尼龍粉/聚碳酸亞丙酯復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種尼龍粉/聚碳酸亞丙酯復(fù)合材料及 其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚碳酸亞丙酯（PPC)是二氧化碳和環(huán)氧丙烷的交替共聚物，因其具有生物可降解 性、生物相容性、高透明度、柔韌性及氣體阻隔性等諸多優(yōu)良的性能，使其在醫(yī)藥領(lǐng)域和包 裝材料等領(lǐng)域具有十分廣泛的應(yīng)用前景。此外，在聚碳酸亞丙酯制備過(guò)程中，有效地固定了 溫室氣體二氧化碳。因此，聚碳酸亞丙酯近年來(lái)備受關(guān)注。但是聚碳酸亞丙酯玻璃化溫度 低、熱穩(wěn)定性和力學(xué)強(qiáng)度較差，極大限制了其規(guī)模化應(yīng)用。
[0003] 為提高聚碳酸亞丙酯的性能，國(guó)外內(nèi)相繼開(kāi)展了聚碳酸亞丙酯的改性研究。其中， 物理共混是改善聚碳酸亞丙酯性能的有效途徑之一，而且這種方法對(duì)設(shè)備要求簡(jiǎn)單，操作 方便，因而得到了廣泛的研究。聚碳酸亞丙酯與天然大分子如殼聚糖、苧麻、淀粉、纖維素和 木質(zhì)素等復(fù)合，與人工合成的高分子材料如聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚乳酸和聚丁二酸丁二醇 酯等共混，與無(wú)機(jī)材料如玻璃纖維、納米碳酸鈣、蒙脫土、累托石、納米SiO2、碳納米管以及 氧化石墨等進(jìn)行共混復(fù)合等均有文獻(xiàn)報(bào)道。這些工作均不同程度的提高了聚碳酸亞丙酯的 性能。一般情況下，改性組分加入比較多的情況下才能起到較好的改性效果。如Chen等報(bào) 道采用玻璃纖維對(duì)聚碳酸亞丙酯進(jìn)行共混改性（Journal of Reinforced Plastics and Composites, 2010，29 (10) : 1545-1550.)，加入10%的玻璃纖維，所得復(fù)合材料的拉伸強(qiáng) 度從17. 32MPa提高了 25. 43MPa，最大熱分解溫度從290. 8°C提高了 293. 2°C，但是斷裂伸 長(zhǎng)率卻從255. 03%大幅度下降到了 8.86%。中國(guó)專(zhuān)利CN104327477A公布了聚碳酸亞丙酯/ 纖維素復(fù)合材料及其制備方法，纖維素用量比較多時(shí)才具有較好的改性效果，例如，60g木 漿纖維素和40g聚碳酸亞丙酯共混，所得復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度從32°C為48°C，其拉 伸強(qiáng)度從19MPa提高34MPa，而用5g的木漿纖維素和95g聚碳酸亞丙酯共混，所得復(fù)合材料 的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度僅為34°C，拉伸強(qiáng)度為24MPa。中國(guó)專(zhuān)利CN103540113A公布了碳酸鈣填 充改性提高聚碳酸亞丙酯力學(xué)性能的方法，效果類(lèi)似。Gao等采用納米級(jí)氧化石墨對(duì)聚碳酸 亞丙酯進(jìn)行改性（Journal of Materials Chemistry, 2011，21，17627 - 17630·)，加入 少量的納米級(jí)氧化石墨就可以顯著提高聚碳酸亞丙酯的力學(xué)性能。然而，這些填料價(jià)格昂 貴，從而限制了這類(lèi)復(fù)合材料的推廣使用。
[0004] 尼龍粉末即聚酰胺粉末，是一種常見(jiàn)的粉體材料。尼龍粉保持了原有尼龍的優(yōu)異 性能，具有良好的機(jī)械性能、耐磨性、自潤(rùn)滑、耐油、電絕緣性良好等優(yōu)良性能，且無(wú)毒無(wú)味， 廣泛應(yīng)用于粉末涂料、黏合劑、醫(yī)藥、化妝品等領(lǐng)域，成為一種很有發(fā)展前景的高分子材料。 然而，將尼龍粉末用作高分子材料填充劑從而對(duì)高分子材料進(jìn)行改性卻鮮見(jiàn)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 基于此，本發(fā)明目的在于提供一種尼龍粉/聚碳酸亞丙酯復(fù)合材料及其制備方 法。
[0006] 本發(fā)明所提供的尼龍粉/聚碳酸亞丙酯復(fù)合材料是由尼龍粉和聚碳酸亞丙酯 (PPC)組成，其中，尼龍粉和聚碳酸亞丙酯的質(zhì)量比為0. 1~4 :100。
[0007] 所述聚碳酸亞丙酯的數(shù)均分子量為I. 5 X IO4~3 X 105,分子量分布為1. 3~7. 5。
[0008] 所述尼龍粉可以為尼龍3、尼龍6、尼龍66、尼龍46、尼龍1010、尼龍11和尼龍12 中的任意一種或兩種以上的混合物。
[0009] 所述尼龍粉的粒度在200目以上。
[0010] -種上述尼龍粉/聚碳酸亞丙酯復(fù)合材料的制備方法，其采用溶液共混的方法獲 得，具體為：將聚碳酸亞丙酯溶解于適量的溶劑中獲得溶液a，將尼龍粉分散于適量的溶劑 中獲得溶液b，然后將溶液a和溶液b混合到一起，攪拌至溶劑揮發(fā)(約需4~12h)，室溫干 燥8~16 h，再真空干燥24~48h。
[0011] 具體的，所述溶劑為二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮、四氫呋喃、乙酸乙酯和二氧六環(huán)中 的一種或兩種以上的混合物。溶劑的添加量以為聚碳酸亞丙酯/尼龍粉重量的5~15倍 為宜。
[0012] 上述尼龍粉/聚碳酸亞丙酯復(fù)合材料的另一種制備方法，也可以采用熔融共混的 方法獲得，具體為：按比例取聚碳酸亞丙酯和尼龍粉，然后置于混合設(shè)備中于130~180°C 熔融共混5~30 min，冷卻即得產(chǎn)品。也可以根據(jù)需要，將所得復(fù)合材料進(jìn)一步壓制成片 材。
[0013] 具體的，熔融共混所用混合設(shè)備為密煉機(jī)、單螺桿擠出機(jī)或雙螺桿擠出機(jī)等。
[0014] 本發(fā)明所提供的復(fù)合材料具有優(yōu)良的性能，熱性能和力學(xué)性能等性能指標(biāo)表現(xiàn)優(yōu) 異。制備方法簡(jiǎn)單，效果好，經(jīng)濟(jì)性好?？梢詮囊韵聨讉€(gè)方面得到具體的體現(xiàn)： 1) 所得復(fù)合材料具有優(yōu)良的熱性能和力學(xué)性能，且填料控制在較少用量時(shí)就可達(dá)到比 較好的改性效果； 2) 尼龍粉廉價(jià)易得； 3) 尼龍粉/PPC復(fù)合材料采用溶液共混或熔融共混的方式制備，共混法對(duì)設(shè)備要求低， 操作簡(jiǎn)單，便于實(shí)施。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此。
[0016] 尼龍粉/聚碳酸亞丙酯復(fù)合材料〉 本發(fā)明所提供的尼龍粉/聚碳酸亞丙酯復(fù)合材料，是采用尼龍粉作為改性劑對(duì)聚碳酸 亞丙酯進(jìn)行共混改性。所述尼龍粉和聚碳酸亞丙酯的質(zhì)量比為0. 1~4 :100,優(yōu)選用0. 1~ 2 ：100〇
[0017] 本發(fā)明所選用聚碳酸亞丙酯的數(shù)均分子量為I. 5X IO4~3X 10 5,分子量分布為 1. 3~7. 5。優(yōu)選用數(shù)均分子量為2 X IO4~2. 5 X 10 5,分量分布為1. 5~4. 5。
[0018] 本發(fā)明所選用的尼龍粉目數(shù)要求在200目以上，作為優(yōu)選，尼龍粉的目數(shù)在400~ 1000之間。
[0019] 本發(fā)明所選用的尼龍粉為尼龍3、尼龍6、尼龍66、尼龍46、尼龍1010、尼龍11和尼 龍12中的任意一種或兩種以上的混合物。優(yōu)選地，本發(fā)明的尼龍粉選自尼龍3、尼龍6、尼 龍66和尼龍46。
[0020] 制備方法〉 本發(fā)明所提供的尼龍粉/聚碳酸亞丙酯復(fù)合材料的制備方法包括溶液共混和熔融共 混。作為優(yōu)選，本發(fā)明優(yōu)先選用熔融共混的方法。
[0021] 所述熔融共混的溫度為130~180°C，優(yōu)選熔融共混溫度為150~170°C，熔融共 混時(shí)間為5~30 min，優(yōu)選共混時(shí)間為8~20 min。
[0022] 實(shí)施例1-8 將50g聚碳酸亞丙酯（PPC，數(shù)均分子量為2. 2 X 104,分子量分布指數(shù)3. 8)和不同添加 量的尼龍粉在密煉機(jī)中于一定溫度下熔融共混一定時(shí)間，冷卻，即得尼龍粉/聚碳酸亞丙 酯復(fù)合材料產(chǎn)品。實(shí)施例1至8中的具體尼龍粉種類(lèi)、尼龍粉與PPC質(zhì)量比、熔融共混溫度 及共混時(shí)間等工藝參數(shù)詳見(jiàn)表1。
[0023] 對(duì)比例1和2 將50g聚碳酸亞丙酯（PPC，數(shù)均分子量為2. 2 X 104,分子量分布指數(shù)3. 8)分別與 0. 025g、3g的尼龍3粉在密煉機(jī)中于180°C熔融共混lOmin，冷卻，即得尼龍粉/聚碳酸亞丙 酯復(fù)合材料產(chǎn)品。具體可見(jiàn)表1。
[0024] 表1、不同實(shí)施例中的各工藝參數(shù)
〈測(cè)試方法〉 上述實(shí)施例1至8以及對(duì)比例1、2所得復(fù)合材料分別在硫化機(jī)上于KKTC熱壓成Imm 左右厚度的薄膜。將所得薄膜進(jìn)行差示掃描量熱儀、熱重分析儀和靜態(tài)拉伸測(cè)試。結(jié)果見(jiàn) 表2。
[0025] 差示掃描量熱儀的測(cè)試條件為：采用Mettler-Toledo DSC822e差示掃描量熱儀 進(jìn)行測(cè)試。首先在70°C恒溫5min，消除熱歷史，快速降溫至-30°C，然后以20°C /min的升 溫速率升溫至70°C，記錄玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。
[0026] 熱重分析儀的測(cè)試條件為：采用Mettler-Toledo TGA/SDTA851e熱重分析儀進(jìn)行 測(cè)試。氣氛為氮?dú)?，升溫速率?0°c /min，掃描溫度范圍為25°C~550°C。
[0027] 靜態(tài)拉伸實(shí)驗(yàn)是按照ASTM標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試的，拉伸速率為50mm/min。采用 Instronl 185儀器進(jìn)行測(cè)試。
[0028] 表2、不同實(shí)施例所得復(fù)合材料的測(cè)試結(jié)果
從表2中可以看出：加入少量的尼龍粉填料就可以較好地改善聚碳酸亞丙酯的性能。 而且由于尼龍粉用量較少，所得復(fù)合材料還具有比較好的透光性，可以用作包裝材料使用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種尼龍粉/聚碳酸亞丙酯復(fù)合材料，其特征在于，該復(fù)合材料由尼龍粉和聚碳酸 亞丙酯組成，其中，尼龍粉和聚碳酸亞丙酯的質(zhì)量比為0. 1~4 :100。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的尼龍粉/聚碳酸亞丙酯復(fù)合材料，其特征在于：所述聚碳酸 亞丙酯的數(shù)均分子量為I. 5XIO4~3X10 5,分子量分布為1. 3~7. 5。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的尼龍粉/聚碳酸亞丙酯復(fù)合材料，其特征在于，所述尼龍粉為 尼龍3、尼龍6、尼龍66、尼龍46、尼龍1010、尼龍11和尼龍12中的一種或兩種以上的混合 物。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的尼龍粉/聚碳酸亞丙酯復(fù)合材料，其特征在于，所述尼龍粉的 粒度在200目以上。5. -種權(quán)利要求1至4任一所述尼龍粉/聚碳酸亞丙酯復(fù)合材料的制備方法，其特 征在于，采用溶液共混的方法獲得，具體為：將聚碳酸亞丙酯溶解于適量的溶劑中獲得溶液 a，將尼龍粉分散于適量的溶劑中獲得溶液b，然后將溶液a和溶液b混合到一起，攪拌至溶 劑揮發(fā)，室溫干燥8~16h，再真空干燥24~48h。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述尼龍粉/聚碳酸亞丙酯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述 溶劑為二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮、四氫呋喃、乙酸乙酯和二氧六環(huán)中的一種或兩種以上的 混合物。7. -種權(quán)利要求1至4任一所述尼龍粉/聚碳酸亞丙酯復(fù)合材料的制備方法，其特征 在于，采用熔融共混的方法獲得，具體為：按比例取聚碳酸亞丙酯和尼龍粉，然后置于混合 設(shè)備中于130~180°C熔融共混5~30min，冷卻即得產(chǎn)品。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述尼龍粉/聚碳酸亞丙酯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，熔融 共混所用混合設(shè)備為密煉機(jī)、單螺桿擠出機(jī)或雙螺桿擠出機(jī)。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種尼龍粉和聚碳酸亞丙酯復(fù)合材料，其是由質(zhì)量比為0.1～4：100的尼龍粉和聚碳酸亞丙酯組成，該復(fù)合材料由尼龍粉和聚碳酸亞丙酯采用溶液共混或熔融共混方法制備而成。本發(fā)明所提供的復(fù)合材料具有較好的性能，所用原料價(jià)廉易得；且制備方法工藝簡(jiǎn)單，便于實(shí)施。
【IPC分類(lèi)】C08L69/00, C08L77/02
【公開(kāi)號(hào)】CN105176035
【申請(qǐng)?zhí)枴?br>【發(fā)明人】常海波, 徐超江, 武浩浩, 卜站偉, 林童, 閆壽科
【申請(qǐng)人】河南大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月23日
【申請(qǐng)日】2015年8月10日