專利名稱：一種聚烯烴/無(wú)機(jī)粉體復(fù)合材料的補(bǔ)強(qiáng)增韌材料與用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚烯烴與無(wú)機(jī)物復(fù)合材料及其制備方法，具體說(shuō)是在無(wú)機(jī)物高填充量的情況下，提高復(fù)合材料的強(qiáng)度和韌性的方法。
背景技術(shù)：
聚烯烴是以石油為原料制備而成的高分子材料，石油又是目前人類賴以生存的主要能源，而地球上的石油資源畢竟是有限的，因此，節(jié)約石油資源是世界各國(guó)都在關(guān)注的大問(wèn)題。相比之下無(wú)機(jī)礦物粉在種類和貯存量方面比石油要豐富得多。用無(wú)機(jī)礦物粉與聚烯烴復(fù)合生產(chǎn)復(fù)合材料，不僅可以節(jié)約石油資源，還可以降低成本，改善和提高材料的性能。
聚烯烴與無(wú)機(jī)粉體的組成、結(jié)構(gòu)和性能相差甚遠(yuǎn)，二者之間的相容性差，復(fù)合后雖然剛性可以提高，但強(qiáng)度尤其是韌性卻明顯下降，無(wú)機(jī)粉體填充量越大，下降的越顯著，嚴(yán)重地影響這一類復(fù)合材料的應(yīng)用和發(fā)展。因此，長(zhǎng)期以來(lái)人們將無(wú)機(jī)粉體稱之為“填料”，把聚烯烴與無(wú)機(jī)粉體的復(fù)合僅僅視為是以降低材料的成本為目的。如何將無(wú)機(jī)粉體由原來(lái)的單純的填料轉(zhuǎn)化成功能性材料，從而使復(fù)合材料在提高剛性的前提下，其韌性和強(qiáng)度也可以提高，始終是塑料行業(yè)十分關(guān)注并急待解決的難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在剛性粒子增韌理論指導(dǎo)下，成功地解決了這一問(wèn)題。在無(wú)機(jī)礦物粉填充量高達(dá)50wt％以上的情況下，復(fù)合材料的剛性、韌性等力學(xué)性能均得以提高，其中沖擊強(qiáng)度可達(dá)原樹(shù)脂的3-5倍，可降低材料成本30-40％。本發(fā)明制得的聚烯烴/無(wú)機(jī)粉體復(fù)合材料具有廣泛的用途，可應(yīng)用于由注塑和擠出工藝生產(chǎn)的各種塑料制品。
本發(fā)明的目的因此是提供一種無(wú)機(jī)物含量為40-65wt％高韌性高強(qiáng)度的聚烯烴/無(wú)機(jī)粉體復(fù)合材料制備方法和它的應(yīng)用。
本發(fā)明的聚烯烴/無(wú)機(jī)粉體復(fù)合材料包括(A)25-60wt％聚烯烴；(B)30-70wt％無(wú)機(jī)粉體；(C)1-10wt％活化劑；和(D)2-10wt％加工助劑。
本發(fā)明的聚烯烴/無(wú)機(jī)粉體復(fù)合材料優(yōu)選包括(A)30-55wt％聚烯烴；(B)40-65wt％無(wú)機(jī)粉體；(C)1-5wt％活化劑；和(D)2-5wt％加工助劑。
本發(fā)明的聚烯烴/無(wú)機(jī)粉體復(fù)合材料更優(yōu)選包括(A)30-40wt％聚烯烴；(B)40-50wt％無(wú)機(jī)粉體；(C)1-5wt％活化劑；和(D)2-5wt％加工助劑。
其中聚烯烴選自例如聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯，以及它們兩種或多種的混合物。
其中無(wú)機(jī)粉體例如選自重質(zhì)CaCO3、輕質(zhì)CaCO3、滑石粉、硅灰石粉、膨潤(rùn)土、高嶺土等中的一種或多種混合物。無(wú)機(jī)粉體的粒徑為，400-2500目，優(yōu)選為600-2250目。
活化劑例如選自硅烷化合物、鈦酸酯、鋁酸酯、酸式亞磷酸酯、硬脂酸及其鹽、鄰苯二甲酸酯和環(huán)氧類衍生物等化合物中的一種或多種復(fù)配物。優(yōu)選硬脂酸及其鹽，鄰苯二甲酸酯，鋁酸酯，鈦酸酯。
加工助劑為本領(lǐng)域中常用的加工助劑，例如包括但不限于液體石蠟、固體石蠟、聚乙烯蠟、無(wú)機(jī)鉛鹽、有機(jī)錫、金屬皂類、水楊酸酯類、苯甲酸酯類、二苯甲酮類和受阻胺類等，以及它們中兩種或多種的復(fù)配物。優(yōu)選液體和固體石蠟，聚乙烯蠟，有機(jī)錫類等。
本發(fā)明的組合物可以按照本領(lǐng)域的常用方法制成各種成型制品，這些方法包括、但不限于擠出、注塑、模塑、流延等。
例如，先將粒徑為400-2500，優(yōu)選600-2250目的無(wú)機(jī)粉體材料放入高攪機(jī)內(nèi)，室溫下用活化劑進(jìn)行活化處理，借助活化劑中的極性基團(tuán)或可反應(yīng)性基團(tuán)，在粉體表面形成一層薄膜，降低無(wú)機(jī)粉體的極性，提高在聚烯烴樹(shù)脂中的分散性，增加二者的相容性，使之形成一個(gè)均勻的復(fù)合體系。當(dāng)材料受到外力沖擊時(shí)，包覆在無(wú)機(jī)粉體表面的膜具有緩沖作用，使應(yīng)力分散，抗沖擊強(qiáng)度提高，這正是剛性粒子增韌的原理。無(wú)機(jī)粉體表面活化處理是本發(fā)明的技術(shù)核心，活化劑的選擇、復(fù)配和用量將直接影響復(fù)合材料的性能。經(jīng)活化處理后的無(wú)機(jī)粉體再按一定比例加入聚烯烴樹(shù)脂和加工助劑，在高攪機(jī)內(nèi)混合均勻后，用雙螺桿擠出機(jī)制備成母?；?qū)Ｓ昧?，用母?；驅(qū)Ｓ昧霞纯缮a(chǎn)各種塑料制品。對(duì)于粉狀樹(shù)脂，還可以將混好的料直接用錐型雙螺桿擠出機(jī)生產(chǎn)制品。無(wú)機(jī)粉體的粒徑為400-2500目，優(yōu)選600-2250目，最好為800-1250目。添加量的多少取決制品使用性能要求，但從抗沖擊強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，最佳填充量為40-50wt％。聚烯烴為PE、PP和PVC通用樹(shù)脂，可以單獨(dú)使用或兩種混合使用，最好單獨(dú)使用。加工助劑的選擇和用量主要取決于聚烯烴樹(shù)脂的性能，也與無(wú)機(jī)粉體的填充量有關(guān)。
例如一種制備方法包括將無(wú)機(jī)粉體與活化劑混合均勻，例如通過(guò)高速攪拌機(jī)混合10-15分鐘，使前者被活化，再加入加工助劑和部分聚烯烴樹(shù)脂，繼續(xù)攪拌(5-30分鐘，優(yōu)選10分鐘)，制得混合料；將混合料造粒，制成母粒，使得母粒中無(wú)機(jī)粉體含量為80-85wt％；生產(chǎn)制品時(shí)，根據(jù)制品性能要求，與剩余部分的純樹(shù)脂混合后用成型設(shè)備成型為制品。
另一種方法包括，將無(wú)機(jī)粉體與活化劑混合均勻，例如通過(guò)高速攪拌機(jī)混合10-15分鐘，使前者被活化，再加入加工助劑和聚烯烴樹(shù)脂，繼續(xù)攪拌制得混合料；再造粒(例如用雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒)制成專用料，用該專用料生產(chǎn)各種制品。
還有一種方法包括將無(wú)機(jī)粉體與活化劑混合均勻，使前者被活化，再加入加工助劑和聚烯烴樹(shù)脂粉體，繼續(xù)攪拌制得混合料；直接生產(chǎn)各種制品(例如用錐型雙螺桿擠出機(jī))。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供上述聚烯烴/無(wú)機(jī)粉體復(fù)合材料的用途。由于復(fù)合材料中的主體樹(shù)脂為通用樹(shù)脂，所以本發(fā)明的復(fù)合材料既可以用于由注塑工藝生產(chǎn)的各種塑料制品，也可以用于由擠出工藝生產(chǎn)的各種塑料制品。其應(yīng)用十分廣泛。例如本發(fā)明的復(fù)合材料可用于生產(chǎn)各種注塑制品，如家電行業(yè)中的洗衣機(jī)內(nèi)桶、空調(diào)機(jī)外殼、電風(fēng)扇風(fēng)葉；汽車行業(yè)中保險(xiǎn)杠、擋泥板、儀表盤(pán)；公路用的護(hù)欄板、隔離墩；商業(yè)運(yùn)輸用的周轉(zhuǎn)箱、大小型托盤(pán)；國(guó)防用的炮彈箱；以及民用的瓶、桶、罐等各種容器。還可用于生產(chǎn)各種擠出制品，如各種管材、板材和建筑用的各種異型材。
實(shí)施例以下通過(guò)實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。應(yīng)該指出的是，這些實(shí)施例僅是在本發(fā)明的實(shí)施中發(fā)現(xiàn)的較佳例子，不構(gòu)成本發(fā)明范圍的任何限制。本領(lǐng)域的技術(shù)人員清楚，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以作出許多變化和修改，這些都應(yīng)該包涵在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
實(shí)施例1取82Kg800目硬質(zhì)CaCO3放入高攪機(jī)內(nèi)，加入1.5Kg鈦酸酯和1.5Kg鄰苯二甲酸二甲酯，室溫下以80-120r/min的轉(zhuǎn)速攪拌10min后，再先后加入2Kg液體石蠟和13KgLDPE樹(shù)脂，繼續(xù)攪拌5min待用。
將上述混合料用雙螺桿擠出機(jī)造粒，螺桿溫度為160-180℃，制得母粒。
將制得的100Kg母粒與36KgPP樹(shù)脂混合均勻，用注塑機(jī)注塑成食品用周轉(zhuǎn)箱，成品中CaCO3含量為60wt％，PE、PP總含量為36wt％。
制品按GB/T5737-1995國(guó)家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到優(yōu)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
實(shí)施例2取55Kg1250目硬質(zhì)CaCO3放入高攪機(jī)內(nèi)，加入1Kg酸式亞磷酸酯和1Kg環(huán)氧酯，在室溫下以80-120r/min轉(zhuǎn)速攪拌15min后，再先后加1Kg液體石蠟、1Kg聚乙烯蠟和41KgHDPE樹(shù)脂，繼續(xù)攪拌5min后取出，用雙螺桿擠出機(jī)造粒，制得專用料，螺桿溫度為170-190℃。
用制得的專用料直接注塑成裝啤酒用周轉(zhuǎn)箱。成品中CaCO3含量為55wt％，HDPE含量為41wt％。
制品按GB/T5738-1995國(guó)家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到優(yōu)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
實(shí)施例3取40Kg600目輕質(zhì)CaCO3放入高攪機(jī)內(nèi)，加入0.8Kg鋁酸酯、1.2Kg鄰苯二甲酸二丁酯和1Kg硬脂酸，在室溫下以80-120r/min轉(zhuǎn)速攪拌15min后，再先后加0.6Kg有機(jī)錫、1.4Kg固體石蠟和55KgPVC(5型)樹(shù)脂，繼續(xù)攪拌5min后，直接用錐形雙螺桿擠出機(jī)擠出管材。成品中CaCO3含量為40wt％，PVC含量為55wt％。
制品按GB/T5836.1-1992國(guó)家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種聚烯烴/無(wú)機(jī)粉體復(fù)合材料，包括(A)25-60wt％聚烯烴；(B)30-70wt％無(wú)機(jī)粉體；(C)1-10wt％活化劑；和(D)2-10wt％加工助劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的復(fù)合材料，包括(A)30-55wt％聚烯烴；(B)40-65wt％無(wú)機(jī)粉體；(C)1-5wt％活化劑；和(D)2-5wt％加工助劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的復(fù)合材料，其中聚烯烴選自聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯，以及它們兩種或多種的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的復(fù)合材料，其中無(wú)機(jī)粉體選自重質(zhì)CaCO3、輕質(zhì)CaCO3、滑石粉、硅灰石粉、膨潤(rùn)土、高嶺土中的一種或多種混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2的復(fù)合材料，其中活化劑選自硅烷化合物、鈦酸酯、鋁酸酯、酸式亞磷酸酯、硬脂酸及其鹽、鄰苯二甲酸酯和環(huán)氧類衍生物化合物中的一種或多種復(fù)配物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2的復(fù)合材料，其中加工助劑選自液體石蠟、固體石蠟、聚乙烯蠟、無(wú)機(jī)鉛鹽、有機(jī)錫、金屬皂類、水楊酸酯類、苯甲酸酯類、二苯甲酮類和受阻胺類，以及它們中兩種或多種的復(fù)配物。
7.制備權(quán)利要求1或2的復(fù)合物的方法，包括將無(wú)機(jī)粉體與活化劑混合均勻，使前者被活化，再加入加工助劑和部分聚烯烴樹(shù)脂，繼續(xù)攪拌制得混合料；將混合料造粒，制成母粒，使得母粒中無(wú)機(jī)粉體含量為80-85wt％；生產(chǎn)制品時(shí)，根據(jù)制品性能要求，與剩余部分的純樹(shù)脂混合后用成型設(shè)備成型為制品。
8.制備權(quán)利要求1或2的復(fù)合物的方法，包括將無(wú)機(jī)粉體與活化劑混合均勻，使前者被活化，再加入加工助劑和聚烯烴樹(shù)脂，繼續(xù)攪拌制得混合料；再造粒制成專用料，用該專用料生產(chǎn)各種制品。
9.制備權(quán)利要求1或2的復(fù)合物的方法，包括將無(wú)機(jī)粉體與活化劑混合均勻，使前者被活化，再加入加工助劑和聚烯烴樹(shù)脂粉體，繼續(xù)攪拌制得混合料；直接生產(chǎn)各種制品。
10.由權(quán)利要求1或2的復(fù)合材料制成的制品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種聚烯烴/無(wú)機(jī)粉體復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)增韌材料與用途。該發(fā)明是利用活化劑處理無(wú)機(jī)粉體，使無(wú)機(jī)粉體表面包覆一層能與聚烯烴產(chǎn)生較好親合性的膜，與聚烯烴復(fù)合時(shí)可形成均勻分散穩(wěn)定體系。在無(wú)機(jī)粉體填充量高達(dá)50wt％以上情況下，復(fù)合材料具有較好的力學(xué)性能，其中沖擊強(qiáng)度比基體樹(shù)脂最高可提高3－5倍。復(fù)合材料中的聚烯烴為PE、PP或PVC，含量為30－55wt％；無(wú)機(jī)粉體為碳酸鈣、滑石粉、膨潤(rùn)土、高嶺土、硅灰石粉等，含量為40－65wt％。本發(fā)明聚烯烴/無(wú)機(jī)粉體復(fù)合材料可以通過(guò)制成母?；?qū)Ｓ昧系姆椒?，也可以直接?yīng)用于塑料制品生產(chǎn)中，可廣泛用于生產(chǎn)注塑、擠出等塑料制品，制品不僅具有優(yōu)良的使用性能，其成本將降低30－40％。
文檔編號(hào)C08K3/32GK1502652SQ0214947
公開(kāi)日2004年6月9日 申請(qǐng)日期2002年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月21日
發(fā)明者王錫臣, 殷儉, 李帥 申請(qǐng)人:龍德行國(guó)際投資有限公司