CN103146052A - 改性玻纤增强聚丙烯纳米材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种改性玻纤增强聚丙烯纳米材料及制备方法，属于高分子材料领域。用化学分散法制备纳米ＳｉＯ2／ＰＭＭＡ填料；以纳米ＳｉＯ2／ＰＭＭＡ填料作为填料，联同聚丙烯树脂、玻璃纤维、抗氧化剂通过熔融共混法制备玻纤增强聚丙烯纳米材料。本发明的有益之处在于：本发明的玻纤增强聚丙烯纳米材料，通过增加玻璃纤维并加入纳米材料，增强聚丙烯材料的强度；通过使PMMA包覆纳米ＳｉＯ2，保证了聚丙烯材料的韧性。

Description

改性玻纤增强聚丙烯纳米材料及制备方法

技术领域

本发明涉及一种改性玻纤增强聚丙烯纳米材料及制备方法，属于高分子材料领域。

背景技术

聚丙烯作为一种通用塑料，有许多优良性能，但因机械强度低、耐热性差、收缩形变大和抗蠕变性差等原因，使其在实际应用中受到限制，不能作为高性能工程塑料使用。因此，对聚丙烯进行改性，使其工程化是一个重要的研究课题。采用橡胶类弹性体共混及纤维、填料共混方式增强、增韧聚丙烯时，韧性和强度很难同时兼顾。纳米粒子为聚丙烯的改性提供了新途径。文献中大多报道的是以纳米ＳｉＯ2为填充材料，并加入偶联剂以减少纳米粒子的团聚和改善填料与基体界面的相容性，但由于小分子偶联剂的作用有限，改性效果受到一定程度的限制。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种采用玻璃纤维增强聚丙烯纳米材料、同时保证材料韧性的改性玻纤增强聚丙烯纳米材料及制备方法。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

改性玻纤增强聚丙烯纳米材料，其特征在于，由如下成分按重量份数熔融共混而成：

其中纳米ＳｉＯ2／ＰＭＭＡ填料由ＰＭＭＡ包覆纳米ＳｉＯ2形成，纳米ＳｉＯ2／ＰＭＭＡ填料还掺杂入偶联剂。

前述的改性玻纤增强聚丙烯纳米材料，所述的聚丙烯树脂为均聚物型或共聚物型，聚丙烯树脂的熔体质量流动速率在5～80g/10min之间。

前述的改性玻纤增强聚丙烯纳米材料，所述的纳米ＳｉＯ2／ＰＭＭＡ填料中组分的重量份数为：

ＳｉＯ2 40-60份 ＰＭＭＡ 40-60份 偶联剂 5-10份。

前述的改性玻纤增强聚丙烯纳米材料，所述的偶联剂为硅烷、钛酸酯、磷酸酯或铬络合物。

前述的改性玻纤增强聚丙烯纳米材料，所述的抗氧化剂为四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯、β-(4-羟基苯基-3,5-二叔丁基)丙酸正十八碳醇酯、2,6-二叔丁基对甲酚、4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-（甲基）苯酚)的一种或几种。

前述的改性玻纤增强聚丙烯纳米材料的方法，包括如下步骤：

1）用化学分散法制备纳米ＳｉＯ2／ＰＭＭＡ填料；

2）以纳米ＳｉＯ2／ＰＭＭＡ填料作为填料，联同聚丙烯树脂、玻璃纤维、抗氧化剂通过熔融共混法制备玻纤增强聚丙烯纳米材料。

前述的改性玻纤增强聚丙烯纳米材料的方法，所述的化学分散法使用的溶剂为甲苯或乙醇。

前述的改性玻纤增强聚丙烯纳米材料的方法，在步骤2）中，以重量分数计数，纳米ＳｉＯ2／ＰＭＭＡ填料占2-5份，聚丙烯树脂占60-75份，玻璃纤维20-30份，抗氧化剂0.3-1份。

前述的改性玻纤增强聚丙烯纳米材料的方法，步骤2）所述的熔融共混温度为150-300度。

本发明的有益之处在于：本发明的玻纤增强聚丙烯纳米材料，通过增加玻璃纤维并加入纳米材料，增强聚丙烯材料的强度；通过使PMMA包覆纳米

ＳｉＯ2，保证了聚丙烯材料的韧性。

具体实施方式

按表1所示的重量进行配比各成分。

表1实施例1-4的各成分重量

按照表1中各实施例的成分重量制备改性玻纤增强聚丙烯纳米材料，具体过程如下：

化学分散法制备纳米ＳｉＯ2／ＰＭＭＡ填料：化学分散主要采用偶联剂来改性纳米SiO2／ＰＭＭＡ，使其表面的羟基与偶联剂发生化学作用，降低其表面的亲水性，提高表面疏水性，以达到减少团聚的目的。常用的偶联剂为硅烷偶联剂。通常人们用偶联剂处理纳米SiO2／ＰＭＭＡ的方法有两种，其主要区别在于溶剂的选择不同。甲苯溶剂法是将一定量的预处理过的纳米SiO2和ＰＭＭＡ，加入以甲苯为溶剂的烧瓶，加入水解后的偶联剂，高温下回流数小时，再用甲醇和二己基醚分别洗涤后干燥。乙醇溶剂法通常将乙醇和水以一定比例混合后加入预处理的纳米SiO2和PMMA，搅拌数小时，高速离心分离。两种方法的区别可用偶联剂与纳米SiO2作用的机理不同来解释：方法1中偶联剂的烷氧基水解后产生羟基与纳米SiO2上的羟基发生氢键作用，而后在高温下迸一步作用生成ｓｉ一0－ｓｉ的结构，纳米SiO2与偶联剂是靠Ｓｉ一0一Ｓｉ键连接。而方法2中偶联剂的烷氧基水解后产生羟基与纳米SiO2上的不饱和羟基发生氢键作用，其纳米SiO2与偶联剂的连接方式比较复杂，可能是各类氢键及Ｓｉ—ｏ－Ｓｉ的混合作用。

其中纳米SiO2／ＰＭＭＡ这样制备：将1ｇ纳米ＳｉＯ2（比表面积大于600ｍ／ｇ，平均粒径80ｎｍ，南京海泰纳米材料有限公司）与1ｍＬ甲基丙烯酸甲酯（ＭＭＡ，天津科密欧化学试剂有限公司）混合，在30℃下超声分散2ｈ或5ｈ；超声分散后的溶液中加入引发剂偶氮二异丁腈（沈阳东兴试剂厂），升温至80℃，引发ＭＭＡ发生自由基聚合；将聚合产物抽滤，用去离子水清洗，滤饼在80℃下干燥24ｈ，得到的粉末为纳米ＳｉＯ2／ＰＭＭＡ，记为纳米ＳｉＯ2／ＰＭＭＡ（ｔ），ｔ表示超声分散时间。

改性玻纤增强聚丙烯纳米材料的制备：在聚丙烯树脂、玻璃纤维树脂中加入一定量的纳米ＳｉＯ2／ＰＭＭＡ填料，将混合物料分批次加入到温度为180℃的转矩流变仪中，混合速率为32ｒ／ｍｉｎ，待转矩稳定后，混合15ｍｉｎ，所得聚丙烯基纳米复合材料用平板硫化机在180℃下进行压片。

按照国家标准GB13525/T-92测试机械性能，按照GB1634测试热稳定性和耐老化性能，具体的测试结果见表2。

表2各实施例的性能及对比

其中，对比例为现有技术中的玻纤增强聚丙烯材料。

由此可见，本发明的改性玻纤增强聚丙烯纳米材料的机械性能优越，达到了采用玻璃纤维改性过的聚丙烯材料的性能甚至性能更优，热稳定性也好，耐老化性能优越，强度高，韧性好，说明其同时兼顾了韧性和强度。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.改性玻纤增强聚丙烯纳米材料，其特征在于，由如下成分按重量份数熔融共混而成：

聚丙烯树脂                 60-75份

玻璃纤维                   20-30份

纳米ＳｉＯ2／ＰＭＭＡ填料  2-5份

   抗氧化剂                   0.3-1份，

   其中纳米ＳｉＯ2／ＰＭＭＡ填料由ＰＭＭＡ包覆纳米ＳｉＯ2形成，纳米ＳｉＯ2／ＰＭＭＡ填料还掺杂入偶联剂。

2.根据权利要求1所述的改性玻纤增强聚丙烯纳米材料，其特征在于：所述的聚丙烯树脂为均聚物型或共聚物型，聚丙烯树脂的熔体质量流动速率在5~80 g/10min之间。

3.根据权利要求2所述的改性玻纤增强聚丙烯纳米材料，其特征在于，所述的纳米ＳｉＯ2／ＰＭＭＡ填料中组分的重量份数为：

ＳｉＯ2  40-60份  ＰＭＭＡ 40-60份 偶联剂 5-10份。

4.根据权利要求3所述的改性玻纤增强聚丙烯纳米材料，其特征在于：所述的偶联剂为硅烷、钛酸酯、磷酸酯或铬络合物。

5.根据权利要求3所述的改性玻纤增强聚丙烯纳米材料，其特征在于：所述的抗氧化剂为四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯、β-(4-羟基苯基-3,5-二叔丁基)丙酸正十八碳醇酯、2,6-二叔丁基对甲酚、4, 4'-硫代双(6-叔丁基-3-（甲基）苯酚)的一种或几种。

6.制备权利要求1-5任意一项所述的改性玻纤增强聚丙烯纳米材料的方法，包括如下步骤：

   1）用化学分散法制备纳米ＳｉＯ2／ＰＭＭＡ填料；

   2）以纳米ＳｉＯ2／ＰＭＭＡ填料作为填料，联同聚丙烯树脂、玻璃纤维、抗氧化剂通过熔融共混法制备玻纤增强聚丙烯纳米材料。

7.根据权利要求6所述的改性玻纤增强聚丙烯纳米材料的方法，其特征在于：所述的化学分散法使用的溶剂为甲苯或乙醇。

8.根据权利要求6所述的改性玻纤增强聚丙烯纳米材料的方法，其特征在于：在步骤2）中，以重量分数计数，纳米ＳｉＯ2／ＰＭＭＡ填料占2-5份，聚丙烯树脂占60-75份，玻璃纤维20-30份，抗氧化剂0.3-1份。

9.根据权利要求6所述的改性玻纤增强聚丙烯纳米材料的方法，其特征在于：步骤2）所述的熔融共混温度为150-300度。