一種聚丙烯復合材料的制備方法技術

本發明專利技術涉及一種聚丙烯復合材料的制備方法，該方法是由聚丙烯、增容劑、玻璃纖維、成核劑、抗氧劑采用兩步法制成，首先先用成核劑誘導聚丙烯發生晶型轉變，然后再用玻璃纖維與之復合進行進一步增強的方法，解決了傳統方法中直接將聚丙烯與成核劑及纖維進行混合，由于玻璃纖維作為一種外來雜質的引入，使得成核劑不能有效發揮其調控聚丙烯結晶行為的作用的問題。本發明專利技術將成核劑調控和玻璃纖維增強有效結合起來，協同提高聚丙烯復合材料的綜合性能，通過本發明專利技術所述方法得到的聚丙烯復合材料不僅綜合力學性能好，且熱穩定性高。同時，所采用的原料玻璃纖維廉價易得，所采用的雙螺桿擠出的工藝簡單，成本低，便于實現大規模生產和應用。

【技術實現步驟摘要】
一種聚丙烯復合材料的制備方法
本專利技術涉及一種聚丙烯復合材料的制備方法，具體涉及一種玻璃纖維和成核劑共同改性制備聚丙烯復合材料的方法。
技術介紹
聚丙烯(PP)作為五大通用塑料之一，具有價廉、密度低、易加工和良好的機械性能等優點，隨著應用范圍的不斷擴大，已被應用到航空航天、食品包裝、汽車等領域。然而，PP也有一些缺陷，例如：高的收縮率、韌性低以及易老化、對光和熱比較敏感和在低溫下較低的抗沖擊強度，這些都限制了它的進一步應用。為了擴大PP的應用范圍，研究者開發了很多方法來改性聚丙烯，如：加入填料或者成核劑。聚丙烯是一種多晶態聚合物，常見的和主要晶型是單斜晶系α-晶型和六方晶系β-晶型。在α-晶型的結構中，片晶是從球晶中心沿徑向多向地向四周放射性生長，這使得它有較高的剛性，但其韌性較弱；相比較而言，β-晶型中片晶由球晶中心或平行集結成束，然后向外支化生長或者螺旋狀地向外生長，之后再支化，這一結構賦予了它良好的韌性。β-PP在熱力學上屬于亞穩狀態，在自然條件下是很難形成的，因此，需要借助一些外力才能夠形成β-晶型。目前，β-晶型的形成主要有三種方法：以溫度梯度為動力來定向形成β-晶型、剪切誘導結晶和添加β-成核劑。在這些方法中，向PP中加入β-成核劑已被證實是一種提高聚丙烯材料韌性最直接有效的方法，同時不影響它的強度和剛度。第一種被發現的β成核劑(γ-喹吖啶酮(E3B))是Leugering于1967年(DieMakromolekulareChemie,1967,109(1):204-216)報道的，但由于γ-喹吖啶酮的顏色為紅色，這限制它在本色或者淺色制品中的應用，且該成核劑合成工藝復雜，原料成本高。最近，文獻中報道了庚二酸鈣和N,N′-二環己基-2,6-萘二甲酰胺是高效的β成核劑；然而，β-PP的形成往往需要在高溫下進行，因此在用庚二酸鈣作為成核劑的成型加工過程中容易形成析出物而嚴重影響PP的使用效率和制品質量；此外，N,N′-二環己基-2,6-萘二甲酰胺成核劑作為一種有機小分子，在聚丙烯中有良好的溶解性，而且熔點較高，這些都有益于該成核劑的應用范圍。為了進一步降低酰胺類成核劑的成本，提高成核劑的誘導結晶效率，中國專利(申請號200910062705.5)公開了一種將酰胺類β成核劑附著在納米二氧化硅上而得到了一種β成核劑，所用的酰胺是N,N′-二環己基對苯二甲酰胺或N,N′-二環己基-2,6-萘二甲酰胺。該方法通過將酰胺類成功的負載在納米二氧化硅表面，提高了酰胺類成核劑與PP的接觸面積，從而提高了成核效率。對比文獻(Macromolecules2006,39(17):5760-5767)中報道了1,4-亞苯基-雙酰胺作為成核劑，結果表明它能夠有效的誘導PP結晶為β晶型。對比文獻(JournalofPolymerSciencePartB:PolymerPhysics2009,47(3):314-325)報道了當TMB-5酰胺類成核劑在PP基體中的濃度為臨界濃度時，形成的晶相由α和β兩相共同構成；當成核劑含量高于臨界濃度時，成核劑在PP中形成微米級的晶體細棒誘導PP以垂直成核劑表面的方向生長，最終生成了橢球狀的β球晶，且β晶型成核率和結晶度隨著TMB-5濃度增加而產生的變化。對比文獻(JournalofAppliedPolymerScience,2013,128(1),628-635)中報道了在不同溫度下不同濃度的TMB-5誘導PP的結晶行為。廣角X射線散射表明：TMB-5是一個溫度決定性成核劑。對比文獻(JournalofAppliedPolymerScience,2011,119(3):1374-1382、Macromolecules,2009,42(17),6647-6655、JournalofAppliedPolymerScience,2013,129(5):2663-2670、JournalofAppliedPolymerScience,2002,86(3):531-539和Polymer,1999,40(5):1219-1222)報道了由TMB-5的加入引起結晶條件的改變對微結構的影響，結果顯示，加快冷卻速度有利于β-PP的形成，并且β-PP所占比例和最終形成的產品的力學性能都在很大程度上取決于TMB-5的濃度。中國專利(申請號02134498.1)公開一種新型聚丙烯β晶型成核劑及其所得的制品。該成核劑中含有一種或多種稀土元素與一種或多種有機化合物所形成的稀土有機配合物。盡管α-晶型在自然條件下是易形成的，但是由于它的結晶速率慢，球晶粒大，且晶粒大小不均一，因此在很多研究和實際應用中，人們往往通過加入α成核劑來形成α-晶型。對比文獻(塑料科技2011,39(2):90-93)報道了一種山梨醇類(ZC-2型)成核劑對聚丙烯結晶、透光率和力學性能的影響，結果表明，隨著ZC-2型成核劑含量的增加，PP的透光率、拉伸強度和彈性模量都得以提高，而斷裂伸長率和球晶尺寸降低了。對比文獻(InternationalJournalofPolymerAnalysisandCharacterization2010,15(7):450-459)比較了iPP中添加和未添加成核劑(DMDBS)，結果顯示：在同樣的降溫速率下，成核劑的加入可以顯著提高iPP的結晶峰溫度(Tp)。此外，在非等溫條件下，加入成核劑可以改變球晶生長模式。對比文獻(JournalofThermalAnalysisandCalorimetry2002,68(1):61-74)利用差示掃描量熱儀(DSC)比較了DBS、MDBS、DMDBS這三種山梨醇類成核劑對聚丙烯的成核效果，當三種成核劑的濃度為0.3％時，分別用它們改性后的PP與未改性的PP相比較，結晶溫度都有不同程度的提高。對比文獻(JournalofMacromolecularScience,PartB:Physics2003,42(3):467-478)研究了芳基雜環磷酸酯成核劑，并利用DSC研究了它們對PP的熔融和結晶性能的影響。實驗結果發現，成核劑的加入改變了PP的熔融和結晶行為，每種成核劑的加入對PP的結晶溫度都有不同程度的提高。對比文獻(石油化工2003,32(9):771-774、JournalofAppliedPolymerScience2006,101(5):3307-3316和JournalofAppliedPolymerScience2003,88(2):297-301)利用一步法合成了8種芳基雜環磷酸鹽(一價、二價、三價金屬的鹽)類成核劑，并對它們的成核效果進行了比較，實驗證明，一價金屬鹽的成核效果明顯優于另外兩類成核劑。對比文獻(JournalofAppliedPolymerScience2006,100(6):4868-4874)用2,2′-亞甲基-雙(4,6-二叔丁基苯氧基)磷酸鹽(鈉、鋰、鉀)作為成核劑，并研究了它們對iPP在光學、力學和結晶行為的影響。結果表明，單一的金屬磷酸鹽對iPP有顯著的成核效果，而兩種或三種金屬磷酸鹽的復配物對iPP的成核過程幾乎沒有任何作用。對比文獻(合成樹脂及塑料2004,21(4):46-49)利用差示掃描量熱儀和偏光顯本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種聚丙烯復合材料的制備方法，其特征在于按下列步驟進行：a、按質量分數分別將聚丙烯69.3?79.6%、成核劑0.1?0.3%、抗氧劑0.2%在溫度80℃烘箱中放置12?h，然后放入高速混合機中混合，加入到雙螺桿擠出機中擠出，造粒，其中雙螺桿參數為：一區溫度為160±10℃，二區溫度為180±10℃，三區溫度為210±10℃，四區溫度為220±10℃，五區溫度為220±10?℃，機頭溫度為210±10℃，雙螺桿轉速為70?80?r/min，喂料機轉速為4?8?r/min，切粒機轉速為200?400r/min，其中成核劑為N,N′?二環己基?2,6?萘二甲酰胺、N,N′?二環己基對苯二甲酰胺、2,2′?亞甲基?雙（4,6?二叔丁基苯基）磷酸鈉、[雙2,2′?亞甲基?（4,6?二叔丁基苯氧基）磷酸]羥基鋁、二（3,4?二甲基二芐叉）山梨醇或1,3:2,4?二(對甲基芐叉)山梨醇；抗氧劑由四丙酸季戊四醇酯和三（2,4?二叔丁基苯基）亞磷酸酯按質量比為1:1復配而成；b、將步驟a中造粒在溫度60℃烘箱中過夜烘干，與烘干的玻璃纖維20?30%和增容劑0.1?0.2%混合均勻后在雙螺桿擠出機中擠出，造粒，其中雙螺桿參數為：一區溫度為160±10℃，二區溫度為180±10℃，三區溫度為210±10℃，四區溫度為220±10℃，五區溫度為220±10℃，機頭溫度為210±10℃，雙螺桿轉速為70?80?r/min，喂料機轉速為4?8?r/min，切粒機轉速為200?400?r/min；玻璃纖維為無堿短切原絲玻璃纖維；增容劑為接枝率為質量分數0.8?1.0%的馬來酸酐接枝聚丙烯；c、將步驟b中的造粒經熱壓機熱壓成型，保壓溫度為220℃，保壓壓力為40?MPa，最后通過冷卻水冷卻，得到聚丙烯復合材料。...

【技術特征摘要】
1.一種聚丙烯復合材料的制備方法，其特征在于按下列步驟進行：a、按質量分數分別將聚丙烯69.3-79.6%、成核劑0.1-0.3%、抗氧劑0.2%在溫度80℃烘箱中放置12h，然后放入高速混合機中混合，加入到雙螺桿擠出機中擠出，造粒，其中雙螺桿參數為：一區溫度為160±10℃，二區溫度為180±10℃，三區溫度為210±10℃，四區溫度為220±10℃，五區溫度為220±10℃，機頭溫度為210±10℃，雙螺桿轉速為70-80r/min，喂料機轉速為4-8r/min，切粒機轉速為200-400r/min，其中成核劑為N,N′-二環己基-2,6-萘二甲酰胺、N,N′-二環己基對苯二甲酰胺、2,2′-亞甲基-雙（4,6-二叔丁基苯基）磷酸鈉、[雙2,2′-亞甲基-（4,6-二叔丁基苯氧基）磷酸]羥基鋁、二（3,4-二甲基二芐叉）山梨醇或1,...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張亞剛，崔林芳，劉澤宇，張樂濤，徐魯，張嵐，王璐璐，郅柯柯，王朋磊，周鑫，
申請(專利權)人：中國科學院新疆理化技術研究所，
類型：發明
國別省市：新疆,65