一种低密度高耐磨聚丙烯复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及高分子材料，尤其涉及一种低密度高耐磨聚丙烯复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、聚丙烯是最常用的通用塑料之一，具有良好的综合力学性能性能，密度低、化学稳定性好、力学性能优异且方便加工。可以通过复合改性等手段对其功能和性质进行调整，从而在各种特殊条件下应用。

2、聚丙烯作为一种热塑性高聚物，耐腐蚀性能良好，但是由于表面硬度低，使用过程中耐磨性表现不佳，通常采用加入增强填料的方式对其硬度和耐磨性能进行改善，但是由于填充物的添加量大、密度高，会造成制件重量明显上升，不利于材料的使用。如果采用加入耐磨助剂的方法进行改善，由于并未提高材料的硬度，不能应用在与其它坚硬材质接触的场合中，在实际使用中仍旧受到限制。

3、石墨烯是由碳原子组成的蜂巢晶格二维纳米材料，具有极佳的电化学性能及力学性能，目前已在材料、能源等领域广泛应用。同时其高强度、高硬度、低摩擦系数的特点，多层之间弱的相互作用力，可以一定程度上起到润滑作用，使其可应用于耐磨领域。将其加入基体树脂中有助于提高塑料制品的耐磨能力，并且能使塑料制品保持较低密度。但是，石墨烯与基体树脂的相容性较差，而且容易团聚，未经改性的石墨烯加入基体树脂中对耐磨性的提升程度有限，还会影响塑料制品的力学性能。

技术实现思路

1、基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种低密度高耐磨聚丙烯复合材料及其制备方法。

2、本发明提出的一种低密度高耐磨聚丙烯复合材料，包括下述质量份的原料：聚丙烯粉料10～20份、聚丙烯粒料50～90份、相容剂1～4份、官能化改性石墨烯0.1～1份、润滑剂0～2份、抗氧剂0～2份、色粉0～2份；

3、所述官能化改性石墨烯的制备方法包括下述步骤：

4、(1)将氧化石墨烯和水溶性环氧树脂加入水中，在催化剂的存在下加热搅拌反应，反应结束后冷却至常温，得到反应液；

5、(2)向步骤(1)得到的反应液中加入过量含胺基的环氧封端剂，加热搅拌反应，得到官能化改性石墨烯。

6、优选地，所述氧化石墨烯和水溶性环氧树脂的质量比为1:(1.5～3)。

7、优选地，所述水溶性环氧树脂和含胺基的环氧封端剂的质量比为1:(0.5～1)。

8、在本发明中，环氧封端剂是指可以与端基环氧基团反应使端基环氧基团封闭的化合物。

9、优选地，所述氧化石墨烯和催化剂的质量比为4：(1～2)。

10、优选地，所述催化剂为三乙胺。

11、优选地，所述水溶性环氧树脂为乙二醇二缩水甘油醚。

12、在本发明中，氧化石墨烯(go)可以采用常规方法得到。优选地，所述氧化石墨烯为hummers法制备的氧化石墨烯。

13、其中，hummers法制备氧化石墨烯的步骤例如可以是：

14、将2g石墨加入80ml浓硫酸中，在室温条件下，在搅拌下缓慢加入8g高锰酸钾粉末，持续搅拌并加热至40℃，保温2h后缓慢滴加适量去离子水，升温至90℃。保温并缓慢滴加过氧化氢溶液，直至反应液无明显气泡，随后加入10ml质量浓度为5％的盐酸溶液持续搅拌，反应完成后，将得到的溶液经过滤、洗涤、离心、冻干，得到氧化石墨烯。

15、优选地，所述含胺基的环氧封端剂为一乙醇胺。

16、优选地，步骤(1)中，加热搅拌反应的温度为70～90℃、时间为1～3h。

17、优选地，步骤(2)中，加热搅拌反应的温度为50～70℃、时间为1～3h。

18、优选地，步骤(2)中，在反应结束后，还包括过滤、洗涤、干燥步骤。

19、优选地，所述聚丙烯粉料、聚丙烯粒料在230℃，2.16kg条件下的熔融指数为2～30g/10min。其中，聚丙烯粉料、聚丙烯粒料的熔融指数可以相同或不同。

20、优选地，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯；所述抗氧剂为受阻胺抗氧剂、受阻酚抗氧剂、亚磷酸酯抗氧剂、硫代酯抗氧剂中的至少一种；所述润滑剂为ebs、ebh、taf、pets中的至少一种。

21、一种所述的低密度高耐磨聚丙烯复合材料的制备方法，包括下述步骤：先将官能化改性石墨烯与聚丙烯粉料充分混合，然后加入其余原料混合均匀，加入螺杆挤出机中熔融挤出、造粒，即得。

22、优选地，所述熔融挤出的温度为180～220℃。

23、本发明的有益效果如下：

24、(1)本发明先在催化剂的作用下，将水溶性环氧树脂与带有羧基、羟基基团的氧化石墨烯进行反应，将环氧树脂接枝到氧化石墨烯的表面，接枝后再通过过量一乙醇胺对环氧基团进行封闭，并在氧化石墨烯表面引入仲胺基团，得到改性氧化石墨烯。由于改性氧化石墨烯的仲胺基团能够与相容剂马来酸酐接枝聚丙烯产生反应，从而增加改性氧化石墨烯与聚丙烯的相容性，使其在聚丙烯中充分分散，既可以在氧化石墨烯少量添加的情况下即产生明显的耐磨性能提升作用，减少改性氧化石墨烯的用量，降低成本，并保持材料的低密度，又能在明显改善材料耐磨性的同时，改善材料的力学性能。

25、(2)本发明通过先将改性氧化石墨烯进与聚丙烯粉料充分混合，再与聚丙烯粒料和其余原料混合均匀后进行熔融挤出的方法，操作简单、高效，而且能使各组分混合更加均匀，有助于进一步改善材料的耐磨性、力学性能和外观质量。

26、综上，本发明的聚丙烯复合材料兼具外观良好、密度低、耐磨性佳、力学性能好的特点，具有很强的实用性。

技术特征：

1.一种低密度高耐磨聚丙烯复合材料，其特征在于，包括下述质量份的原料：聚丙烯粉料10～20份、聚丙烯粒料50～90份、相容剂1～4份、官能化改性石墨烯0.1～1份、润滑剂0～2份、抗氧剂0～2份、色粉0～2份；

2.根据权利要求1所述的低密度高耐磨聚丙烯复合材料，其特征在于，所述氧化石墨烯和水溶性环氧树脂的质量比为1:(1.5～3)；所述水溶性环氧树脂和含胺基的环氧封端剂的质量比为1:(0.5～1)。

3.根据权利要求1所述的低密度高耐磨聚丙烯复合材料，其特征在于，所述氧化石墨烯和催化剂的质量比为4：(1～2)。

4.根据权利要求1所述的低密度高耐磨聚丙烯复合材料，其特征在于，所述催化剂为三乙胺；所述水溶性环氧树脂为乙二醇二缩水甘油醚；所述氧化石墨烯为hummers法制备的氧化石墨烯；所述含胺基的环氧封端剂为一乙醇胺。

5.根据权利要求1所述的低密度高耐磨聚丙烯复合材料，其特征在于，步骤(1)中，加热搅拌反应的温度为70～90℃、时间为1～3h。

6.根据权利要求1所述的低密度高耐磨聚丙烯复合材料，其特征在于，步骤(2)中，加热搅拌反应的温度为50～70℃、时间为1～3h。

7.根据权利要求1所述的低密度高耐磨聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯粉料、聚丙烯粒料在230℃，2.16kg条件下的熔融指数为2～30g/10min。

8.根据权利要求1所述的低密度高耐磨聚丙烯复合材料，其特征在于，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯；所述抗氧剂为受阻胺抗氧剂、受阻酚抗氧剂、亚磷酸酯抗氧剂、硫代酯抗氧剂中的至少一种；所述润滑剂为ebs、ebh、taf、pets中的至少一种。

9.一种如权利要求1～8任一项所述的低密度高耐磨聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：先将官能化改性石墨烯与聚丙烯粉料充分混合，然后加入其余原料混合均匀，加入螺杆挤出机中熔融挤出、造粒，即得。

10.根据权利要求9所述的低密度高耐磨聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述熔融挤出的温度为180～220℃。

技术总结
本发明公开了一种低密度高耐磨聚丙烯复合材料，包括下述质量份的原料：聚丙烯粉料10～20份、聚丙烯粒料50～90份、相容剂1～4份、官能化改性石墨烯0.1～1份、润滑剂0～2份、抗氧剂0～2份、色粉0～2份。本发明还公开了上述低密度高耐磨聚丙烯复合材料制备方法。本发明的聚丙烯复合材料兼具外观良好、密度低、耐磨性佳、力学性能好的特点，具有很强的实用性。

技术研发人员：宋驰,徐元元
受保护的技术使用者：重庆会通科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12