[发明专利]含生物碳酸钙的β晶聚丙烯复合材料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，特别涉及一种含生物碳酸钙的β晶聚丙烯复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

由于聚丙烯（PP）具有质轻、来源丰富、硬度高、易加工及价格便宜等多种优异性能，在纺织纤维、家庭日用品、建筑以及汽车工业有十分广泛的应用。聚丙烯具有α、β、γ以及六方等晶型。实验观察，聚丙烯的α晶型是聚丙烯的热力学稳定晶型。然而也存在低温脆性等缺点，在一定程度上限制了聚丙烯的应用范围。α晶型聚丙烯（α-PP）抗冲击性能不佳，一般采用无机颗粒填充进行改善，这是由于大量填料对聚丙烯有α-成核作用。以前有很多人进行了关于碳酸钙填充聚丙烯的研究，不同形态碳酸钙对聚丙烯填充影响不同。贝壳是碳酸钙天然产物，碳酸钙晶型主要为方解石、文石，其余为各种有机质。

聚丙烯的β晶型是热力学亚稳态，需要在特定条件下制备形成，如温度梯度、剪切流动和添加成核剂等。β晶型聚丙烯（β-PP）具有很多良好的性能，如更好的耐热性、优良的力学性能、增加样品柔韧性、提高抗冲击性能，因此很多学者纷纷关注对β-PP的研究。在众多可以获得β-PP的方法中，添加成核剂是最有效及最便捷的方法。常见的β成核剂有芳香酰胺（TMB-5）、硬脂酸钙、庚二酸钙。然而β-PP尚未得到长期使用，主要是由于（1）成本较高：造成成本高的主要原因是β-成核剂成本高，极性的β-成核剂直接加入非极性PP中难于分散，导致需要提高β-成核剂用量，增加成本；（2）β-成核剂效率低：为提高PP力学性能，通常采用填料增强。已知道大量填料对PP具有α-成核作用，采用直接加入β-成核剂方法，具有α-成核作用的填料对β-成核剂的β-成核作用有影响，导致β-成核剂的β-成核作用降低，甚至不形成β-PP。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种含生物碳酸钙的β晶聚丙烯复合材料。

本发明另一目的在于提供一种上述含生物碳酸钙的β晶聚丙烯复合材料的制备方法。

本发明再一目的在于提供上述含生物碳酸钙的β晶聚丙烯复合材料在交通、建筑、餐饮用品、家电等行业的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种含生物碳酸钙的β晶聚丙烯复合材料，包含以下组分：

白贝粉    1～30wt%

聚丙烯    70～99wt%。

优选地，所述含生物碳酸钙的β晶聚丙烯复合材料包含5wt%的白贝粉和95wt%的聚丙烯。

上述含生物碳酸钙的β晶聚丙烯复合材料的制备方法，包含以下具体步骤：把聚丙烯和白贝粉混合，挤出机挤出造粒，得到含生物碳酸钙的β晶聚丙烯复合材料。

所述的白贝粉在120～500℃下加热4～6h进行热预处理。

优选地，所述的白贝粉在360℃下加热6h进行热预处理。

所述的白贝粉由以下方法制备得到：将去肉的白贝清洁后，置于70～80℃烘箱中干燥，高速粉碎机粉碎，得到白贝粉。

所述的白贝粉使用前过100目筛。

所述挤出造粒各段的温度为180～220℃。

所述聚丙烯和白贝粉使用前在真空干燥箱中彻底干燥。

上述含生物碳酸钙的β晶聚丙烯复合材料在交通、建筑、餐饮用品、家电等行业中的应用。

上述含生物碳酸钙的β晶聚丙烯复合材料可根据实际生产需要加入抗氧化剂、热稳定剂、阻燃剂等添加剂制备得到高性能β晶聚丙烯复合材料。

本发明的机理为：

本专利使用白贝粉作为β-成核剂，其成分为天然生物碳酸钙，具有特殊的微观尺寸，具有诱导生成β-PP能力；由于白贝的层状结构，本专利通过对白贝粉进行热处理，可以让贝壳进一步破碎，增大与聚丙烯基体的接触面积，获得更高含量的的β-PP复合物；且白贝粉可以作为无机填充材料加入到聚丙烯树脂中，同时获得高β晶聚丙烯，达到刚韧平衡效果。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及有益效果：

（1）本发明所用的成核剂—白贝中的碳酸钙，晶型为文石晶态，由于具有特殊晶格常数，能够诱导聚丙烯生成β晶聚丙烯，可以作为一个天然β晶成核剂。当添加量达到5%的时候，已经能够诱导聚丙烯β晶含量达到80.1%。

（2）利用生物材料制备高β晶含量复合材料，对改性PP产业起到升级换代作用，开发高性能的改性PP复合材料具有重要的作用，也具有明显的经济效益。