[发明专利]一种低密度、高刚性、高韧性的聚丙烯纳米复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚丙烯纳米复合材料，具体为一种低密度、高刚性、高韧性的聚丙烯纳米复合材料，以及这种复合材料的制备方法，属于聚合物改性和加工领域。

背景技术

聚丙烯因其具有良好的加工性能和物理、化学性能而广泛应用于汽车内外饰件和电子、家电产品的外壳等，是目前增长速度最快的通用热塑性塑料。但聚丙烯也有刚性低、耐热性差、收缩率大等缺点，通常采用加入玻璃纤维或滑石粉的方法来提高聚丙烯的刚性。但玻纤的加入会影响制品的成型加工性能和表面质量，滑石粉的增加也会增大聚丙烯的密度，从而增加制品零部件的重量。如何在尽可能降低制品重量的基础上尽可能高的提高材料的刚性，成为聚合物加工改性领域较为感兴趣的研究方向。

纳米复合材料是近年来材料科学中发展十分迅速的新领域。一般来说，它是指分散相尺寸至少有一维小于100纳米的复合材料。纳米复合材料的特殊功能主要来源于粒子的小尺寸效应和众多的界面复合效应，只要用少量的纳米颗粒通过熔融混合或原位聚合的方式加入到聚合物中，就可以极大改善该聚合物的机械性能、阻隔性能以及阻燃性能，并且可以获得比常规填料增强的聚合物材料高得多的耐热性、尺寸稳定性和导电性。

自从上世纪九十年代丰田公司率先获得了层状纳米粘土与尼龙的纳米复合材料(如该公司的日本公开特许专利JP1011157所述)后，其优异的性能迅速引起了人们的关注，进行了大量聚合物基纳米粘土复合材料的相关研究，其中涉及聚丙烯基纳米粘土复合材料的重要专利包括丰田公司的日本公开特许专利JP3014854、Amcol公司的美国专利US6632868、GeneralMotors公司的美国专利US20070299185、Polyone公司的美国专利US20090117393等，并出现了包括聚丙烯/纳米粘土在内的商业化的聚合物纳米复合材料。但由于纳米填料大量添加后分散困难，通常需要与树脂预混制成母粒后再与聚合物基体共混，工艺较为繁复，同时价格较为昂贵，限制了其在聚合物基体中的添加量量上限。而单独添加少量的纳米颗粒虽然也可以获得较为可观的性能改善，但往往达不到制品的最终使用性能指标和成本要求。因此，在添加少量纳米填料并保证其良好分散的基础上，同时加入适量常规滑石粉填料及增韧弹性体，可以在相对较低的材料密度和成本条件下，获得综合性能满足实际使用要求的复合材料。

发明内容

本发明的目的在于开发一种低密度、高刚性、高韧性的聚丙烯纳米复合材料，以克服传统滑石粉填充聚丙烯材料或纳米粘土改性聚丙烯材料的局限性。

本发明的另一个目的是为了提供这种聚丙烯纳米复合材料的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种低密度、高刚性、高韧性的聚丙烯纳米复合材料，由下列重量百分比的原料组成：

聚丙烯                        55-98％

有机粘土                      1-15％

无机填料                      0-30％

相容剂                        0.1-10％

增韧剂                        0-20％

稳定剂                        0.2-2％

其它添加剂                    0-5％

其中，

所述的聚丙烯为熔体流动速率(230℃×2.16kg)在0.5-60g/10min之间的均聚丙烯或嵌段共聚丙烯，其中嵌段共聚丙烯的共聚单体常见为乙烯，其含量在4-10mol％范围内。

所述的有机粘土为经有机化处理的纳米粘土，进而所述纳米粘土选自皂石、埃洛石、膨润土、凹凸棒土、蒙脱土、高岭土、云母、绿脱石、贝得石、蛭石中的一种或两种以上的组合物，进而所述有机化处理为有机化合物通过离子交换的方法对纳米粘土进行表面改性的过程；优选经胺系有机化合物处理的纳米蒙脱土，层间距为1-20nm，平均粒径1-10μm，密度1-3g/cm3，可选的纳米蒙脱土产品包括但不限于美国Southern Clay Product公司的Cloisite10A，15A，20A，25A，93A，美国Nanocor公司的Nanomer I.30P，I.44P，浙江丰虹公司的DK1，DK2，DK4，DK1N等。

所述无机填料为滑石粉、碳酸钙、硫酸钡中的一种或以上的组合物，其平均粒径为1-20μm；优选平均粒径为1-10μm的滑石粉。