[发明专利]聚丙烯/碳酸钙纳米复合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种聚丙烯复合物，特别涉及到聚丙烯(PP)/碳酸钙(CaCO₃)纳米复合物，以及该纳米复合物的制备方法。

背景技术

聚丙烯由于具有优良的物理、化学性能以及价格低廉等特点，自1957年工业化以来得到广泛应用。但是聚丙烯也存在模量和强度低，限制了其在产业方面的应用。对PP进行高性能化改性研究，使之某些重要的性能指标达到或接近工程塑料的要求，从而扩大聚丙烯的应用领域，具有重要的应用价值。

利用添加无机粒子共混改性的方法提高聚合物的使用性能，是获取低成本高性能PP的有效途径。尤其是随着纳米技术和无机粒子表面改性技术的发展，改变了以往用无机粒子改性聚合物必须以牺牲某些力学性能为代价的情况，使无机粒子作为改性剂制备高性能聚合物材料成为可能。

碳酸钙是高分子材料中常用的改性剂，为了提高碳酸钙与基体的相容性和在基体中的均匀分散，通常需要对碳酸钙进行表面处理，表面处理的方法主要包括非离子改性剂、超分散剂、三官能团有机改性剂、稀土类物质、复合改性剂和原位聚合物表面处理等。通过对碳酸钙的表面处理，可显著提高聚丙烯/碳酸钙复合材料的力学性能、结晶性能和耐热性能等。

硬脂酸钙是高分子材料加工中常用的润滑剂和脱模剂，在聚丙烯中易分散，采用硬脂酸钙作为表面改性剂处理纳米碳酸钙，得到表面处理的纳米碳酸钙，使纳米碳酸钙在加工过程中不易团聚，达到纳米分散，从而提高聚丙烯复合物的性能。关于此类研究未见相关报道。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种强度、模量以及韧性平衡的高性能聚丙烯(PP)/碳酸钙(CaCO₃)纳米复合物。

本发明的目的之二是提供采用硬脂酸钙作为表面改性剂，在特定温度下高速搅拌硬脂酸钙和纳米碳酸钙的混合物，制备出用于制备聚丙烯/碳酸钙纳米复合物的硬脂酸钙表面处理的纳米碳酸钙粉末。

本发明的目的之三是通过双螺杆挤出机共混，让表面改性的纳米碳酸钙均匀分散于聚丙烯均聚物基体中，以提供一种综合性能优异的聚丙烯(PP)/碳酸钙(CaCO₃)纳米复合物的制备方法。

本发明的基本构思和主要技术构成为：针对现有聚丙烯模量低的缺点，提供了一种适合于制备高模量的聚丙烯/碳酸钙纳米复合物。为了提高纳米碳酸钙的分散性，对纳米碳酸钙表面进行处理。

本发明的聚丙烯/碳酸钙纳米复合物由以下组分和含量组成：

聚丙烯均聚物                      90-99.5wt％

表面改性的纳米碳酸钙              0.5-10wt％

所述的聚丙烯均聚物的重均分子量为20～40万。

所述的表面改性的纳米碳酸钙的粒径为20～200nm。

当上述的表面改性的纳米碳酸钙在纳米复合物中的重量百分数低于0.5％时，所得聚丙烯/碳酸钙纳米复合物的模量提高不明显；当表面改性的纳米碳酸钙在聚丙烯/碳酸钙纳米复合物中的重量百分数超过10％时，所得聚丙烯/碳酸钙纳米复合物的模量显著提高，但材料的韧性下降。

所述的表面改性的纳米碳酸钙是由硬脂酸钙表面改性纳米碳酸钙得到的；具体制备方法为：

(1)可将块状纳米碳酸钙烘干(可在烘箱中)，除去水分，在高速粉碎机中粉碎，然后将纳米碳酸钙粉粒过(如500目)网筛，得到粒径为20～200nm的纳米碳酸钙粉末；

(2)以纳米碳酸钙粉末的重量份为基准，将步骤(1)得到的烘干的100重量份的纳米碳酸钙粉末与2～3重量份的硬脂酸钙混合均匀(混合时间一般可为3～5分钟)，然后将混合好的纳米碳酸钙和硬脂酸钙置于搅拌机中，在温度为100～130℃的条件下以每分钟2500～3300转的速度下搅拌混合，然后降温至室温，得到表面包覆有硬脂酸钙的纳米碳酸钙粉末，从而得到表面改性的纳米碳酸钙粉末。

所述的在温度为100～130℃的条件下以每分钟2500～3300转的速度下搅拌混合的时间优选为10～15分钟。

本发明的聚丙烯/碳酸钙纳米复合物的制备方法：将90～99.5wt％的聚丙烯均聚物和0.5～10wt％的表面改性的纳米碳酸钙进行均匀混合得到混合物，然后将混合物用双螺杆挤出机在温度为190～220℃下进行熔融共混挤出、铸带、造粒制得。

所述的聚丙烯均聚物、纳米碳酸钙和硬脂酸钙均为市售产品。