g-pp2)：接枝率为5.0％的马来酸酐接枝聚丙烯；
马来酸酐接枝聚丙烯3(mah-g-pp3)：接枝率为2.5％的马来酸酐接枝聚丙烯；
马来酸酐接枝聚丙烯4(mah-g-pp4)：接枝率为0.1％的马来酸酐接枝聚丙烯；
马来酸酐接枝聚丙烯5(mah-g-pp5)：接枝率为6.0％的马来酸酐接枝聚丙烯。
加工助剂：硬脂酸锌。
下述具体实施例和对比例所选用的同向双螺杆挤出机的型号为berstorffze25型，长径比为40:1。
以上述选用的各组分进行具体实施例和对比例聚丙烯纳米复合材料的制备，制备方法包括下述步骤：
(1)通过双螺杆挤出机制备马来酸酐接枝聚丙烯，制备过程为：按比例将烘干的聚丙烯、烘干的马来酸酐和过氧化二异丙苯投入同向双螺杆挤出机中经熔融挤出造粒后，置于80℃烘箱中真空干燥12-15h(优选12h)得到马来酸酐接枝聚丙烯；其中同向双螺杆挤出机从加料段到口模的加工温度依次为35℃、195℃、200℃、205℃、210℃、210℃、210℃、210℃、205℃，且双螺杆的转速为100-120rpm(优选100r/min)；
(2)按配方量称取聚丙烯、耐热剂金属-有机骨架材料mofs、分散剂、前述马来酸酐接枝聚丙烯和加工助剂，将耐热剂金属-有机骨架材料mofs和马来酸酐接枝聚丙烯混合均匀后得到混合物，将该混合物、分散剂、聚丙烯和加工助剂依次投入混合机中以400-600r/min(选用600r/min)的速度在15-50℃(选用23℃)下混合搅拌3-5min后，得到预混物；
(3)将所述预混物投入双螺杆挤出机中，以双螺杆挤出机加工温度为190-240℃将该预混物在长径比为(40-45):1(优选40:1)的双螺杆挤出机中熔融混合分散并挤出造粒，得到聚丙烯纳米复合材料。
表1具体实施例和对比例各组分用量(单位：重量份)
对上述具体实施例和对比例制备得到的聚丙烯纳米复合材料进行耐热性能的测试，其具体是将制备得到的聚丙烯纳米复合材料在平板硫化机上于190℃下压制成型5min，得到厚度约1mm的试片，按照测试标准vw440455.14测试材料在150℃下的耐热性能，测试结果参见表2所述。
表2具体实施例和对比例耐热性能测试结果
从上述具体实施例和对比例的测试结果可以看出，使用本申请所述特定结构的耐热剂、特定结构的分散剂和特定接枝率的马来酸酐接枝聚丙烯共同配合使用，能够提高聚丙烯复合材料的耐热性，尤其是在高温下的粉化时间。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。