CN105462070A - 一种高性能亲水聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种高性能亲水聚丙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高性能亲水聚丙烯复合材料及其制备方法，该复合材料主要由聚丙烯、POE弹性体、亲水无机颗粒(自制)组成，按重量百分比计算，其组成和配比为：聚丙烯60-85％，POE弹性体10-30％，亲水无机颗粒0.1-5％,抗氧剂0.2-5％。将聚丙烯、POE弹性体和亲水无机颗粒在40-100℃下分别真空干燥1-10个小时，按一定比例将它们与抗氧剂在高速混料机中混合2-10分钟；将混匀的物料加入双螺杆挤出机挤出、造粒。本发明所制备的高性能亲水聚丙烯复合材料既具有优良的力学性能，同时亲水性能也大大提高，并且制备工艺简单。

Description

一种高性能亲水聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高性能亲水聚丙烯复合材料及其制备方法，尤其涉及一种兼具高力学性能和亲水性能的聚丙烯复合材料及其制备方法。属于高分子材料技术领域。
背景技术
聚丙烯(PP)是由丙烯聚合而得到的高分子化合物。原料来源丰富、价格便宜，合成工艺比较简单。聚丙烯具有相对密度小、价格低、加工性好以及综合性能好等特点。因而在生产中起着越来越重要的作用。但由于其冲击韧性低、低温易脆裂、制品容易变形等缺点，极大地限制了其应用。因此，对PP进行增韧以拓宽其应用领域一直是人们研究的重点和热点。同时由于聚丙烯分子中不含极性基团而难以和金属、玻璃粘结，与许多其他非烯烃类高聚物不相容。
聚丙烯的改性方法多种多样，总体上可分为化学和物理两类。化学改性主要是改变聚丙烯的分子链结构，从而改进材料的性能，主要包括：共聚、接枝、交联、氯化、氯磺化等。物理改性主要是通过改变聚丙烯材料的高次结构，以达到改善材料性能的目的，主要包括：共混改性、填充改性、复合增强、等离子表面改性等几大类。
改善聚丙烯的亲水性主要有聚丙烯本体改性、表面处理改性和共混改性等，聚丙烯本体改性主要为通过化学方法在聚丙烯大分子链接枝改极性基团，但不可避免地会对聚丙烯的结构性能产生影响；其中共混改性主要是通过添加亲水性小分子如乙醇或某些表面活性剂使得聚丙烯获得亲水性能，这样获得的亲水性较短暂，随着使用时间的延长，小分子将很快解吸，亲水性下降直至消失；表面处理改性多涉及辐射处理法，通过紫外光、电子书、等离子体等改变聚丙烯表面的化学构成，改善亲水性，但过量辐射也会引起聚丙烯强度的降低。
近年来对聚丙烯进行增韧改性时人们常使用弹性体与无机刚性粒子协同增韧，制成聚丙烯/弹性体/无机刚性粒子三元复合体系，使其在基本不降低强度的同时增强其韧性。
本发明使用聚丙烯和POE弹性体复合材料作为树脂基体，利用熔融共混的方式加入经过聚多巴胺改性后的纳米二氧化硅无机粒子。改性后的纳米二氧化硅无机粒子与POE弹性体协同增韧聚丙烯的同时，其表面的聚多巴胺由于具有良好的亲水性能，使得复合材料亲水性能得到大幅度改善。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种具有高力学性能并兼具亲水性能的聚丙烯复合材料及其制备方法。
本发明通过以下技术方案实现：
一种高性能亲水聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的复合材料主要由聚丙烯、POE弹性体、亲水无机颗粒(自制)组成，按重量百分比计算，包括如下组成和配比：
其中，所述的聚丙烯为中国石油化工股份有限公司生产的M800E、LGM1600的一种或几种，
所述的POE弹性体(乙烯-辛烯共聚物)为三井化学DF740，
所述的抗氧剂为巴斯夫公司的抗氧剂168、抗氧剂1010和抗氧剂PS800的一种或几种，
所述的亲水无机粒子为经多巴胺包覆后的纳米二氧化硅无机颗粒，具体制备步骤如下：
(1)将纳米二氧化硅和分散剂六偏磷酸钠溶于去离子水中，玻璃棒搅拌5min，超声分散10min后制成质量百分数为1.5％的二氧化硅悬浮液，
(2)向二氧化硅悬浮液中加入10mmol的tris(三(羟甲基)氨基甲烷)试剂，滴入0.1mol/L盐酸将悬浮液的PH调至8.5，
(3)向悬浮液中加入悬浮液质量百分数0.1％～1％的盐酸多巴胺单体，反应24小时，
(4)将反应后的悬浮液进行高速离心分离并干燥后，制得亲水无机粒子；
所述的纳米二氧化硅和盐酸多巴胺单体均为上海阿拉丁生化科技股份有限公司生产。
本发明还提供一种上述复合材料的制备方法。
一种高性能亲水聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将聚丙烯、POE弹性体和亲水无机颗粒在40-100℃下分别真空干燥1-10个小时，按所述比例将它们与抗氧剂在高速混料机中混合2-10分钟；
(2)将混匀的物料加入挤出机挤出、造粒。
挤出机为单螺杆挤出机或双螺杆挤出机。
所制得物料通过注塑机注射成型制备样品检测亲水性能和力学性能。
有益效果
由本发明提供改性方法所制备的亲水无机粒子和POE弹性体，能够在添加量较少的情况下，显著提高无规共聚聚丙烯材料的韧性和亲水性能，且刚性下降较少，使复合材料具有优异的综合性能。改性后的聚丙烯复合材料的冲击强度由纯聚丙烯材料4.87KJ/m2提高到44.74KJ/m2，增韧效果明显；拉伸强度由纯聚丙烯材料31.13MPa下降到17.9MPa；水接触角由纯聚丙烯材料的104.3°降低到52.82°，亲水性能得到大幅改善。同时，此种制备方法工艺简单，适合工业化生产。
附图说明
图1为空白对比例中聚丙烯复合材料的接触角照片
图2为实施例1中聚丙烯复合材料的接触角照片
图3为实施例2中聚丙烯复合材料的接触角照片
具体实施方式
下面实施例进一步描述本发明，在不违反本发明的宗旨下，本发明应不限于以下实施例具体明示的内容。
实施例所用原料如下：
聚丙烯，M800E，中国石油化工股份有限公司(中国石化)
POE弹性体，DF740，新加坡三井化学公司
纳米二氧化硅，上海阿拉丁生化科技股份有限公司
盐酸多巴胺，上海阿拉丁生化科技股份有限公司
tris三(羟甲基)氨基甲烷，上海阿拉丁生化科技股份有限公司
六偏磷酸钠，上海凌峰化学试剂有限公司
抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂PS800，德国巴斯夫股份有限公司
空白对比例
准确称取80份聚丙烯M800E，20份POE弹性体DF740，以及0.3份抗氧剂1010，0.4份抗氧剂168。POE弹性体在40℃下干燥24h，聚丙烯在80℃下干燥6h。将干燥后的物料加入高速混料机中混合5分钟，再将混合好之后的物料加入双螺杆挤出机中挤出、造粒。将得到的聚合物在120℃下干燥4小时，用注射成型方法制备测试性能的样条。注射温度210℃，注射压力20MPa，注射时间5sec，冷却时间5sec。将制备好的样条静置于温度25℃，50％湿度的恒温恒湿室中24小时后测试性能。所得复合材料1的拉伸强度为22.12MPa，缺口冲击强度为24.65J/m2，接触角为106.4°。POE弹性体的加入使得聚丙烯的韧性得到良好改善，拉伸强度略有下降，复合材料水接触角基本没有改变，保持着疏水的特性。
实施例2
准确称取80份聚丙烯M800E，20份POE弹性体DF740，1.0份自制亲水无机粒子，以及0.3份抗氧剂1010，0.4份抗氧剂168。POE弹性体在40℃下干燥24h，聚丙烯在80℃下干燥6h。将干燥后的物料、无机粒子以及抗氧剂加入高速混料机中混合5分钟，其余操作与实施例1相同，将得到的聚合物在120℃下干燥4小时，用注射成型方法制备测试性能的样条。注射温度210℃，注射压力20MPa，注射时间5sec，冷却时间5sec。将制备好的样条静置于温度25℃，50％湿度的恒温恒湿室中24小时后测试性能。所得复合材料2的拉伸强度为17.9MPa，缺口冲击强度为44.74J/m2，接触角为80.2°。POE弹性体和亲水无机粒子形成了明显的协同增韧聚丙烯的效应，同时该粒子的加入改善了复合材料的亲水性。
实施例3
准确称取80份聚丙烯M800E，20份POE弹性体DF740，2.0份自制亲水无机粒子，以及0.3份抗氧剂1010，0.4份抗氧剂168。POE弹性体在40℃下干燥24h，聚丙烯在80℃下干燥6h。将干燥后的物料、无机粒子以及抗氧剂加入高速混料机中混合5分钟，其余操作与实施例1相同，将得到的聚合物在120℃下干燥4小时，用注射成型方法制备测试性能的样条。注射温度210℃，注射压力20MPa，注射时间5sec，冷却时间5sec。将制备好的样条静置于温度25℃，50％湿度的恒温恒湿室中24小时后测试性能。所得复合材料2的拉伸强度为19.67MPa，缺口冲击强度为35.31J/m2，接触角为52.82°。POE弹性体和亲水无机粒子形成了明显的协同增韧聚丙烯的效应，同时该粒子的加入显著改善了复合材料的亲水性。
由上述实施例和对比例可见，本发明制得的高性能亲水聚丙烯复合材料具有优良的亲水性，持久性高，同时由于POE弹性体和无机刚性粒子的存在，起到了协同增韧聚丙烯的作用，使得复合材料的韧性改善明显。同时由于本方法所制得的复合材料制备工艺简单，亲水无机粒子具有特征极性官能团，具有后期加工多样性，因此，本发明具有较强的应用前景。

Claims (3)

1.一种高性能亲水聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的复合材料主要由聚丙烯、乙烯-辛烯共聚物弹性体、亲水无机颗粒组成，按重量百分比计，包括如下组成和配比：
其中，所述的聚丙烯为中国石油化工股份有限公司生产的M800E、LGM1600的一种或几种，
所述的乙烯-辛烯共聚物弹性体为三井化学DF740，
所述的抗氧剂为巴斯夫公司的抗氧剂168、抗氧剂1010和抗氧剂PS800的一种或几种，
所述的亲水无机粒子为经多巴胺包覆后的纳米二氧化硅无机颗粒，是通过如下步骤制得的：
(1)将纳米二氧化硅和分散剂六偏磷酸钠溶于去离子水中，玻璃棒搅拌5min，超声分散10min后制成质量百分数为1.5％的二氧化硅悬浮液，
(2)向二氧化硅悬浮液中加入10mmol的三(羟甲基)氨基甲烷试剂，滴入0.1mol/L盐酸将悬浮液的PH值调至8.5，
(3)向步骤(2)的悬浮液中加入悬浮液质量百分数0.1％～1％的盐酸多巴胺单体，反应24小时，
(4)将步骤(3)反应后的悬浮液进行高速离心分离并干燥后，制得亲水无机粒子。
2.如权利要求1所述的高性能亲水聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将聚丙烯、POE弹性体和亲水无机颗粒在40-100℃下分别真空干燥1-10个小时，按所述比例将它们与抗氧剂在高速混料机中混合2-10分钟；
(2)将混匀的物料加入挤出机挤出、造粒，制得所述的亲水聚丙烯复合材料。
3.如权利要求2所述的高性能亲水聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述的挤出机为单螺杆挤出机或双螺杆挤出机。
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