CN105176035A - 尼龙粉/聚碳酸亚丙酯复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种尼龙粉和聚碳酸亚丙酯复合材料，其是由质量比为0.1～4：100的尼龙粉和聚碳酸亚丙酯组成，该复合材料由尼龙粉和聚碳酸亚丙酯采用溶液共混或熔融共混方法制备而成。本发明所提供的复合材料具有较好的性能，所用原料价廉易得；且制备方法工艺简单，便于实施。
Description
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种尼龙粉/聚碳酸亚丙酯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚碳酸亚丙酯（PPC）是二氧化碳和环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、柔韧性及气体阻隔性等诸多优良的性能，使其在医药领域和包装材料等领域具有十分广泛的应用前景。此外，在聚碳酸亚丙酯制备过程中，有效地固定了温室气体二氧化碳。因此，聚碳酸亚丙酯近年来备受关注。但是聚碳酸亚丙酯玻璃化温度低、热稳定性和力学强度较差，极大限制了其规模化应用。
为提高聚碳酸亚丙酯的性能，国外内相继开展了聚碳酸亚丙酯的改性研究。其中，物理共混是改善聚碳酸亚丙酯性能的有效途径之一，而且这种方法对设备要求简单，操作方便，因而得到了广泛的研究。聚碳酸亚丙酯与天然大分子如壳聚糖、苎麻、淀粉、纤维素和木质素等复合，与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，与无机材料如玻璃纤维、纳米碳酸钙、蒙脱土、累托石、纳米SiO2、碳纳米管以及氧化石墨等进行共混复合等均有文献报道。这些工作均不同程度的提高了聚碳酸亚丙酯的性能。一般情况下，改性组分加入比较多的情况下才能起到较好的改性效果。如Chen等报道采用玻璃纤维对聚碳酸亚丙酯进行共混改性(JournalofReinforcedPlasticsandComposites,2010,29(10):1545-1550.)，加入10%的玻璃纤维，所得复合材料的拉伸强度从17.32MPa提高了25.43MPa，最大热分解温度从290.8℃提高了293.2℃，但是断裂伸长率却从255.03%大幅度下降到了8.86%。中国专利CN104327477A公布了聚碳酸亚丙酯/纤维素复合材料及其制备方法，纤维素用量比较多时才具有较好的改性效果，例如，60g木浆纤维素和40g聚碳酸亚丙酯共混，所得复合材料的玻璃化转变温度从32℃为48℃，其拉伸强度从19MPa提高34MPa，而用5g的木浆纤维素和95g聚碳酸亚丙酯共混，所得复合材料的玻璃化转变温度仅为34℃，拉伸强度为24MPa。中国专利CN103540113A公布了碳酸钙填充改性提高聚碳酸亚丙酯力学性能的方法，效果类似。Gao等采用纳米级氧化石墨对聚碳酸亚丙酯进行改性（JournalofMaterialsChemistry,2011,21,17627–17630.)，加入少量的纳米级氧化石墨就可以显著提高聚碳酸亚丙酯的力学性能。然而，这些填料价格昂贵，从而限制了这类复合材料的推广使用。
尼龙粉末即聚酰胺粉末，是一种常见的粉体材料。尼龙粉保持了原有尼龙的优异性能，具有良好的机械性能、耐磨性、自润滑、耐油、电绝缘性良好等优良性能，且无毒无味，广泛应用于粉末涂料、黏合剂、医药、化妆品等领域，成为一种很有发展前景的高分子材料。然而，将尼龙粉末用作高分子材料填充剂从而对高分子材料进行改性却鲜见报道。
发明内容
基于此，本发明目的在于提供一种尼龙粉/聚碳酸亚丙酯复合材料及其制备方法。
本发明所提供的尼龙粉/聚碳酸亚丙酯复合材料是由尼龙粉和聚碳酸亚丙酯（PPC）组成，其中，尼龙粉和聚碳酸亚丙酯的质量比为0.1～4：100。
所述聚碳酸亚丙酯的数均分子量为1.5×104～3×105，分子量分布为1.3～7.5。
所述尼龙粉可以为尼龙3、尼龙6、尼龙66、尼龙46、尼龙1010、尼龙11和尼龙12中的任意一种或两种以上的混合物。
所述尼龙粉的粒度在200目以上。
一种上述尼龙粉/聚碳酸亚丙酯复合材料的制备方法，其采用溶液共混的方法获得，具体为：将聚碳酸亚丙酯溶解于适量的溶剂中获得溶液a，将尼龙粉分散于适量的溶剂中获得溶液b，然后将溶液a和溶液b混合到一起，搅拌至溶剂挥发（约需4～12h），室温干燥8～16h，再真空干燥24～48h。
具体的，所述溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮、四氢呋喃、乙酸乙酯和二氧六环中的一种或两种以上的混合物。溶剂的添加量以为聚碳酸亚丙酯/尼龙粉重量的5～15倍为宜。
上述尼龙粉/聚碳酸亚丙酯复合材料的另一种制备方法，也可以采用熔融共混的方法获得，具体为：按比例取聚碳酸亚丙酯和尼龙粉，然后置于混合设备中于130～180℃熔融共混5～30min，冷却即得产品。也可以根据需要，将所得复合材料进一步压制成片材。
具体的，熔融共混所用混合设备为密炼机、单螺杆挤出机或双螺杆挤出机等。
本发明所提供的复合材料具有优良的性能，热性能和力学性能等性能指标表现优异。制备方法简单，效果好，经济性好。可以从以下几个方面得到具体的体现：
1）所得复合材料具有优良的热性能和力学性能，且填料控制在较少用量时就可达到比较好的改性效果；
2）尼龙粉廉价易得；
3）尼龙粉/PPC复合材料采用溶液共混或熔融共混的方式制备，共混法对设备要求低，操作简单，便于实施。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明，但本发明的保护范围不限于此。
尼龙粉/聚碳酸亚丙酯复合材料>
本发明所提供的尼龙粉/聚碳酸亚丙酯复合材料，是采用尼龙粉作为改性剂对聚碳酸亚丙酯进行共混改性。所述尼龙粉和聚碳酸亚丙酯的质量比为0.1～4：100，优选用0.1～2：100。
本发明所选用聚碳酸亚丙酯的数均分子量为1.5×104～3×105，分子量分布为1.3～7.5。优选用数均分子量为2×104～2.5×105，分量分布为1.5～4.5。
本发明所选用的尼龙粉目数要求在200目以上，作为优选，尼龙粉的目数在400～1000之间。
本发明所选用的尼龙粉为尼龙3、尼龙6、尼龙66、尼龙46、尼龙1010、尼龙11和尼龙12中的任意一种或两种以上的混合物。优选地，本发明的尼龙粉选自尼龙3、尼龙6、尼龙66和尼龙46。
制备方法>
本发明所提供的尼龙粉/聚碳酸亚丙酯复合材料的制备方法包括溶液共混和熔融共混。作为优选，本发明优先选用熔融共混的方法。
所述熔融共混的温度为130～180℃，优选熔融共混温度为150～170℃，熔融共混时间为5～30min，优选共混时间为8～20min。
实施例1－8
将50g聚碳酸亚丙酯（PPC，数均分子量为2.2×104，分子量分布指数3.8）和不同添加量的尼龙粉在密炼机中于一定温度下熔融共混一定时间，冷却，即得尼龙粉/聚碳酸亚丙酯复合材料产品。实施例1至8中的具体尼龙粉种类、尼龙粉与PPC质量比、熔融共混温度及共混时间等工艺参数详见表1。
对比例1和2
将50g聚碳酸亚丙酯（PPC，数均分子量为2.2×104，分子量分布指数3.8）分别与0.025g、3g的尼龙3粉在密炼机中于180℃熔融共混10min，冷却，即得尼龙粉/聚碳酸亚丙酯复合材料产品。具体可见表1。
表1、不同实施例中的各工艺参数
<测试方法>
上述实施例1至8以及对比例1、2所得复合材料分别在硫化机上于100℃热压成1mm左右厚度的薄膜。将所得薄膜进行差示扫描量热仪、热重分析仪和静态拉伸测试。结果见表2。
差示扫描量热仪的测试条件为：采用Mettler-ToledoDSC822e差示扫描量热仪进行测试。首先在70℃恒温5min，消除热历史，快速降温至-30℃，然后以20℃/min的升温速率升温至70℃，记录玻璃化转变温度。
热重分析仪的测试条件为：采用Mettler-ToledoTGA/SDTA851e热重分析仪进行测试。气氛为氮气，升温速率为10℃/min，扫描温度范围为25℃～550℃。
静态拉伸实验是按照ASTM标准进行测试的，拉伸速率为50mm/min。采用Instronl185仪器进行测试。
表2、不同实施例所得复合材料的测试结果
从表2中可以看出：加入少量的尼龙粉填料就可以较好地改善聚碳酸亚丙酯的性能。而且由于尼龙粉用量较少，所得复合材料还具有比较好的透光性，可以用作包装材料使用。
Claims (8)
1.一种尼龙粉/聚碳酸亚丙酯复合材料，其特征在于，该复合材料由尼龙粉和聚碳酸亚丙酯组成，其中，尼龙粉和聚碳酸亚丙酯的质量比为0.1～4：100。
2.根据权利要求1所述的尼龙粉/聚碳酸亚丙酯复合材料，其特征在于：所述聚碳酸亚丙酯的数均分子量为1.5×104～3×105，分子量分布为1.3～7.5。
3.根据权利要求1所述的尼龙粉/聚碳酸亚丙酯复合材料，其特征在于，所述尼龙粉为尼龙3、尼龙6、尼龙66、尼龙46、尼龙1010、尼龙11和尼龙12中的一种或两种以上的混合物。
4.根据权利要求1所述的尼龙粉/聚碳酸亚丙酯复合材料，其特征在于，所述尼龙粉的粒度在200目以上。
5.一种权利要求1至4任一所述尼龙粉/聚碳酸亚丙酯复合材料的制备方法，其特征在于，采用溶液共混的方法获得，具体为：将聚碳酸亚丙酯溶解于适量的溶剂中获得溶液a，将尼龙粉分散于适量的溶剂中获得溶液b，然后将溶液a和溶液b混合到一起，搅拌至溶剂挥发，室温干燥8～16h，再真空干燥24～48h。
6.根据权利要求5所述尼龙粉/聚碳酸亚丙酯复合材料的制备方法，其特征在于，所述溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮、四氢呋喃、乙酸乙酯和二氧六环中的一种或两种以上的混合物。
7.一种权利要求1至4任一所述尼龙粉/聚碳酸亚丙酯复合材料的制备方法，其特征在于，采用熔融共混的方法获得，具体为：按比例取聚碳酸亚丙酯和尼龙粉，然后置于混合设备中于130～180℃熔融共混5～30min，冷却即得产品。
8.根据权利要求7所述尼龙粉/聚碳酸亚丙酯复合材料的制备方法，其特征在于，熔融共混所用混合设备为密炼机、单螺杆挤出机或双螺杆挤出机。
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