[发明专利]一种聚丙烯超短纤维组合物及其制备方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及聚丙烯无机复合材料的组合物及其制备方法，所述的组合物是用于制备超短纤维的原材料。

背景技术

目前，聚丙烯通用高聚物材料每年消耗量以10％-20％速度递增，采用添加改性剂和成核剂方法，可获得高性能、环保性及高性能聚丙烯超短纤维。本发明所述的聚合物超短纤维按照国际通行的定义，为纤维切断后形成长度不大于20mm的短纤维。

现有技术的一种聚丙烯复合材料及其制备方法(公开号CN 1986627A)，包括以下质量份组成：聚丙烯40-80，聚乙烯5-20，无机刚性粒子10-30，增韧剂5-20，偶联剂0.1-5，接枝相容剂5-15；其特征是无机刚性粒子经偶联剂高温处理，与相容剂一起加入聚烯烃混合物中。该方法使韧性和刚性达到很好的平衡效果，在相同冲击强度下，复合材料弯曲模量提高15％-30％，但无机刚性粒子分散性差，尚不能用于纺丝。一种滑石粉填充聚丙烯复合材料的制备方法(公开号CN101092497A)，是在190-200℃共混温度下，向聚丙烯中依次加入马来酸酐接枝聚丙烯、滑石粉、环氧树脂、固化剂。所用聚丙烯为均聚聚丙烯，其用量的重量份分别为45-80份，马来酸酐接枝聚丙烯5-15份，环氧树脂1-10份，滑石粉15-45份，固化剂0.05-1份，共混时间7-15min，该方法工艺简单，所制备复合材料不仅强度和刚性较高，而且材料韧性也有所提高。但该复合材料不仅无机相分散性差，纺丝时易断，可纺性差。

现有技术还有以其它无机粒子与聚丙烯复合纺丝的报道，但无机粒子的分散性及其与有机体的界面作用性差。特别是，现有技术未涉及该复合材料中，使无机相剥离进一步分散的方法，而无机相剥离分散可显著改进其与有机相的界面作用。现有技术采用一种层状硅酸盐，经表面处理反应后与聚丙烯复合(柯扬船，聚合物纳米复合材料，科学出版社：北京，2009)，在优化加工条件下使其在聚丙烯中进一步剥离分散为约70nm片层，提高无机相与聚丙烯有机相的相容、力学与热学性能，但未见该技术用于提高聚丙烯超短纤的报道。

现有技术对聚丙烯无机复合材料组合物的组成优化采用均匀设计方法(方开泰，王元，均匀设计与均匀设计表，北京：科学出版社，1994：13-17)，该方法是指，在一项试验中若有s个因素，每个因素各有q水平，只需设计均匀设计表做q次实验就可优选结果，其总的实验次数要比正交实验的显著减少。

本发明采用一种经活化处理的层状硅酸盐，与聚丙烯熔体复合制成聚丙烯组合物，以均匀设计法设计多因素多水平的层状硅酸盐与聚丙烯复合试验。优化组合物的组成含量，使层状硅酸盐剥离分散、产生成核与功能性，用于纺丝及生产超短功能纤维，纤维中的无机相以约70nm均匀分散。

发明的内容

本发明的目的，首先是提供一种聚丙烯超短纤维组合物，这种组合物由聚丙烯树脂、无机相及其处理剂组成。其次，在于提供一种聚丙烯超短纤维组合物制备方法，采用均匀设计法设计多因素多水平试验。上述无机相经偶联剂、分散剂在适当温度下处理，然后与聚丙烯熔融复合制成一种中间体母粒，再与聚丙烯熔融复合，得到悬臂梁缺口冲击强度、弯曲弹性模量和熔体强度显著提高的复合材料组合物。该组合物在温度190-230℃纺丝，经切断工艺形成超短纤维，纤维中的无机相以约70nm均匀分散。

为实现本发明的目的，所述的一种聚丙烯超短纤维组合物，包括如下质量百分含量的组分：

层状硅酸盐        0.5-30.0(优选3.0-15.0)

偶联剂            1.0-20.0(优选1.0-7.0，相对层状硅酸盐)

分散剂            0.1-10.0(优选0.3-3.0，相对层状硅酸盐)

相容剂            1.0-30.0(优选1.0-15.0)

抗氧剂            0.1-1.0(优选0.1-0.3)

聚丙烯            70.0-99.5(优选85.0-97.0)

本发明所述的无机相层状硅酸盐为，海泡石，水滑石，蒙脱石，凹凸棒土，海泡石载负成核剂3988，海泡石载负成核剂NA-11，海泡石载负成核剂NA-21，水滑石载负成核剂3988，水滑石载负成核剂NA-11，水滑石载负成核剂NA-21，蒙脱石载负成核剂3988，蒙脱石载负成核剂NA-11，蒙脱石载负成核剂NA-21，凹凸棒土载负成核剂3988，凹凸棒土载负成核剂NA-11，凹凸棒土载负成核剂NA-21，或者由这些组分的两种，所任意组成的粒径3-40um的组合物。