[发明专利]纳米二氧化硅粒子改性聚丙烯及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及改性聚丙烯技术领域，特别是涉及一种纳米二氧化硅粒子改性聚丙烯及其制备方法。

背景技术

用纳米粒子对聚合物材料进行改性能使复合改性材料同时具有高强、高韧性能。现有的无机纳米粒子/聚合物复合材料的制备方法主要有三种：溶胶-凝胶法；嵌入法；直接分散法或熔融共混法。前两种方法尽管可以得到纳米结构的复合材料，但工艺条件复杂。第三种方法最为实用和便利，但在熔融共混过程中，有限的剪切力很难打散纳米粒子团聚体。因此，通常需对纳米粒子表面进行接枝聚合物改性，以增强粒子与聚合物粘结、防止团聚。现有无机纳米粒子改性聚丙烯的制备方法都需要对其先进行表面处理，所要求的条件苛刻、工艺复杂、成本较高。

发明内容

本发明所要解决的技术方案是克服现有技术的不足，提供一种纳米二氧化硅粒子改性聚丙烯及其制备方法，该方法使用廉价的高浓度硅溶胶作为填充物，代替纳米粉体作为填充物来改善聚丙烯的力学和结晶性能及刚性粒子在聚丙烯中的分散性，改变了在聚合物中引入纳米粒子只能以粉体形式进入的技术现状，提供了一种新的在聚合物中引入纳米粒子的方式。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

按照重量份计算，本发明纳米二氧化硅粒子改性聚丙烯是由聚丙烯90～110份和高浓度硅溶胶0.15～4份加入助剂制备而成。发明人经过大量的实验证明：高浓度硅溶胶的加入量高于4份时，用量偏大，分散性差、容易团聚，冲击强度和结晶度下降；高浓度硅溶胶加入量低于0.15份时，硅溶胶含量太少而结晶度提高不明显，影响其力学性能的提高。

优选地，纳米二氧化硅粒子改性聚丙烯是由聚丙烯100份和高浓度硅溶胶3份加入助剂制备而成。

前述纳米二氧化硅粒子改性聚丙烯中的高浓度硅溶胶中纳米二氧化硅的质量百分比浓度为20～50％。

优选地，高浓度硅溶胶的浓度选择为40％。经发明人的大量研究证明，硅溶胶高于此浓度时，其稳定性较差，易凝胶；低于此浓度时，体系含水量高，加工时易产生气泡，且易使制品表面产生飞花现象，所以用硅溶胶填充聚丙烯时，最好选用二氧化硅质量百分比浓度为40％的硅溶胶。

前述高浓度硅溶胶的pH值为2～4或9～11。这样的pH值能保证硅溶胶的稳定性。

本发明还提供了一种纳米二氧化硅粒子改性聚丙烯的优选地制备方法：将聚丙烯、高浓度硅溶胶和助剂混合均匀，然后按照聚合物加工成型的方法在双螺杆挤出机中挤出得到聚丙烯粒料，将粒料干燥至水份含量在0.01％以下即得改性聚丙烯。

其中，双螺杆挤出机的螺杆温度为：I区165℃～175℃、II区175℃～180℃、III区180℃～185℃、IV区185℃～190℃、V区190℃～195℃、VI区195℃～200℃、VII区200℃～205℃、VIII区205℃～215℃、机头温度205℃～215℃，螺杆转速为180～240转/分。

优选地，双螺杆挤出机的螺杆温度为：I区170℃、II区175℃、III区180℃、IV区185℃、V区190℃、VI区195℃、VII区200℃、VIII区205℃、机头温度205℃，螺杆转速为200转/分。

本发明机理：硅溶胶是二氧化硅微粒分散于水中或有机溶剂中的胶体溶液，具有高度的分散性。高浓度硅溶胶添加到聚丙烯中起到以下作用：(1)提高分散性，与纳米二氧化硅相比较，硅溶胶在聚丙烯中分散效果更好。(2)提高结晶度，进而改善聚丙烯材料的力学性能。(3)作为异相成核剂提高聚丙烯结晶度并优化各项性能。

本发明的技术方案是发明人经过大量的实验得出的，具体如下：

一、高浓度硅溶胶与纳米二氧化硅对结晶性能、力学性能和分散性的影响

添加不同质量百分比浓度的高浓度硅溶胶与纳米二氧化硅研究硅溶胶与纳米二氧化硅的加入量对聚丙烯结晶性能、力学性能和分散性的影响。