本發(fā)明涉及一種聚丙烯材料。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)高韌各項(xiàng)力學(xué)性能均衡的聚丙烯復(fù)合材料。

背景技術(shù)：

聚丙烯(PP)原料來(lái)源豐富，價(jià)格便宜，相對(duì)密度小，加工性能優(yōu)良，屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度及彈性模量均較高，電絕緣性良好，耐應(yīng)力龜裂及耐化學(xué)藥品性能較佳，其制品無(wú)毒無(wú)味、光澤性好，因此被廣泛的應(yīng)用于汽車(chē)、機(jī)械、家電、包裝等領(lǐng)域。但聚丙烯成型收縮率大、質(zhì)脆，缺口沖擊強(qiáng)度低，特別是低溫時(shí)尤為嚴(yán)重，隨著聚丙烯在各行業(yè)需求的逐步增長(zhǎng)及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)聚丙烯材料的綜合性能要求越來(lái)越高，導(dǎo)致其很多性能急需改進(jìn)。

高分子的共混可以改變高分子物的物理機(jī)械性能、改善加工性能、降低成本和擴(kuò)大適用范圍。聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)與PP進(jìn)行共混，可提高PP基體的抗沖擊性能、韌性、尺寸穩(wěn)定性等，但由于PET與PP兩種聚合物分子結(jié)構(gòu)上的差異，相容性差，共混效果不理想，目前多數(shù)在共混物中加入彈性體進(jìn)行機(jī)械共混，雖然有效提高了PP和PET的相容性，但也引起了共混物的拉伸彈性模量等剛性指標(biāo)和強(qiáng)度的下降，限制了其在工程領(lǐng)域中的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

作為各種廣泛且細(xì)致的研究和實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在使用PET對(duì)PP進(jìn)行共混改性時(shí)，POE-g-MAH、HPDE和碳酸鈣的協(xié)同使用在提高共混材料相容性的同時(shí)，不會(huì)影響到共混物的強(qiáng)度和剛性?；谶@種發(fā)現(xiàn)，完成了本發(fā)明。

本發(fā)明的一個(gè)目的是解決至少上述問(wèn)題和/或缺陷，并提供至少后面將說(shuō)明的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種高強(qiáng)高韌的聚丙烯復(fù)合材料，其能夠顯著提高聚丙烯韌性及抗蠕變性能的同時(shí)，共混物的剛性和拉伸強(qiáng)度也沒(méi)有收到影響，得到的聚丙烯復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能好，應(yīng)用范圍廣。

為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)，提供了一種高強(qiáng)高韌的聚丙烯復(fù)合材料，其包括如下重量份材料：

其中，首先在90～100℃溫度下，將所述鋁酸酯偶聯(lián)劑與碳酸鈣進(jìn)行混合攪拌5～10min，再加入所述鄰苯二甲酸二辛酯攪拌7～10min對(duì)碳酸鈣進(jìn)行預(yù)處理后，再加入其他組分進(jìn)行制備聚丙烯復(fù)合材料。

聚丙烯(PP)和聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)屬于熱力學(xué)不相容的體系，兩者若簡(jiǎn)單的直接進(jìn)行共混，兩相界面清晰，界面松散。相容劑POE-g-MAH的加入可顯著改善PP和PET的相容性，且可明顯降低分散相的粒徑，提高共混的增韌效果，但也帶來(lái)了共混物強(qiáng)度降低的明顯的負(fù)面效果；

茂金屬聚乙烯(mPE)分子間的相互作用力大，纏結(jié)點(diǎn)多，mPE與POE-g-MAH協(xié)同使用可以以較小的添加量即達(dá)到增韌的效果，降低了增韌的同時(shí)對(duì)共混材料引起的負(fù)面影響；

HPDE代替部分POE-g-MAH可有效提高共混物的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和模量，增加共混物的抗沖擊強(qiáng)度，一定比例的碳酸鈣與HDPE配合使用可緩解非晶體POE對(duì)PP分子結(jié)晶度的影響，顯著增加聚丙烯復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度，但由于碳酸鈣是無(wú)機(jī)填料，與有機(jī)物相容性差，且易聚集成團(tuán)，由此首先使用鋁酸酯偶聯(lián)劑對(duì)碳酸鈣進(jìn)行預(yù)處理，可增加與其余有機(jī)共聚物的相容性，再加入鄰苯二甲酸二辛酯進(jìn)行改性可提高其在有機(jī)分子鏈中的分散性，從而充分保證了無(wú)機(jī)填料碳酸鈣對(duì)復(fù)合材料的補(bǔ)強(qiáng)作用。

優(yōu)選的是，其中，所述聚丙烯的熔融指數(shù)為2.5～4g/10min，熔融指數(shù)高，粘度低，利于共混材料的分散性和流動(dòng)性，但得到的共混物的抗沖擊強(qiáng)度也越低，由此適當(dāng)熔融指數(shù)基材聚丙烯的選擇，可保證共混材料分散性及共混物抗沖擊力學(xué)性能之間的平衡。

優(yōu)選的是，其中，所述高密度聚乙烯的熔融指數(shù)為6.5～8g/10min，合適熔融指數(shù)HDPE可提高其在PP中的分散性，進(jìn)一步細(xì)化PP晶粒，提高共混物的增韌抗沖擊性。

優(yōu)選的是，其中，所述POE-g-MAH的接枝率為1.3～1.5％，在一定范圍內(nèi)，POE的接枝率越高，對(duì)PP和PET相容性提高越明顯，且可顯著提高共聚物的力學(xué)性能，但隨著POE接枝率的提高，成本也越高，POE-g-MAH的接枝率在1.3～1.5％范圍內(nèi)比較合適。

優(yōu)選的是，其中，所述POE-g-MAH中的POE為乙烯-1-辛烯共聚物，所述POE中辛烯的含量為26～28wt％，POE中柔軟辛烯卷曲結(jié)構(gòu)的存在可提高各組分的聯(lián)結(jié)緩沖效果，但辛烯的含量也不能過(guò)高，否則反而會(huì)影響共聚材料的硬度。

優(yōu)選的是，其中，所述mPE為茂金屬線(xiàn)性低密度聚乙烯，其熔融指數(shù)為1.3～1.8g/10min，在主鏈上分布均勻的柔性茂金屬線(xiàn)性低密度聚乙烯可明顯改變PP的形態(tài)結(jié)構(gòu)，柔性材料穿插在PP晶體的剛性架構(gòu)中，承受了傳遞和分散了部分沖擊能，提高了PP的增韌改性，適當(dāng)熔融指數(shù)的茂金屬線(xiàn)性低密度聚乙烯可保證生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

優(yōu)選的是，其中，所述碳酸鈣的粒徑為60～80nm，在一定范圍內(nèi)碳酸鈣的粒徑越小，其對(duì)復(fù)合材料的增強(qiáng)作用越明顯，但粒徑過(guò)小造成無(wú)機(jī)填料的團(tuán)聚，反而會(huì)成為復(fù)合材料中最薄弱的區(qū)域。

優(yōu)選的是，其中，所述抗氧化劑選自2,2-亞甲基雙(4-甲基-6-丁基苯酚)、2,6-二叔丁基對(duì)甲酚、2,6-二叔丁基羥基甲苯、丁基羥基茴香醚中的一種或幾種。

本發(fā)明至少包括以下有益效果：

(1)本發(fā)明使用PET對(duì)PP進(jìn)行改性，顯著提高了PP的韌性、抗沖擊能力、耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂等，有效提高了PP的應(yīng)用領(lǐng)域及范圍；

(2)本發(fā)明中mPE與相容劑POE-g-MAH的協(xié)同使用以較小的添加量即達(dá)到增韌的效果，降低了增韌的同時(shí)對(duì)共混材料引起的負(fù)面影響；

(3)本發(fā)明中碳酸鈣與HDPE的配合使用可緩解非晶體POE對(duì)PP分子結(jié)晶度的影響，顯著增加聚丙烯復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度，保證制備得到的聚丙烯復(fù)合材料力學(xué)性能的均衡性，提高其適用性。

本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過(guò)下面的說(shuō)明體現(xiàn)，部分還將通過(guò)對(duì)本發(fā)明的研究和實(shí)踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說(shuō)明書(shū)文字能夠據(jù)以實(shí)施。

應(yīng)當(dāng)理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術(shù)語(yǔ)并不配出一個(gè)或多個(gè)其它元件或其組合的存在或添加。

<實(shí)例1>

一種高強(qiáng)高韌的聚丙烯復(fù)合材料，其包括如下重量份材料：聚丙烯55份；聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯5份；POE-g-MAH 5份；茂金屬聚乙烯5份；高密度聚乙烯11份；碳酸鈣15份；鋁酸酯偶聯(lián)劑2份；鄰苯二甲酸二辛酯1.5份；2,2-亞甲基雙(4-甲基-6-丁基苯酚)0.5份。

其中，首先在90℃溫度下，將所述鋁酸酯偶聯(lián)劑與碳酸鈣進(jìn)行混合攪拌5min，再加入所述鄰苯二甲酸二辛酯攪拌7min對(duì)碳酸鈣進(jìn)行預(yù)處理后，再加入其他組分進(jìn)行制備聚丙烯復(fù)合材料。

其中，所述聚丙烯的熔融指數(shù)為2.5g/10min；所述高密度聚乙烯的熔融指數(shù)為6.5g/10min；所述POE-g-MAH的接枝率為1.3％；所述POE-g-MAH中的POE為乙烯-1-辛烯共聚物，所述POE中辛烯的含量為26wt％；所述mPE為茂金屬線(xiàn)性低密度聚乙烯，其熔融指數(shù)為1.3g/10min；所述碳酸鈣的粒徑為60nm。本實(shí)例制備得到的聚丙烯復(fù)合材料的各項(xiàng)性能如表1所示。

<實(shí)例2>

一種高強(qiáng)高韌的聚丙烯復(fù)合材料，其包括如下重量份材料：聚丙烯65份；聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯9.8份；POE-g-MAH 5份；茂金屬聚乙烯5份；高密度聚乙烯7份；碳酸鈣6份；鋁酸酯偶聯(lián)劑1份；鄰苯二甲酸二辛酯1份；2,6-二叔丁基對(duì)甲酚0.2份。

其中，首先在100℃溫度下，將所述鋁酸酯偶聯(lián)劑與碳酸鈣進(jìn)行混合攪拌10min，再加入所述鄰苯二甲酸二辛酯攪拌10min對(duì)碳酸鈣進(jìn)行預(yù)處理后，再加入其他組分進(jìn)行制備聚丙烯復(fù)合材料。

其中，所述聚丙烯的熔融指數(shù)為4g/10min；所述高密度聚乙烯的熔融指數(shù)為8g/10min；所述POE-g-MAH的接枝率為1.5％；所述POE-g-MAH中的POE為乙烯-1-辛烯共聚物，所述POE中辛烯的含量為28wt％；所述mPE為茂金屬線(xiàn)性低密度聚乙烯，其熔融指數(shù)為1.8g/10min；所述碳酸鈣的粒徑為80nm。本實(shí)例制備得到的聚丙烯復(fù)合材料的各項(xiàng)性能如表1所示。

<實(shí)例3>

一種高強(qiáng)高韌的聚丙烯復(fù)合材料，其包括如下重量份材料：聚丙烯60份；聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯7份；POE-g-MAH 6份；茂金屬聚乙烯7份；高密度聚乙烯10份；碳酸鈣7份；鋁酸酯偶聯(lián)劑1.5份；鄰苯二甲酸二辛酯1.2份；2,6-二叔丁基羥基甲苯0.3份。

其中，首先在95℃溫度下，將所述鋁酸酯偶聯(lián)劑與碳酸鈣進(jìn)行混合攪拌8min，再加入所述鄰苯二甲酸二辛酯攪拌7min對(duì)碳酸鈣進(jìn)行預(yù)處理后，再加入其他組分進(jìn)行制備聚丙烯復(fù)合材料。

其中，所述聚丙烯的熔融指數(shù)為3g/10min；所述高密度聚乙烯的熔融指數(shù)為7g/10min；所述POE-g-MAH的接枝率為1.4％；所述POE-g-MAH中的POE為乙烯-1-辛烯共聚物，所述POE中辛烯的含量為27wt％；所述mPE為茂金屬線(xiàn)性低密度聚乙烯，其熔融指數(shù)為1.5g/10min；所述碳酸鈣的粒徑為70nm。本實(shí)例制備得到的聚丙烯復(fù)合材料的各項(xiàng)性能如表1所示。

<實(shí)例4>

一種高強(qiáng)高韌的聚丙烯復(fù)合材料，其包括如下重量份材料：聚丙烯55份；聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯6份；POE-g-MAH 7.2份；茂金屬聚乙烯9份；高密度聚乙烯11份；碳酸鈣9份；鋁酸酯偶聯(lián)劑1份；鄰苯二甲酸二辛酯1.4份；丁基羥基茴香醚0.4份。

其中，首先在93℃溫度下，將所述鋁酸酯偶聯(lián)劑與碳酸鈣進(jìn)行混合攪拌6min，再加入所述鄰苯二甲酸二辛酯攪拌9min對(duì)碳酸鈣進(jìn)行預(yù)處理后，再加入其他組分進(jìn)行制備聚丙烯復(fù)合材料。

其中，所述聚丙烯的熔融指數(shù)為2.7g/10min；所述高密度聚乙烯的熔融指數(shù)為7g/10min；所述POE-g-MAH的接枝率為1.4％；所述POE-g-MAH中的POE為乙烯-1-辛烯共聚物，所述POE中辛烯的含量為27wt％；所述mPE為茂金屬線(xiàn)性低密度聚乙烯，其熔融指數(shù)為1.5g/10min；所述碳酸鈣的粒徑為65nm。本實(shí)例制備得到的聚丙烯復(fù)合材料的各項(xiàng)性能如表1所示。

<實(shí)例5>

一種高強(qiáng)高韌的聚丙烯復(fù)合材料，其包括如下重量份材料：聚丙烯56份；聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯13份；POE-g-MAH 8.5份；茂金屬聚乙烯6份；高密度聚乙烯7份；碳酸鈣7份；鋁酸酯偶聯(lián)劑1.2份；鄰苯二甲酸二辛酯1.1份；2,2-亞甲基雙(4-甲基-6-丁基苯酚)0.2份。

其中，首先在98℃溫度下，將所述鋁酸酯偶聯(lián)劑與碳酸鈣進(jìn)行混合攪拌8min，再加入所述鄰苯二甲酸二辛酯攪拌8min對(duì)碳酸鈣進(jìn)行預(yù)處理后，再加入其他組分進(jìn)行制備聚丙烯復(fù)合材料。

其中，所述聚丙烯的熔融指數(shù)為3.5g/10min；所述高密度聚乙烯的熔融指數(shù)為7.5g/10min；所述POE-g-MAH的接枝率為1.4％；所述POE-g-MAH中的POE為乙烯-1-辛烯共聚物，所述POE中辛烯的含量為27wt％；所述mPE為茂金屬線(xiàn)性低密度聚乙烯，其熔融指數(shù)為1.7g/10min；所述碳酸鈣的粒徑為75nm。本實(shí)例制備得到的聚丙烯復(fù)合材料的各項(xiàng)性能如表1所示。

為了說(shuō)明本發(fā)明的效果，發(fā)明人提供比較實(shí)驗(yàn)如下：

<比較例1>

在制備高強(qiáng)高韌的聚丙烯復(fù)合材料時(shí)，不添加茂金屬聚乙烯，其包括如下重量份材料：聚丙烯70份；聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯9.8份；POE-g-MAH 5份；高密度聚乙烯7份；碳酸鈣6份；鋁酸酯偶聯(lián)劑1份；鄰苯二甲酸二辛酯1份；2,2-亞甲基雙(4-甲基-6-丁基苯酚)0.2份。其余參數(shù)與實(shí)例2中的完全相同，工藝過(guò)程也完全相同。本對(duì)比例制備得到的聚丙烯復(fù)合材料的各項(xiàng)性能如表1所示。

<比較例2>

在制備高強(qiáng)高韌的聚丙烯復(fù)合材料時(shí)，不使用鋁酸酯偶聯(lián)劑和鄰苯二甲酸二辛酯對(duì)碳酸鈣進(jìn)行預(yù)處理，其包括如下重量份材料：聚丙烯60份；聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯7份；POE-g-MAH 6份；茂金屬聚乙烯7份；高密度聚乙烯10份；碳酸鈣9.7份；2,2-亞甲基雙(4-甲基-6-丁基苯酚)0.3份。其余參數(shù)與實(shí)例3中的完全相同，工藝過(guò)程也完全相同。本對(duì)比例制備得到的聚丙烯復(fù)合材料的各項(xiàng)性能如表1所示。

<比較例3>

在選取碳酸鈣時(shí)，所述碳酸鈣的平均粒徑為5nm。其余參數(shù)與實(shí)例4中的完全相同，工藝過(guò)程也完全相同。本對(duì)比例制備得到的聚丙烯復(fù)合材料的各項(xiàng)性能如表1所示。

對(duì)上述各實(shí)例和比較例中得到的產(chǎn)物進(jìn)行驗(yàn)證，分別通過(guò)根據(jù)ASTM D256標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定材料的缺口沖擊強(qiáng)度，根據(jù)ASTM D638標(biāo)準(zhǔn)在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上測(cè)定材料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率，根據(jù)ASTM D790標(biāo)準(zhǔn)在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上測(cè)定材料的彎曲強(qiáng)度和彎曲模量。

表1聚丙烯復(fù)合材料的各種性能參數(shù)

從上表1能夠看出，比較例1與實(shí)例相比，在制備聚丙烯時(shí)，原料組份中沒(méi)有添加茂金屬聚乙烯，制備得到的聚丙烯的綜合力學(xué)性能下降。

比較例2與實(shí)例相比，碳酸鈣不經(jīng)預(yù)處理直接和其他組分進(jìn)行共聚改性，與其他有機(jī)共聚物的相容性差，對(duì)共聚物的抗沖擊性能和拉伸強(qiáng)度產(chǎn)生了一定的影響。

比較例3與實(shí)例相比，碳酸鈣的粒徑過(guò)低，影響了其在共聚物中的分散性，反而造成了共聚物的抗沖擊性能和強(qiáng)度的降低。

可見(jiàn)，本發(fā)明使用PET對(duì)PP進(jìn)行改性，顯著提高了PP的韌性、抗沖擊能力、耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂等，有效提高了PP的應(yīng)用領(lǐng)域及范圍；

此外，本發(fā)明中mPE與相容劑POE-g-MAH的協(xié)同使用以較小的添加量即達(dá)到增韌的效果，降低了增韌的同時(shí)對(duì)共混材料引起的負(fù)面影響；

此外，本發(fā)明碳酸鈣與HDPE的配合使用可緩解非晶體POE對(duì)PP分子結(jié)晶度的影響，顯著增加聚丙烯復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度，保證制備得到的聚丙烯復(fù)合材料力學(xué)性能的均衡性，提高其適用性。

盡管本發(fā)明的實(shí)施方案已公開(kāi)如上，但其并不僅僅限于說(shuō)明書(shū)和實(shí)施方式中所列運(yùn)用。它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域。對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實(shí)現(xiàn)另外的修改。因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的實(shí)施例。