一種聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法，選取以下重量份的原料，100份聚丙烯、40-200份納米導(dǎo)熱填料、10-50份接枝聚烯烴彈性體的相容劑、0.5-5份偶聯(lián)劑、0.5-3份抗氧劑、1-5份潤滑劑，先將導(dǎo)熱填料用偶聯(lián)劑改性，然后按配比與相容劑、抗氧劑、潤滑劑混合均勻后，擠出造粒形成包覆結(jié)構(gòu)，再與聚丙烯在雙螺桿擠出機(jī)上混煉，得到聚丙烯復(fù)合材料。本發(fā)明采用納米導(dǎo)熱填料和接枝聚烯烴彈性體填充改性聚丙烯樹脂，利用二次擠出法，使得導(dǎo)熱填料具有良好的分散性和界面結(jié)合性能，使得聚丙烯的導(dǎo)熱率和沖擊性能提高，特別是低溫沖擊性能同時(shí)得到明顯改善，可用于地暖、太陽能、化工輸送等領(lǐng)域。
【專利說明】一種聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及高分子復(fù)合材料改性【技術(shù)領(lǐng)域】和加工【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種聚丙烯 改性復(fù)合材料及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 聚丙烯是一種來源廣泛的熱塑性樹脂，具有價(jià)格低廉、力學(xué)性能好、容易成型加 工、耐腐蝕等特點(diǎn)。但是聚丙烯玻璃化溫度較高，導(dǎo)致其低溫抗沖擊性差，在寒冷季節(jié)受到 沖擊時(shí)容易發(fā)生脆裂；而導(dǎo)熱率低的缺點(diǎn)，又使得其熱交換速率較慢；所以其在地暖、太陽 能、化工輸送等領(lǐng)域中無法達(dá)到高品質(zhì)產(chǎn)品的需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種低溫抗沖擊性優(yōu)良，導(dǎo)熱性能良好，同時(shí)易于加工成 型的聚丙烯復(fù)合材料。
[0004] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種聚丙烯復(fù)合材料的制備方法。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種聚丙烯復(fù)合材料，其原料由 以下重量份的組分組成：100份的聚丙烯，40-200份的納米導(dǎo)熱填料，10-50份的相容劑， 〇. 5-3份的偶聯(lián)劑，0. 5-3份的抗氧劑，1-5份的潤滑劑，其中納米導(dǎo)熱填料選自粒徑為納米 級(jí)別的鋁粉、氧化鋁、氧化鎂、氧化鋅、氮化鋁、氮化硼或碳化硅中的一種或幾種，相容劑選 自馬來酸酐接枝聚烯烴彈性體、丙烯酸酐接枝聚烯烴彈性體或硅烷接枝聚烯烴彈性體中的 一種或幾種接枝聚烯烴彈性體，偶聯(lián)劑選自鈦酸酯偶聯(lián)劑、硅烷偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑或稀 土偶聯(lián)劑中的一種或幾種，抗氧化劑選自有機(jī)受阻酚類、胺類、亞磷酸酯或硫酯類的一種或 幾種，潤滑劑為硬脂酸、硬脂酸鹽、白油、石蠟、硬脂酸酰胺、芥酸酰胺或聚乙烯蠟中的一種 或兩種混合。
[0006] 接枝聚烯烴彈性體是聚烯烴彈性體的一種接枝改性產(chǎn)物，形成包覆納米導(dǎo)熱顆粒 的結(jié)構(gòu)，不僅可以提高導(dǎo)熱納米粒子的填充量，改善導(dǎo)熱納米粒子與聚丙烯的界面結(jié)合，同 時(shí)還可以提高聚丙烯的低溫抗沖擊性能，從而得到導(dǎo)熱率高、低溫抗沖擊性能好的聚丙烯 復(fù)合材料。
[0007] 所述的偶聯(lián)劑的耐熱溫度大于230°C。保證了偶聯(lián)劑在加工時(shí)不會(huì)分解，提高其改 性效果。
[0008] 所述偶聯(lián)劑與納米導(dǎo)熱填料的重量比為0. 5% -1. 5%。
[0009] 本發(fā)明的另一種技術(shù)解決方案是：一種聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，包括以下步 驟：選取配方重量份的各原料，（1)將偶聯(lián)劑加入顆粒尺寸為納米級(jí)別的納米導(dǎo)熱填料中 進(jìn)行表面處理，處理溫度為90_150°C，然后將表面處理過的納米導(dǎo)熱填料烘干；（2)將步 驟（1)中經(jīng)表面處理過的納米導(dǎo)熱填料與增容劑、抗氧劑、潤滑劑置于高混機(jī)中，在轉(zhuǎn)速 為600-1000rpm下室溫混合15-30min，得到混合均勻的物料；（3)將步驟（2)中得到的 混合物加入到雙螺桿擠出機(jī)中混煉，雙螺桿擠出機(jī)的溫度設(shè)定在170-230°C，螺桿轉(zhuǎn)速為 150-250rpm，擠出、冷卻、切粒；(4)將步驟（3)中得到的混合物與聚丙烯按比例在高混機(jī) 中混合，高混機(jī)轉(zhuǎn)速為600-1200rpm，混合15min，再通過雙螺桿擠出機(jī)擠出，擠出溫度為 170-230°C，螺桿轉(zhuǎn)速為150-250rpm，最后得到聚丙烯復(fù)合材料。
[0010] 在步驟（1)中，將納米導(dǎo)熱填料在100°C下倒入蒸餾水中，超聲分散1小時(shí)，取出烘 干備用，將偶聯(lián)劑溶于乙醇溶液醇解1小時(shí)，加入烘干備用的納米導(dǎo)熱填料，恒溫75°c下攪 拌1小時(shí)，真空抽濾、干燥，研磨過篩即得經(jīng)過表面處理的納米導(dǎo)熱填料。
[0011] 本發(fā)明采用聚丙烯為樹脂基體，納米導(dǎo)熱填料為增強(qiáng)、導(dǎo)熱功能填料，接枝聚烯烴 彈性體為相容劑制得增韌聚丙烯復(fù)合材料。一方面，高導(dǎo)熱率的納米無機(jī)粒子填充聚丙烯 可以提高聚丙烯的導(dǎo)熱率，進(jìn)一步提高復(fù)合材料的剛性；另一方面接枝聚烯烴彈性體不僅 具備聚烯烴彈性體原有的低溫韌性，而且與聚丙烯具有良好的界面相容性，可以有效改善 聚丙烯基體與導(dǎo)熱填料的界面結(jié)合，起到增容的效果，從而提高復(fù)合材料的力學(xué)性能。適用 于地暖、太陽能、化工輸送等高端應(yīng)用領(lǐng)域。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 附圖1為采用庚烷刻蝕掉實(shí)施例1聚丙烯復(fù)合材料中的相容劑POE-g-ΜΗ后的掃 描電鏡照片。

【具體實(shí)施方式】
[0013] 下面結(jié)合具體實(shí)例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明。應(yīng)該理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā) 明，而不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。在實(shí)際應(yīng)用中技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明做出的改進(jìn)和調(diào) 整，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0014] 實(shí)施例1 :
[0015] (1)將大小為6000目的100重量份的氧化鋁填料在KKTC下倒入蒸餾水中，超聲 分散1小時(shí)，取出烘干備用，1重量份的鋁酯酸偶聯(lián)劑溶于乙醇溶液醇解1小時(shí)，加入烘干備 用的納米導(dǎo)熱填料，恒溫75°c下攪拌1小時(shí)，真空抽濾，干燥，研磨過篩即得經(jīng)過表面處理 的氧化鋁填料；
[0016] (2)將改性后的100份重量氧化鋁填料與20份重量馬來酸酐接枝聚烯烴彈性體， 1. 5份重量抗氧劑1010, 2份重量硬脂酸直接放入高速混合機(jī)中進(jìn)行初混，室溫條件下混 合；
[0017] (3)將步驟⑵中獲得的混合物移入雙螺桿中混煉均勻，擠出溫度為200°C，水冷 造粒，充分干燥；
[0018] (4)將步驟（3)中所得的材料與100份重量聚丙烯在高速混合機(jī)中進(jìn)行混合，室溫 條件下混合，然后進(jìn)行二次擠出，擠出溫度為220°C，經(jīng)水冷造粒后即可得到本發(fā)明的聚丙 烯復(fù)合材料。
[0019] 實(shí)施例2:
[0020] (1)將大小為7000目的120份重量氧化鋁填料先經(jīng)過鋁酯酸偶聯(lián)劑進(jìn)行表面處 理；鋁酯酸偶聯(lián)劑用量為1份重量；
[0021] (2)將改性后的120份重量氧化鋁填料與25份重量馬來酸酐接枝聚烯烴彈性體， 1. 5份重量抗氧劑1010, 2份重量硬脂酸直接放入高速混合機(jī)中進(jìn)行初混，室溫條件下混 合；
[0022] (3)將步驟（2)中獲得的混合物移入雙螺桿中混煉均勻，擠出溫度為200°C，水冷 造粒，充分干燥；
[0023] (4)將步驟（3)中所得的材料與100份重量聚丙烯在高速混合機(jī)中進(jìn)行混合，室溫 條件下混合，然后進(jìn)行二次擠出造粒，擠出溫度為220°C，經(jīng)水冷造粒后即可得到本發(fā)明的 聚丙烯復(fù)合材料。
[0024] 實(shí)施例3 :
[0025] (1)將大小為6500目的100份重量氧化鋅填料先經(jīng)過鈦酯酸偶聯(lián)劑進(jìn)行表面處 理；鈦酸酯偶聯(lián)劑用量為1份重量；
[0026] (2)將改性后的100份重量氧化鋅填料與25份重量馬來酸酐接枝聚烯烴彈性體， 1. 5份重量抗氧劑1010, 2. 5份重量硬脂酸直接放入高速混合機(jī)中進(jìn)行初混，室溫條件下混 合；
[0027] (3)將步驟（2)中獲得的混合物移入雙螺桿中混煉均勻，擠出溫度為200°C，水冷 造粒，充分干燥；
[0028] (4)將步驟（3)中所得的材料與100份重量聚丙烯在高速混合機(jī)中進(jìn)行混合，室溫 條件下混合，然后進(jìn)行二次擠出造粒，擠出溫度為220°C，經(jīng)水冷造粒后即可得到本發(fā)明的 聚丙烯復(fù)合材料。
[0029] 實(shí)施例4 :
[0030] (1)將大小為7000目的80份重量鋁粉填料先經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行表面處理；硅 烷偶聯(lián)劑用量為1份重量；
[0031] (2)將改性后的80份重量鋁粉填料與20份重量硅烷接枝聚烯烴彈性體，1. 5份重 量抗氧劑1010,3份重量白油直接放入高速混合機(jī)中進(jìn)行初混，室溫條件下混合；
[0032] (3)將步驟（2)中獲得的混合物移入雙螺桿中混煉均勻，擠出溫度為200°C，水冷 造粒，充分干燥；
[0033] (4)將步驟（3)中所得的材料與100份重量聚丙烯在高速混合機(jī)中進(jìn)行混合，室溫 條件下混合，然后進(jìn)行二次擠出造粒，擠出溫度為220°C，經(jīng)水冷造粒后即可得到本發(fā)明的 聚丙烯復(fù)合材料。
[0034] 實(shí)施例5 :
[0035] (1)將大小為6000目的80份重量鋁粉填料先經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行表面處理；硅 烷偶聯(lián)劑用量為1份重量；
[0036] (2)將改性后的80份重量鋁粉填料與30份重量硅烷接枝聚烯烴彈性體，1. 5份重 量抗氧劑1010, 2份重量白油直接放入高速混合機(jī)中進(jìn)行初混，室溫條件下混合；
[0037] (3)將步驟（2)中獲得的混合物移入雙螺桿中混煉均勻，擠出溫度為200°C，水冷 造粒，充分干燥；
[0038] (4)將步驟（3)中所得的材料與100份重量聚丙烯在高速混合機(jī)中進(jìn)行混合，室溫 條件下混合，然后進(jìn)行二次擠出造粒，擠出溫度為220°C，經(jīng)水冷造粒后即可得到本發(fā)明的 聚丙烯復(fù)合材料。
[0039] 實(shí)施例6 :
[0040] (1)將大小為5000目的80份重量氧化鎂填料先經(jīng)過鈦酯酸偶聯(lián)劑進(jìn)行表面處理； 鈦酸酯偶聯(lián)劑用量為1份重量；
[0041] (2)將改性后的80份重量氧化鎂填料與20份重量丙烯酸接枝聚烯烴彈性體，1. 5 份重量抗氧劑1010,3份重量石蠟直接放入高速混合機(jī)中進(jìn)行初混，室溫條件下混合；
[0042] (3)將步驟⑵中獲得的混合物移入雙螺桿中混煉均勻，擠出溫度為200°C，水冷 造粒，充分干燥；
[0043] (4)將步驟（3)中所得的材料與100份重量聚丙烯在高速混合機(jī)中進(jìn)行混合，室溫 條件下混合，然后進(jìn)行二次擠出造粒，擠出溫度為220°C，經(jīng)水冷造粒后即可得到本發(fā)明的 聚丙烯復(fù)合材料。
[0044] 實(shí)施例7 :
[0045] (1)將大小為7500目的100份重量氧化鎂填料先經(jīng)過硅烷酸偶聯(lián)劑進(jìn)行表面處 理；硅烷偶聯(lián)劑用量為1份重量；
[0046] (2)將改性后的100份重量氧化鎂填料與20份重量硅烷接枝聚烯烴彈性體，1. 5 份重量抗氧劑1010, 2份重量石蠟直接放入高速混合機(jī)中進(jìn)行初混，室溫條件下混合；
[0047] (3)將步驟⑵中獲得的混合物移入雙螺桿中混煉均勻，擠出溫度為200°C，水冷 造粒，充分干燥；
[0048] (4)將步驟（3)所得的材料與100份重量聚丙烯在高速混合機(jī)中進(jìn)行混合，室溫條 件下混合，然后進(jìn)行二次擠出造粒，擠出溫度為220°C，經(jīng)水冷造粒后即可得到本發(fā)明的聚 丙烯復(fù)合材料。
[0049] 實(shí)施例8 :
[0050] (1)將大小為6000目的90份重量氧化鎂填料先經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行表面處理； 硅烷偶聯(lián)劑用量為1份重量；
[0051] (2)將改性后的100份重量氧化鋁填料與20份重量丙烯酸接枝聚烯烴彈性體，1. 5 份重量抗氧劑1010,3份重量白油直接放入高速混合機(jī)中進(jìn)行初混，室溫條件下混合；
[0052] (3)將步驟（2)中獲得的混合物移入雙螺桿中混煉均勻，擠出溫度為200°C，水冷 造粒，充分干燥；
[0053] (4)將步驟（3)中所得的材料與100份重量聚丙烯在高速混合機(jī)中進(jìn)行混合，室溫 條件下混合，然后進(jìn)行二次擠出造粒，擠出溫度為220°C，經(jīng)水冷造粒后即可得到本發(fā)明的 聚丙烯復(fù)合材料。
[0054] 實(shí)施例9 :
[0055] (1)將大小為6500目的80份重量氮化鋁填料先經(jīng)過鈦酯酸偶聯(lián)劑進(jìn)行表面處理； 鈦酸酯偶聯(lián)劑用量為1份重量；
[0056] (2)將改性后的80份重量氧化鋁填料與25份重量丙烯酸接枝聚烯烴彈性體，1. 5 份重量抗氧劑1010,3份重量石蠟直接放入高速混合機(jī)中進(jìn)行初混，室溫條件下混合；
[0057] (3)將步驟（2)中獲得的混合物移入雙螺桿中混煉均勻，擠出溫度為200°C，水冷 造粒，充分干燥；
[0058] (4)將步驟（3)中所得的材料與100份重量聚丙烯在高速混合機(jī)中進(jìn)行混合，室溫 條件下混合，然后進(jìn)行二次擠出造粒，擠出溫度為220°C，經(jīng)水冷造粒后即可得到本發(fā)明的 聚丙烯復(fù)合材料。
[0059] 為進(jìn)一步說明本發(fā)明的有益效果，采用以下測試方法來說明：
[0060] 一、材料性質(zhì)對比實(shí)驗(yàn)
[0061] 對比例1為純聚丙烯（牌號(hào)為揚(yáng)子石化C-180)，性能測試分別按照國家相 關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測，室溫缺口沖擊強(qiáng)度采用GB/T1843-2008,低溫缺口沖擊強(qiáng)度采用GB/ T1843-2008。
[0062] 本發(fā)明實(shí)施例1-9的聚丙烯復(fù)合材料與對比例1的性質(zhì)對比，詳見下表1。
[0063]

【權(quán)利要求】
1. 一種聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于：其原料由以下重量份的組分組成： 100份的聚丙烯，40-200份的納米導(dǎo)熱填料，10-50份的相容劑，0. 5-3份的偶聯(lián)劑， 〇. 5-3份的抗氧劑，1-5份的潤滑劑，其中納米導(dǎo)熱填料選自粒徑為納米級(jí)別的鋁粉、氧化 鋁、氧化鎂、氧化鋅、氮化鋁、氮化硼或碳化硅中的一種或幾種，相容劑選自馬來酸酐接枝聚 烯烴彈性體、丙烯酸酐接枝聚烯烴彈性體或硅烷接枝聚烯烴彈性體中的一種或幾種接枝聚 烯烴彈性體，偶聯(lián)劑選自鈦酸酯偶聯(lián)劑、硅烷偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑或稀土偶聯(lián)劑中的一種 或幾種，抗氧化劑選自有機(jī)受阻酚類、胺類、亞磷酸酯或硫酯類的一種或幾種，潤滑劑為硬 脂酸、硬脂酸鹽、白油、石蠟、硬脂酸酰胺、芥酸酰胺或聚乙烯蠟中的一種或兩種混合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于：所述的偶聯(lián)劑的耐熱溫 度大于230°C。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于：所述偶聯(lián)劑與納米 導(dǎo)熱填料的重量比為〇. 5% -1. 5%。
4. 一種根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：由以下生 產(chǎn)步驟組成：選取配方重量份的各原料， (1) 將偶聯(lián)劑加入顆粒尺寸為納米級(jí)別的納米導(dǎo)熱填料中進(jìn)行表面處理，然后將表面 處理過的納米導(dǎo)熱填料烘干； (2) 將步驟（1)中經(jīng)表面處理過的納米導(dǎo)熱填料與增容劑、抗氧劑、潤滑劑置于高混機(jī) 中，在轉(zhuǎn)速為600-1000rpm下室溫混合15-30min，得到混合均勻的物料； (3) 將步驟（2)中得到的混合物加入到雙螺桿擠出機(jī)中混煉，雙螺桿擠出機(jī)的溫度設(shè) 定在170-230°C，螺桿轉(zhuǎn)速為150-250rpm，擠出、冷卻、切粒； (4) 將步驟（3)中得到的混合物與聚丙烯按比例在高混機(jī)中混合，高混機(jī)轉(zhuǎn)速為 600-1200rpm，混合15min，再通過雙螺桿擠出機(jī)擠出，擠出溫度為170-230°C，螺桿轉(zhuǎn)速為 150-250rpm，最后得到聚丙烯復(fù)合材料。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：在步驟（1) 中，將納米導(dǎo)熱填料在l〇〇°C下倒入蒸餾水中，超聲分散1小時(shí)，取出烘干備用，將偶聯(lián)劑溶 于乙醇溶液醇解1小時(shí)，加入烘干備用的納米導(dǎo)熱填料，恒溫75°C下攪拌1小時(shí)，真空抽濾、 干燥，研磨過篩即得經(jīng)過表面處理的納米導(dǎo)熱填料。
【文檔編號(hào)】C08K9/04GK104151706SQ201410395880
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月12日
【發(fā)明者】彭曉翊, 李白千, 秦小梅, 王軍 申請人:佛山市日豐企業(yè)有限公司, 佛山市日豐企業(yè)科技有限公司