CN109734963A - 一种用于改善塑料耐磨性的填料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于改善塑料耐磨性的填料，按重量计，由以下原料制成：膨润土10‑15份、沸石粉15‑20份、氮化硅纤维15‑20份、硬脂酸钠2‑3份。本发明提供的耐磨填料能显著改善聚合物的耐磨性，由于改性增强剂中的成分均经过对原料表面的修饰，表面活性较高，加工方便，成品均匀性好，避免出现分散不均造成的聚合物力学性能下降。
Description
技术领域
本申请属于新型高分子填料领域，具体涉及一种用于改善塑料耐磨性的填料。
背景技术
高分子化合物简称高分子，又叫大分子，一般指相对分子质量高达几千到几百万的化合物，绝大多数高分子化合物是许多相对分子质量不同的同系物的混合物，因此高分子化合物的相对分子质量是平均相对分子量。高分子化合物是由千百个原子以共价键相互连接而成的，虽然它们的相对分子质量很大，但都是以简单的结构单元和重复的方式连接的。
聚丙烯是一种常见的塑料材料，可以用于汽车内饰，但是，聚丙烯的耐磨性较差，容易产生擦痕，现有的方式往往通过在原料中加入二硫化钼、聚四氟乙烯等改善聚丙烯的耐磨性，也有通过在聚丙烯中加入滑石粉填充来增加聚丙烯的耐磨性，但是对耐磨性的提升较小，而且会造成聚丙烯延性下降。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于改善塑料耐磨性的填料，通过加入耐磨填料，提升聚合物的耐磨性。
本发明通过以下技术方案实现：
一种用于改善塑料耐磨性的填料，按重量计，由以下原料制成：膨润土10-15份、沸石粉15-20份、氮化硅纤维15-20份、硬脂酸钠2-3份。
所述氮化硅纤维使用以下方法处理：
（1）将正硅酸乙酯、体积分数50%的乙醇溶液按照质量比1:3进行混合，投入到玻璃容器中，然后缓慢滴加浓度为0.5 mol/L的盐酸溶液，调节整体的pH值为3-4，随后将玻璃容器加热至40℃，并不断搅拌处理1-2h后备用；
（2）向步骤（1）处理后的玻璃容器内缓慢滴加浓度为0.5mol/L的氨水溶液，调节混合液的pH值为8-9，随后将玻璃容器加热保持为42℃，并不断搅拌处理1h后得混合凝胶备用；
（3）将氮化硅纤维放入到浓度为0.1mol/L的硝酸溶液中浸泡处理15-20min，然后取出用去离子水冲洗2-3遍后，最后将氮化硅纤维放入到质量分数为10%的硅烷偶联剂溶液中浸泡处理15-20min后捞出烘干备用；
（4）将步骤（3）处理后的氮化硅纤维投入到步骤（2）所得的混合凝胶中，氮化硅纤维投入的量是混合凝胶总质量的3-5倍，超声处理2h后，烘干，得到改性氮化硅纤维。
所述沸石粉经过以下处理：
（1）将质量分数为5%的氢氧化钠与体积分数70%的乙醇溶液按体积比5:1混合，得到混合溶液，将沸石粉放入混合溶液，搅拌，浸泡处理30min；
（2）将步骤（1）处理好的沸石粉水洗，烘干，然后使用质量分数2%的盐酸溶液浸泡30min，水洗至无法检出氯离子，烘干；
（3）将沸石粉与柠檬酸锌、纳米氧化锌按重量比10:0.2:0.5的比例混合，使用高速分散机处理2-3h，得到处理后的沸石粉。
所述膨润土经过改性处理，将膨润土使用质量分数5%的盐酸溶液浸泡处理30min，然后使用去离子水清洗，烘干；将膨润土按50g：500mL的比例均匀分散于分散液中，分散液为膨胀石墨、硫酸锌、去离子水按重量比3:5:20的比例混合制成，然后加热至70℃，以200r/min转速搅拌1h，然后进行选择蒸发干燥至恒重，即得。膨润土经过改性后，能够显著提升膨润土的分散性能，在与树脂复配后，能提升树脂的耐热性和树脂的耐磨损性能。
本申请中的耐磨填料使用膨润土、沸石粉和改性氮化硅纤维制成，使用凝胶和偶联剂对氮化硅纤维进行处理，提升了纤维与聚丙烯结合的牢固程度，并且在加工过程中与聚合物产生一定的交联，提升耐磨性，通过对沸石粉进行改性，使沸石表面活性增强，与改性的膨润土和改性氮化硅纤维混合后使用，使得耐磨填料能够在树脂中充分分散，通过吸附、交联等方式，作为聚丙烯分子链连接的加强支点，使得聚丙烯的强度和耐磨性显著增强，在高冲击下，在沸石、膨润土等产生滑移，带动分子链产生滑移，使材料的抗冲击强度强度及耐老化及酸碱性能也能明显提升。
本发明的有益效果：本发明提供的耐磨填料能显著改善聚合物的耐磨性，由于改性增强剂中的成分均经过对原料表面的修饰，表面活性较高，加工方便，成品均匀性好，避免出现分散不均造成的聚合物力学性能下降，同时，由于耐磨填料与聚合物络合稳定性好，避免了在使用过程中增强剂迁移到材料表面造成材料耐磨性下降等缺陷。
具体实施方式
实施例1
一种用于改善塑料耐磨性的填料，按重量计，由以下原料制成：膨润土12份、沸石粉18份、氮化硅纤维16份、硬脂酸钠2.5份。
所述改性氮化硅纤维使用以下方法处理：
（1）将正硅酸乙酯、体积分数50%的乙醇溶液按照质量比1:3进行混合，投入到玻璃容器中，然后缓慢滴加浓度为0.5 mol/L的盐酸溶液，调节整体的pH值为3-4，随后将玻璃容器加热至40℃，并不断搅拌处理1-2h后备用；
（2）向步骤（1）处理后的玻璃容器内缓慢滴加浓度为0.5mol/L的氨水溶液，调节混合液的pH值为8-9，随后将玻璃容器加热保持为42℃，并不断搅拌处理1h后得混合凝胶备用；
（3）将氮化硅纤维放入到浓度为0.1mol/L的硝酸溶液中浸泡处理15-20min，然后取出用去离子水冲洗2-3遍后，最后将氮化硅纤维放入到质量分数为10%的硅烷偶联剂溶液中浸泡处理15-20min后捞出烘干备用；
（4）将步骤（3）处理后的氮化硅纤维投入到步骤（2）所得的混合凝胶中，氮化硅纤维投入的量是混合凝胶总质量的3-5倍，超声处理2h后，烘干，得到改性氮化硅纤维。
所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯。
所述抗氧化剂为抗氧剂1010余抗氧剂168重量比3:1组成。
所述硅烷偶联剂为偶联剂KH550。
所述沸石粉经过以下处理：
（1）将质量分数为5%的氢氧化钠与体积分数70%的乙醇溶液按体积比5:1混合，得到混合溶液，将沸石粉放入混合溶液，搅拌，浸泡处理30min；
（2）将步骤（1）处理好的沸石粉水洗，烘干，然后使用质量分数2%的盐酸溶液浸泡30min，水洗至无法检出氯离子，烘干；
（3）将沸石粉与柠檬酸锌、纳米氧化锌按重量比10:0.2:0.5的比例混合，使用高速分散机处理2-3h，得到处理后的沸石粉。
所述聚丙烯中等规聚丙烯的比例为94%。
所述膨润土经过改性处理，将膨润土使用质量分数5%的盐酸溶液浸泡处理30min，然后使用去离子水清洗，烘干；将膨润土按50g：500mL的比例均匀分散于分散液中，分散液为膨胀石墨、硫酸锌、去离子水按重量比3:5:20的比例混合制成，然后加热至70℃，以200r/min转速搅拌1h，然后进行选择蒸发干燥至恒重，即得。
实施例2
一种高强度聚丙烯，按重量计由以下原料制成：聚丙烯树脂87份、增塑剂6份、抗氧化剂2份、耐磨填料18份；
所述耐磨填料使用以下成分制成：膨润土15份、沸石粉15份、氮化硅纤维18份。
其他处理方式同实施例1。
实施例3
与实施例1相比，沸石粉不经过改性处理。
实施例4
与实施例1相比，氮化硅纤维不经过改性处理。
实施例5
与实施例1相比，沸石粉和氮化硅纤维均不经过改性处理。
实施例6
与实施例1相比，膨润土不经过改性处理。
为验证本申请中改善塑料耐磨性的填料对聚丙烯耐磨性等性能的影响，使用聚丙烯设置了以下实验。
耐磨聚丙烯按重量计由以下成分制备：聚丙烯树脂85份、邻苯二甲酸二辛酯7份、抗氧化剂1.6份、本申请中的耐磨填料18份；将上述原料使用挤出机进行挤出造粒得到。
所述挤出机的长径比为35：1，挤出机一区温度186-190℃，二区温度225-230℃，三区温度240-245℃，四区温度228-230℃，机头温度245℃。
为了验证测试效果，设计以下对比实验。
对比例1
与实施例1相比，耐磨填料中不使用膨润土。
对比例2
与实施例1相比，耐磨填料中不使用沸石粉。
对比例3
与实施例1相比，耐磨填料中不使用氮化硅纤维。
对比例4
与实施例1相比，氮化硅纤维改性时，不使用硅烷偶联剂处理。
对比例5
与实施例1相比，氮化硅纤维改性时，仅仅使用酸和硅烷偶联剂处理。
对照组
聚丙烯按重量计由以下成分制备：聚丙烯树脂85份、邻苯二甲酸二辛酯7份、抗氧化剂1.6份；不使用本申请中的耐磨填料。
为了验证各实施例及对比例中制备的聚丙烯的性能，本申请对实施例和对比例中的聚丙烯的拉伸强度、缺口冲击强度耐磨性进行了测试，结果如表1：
注：拉伸强度参照GB/T 1040-2006进行测试；所述的悬臂梁缺口冲击强度参照GB/T1843-2008进行测试；耐磨性测试方式为将样品制成20mm*20mm*3mm的试样，在HT-1000高温摩擦磨损试验机上在载质量为1kg的情况下，转2000转，记录质量损失，再计算出质量损失率，来表征样品的耐磨性。
由表1可知，本申请实施例制备的聚丙烯具有更好的拉伸强度及抗冲击强度，而且材料的耐磨性相对于对比例中的方式有明显的提升。
为了验证本申请中耐磨填料添加的聚丙烯的耐酸碱性能，对各实施例及对比例中的聚丙烯的拉伸强度保持率及耐磨性保持率进行检测，结果如表2：
注：耐处理为将材料制成大小为20mm*20mm*3mm的试样放入质量分数为5%的盐酸溶液中，在室温下处理72h，测量拉伸强度保持率。
耐碱性为将大小为20mm*20mm*3mm的试样放入质量分数为5%的氢氧化钠溶液中，在室温下处理72h，测量质量损失率耐磨性保持率。
由表2可知，本申请中实施例中的耐磨填料添加的聚丙烯具有更好的耐酸碱腐蚀性，在改变了原料成分及原料的处理方式后，聚丙烯的耐酸碱性能较差。本申请中的耐磨填料对于聚氯乙烯、聚苯乙烯等的耐磨性均具有良好的提升效果。
Claims (5)
1.一种用于改善塑料耐磨性的填料，其特征在于，按重量计，由以下原料制成：膨润土10-15份、沸石粉15-20份、氮化硅纤维15-20份、硬脂酸钠2-3份。
2.根据权利要求1所述的一种用于改善塑料耐磨性的填料，其特征在于，所述氮化硅纤维使用以下方法处理：
（1）将正硅酸乙酯、体积分数50%的乙醇溶液按照质量比1:3进行混合，投入到玻璃容器中，然后缓慢滴加浓度为0.5 mol/L的盐酸溶液，调节整体的pH值为3-4，随后将玻璃容器加热至40℃，并不断搅拌处理1-2h后备用；
（2）向步骤（1）处理后的玻璃容器内缓慢滴加浓度为0.5mol/L的氨水溶液，调节混合液的pH值为8-9，随后将玻璃容器加热保持为42℃，并不断搅拌处理1h后得混合凝胶备用；
（3）将氮化硅纤维放入到浓度为0.1mol/L的硝酸溶液中浸泡处理15-20min，然后取出用去离子水冲洗2-3遍后，最后将氮化硅纤维放入到质量分数为10%的硅烷偶联剂溶液中浸泡处理15-20min后捞出烘干备用；
（4）将步骤（3）处理后的氮化硅纤维投入到步骤（2）所得的混合凝胶中，氮化硅纤维投入的量是混合凝胶总质量的3-5倍，超声处理2h后，烘干，得到改性氮化硅纤维。
3.根据权利要求2所述的一种用于改善塑料耐磨性的填料，其特征在于，所述硅烷偶联剂为偶联剂KH550。
4.根据权利要求1所述的一种用于改善塑料耐磨性的填料，其特征在于，所述沸石粉经过以下处理：
（1）将质量分数为5%的氢氧化钠与体积分数70%的乙醇溶液按体积比5:1混合，得到混合溶液，将沸石粉放入混合溶液，搅拌，浸泡处理30min；
（2）将步骤（1）处理好的沸石粉水洗，烘干，然后使用质量分数2%的盐酸溶液浸泡30min，水洗至无法检出氯离子，烘干；
（3）将沸石粉与柠檬酸锌、纳米氧化锌按重量比10:0.2:0.5的比例混合，使用高速分散机处理2-3h，得到处理后的沸石粉。
5.根据权利要求1所述的一种用于改善塑料耐磨性的填料，其特征在于，所述膨润土经过改性处理，将膨润土使用质量分数5%的盐酸溶液浸泡处理30min，然后使用去离子水清洗，烘干；将膨润土按50g：500mL的比例均匀分散于分散液中，分散液为膨胀石墨、硫酸锌、去离子水按重量比3:5:20的比例混合制成，然后加热至70℃，以200r/min转速搅拌1h，然后进行选择蒸发干燥至恒重，即得。
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