[发明专利]一种纳米核壳结构及β晶协同增韧聚丙烯的方法

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的增韧改性方法，具体涉及一种纳米核壳结构及β晶协同增韧聚丙烯的方法。

背景技术

作为通用塑料之一的聚丙烯(PP)因其具有优良的综合性能和相对低廉的价格而在生活和生产中起着越来越重要的作用，但由于其冲击韧性低、低温易脆裂、制品容易变形等缺点，极大地限制了其应用。因此，对PP进行增韧以拓宽其应用领域一直是人们研究的重点和热点。

目前，常用的改性方法包括：化学改性，其中又包括：共聚改性、接枝改性、交联改性、氯化钙性；物理改性，其中包括：弹性体共混改性、刚性有机粒子共混改性、刚性无机粒子共混改性、成核剂改性等。

PP-R是由丙烯单体和少量的乙烯单体在加热、加压和催化剂作用下共聚得到的，乙烯单体无规、随机地分布到丙烯的长链中。PP-R分子链结构、乙烯单体含量等指标对材料的长期热稳定性、力学性能及加工性能都有着直接的影响。乙烯的无规加入降低了聚合物的结晶度和熔点、改善了材料的冲击性能、长期耐静水压、长期耐热氧老化等方面的性能。乙烯单体在丙烯分子链中的分布越无规，聚丙烯性能的改变越显著。

聚丙烯(PP)是一种结晶度较高、具有同质异晶现象的高分子，在不同条件下可以形成α、β、γ等晶型。在通常加工条件下，聚丙烯结晶时的主要晶型为α晶型，而β晶型只有在特定结晶条件或者有β成核剂存在时才能够生成。α晶型晶粒粗大，晶粒间有比较明显的界面，当材料发生形变时，由外力引发的裂纹很容易沿着这些界面扩展，使材料产生脆性断裂。而β晶属于六方晶系，具有独特的螺旋状结构，与α球晶相比，β晶型具有优异的抗冲击性能，能够明显改善材料的韧性和热变形温度，因此在聚丙烯中添加β晶型成核剂是聚丙烯增韧的有效方法之一。

另一方面，近年来，在对聚丙烯进行改性时人们常使用弹性体与无机刚性粒子协同增韧，在材料基体中形成以无机刚性粒子为核、以弹性体为壳的核壳结构，制成聚丙烯/弹性体/无机刚性粒子三元复合体系，使其在基本不降低强度的同时增强其韧性。但是只有当弹性体的添加量达到20％以上韧性才会有明显提高，而这无疑很大提高了复合材料的成本且降低了材料的刚性和耐热性。

本发明中使用纳米碳酸钙为核，耐热聚乙烯为壳制成核壳粒子，并且加入了β成核剂，制成纳米核壳结构及β晶协同增韧无规共聚聚丙烯复合材料，使在降低成本的情况下就能显著提高无规共聚聚丙烯(PP-R)的韧性，并同时提高其拉伸强度，改善其耐热性和尺寸稳定性。

发明内容

本发明目的在于针对当前技术中的不足，提供了一种低成本、能够显著提高无规共聚聚丙烯复合材料韧性且同时提高其拉伸强度，并增加其耐热性和尺寸稳定性的方法。

本发明的技术方案为

一种纳米核壳结构及β晶协同增韧聚丙烯的方法，其特征在于，所述方法为：在无规共聚聚丙烯基体中加入一定比例的聚乙烯、β成核剂、纳米CaCO₃、相容剂及抗氧剂、偶联剂，对无规共聚聚丙烯材料改性，以上各组分的重量份数比如下：

无规共聚聚丙烯PP-R    75～100份；

耐热聚乙烯PE-RT       1～15份；

纳米CaCO₃             1～15份；

β成核剂              0.01～0.3份；

相容剂                0～8份；

抗氧剂                0～1份；

偶联剂                0.005～0.3份，

首先将纳米碳酸钙进行表面处理，即纳米碳酸钙与偶联剂在40～60℃搅拌10-15分钟；

然后按上述组分配比准确称取物料，将经表面处理的纳米碳酸钙与耐热聚乙烯、相容剂加入到双螺杆挤出机中进行挤出制备核壳粒子；再将所制备的核壳粒子与无规共聚聚丙烯、β成核剂、抗氧剂在高速混料机中高速共混5～10分钟，然后加到双螺杆挤出机中进行挤出并造粒，并将挤出粒料加入注塑机中进行注塑，制成纳米核壳结构及β晶协同增韧的无规共聚聚丙烯复合材料；

其中，

所述的无规共聚聚丙的熔体流动速率(MFR)为0.3g/10min(230℃，2.16kg)，

乙烯含量为1％～7％，密度为0.90～0.91g/cm³；

所述的耐热聚乙烯的熔体流动速率(MFR)为0.6g/10min(190℃，2.16kg)；

所述的纳米CaCO₃的直径为20-100nm；