添加無機(jī)納米材料的耐高溫高分子纖維材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于高分子材料改性【技術(shù)領(lǐng)域】和加工【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種添加無機(jī)納米材料的耐高溫高分子纖維材料及其制備方法。該改性材料由包含以下重量份的組分制成：共聚聚丙烯60～80份，均聚聚丙烯20～40份，增韌劑2～6份，無機(jī)納米材料3～8份，相容劑1～2份，抗熱氧化劑0.5～1.5份，抗紫外線劑0.3～0.6份，分散劑0.5～1.0份。本發(fā)明的添加無機(jī)納米材料的耐高溫高分子纖維材料采用無機(jī)納米材料和增韌劑復(fù)合改性聚丙烯，達(dá)到同時(shí)增韌、增強(qiáng)的目的，通過添加抗熱氧化劑、抗紫外線劑提高了材料的耐高溫性，并在體系中采用分散劑、相容劑有效的改善了物料分散、界面相容的問題，綜合提高了添加無機(jī)納米材料的耐高溫高分子纖維材料的拉伸彎曲強(qiáng)度和沖擊性能，同時(shí)具有較好的耐高溫性能。
【專利說明】添加無機(jī)納米材料的耐高溫高分子纖維材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高分子材料改性【技術(shù)領(lǐng)域】和加工領(lǐng)域，涉及添加無機(jī)納米材料的耐高溫高分子纖維材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚丙烯是價(jià)格低、綜合性能良好、應(yīng)用廣泛的塑料。聚丙烯原料來源豐富、價(jià)格低；易于加工成型；密度小，力學(xué)性能較好，幾乎不吸水；化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，除發(fā)煙硫酸和強(qiáng)氧化齊U外，與大多數(shù)介質(zhì)不起化學(xué)反應(yīng)，聚丙烯是一種重要的熱塑性高分子材料。聚丙烯成型材料是以聚丙烯為主要原料，加入各種助劑，經(jīng)擠出或注射成型。聚丙烯材料質(zhì)輕、耐腐蝕以及良好的物理機(jī)械性能，并具有突出的耐應(yīng)力開裂性和耐磨性，已廣泛應(yīng)用于建筑、化工、家用電器，車輛制造、醫(yī)療器械、儀器儀表等諸多領(lǐng)域。但普通的聚丙烯成型材料存在耐沖擊性差、低溫脆性等缺點(diǎn)，耐高溫性差，影響了它的進(jìn)一步開發(fā)應(yīng)用。
[0003]目前常采用橡膠或彈性體共混改性，可提高聚丙烯材料的耐沖擊性，但存在一定的局限性，即隨彈性體用量增加，改性聚丙烯的沖擊強(qiáng)度增加，但其拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度等大幅度降低，難以達(dá)到強(qiáng)度和韌性的綜合平衡。
[0004]近年來，出現(xiàn)了一些使用納米材料來添加無機(jī)納米材料的耐高溫高分子纖維材料，也有同時(shí)采用無機(jī)納米材料和彈性體復(fù)合改性聚丙烯，雖然達(dá)到增韌、增強(qiáng)的目的，但無機(jī)納米材料與有機(jī)聚合物相容性性差、界面結(jié)合力低，較難在聚丙烯中均勻分散，從而影響聚丙烯材料的性能。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的在于為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷而提供一種增強(qiáng)、增韌以及耐高溫較好的添加無機(jī)納米材料的耐高溫高分子纖維材料及其制備方法。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0007]—種添加無機(jī)納米材料的耐高溫高分子纖維材料，由包含以下重量份的組分制成:共聚聚丙烯60?80份，均聚聚丙烯20?40份，增韌劑2?6份，無機(jī)納米材料3?8份，相容劑I?2份，抗熱氧化劑0.5?1.5份，抗紫外線劑0.3?0.6份，分散劑0.5?1.0 份。
[0008]所述的增韌劑選自三元乙丙橡膠、二元乙丙橡膠、苯乙烯與丁二烯的嵌段共聚物(SBS)或聚烯烴彈性體Ρ0Ε。
[0009]所述的無機(jī)納米材料為納米碳酸鈣、滑石粉、二氧化硅或二氧化鈦中的一種或一種以上。
[0010]所述的相容劑選自馬來酸酐接枝聚丙烯、丙烯酸接枝聚丙烯或馬來酸酐接枝三元乙丙橡膠。
[0011 ] 所述的抗熱氧化劑選自硫代二丙酸十八酯、[β - (3，5 二叔丁基4-羥基-苯基)丙酸]季戊四醇酯、硫代二丙酸二月桂酯或4，4’ -硫代(6-特丁基-3-甲基苯酚)。
[0012]所述的抗紫外線劑為2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮(UV-531)或2_(2’ -羥基-3’，5’ - 二戊基苯基)苯并三唑(UV-328)。
[0013]所述的分散劑選自油酸、聚乙烯蠟、硬脂酸或聚乙二醇。
[0014]一種上述添加無機(jī)納米材料的耐高溫高分子纖維材料的制備方法，包括以下步驟:
[0015](I)將3?8份無機(jī)納米材料、2?6份增韌劑、0.5?L O份分散劑、0.5?1.5份抗熱氧化劑、0.3?0.6份抗紫外線劑加入高速混合機(jī)中混合均勻，然后進(jìn)行干燥；
[0016](2)將步驟(I)中干燥后的混合物料加入密煉機(jī)，并將60?80份共聚聚丙烯、20?40份均聚聚丙烯、I?2份相容劑加入密煉機(jī)，進(jìn)行密煉；
[0017](3)將步驟(2)中密煉后的物料趁熱切割成3?5cm的小段，待冷卻后置入粉碎機(jī)切碎成粒徑為3?5mm的碎粒；
[0018](4)再將粉碎的碎粒在注射機(jī)上注射成型，得到產(chǎn)物添加無機(jī)納米材料的耐高溫高分子纖維材料。
[0019]所述的步驟(I)中混合時(shí)間為3?5min，混合溫度為30?40°C，干燥時(shí)間為1.5?2.5小時(shí)，干燥溫度為80?90°C。
[0020]所述的步驟(2)中密煉機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速為50?80r/min，密煉時(shí)間為20?30min，密煉溫度為190?210°C。
[0021]所述的步驟(4)中注射機(jī)射嘴溫度為210?220°C，第一段溫度為205?215°C，第二段溫度為210?220°C，第三段溫度為190?200°C，注射成型機(jī)射膠壓力設(shè)定為7?9MPa0
[0022]本發(fā)明的有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的添加無機(jī)納米材料的耐高溫高分子纖維材料采用無機(jī)納米材料和增韌劑復(fù)合改性聚丙烯，達(dá)到同時(shí)增韌、增強(qiáng)的目的，通過添加抗熱氧化劑、抗紫外線劑提高了材料的耐高溫性，并在體系中采用分散劑、相容劑有效的改善了物料分散、界面相容的問題，綜合提高了添加無機(jī)納米材料的耐高溫高分子纖維材料的拉伸彎曲強(qiáng)度和沖擊性能，同時(shí)具有較好的耐高溫性能。通過復(fù)合改性聚丙烯，制得了具有較高強(qiáng)度、耐高溫，同時(shí)兼具較高沖擊強(qiáng)度的添加無機(jī)納米材料的耐高溫高分子纖維材料，適于工業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步說明本發(fā)明。以下實(shí)施例中采用GB(國標(biāo))測(cè)定材料的各項(xiàng)性能，如無特別說明，組分的份數(shù)均為重量份數(shù)。
[0024]實(shí)施例1
[0025]本實(shí)施例中添加無機(jī)納米材料的耐高溫高分子纖維材料的制備如下:
[0026](I)將3份納米碳酸鈣、4份聚烯烴彈性體Ρ0Ε、0.8份聚乙烯蠟、0.8份4，4’ -硫代(6-特丁基-3-甲基苯酚)、0.5份2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮加入高速混合機(jī)中混合3min，溫度維持在35°C，然后在80°C下干燥2小時(shí)；
[0027](2)將干燥后的混合物料加入密煉機(jī)，并將75份共聚聚丙烯、25份均聚聚丙烯、
1.2份馬來酸酐接枝聚丙烯加入密煉機(jī)，密煉反應(yīng)25min，反應(yīng)溫度在195?205°C，螺桿轉(zhuǎn)速為 56r/min ；
[0028](3)將密煉后的物料趁熱切割成3?5cm的小段，待冷卻后置入粉碎機(jī)切碎成粒徑為3?5mm的碎粒；
[0029](4)再將粉碎的碎粒在注射機(jī)上注射成型，注射成型機(jī)射嘴溫度設(shè)定為215°C，一段溫度設(shè)定為205°C，二段溫度設(shè)定為210°C，三段溫度設(shè)定為195°C，注射成型機(jī)射膠壓力設(shè)定為7.5MPa，得到產(chǎn)物添加無機(jī)納米材料的耐高溫高分子纖維材料。
[0030]實(shí)施例2
[0031]本實(shí)施例中添加無機(jī)納米材料的耐高溫高分子纖維材料的制備如下:
[0032](I)將3份納米碳酸鈣和3份納米二氧化硅、6份三元乙丙橡膠、0.5份聚乙烯蠟、
0.5份硫代二丙酸二月桂酯、0.3份(2-(2’ -羥基-3’，5’ - 二戊基苯基)苯并三唑)加入高速混合機(jī)中混合5min，溫度維持在30°C，然后在85°C下干燥1.5小時(shí)；
[0033](2)將干燥后的混合物料加入密煉機(jī)，并將60份共聚聚丙烯、40份均聚聚丙烯、
1.5份馬來酸酐接枝三元乙丙橡膠加入密煉機(jī)，密煉反應(yīng)20min，反應(yīng)溫度在190?200°C，螺桿轉(zhuǎn)速為50r/min ；
[0034](3)將密煉后的物料趁熱切割成3?5cm的小段，待冷卻后置入粉碎機(jī)切碎成粒徑為3?5mm的碎粒；
[0035](4)再將粉碎的碎粒在注射機(jī)上注射成型，注射成型機(jī)射嘴溫度設(shè)定為210°C，一段溫度設(shè)定為205°C，二段溫度設(shè)定為210°C，三段溫度設(shè)定為190°C，注射成型機(jī)射膠壓力設(shè)定為7.0MPa，得到產(chǎn)物添加無機(jī)納米材料的耐高溫高分子纖維材料。
[0036]實(shí)施例3
[0037]本實(shí)施例中添加無機(jī)納米材料的耐高溫高分子纖維材料的制備如下:
[0038](I)將5份納米碳酸鈣、2份苯乙烯與丁二烯的嵌段共聚物、1.0份油酸、1.5份硫代二丙酸十八酯、0.5份2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮加入高速混合機(jī)中混合5min，溫度維持在40°C，然后在90°C下干燥2小時(shí)；
[0039](2)將干燥后的混合物料加入密煉機(jī)，并將80份共聚聚丙烯、20份均聚聚丙烯、
1.0份馬來酸酐接枝聚丙烯加入密煉機(jī)，密煉反應(yīng)30min，反應(yīng)溫度在200?210°C，螺桿轉(zhuǎn)速為 72r/min ；
[0040](3)將密煉后的物料趁熱切割成3?5cm的小段，待冷卻后置入粉碎機(jī)切碎成粒徑為3?5mm的碎粒；
[0041](4)再將粉碎的碎粒在注射機(jī)上注射成型，注射成型機(jī)射嘴溫度設(shè)定為220°C，一段溫度設(shè)定為215°C，二段溫度設(shè)定為220°C，三段溫度設(shè)定為200°C，注射成型機(jī)射膠壓力設(shè)定為8.2MPa，得到產(chǎn)物添加無機(jī)納米材料的耐高溫高分子纖維材料。
[0042]實(shí)施例4
[0043]本實(shí)施例中添加無機(jī)納米材料的耐高溫高分子纖維材料的制備如下:
[0044](I)將5份納米碳酸鈣和3份滑石粉、4份聚烯烴彈性體Ρ0Ε、0.8份油酸、1.0份硫代二丙酸二月桂酯、0.6份(2-(2’ -羥基-3’，5’ - 二戊基苯基)苯并三唑)加入高速混合機(jī)中混合5min，溫度維持在35°C，然后在85°C下干燥2.5小時(shí)；
[0045](2)將干燥后的混合物料加入密煉機(jī)，并將70份共聚聚丙烯、30份均聚聚丙烯、
2.0份丙烯酸接枝聚丙烯加入密煉機(jī)，密煉反應(yīng)25min，反應(yīng)溫度在195?205°C，螺桿轉(zhuǎn)速為 80r/min ；
[0046](3)將密煉后的物料趁熱切割成3?5cm的小段，待冷卻后置入粉碎機(jī)切碎成粒徑為3?5mm的碎粒；
[0047](4)再將粉碎的碎粒在注射機(jī)上注射成型，注射成型機(jī)射嘴溫度設(shè)定為215°C，一段溫度設(shè)定為210°C，二段溫度設(shè)定為215°C，三段溫度設(shè)定為195°C，注射成型機(jī)射膠壓力設(shè)定為9.0MPa，得到產(chǎn)物添加無機(jī)納米材料的耐高溫高分子纖維材料。
[0048]比較例I
[0049]本比較例與實(shí)施例2的區(qū)別之處在于，在步驟(I)混合物料的制備中不添加增韌齊?。其余步驟類似，先將3份納米碳酸鈣和3份納米二氧化硅、0.5份聚乙烯蠟、0.5份硫代二丙酸二月桂酯、0.3份(2-(2’-羥基-3’，5’-二戊基苯基)苯并三唑)加入高速混合機(jī)中混合5min，溫度維持在30°C，然后在85°C下干燥1.5小時(shí)；將干燥后的混合物料加入密煉機(jī)，并將60份共聚聚丙烯、40份均聚聚丙烯、1.5份馬來酸酐接枝三元乙丙橡膠加入密煉機(jī)，密煉反應(yīng)20min，反應(yīng)溫度在190?200°C，螺桿轉(zhuǎn)速為50r/min ;將密煉后的物料趁熱切割成3?5cm的小段，待冷卻后置入粉碎機(jī)切碎成粒徑為3?5mm的碎粒；再將粉碎的碎粒在注射機(jī)上注射成型，注射成型機(jī)射嘴溫度設(shè)定為210°C，一段溫度設(shè)定為205°C，二段溫度設(shè)定為210°C，三段溫度設(shè)定為190°C，注射成型機(jī)射膠壓力設(shè)定為7.0MPa，得到產(chǎn)物改性聚丙烯材料。
[0050]實(shí)施例5
[0051]實(shí)施例5與實(shí)施例4的區(qū)別之處在于，在步驟(I)混合物料的制備中不添加無機(jī)納米材料。其余步驟類似，先將4份聚烯烴彈性體POE、0.8份油酸、1.0份硫代二丙酸二月桂酯、0.6份(2-(2’ -羥基-3’，5’ - 二戊基苯基)苯并三唑)加入高速混合機(jī)中混合5min，溫度維持在35°C，然后在85°C下干燥2.5小時(shí)；將干燥后的混合物料加入密煉機(jī)，并將70份共聚聚丙烯、30份均聚聚丙烯、2.0份丙烯酸接枝聚丙烯加入密煉機(jī),密煉反應(yīng)25min,反應(yīng)溫度在195?205°C，螺桿轉(zhuǎn)速為80r/min ;將密煉后的物料趁熱切割成3?5cm的小段，待冷卻后置入粉碎機(jī)切碎成粒徑為3?5_的碎粒；再將粉碎的碎粒在注射機(jī)上注射成型，注射成型機(jī)射嘴溫度設(shè)定為215°C，一段溫度設(shè)定為210°C，二段溫度設(shè)定為215°C，三段溫度設(shè)定為195°C，注射成型機(jī)射膠壓力設(shè)定為9.0MPa，得到產(chǎn)物添加無機(jī)納米材料的耐高溫高分子纖維材料。
[0052]實(shí)施例6
[0053]實(shí)施例6與實(shí)施例3的區(qū)別之處在于，在步驟(I)混合物料的制備中不添加抗熱氧化劑和抗紫外線劑。其余步驟類似，先將5份納米碳酸鈣、2份苯乙烯與丁二烯的嵌段共聚物、1.0份油酸加入高速混合機(jī)中混合5min，溫度維持在40°C，然后在90°C下干燥2小時(shí)；將干燥后的混合物料加入密煉機(jī)，并將80份共聚聚丙烯、20份均聚聚丙烯、1.0份馬來酸酐接枝聚丙烯加入密煉機(jī)，密煉反應(yīng)30min，反應(yīng)溫度在200?210°C，螺桿轉(zhuǎn)速為72r/min ;將密煉后的物料趁熱切割成3?5cm的小段，待冷卻后置入粉碎機(jī)切碎成粒徑為3?5mm的碎粒；再將粉碎的碎粒在注射機(jī)上注射成型，注射成型機(jī)射嘴溫度設(shè)定為220°C，一段溫度設(shè)定為215°C，二段溫度設(shè)定為220°C，三段溫度設(shè)定為200°C，注射成型機(jī)射膠壓力設(shè)定為8.2MPa，得到產(chǎn)物添加無機(jī)納米材料的耐高溫高分子纖維材料。
[0054]實(shí)施例1實(shí)施例2實(shí)施例3實(shí)施例4比較例I比較例2比較例3
[0055]拉伸強(qiáng)度(MPa)28.228.638.439.539.821.238.5
[0056]彎曲強(qiáng)度(MPa)38.239.848.751.252.529.648.6
[0057]缺口沖擊強(qiáng)度(KJ/m2) 43.945.537.647.532.246.838.1
[0058]維卡軟化溫度(°C) 133.2134.6148.2142.8134.8139.2121.4
[0059]由各項(xiàng)數(shù)據(jù)可看出，實(shí)施例3、實(shí)施例4的綜合性能較好，實(shí)施例1?4隨著無機(jī)納米材料的增加，拉伸和彎曲強(qiáng)度會(huì)增大，維卡軟化溫度也有一定程度的增大；但當(dāng)增韌劑用量增大時(shí)拉伸和彎曲強(qiáng)度會(huì)降低，沖擊強(qiáng)度增大；抗熱氧化劑和抗紫外線劑的添加對(duì)維卡軟化溫度有一定的提高。通過比較例I和實(shí)施例2的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)不添加增韌劑的改性聚丙烯材料其沖擊強(qiáng)度下降很多，拉伸、彎曲性能提高；通過比較例2和實(shí)施例4的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)不添加無機(jī)納米材料的添加無機(jī)納米材料的耐高溫高分子纖維材料的拉伸、彎曲性能顯著衰減，維卡軟化溫度也有一定程度的降低；通過比較例3和實(shí)施例3的對(duì)比發(fā)現(xiàn)不添加抗熱氧化劑和抗紫外線劑的改性聚丙烯材料的維卡軟化溫度明顯降低。
【權(quán)利要求】
1.添加無機(jī)納米材料的耐高溫高分子纖維材料，其特征在于:由包含以下重量份的組分制成:共聚聚丙烯60?80份，均聚聚丙烯20?40份，增韌劑2?6份，無機(jī)納米材料3?8份，相容劑I?2份，抗熱氧化劑0.5?1.5份，抗紫外線劑0.3?0.6份，分散劑0.5?1.0份，所述的增韌劑選自三元乙丙橡膠、二元乙丙橡膠、苯乙烯與丁二烯的嵌段共聚物或聚烯烴彈性體POE，所述的無機(jī)納米材料為納米碳酸鈣、滑石粉、二氧化硅或二氧化鈦中的一種或一種以上，所述的相容劑選自馬來酸酐接枝聚丙烯、丙烯酸接枝聚丙烯或馬來酸酐接枝三元乙丙橡膠，所述的抗熱氧化劑選自硫代二丙酸十八酯、[β _(3，5 二叔丁基4-羥基-苯基)丙酸]季戊四醇酯、硫代二丙酸二月桂酯或4，4’-硫代(6-特丁基-3-甲基苯酚)，所述的抗紫外線劑為2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮或2-(2’ -羥基-3’，5’ - 二戊基苯基)苯并三唑，所述的分散劑選自油酸、聚乙烯蠟、硬脂酸或聚乙二醇。
2.添加無機(jī)納米材料的耐高溫高分子纖維材料的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)將3?8份無機(jī)納米材料、2?6份增韌劑、0.5?1.0份分散劑、0.5?1.5份抗熱氧化劑、0.3?0.6份抗紫外線劑加入高速混合機(jī)中混合均勻，然后進(jìn)行干燥； (2)將步驟(I)中干燥后的混合物料加入密煉機(jī)，并將60?80份共聚聚丙烯、20?40份均聚聚丙烯、I?2份相容劑加入密煉機(jī)，進(jìn)行密煉； (3)將步驟(2)中密煉后的物料趁熱切割成3?5cm的小段，待冷卻后置入粉碎機(jī)切碎成粒徑為3?5mm的碎粒； (4)再將粉碎的碎粒在注射機(jī)上注射成型，得到產(chǎn)物添加無機(jī)納米材料的耐高溫高分子纖維材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2添加無機(jī)納米材料的耐高溫高分子纖維材料的制備方法，其特征在于:所述的步驟(I)中混合時(shí)間為3?5min，混合溫度為30?40°C，干燥時(shí)間為1.5?2.5小時(shí)，干燥溫度為80?90°C ;或所述的步驟(2)中密煉機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速為50?80r/min，密煉時(shí)間為20?30min，密煉溫度為190?210°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求3添加無機(jī)納米材料的耐高溫高分子纖維材料的制備方法，其特征在于:所述的步驟(4)中注射機(jī)射嘴溫度為210?220°C，第一段溫度為205?215°C，第二段溫度為210?220°C，第三段溫度為190?200°C，注射成型機(jī)射膠壓力設(shè)定為7?9MPa。
【文檔編號(hào)】B29B9/02GK104371196SQ201410623706
【公開日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月6日
【發(fā)明者】王舉, 孫益民, 芮定文 申請(qǐng)人:安徽瑞研新材料技術(shù)研究院有限公司