CN104072871B - 一种纳米二氧化硅增强pp材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纳米二氧化硅增强PP材料及其制备方法，称取PP、聚烯烃弹性体、纳米二氧化硅、茂金属线型低密度聚乙烯、PP-g-NH2、三元乙丙橡胶、马来酸酐接枝聚乙烯、HDPE、PP-g-MMA、乙撑双硬脂酰胺、表面处理剂、四针状氧化锌晶须、马来酸酐接枝聚丙烯和抗氧剂，将原料经过捏合后造粒；产品冲击强度80-90kJ/m2，比纯PP增加88%，成型收缩率0.5-1.5%；弯曲模量2510-2600MPa，比纯PP增加90%，弯曲强度55-60MPa；拉伸强度40-45MPa，比纯PP提高14%，断裂伸长率40%-45%；耐热温度130-140℃，比纯PP提高了22℃，维卡软化点165-170℃，可以广泛生产并不断代替现有材料。

Description

一种纳米二氧化硅增强PP材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种增强PP材料，尤其涉及一种纳米二氧化硅增强PP材料及其制备方法，属于塑料材料技术领域。
背景技术
聚丙烯，是由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂。甲基排列在分子主链的同一侧称等规聚丙烯，若甲基无秩序的排列在分子主链的两侧称无规聚丙烯，当甲基交替排列在分子主链的两侧称间规聚丙烯。一般工业生产的聚丙烯树脂中，等规结构含量约为95%，其余为无规或间规聚丙烯。工业产品以等规物为主要成分。聚丙烯也包括丙烯与少量乙烯的共聚物在内。通常为半透明无色固体，无臭无毒。由于结构规整而高度结晶化，故熔点可高达167℃。耐热、耐腐蚀，制品可用蒸汽消毒是其突出优点。密度小，是最轻的通用塑料。缺点是耐低温冲击性差，较易老化，但可分别通过改性予以克服。
增强聚丙烯是聚丙烯与玻璃纤维或有机纤维、石棉、或无机填料的混合物。通常采用加入玻璃纤维、粉体添加剂或弹性体的方法对PP进行改性。加入30%的玻璃纤维可以使收缩率降到0.7%。均聚物型和共聚物型的PP材料都具有优良的抗吸湿性、抗酸碱腐蚀性、抗溶解性。然而，它对芳香烃溶剂、氯化烃溶剂等没有抵抗力。PP也不象PE那样在高温下仍具有抗氧化性。一般工业用的玻璃纤维增强聚丙烯中含10～30%的纤维。由于含有玻璃纤维而具有良好的耐热性和尺寸稳定性。增强聚丙烯主要用于制造各种机械零件，主要包括汽车风扇、空调风扇、***滤瓶，在电器行业可用于各类家电外观件替代ABS、HIPS,广泛用于冰箱顶盖、空调底座、足浴器等。
纳米二氧化硅是极其重要的高科技超微细无机新材料之一，因其粒径很小，比表面积大，表面吸附力强，表面能大，化学纯度高、分散性能好、热阻、电阻等方面具有特异的性能，以其优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性，在众多学科及领域内独具特性，有着不可取代的作用。纳米二氧化硅俗称“超微细白炭黑”，广泛用于各行业作为添加剂、催化剂载体，石油化工，脱色剂，消光剂，橡胶补强剂，塑料充填剂，油墨增稠剂，金属软性磨光剂，绝缘绝热填充剂，高级日用化妆品填料及喷涂材料、医药、环保等各种领域。
利用纳米二氧化硅透光、粒度小，可以使塑料变得更加致密，在聚苯乙烯塑料薄膜中添加二氧化硅后，不但提高其透明度、强度、韧性，而且防水性能和抗老化性能也明显提高。通过在普通塑料聚氯乙烯中添加少量纳米二氧化硅后生产出的塑钢门窗硬度、光洁度和抗老化性能均大幅提高。利用纳米二氧化硅对普通塑料聚丙烯进行改性，主要技术指标均达到或超过工程塑料尼龙6的性能指标，实现了聚丙烯铁道配件替代尼龙6使用，产品成本大幅下降，其经济效益和社会效益十分显著。
中国专利CN103275372A，公开日为2013年9月4日，公开了一种耐磨PP/PE复合材料，主要采用PP、PE、相容增韧剂、无机纳米材料、引发剂和抗氧剂制成，解决了相容性和抗磨损性存在的缺陷，但是拉伸强度、弯曲强度、缺口冲击强度和耐热温度等没有改进，随着社会城市化、科技化、人性化的发展，设计一种拉伸强度、弯曲强度、缺口冲击强度和耐热温度高、洛氏硬度高和拉伸模量高的纳米二氧化硅增强PP材料及其制备方法，以满足市场需求，是非常必要的。
发明内容
解决的技术问题：
本申请针对现有耐磨PP复合材料拉伸强度、弯曲强度、缺口冲击强度、耐热温度、洛氏硬度和拉伸模量没有很大改进的技术问题，提供一种利用纳米二氧化硅增强PP材料及其制备方法。
技术方案：
一种纳米二氧化硅增强PP材料，原料按重量份数配比如下：PP100份，聚烯烃弹性体20-30份，纳米二氧化硅1-10份，茂金属线型低密度聚乙烯15-25份，PP-g-NH210-20份，三元乙丙橡胶15-25份，马来酸酐接枝聚乙烯15-25份，HDPE10-20份，PP-g-MMA1-5份，乙撑双硬脂酰胺5-15份，表面处理剂1-3份，四针状氧化锌晶须30-40份，马来酸酐接枝聚丙烯2-8份，抗氧剂20-30份。
作为本发明的一种优选技术方案：所述纳米二氧化硅增强PP材料的原料按重量份数配比如下：PP100份，聚烯烃弹性体22-28份，纳米二氧化硅3-7份，茂金属线型低密度聚乙烯17-23份，PP-g-NH213-17份，三元乙丙橡胶18-22份，马来酸酐接枝聚乙烯17-23份，HDPE12-28份，PP-g-MMA2-4份，乙撑双硬脂酰胺8-12份，表面处理剂1.5-2.5份，四针状氧化锌晶须33-37份，马来酸酐接枝聚丙烯4-6份，抗氧剂23-27份。
作为本发明的一种优选技术方案：所述纳米二氧化硅增强PP材料的原料按重量份数配比如下：PP100份，聚烯烃弹性体25份，纳米二氧化硅5份，茂金属线型低密度聚乙烯20份，PP-g-NH215份，三元乙丙橡胶20份，马来酸酐接枝聚乙烯20份，HDPE15份，PP-g-MMA3份，乙撑双硬脂酰胺10份，表面处理剂2份，四针状氧化锌晶须35份，马来酸酐接枝聚丙烯5份，抗氧剂25份。
作为本发明的一种优选技术方案：所述表面处理剂采用聚二甲基硅烷。
作为本发明的一种优选技术方案：所述抗氧剂采用抗氧剂1010或抗氧剂168。
所述纳米二氧化硅增强PP材料的制备方法步骤为：
第一步：按重量份数配比称取PP、聚烯烃弹性体、PP-g-NH2、三元乙丙橡胶、HDPE和PP-g-MMA混合均匀，依次加入乙撑双硬脂酰胺、四针状氧化锌晶须、马来酸酐接枝聚丙烯和茂金属线型低密度聚乙烯，搅拌后加入剩余原料，搅拌均匀；
第二步：将上述搅拌均匀的原料放入捏合机，混合20-60min；
第三步：将第二步混合后的物料投放到长径比为30：1的双螺杆挤出机中熔融造粒，挤出机温度设置为：一区：150-170℃，二区160-180℃，三区170-190℃，四区180-200℃，五区190-220℃，螺杆转速210-250r/min。
有益效果：
本发明所述一种纳米二氧化硅增强PP材料及其制备方法采用以上技术方案和现有技术相比，具有以下技术效果：1、产品冲击强度80-90kJ/m2，比纯PP增加88%，成型收缩率0.5-1.5%；2、弯曲模量2510-2600MPa，比纯PP增加90%，弯曲强度55-60MPa；3、拉伸强度40-45MPa，比纯PP提高14%，断裂伸长率40%-45%；4、耐热温度130-140℃，比纯PP提高了22℃，维卡软化点165-170℃，可以广泛生产并不断代替现有材料。
具体实施方式
实施例1:
按重量份数配比称取PP100份，聚烯烃弹性体20份，纳米二氧化硅1份，茂金属线型低密度聚乙烯15份，PP-g-NH210份，三元乙丙橡胶15份，马来酸酐接枝聚乙烯15份，HDPE10份，PP-g-MMA1份，乙撑双硬脂酰胺5份，聚二甲基硅烷1份，四针状氧化锌晶须30份，马来酸酐接枝聚丙烯2份，抗氧剂1010为20份，按重量份数配比称取PP、聚烯烃弹性体、PP-g-NH2、三元乙丙橡胶、HDPE和PP-g-MMA混合均匀，依次加入乙撑双硬脂酰胺、四针状氧化锌晶须、马来酸酐接枝聚丙烯和茂金属线型低密度聚乙烯，搅拌后加入剩余原料，搅拌均匀，再放入捏合机，混合20min，最后投放到长径比为30：1的双螺杆挤出机中熔融造粒，挤出机温度设置为：一区：150-170℃，二区160-180℃，三区170-190℃，四区180-200℃，五区190-220℃，螺杆转速210-250r/min。
产品冲击强度80kJ/m2，成型收缩率1.5%；弯曲模量2510MPa，弯曲强度55MPa；拉伸强度40MPa，断裂伸长率40%；耐热温度130℃，维卡软化点165℃。
实施例2:
按重量份数配比称取PP100份，聚烯烃弹性体30份，纳米二氧化硅10份，茂金属线型低密度聚乙烯25份，PP-g-NH220份，三元乙丙橡胶25份，马来酸酐接枝聚乙烯25份，HDPE20份，PP-g-MMA5份，乙撑双硬脂酰胺15份，聚二甲基硅烷3份，四针状氧化锌晶须40份，马来酸酐接枝聚丙烯8份，抗氧剂1010为30份，按重量份数配比称取PP、聚烯烃弹性体、PP-g-NH2、三元乙丙橡胶、HDPE和PP-g-MMA混合均匀，依次加入乙撑双硬脂酰胺、四针状氧化锌晶须、马来酸酐接枝聚丙烯和茂金属线型低密度聚乙烯，搅拌后加入剩余原料，搅拌均匀，再放入捏合机，混合60min，最后投放到长径比为30：1的双螺杆挤出机中熔融造粒，挤出机温度设置为：一区：150-170℃，二区160-180℃，三区170-190℃，四区180-200℃，五区190-220℃，螺杆转速210-250r/min。
产品冲击强度82kJ/m2，成型收缩率1.3%；弯曲模量2530MPa，弯曲强度56MPa；拉伸强度41MPa，断裂伸长率42%；耐热温度133℃，维卡软化点166℃。
实施例3:
按重量份数配比称取PP100份，聚烯烃弹性体22份，纳米二氧化硅3份，茂金属线型低密度聚乙烯17份，PP-g-NH213份，三元乙丙橡胶18份，马来酸酐接枝聚乙烯17份，HDPE12份，PP-g-MMA2份，乙撑双硬脂酰胺8份，聚二甲基硅烷1.5份，四针状氧化锌晶须33份，马来酸酐接枝聚丙烯4份，抗氧剂168为23份，按重量份数配比称取PP、聚烯烃弹性体、PP-g-NH2、三元乙丙橡胶、HDPE和PP-g-MMA混合均匀，依次加入乙撑双硬脂酰胺、四针状氧化锌晶须、马来酸酐接枝聚丙烯和茂金属线型低密度聚乙烯，搅拌后加入剩余原料，搅拌均匀，再放入捏合机，混合30min，最后投放到长径比为30：1的双螺杆挤出机中熔融造粒，挤出机温度设置为：一区：150-170℃，二区160-180℃，三区170-190℃，四区180-200℃，五区190-220℃，螺杆转速210-250r/min。
产品冲击强度85kJ/m2，成型收缩率1%；弯曲模量2550MPa，弯曲强度57MPa；拉伸强度42MPa，断裂伸长率43%；耐热温度135℃，维卡软化点168℃。
实施例4:
按重量份数配比称取PP100份，聚烯烃弹性体28份，纳米二氧化硅7份，茂金属线型低密度聚乙烯23份，PP-g-NH217份，三元乙丙橡胶22份，马来酸酐接枝聚乙烯23份，HDPE28份，PP-g-MMA4份，乙撑双硬脂酰胺12份，聚二甲基硅烷2.5份，四针状氧化锌晶须37份，马来酸酐接枝聚丙烯6份，抗氧剂168为27份，按重量份数配比称取PP、聚烯烃弹性体、PP-g-NH2、三元乙丙橡胶、HDPE和PP-g-MMA混合均匀，依次加入乙撑双硬脂酰胺、四针状氧化锌晶须、马来酸酐接枝聚丙烯和茂金属线型低密度聚乙烯，搅拌后加入剩余原料，搅拌均匀，再放入捏合机，混合50min，最后投放到长径比为30：1的双螺杆挤出机中熔融造粒，挤出机温度设置为：一区：150-170℃，二区160-180℃，三区170-190℃，四区180-200℃，五区190-220℃，螺杆转速210-250r/min。
产品冲击强度88kJ/m2，成型收缩率0.7%；弯曲模量2580MPa，弯曲强度58MPa；拉伸强度44MPa，断裂伸长率44%；耐热温度137℃，维卡软化点169℃。
实施例5:
按重量份数配比称取PP100份，聚烯烃弹性体25份，纳米二氧化硅5份，茂金属线型低密度聚乙烯20份，PP-g-NH215份，三元乙丙橡胶20份，马来酸酐接枝聚乙烯20份，HDPE15份，PP-g-MMA3份，乙撑双硬脂酰胺10份，聚二甲基硅烷2份，四针状氧化锌晶须35份，马来酸酐接枝聚丙烯5份，抗氧剂1010为25份，按重量份数配比称取PP、聚烯烃弹性体、PP-g-NH2、三元乙丙橡胶、HDPE和PP-g-MMA混合均匀，依次加入乙撑双硬脂酰胺、四针状氧化锌晶须、马来酸酐接枝聚丙烯和茂金属线型低密度聚乙烯，搅拌后加入剩余原料，搅拌均匀，再放入捏合机，混合40min，最后投放到长径比为30：1的双螺杆挤出机中熔融造粒，挤出机温度设置为：一区：150-170℃，二区160-180℃，三区170-190℃，四区180-200℃，五区190-220℃，螺杆转速210-250r/min。
产品冲击强度90kJ/m2，成型收缩率0.5%；弯曲模量2600MPa，弯曲强度60MPa；拉伸强度45MPa，断裂伸长率45%；耐热温度140℃，维卡软化点170℃。
以上实施例中的所有组分均可以商业购买。
上述实施例只是用于对本发明的内容进行阐述，而不是限制，因此在和本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应该认为是包括在权利要求书的范围内。

Claims (5)

1.一种纳米二氧化硅增强PP材料，其特征在于，所述纳米二氧化硅增强PP材料的原料按重量份数配比如下：PP100份，聚烯烃弹性体20-30份，纳米二氧化硅1-10份，茂金属线型低密度聚乙烯15-25份，PP-g-NH210-20份，三元乙丙橡胶15-25份，马来酸酐接枝聚乙烯15-25份，HDPE10-20份，PP-g-MMA1-5份，乙撑双硬脂酰胺5-15份，表面处理剂1-3份，四针状氧化锌晶须30-40份，马来酸酐接枝聚丙烯2-8份，抗氧剂20-30份。
2.根据权利要求1所述的一种纳米二氧化硅增强PP材料，其特征在于，所述纳米二氧化硅增强PP材料的原料按重量份数配比如下：PP100份，聚烯烃弹性体25份，纳米二氧化硅5份，茂金属线型低密度聚乙烯20份，PP-g-NH215份，三元乙丙橡胶20份，马来酸酐接枝聚乙烯20份，HDPE15份，PP-g-MMA3份，乙撑双硬脂酰胺10份，表面处理剂2份，四针状氧化锌晶须35份，马来酸酐接枝聚丙烯5份，抗氧剂25份。
3.根据权利要求1所述的一种纳米二氧化硅增强PP材料，其特征在于，所述表面处理剂采用聚二甲基硅氧烷。
4.根据权利要求1所述的一种纳米二氧化硅增强PP材料，其特征在于：所述抗氧剂采用抗氧剂1010或抗氧剂168。
5.一种权利要求1所述纳米二氧化硅增强PP材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步：按重量份数配比称取PP、聚烯烃弹性体、PP-g-NH2、三元乙丙橡胶、HDPE和PP-g-MMA混合均匀，依次加入乙撑双硬脂酰胺、四针状氧化锌晶须、马来酸酐接枝聚丙烯和茂金属线型低密度聚乙烯，搅拌后加入剩余原料，搅拌均匀；
第二步：将上述搅拌均匀的原料放入捏合机，混合20-60min；
第三步：将第二步混合后的物料投放到长径比为30：1的双螺杆挤出机中熔融造粒，挤出机温度设置为：一区：150-170℃，二区160-180℃，三区170-190℃，四区180-200℃，五区190-220℃，螺杆转速210-250r/min。
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