[发明专利]复合颗粒改性聚丙烯材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚丙烯材料，尤其涉及一种复合颗粒改性聚丙烯材料及其制备方法。

背景技术

聚丙烯(PP)具有许多优点，产量在五大通用塑料中仅次于聚乙烯占第二位。我国作为世界最大的PP消费国，未来需求还将强劲增长，PP在我国的需求前景非常广阔。但是PP也存在低温脆性、收缩率大等缺点，这限制了其功能和应用范围的发展。为了改善PP性能上的不足，国内外均对PP进行了不同的改性研究，发现PP可通过物理改性和化学改性进行不同的处理，达到预期的效果，得到不同需求的PP制品。

填充改性是为了降低塑料制品中的原料成本并且达到增量的目的或者明显改变塑料产品的性能。通常在塑料成型加工过程中加入有机填料或者无机填料，这样会使人们所希望改善的性能得到显著改善，但同时也就会牺牲某些性能。填充改性聚丙烯具有降低成本、提高耐热性、提高刚性与降低成型收缩率等特点。填充材料种类繁多，按化学成分分，可分为有机填料和无机填料，有机填料包括塑料和纤维素等，无机填料包括二氧化硅、玻璃纤维、硅酸盐、碳、碳酸钙等。通常应用的填料为无机填料。聚丙稀中填充无机物，将使刚性、硬度和屈服强度增大，耐蠕变性质提高，而使伸长率和冲击强度降低。填充无机物的种类和添加量对机械强度有显著影响，因此应根据用途进行综合考虑。

晶须结构完美、内部几乎无缺陷，且具有高强度、高模量，加入树脂之中起到骨架作用，形成聚合物/晶须复合材料，显著提高复合材料的力学强度。但无机和有机材料通常是难相容的，所以聚合物基体和晶须间的不相容性会使复合材料不能达到预期的性能。

粒径选择对于PP增韧效果有着明显的影响，选择大粒径粒子易于在基体内形成缺陷，虽然体系硬度和刚度可能会有一定程度的提高，但是在基体中作为应力集中点及脆性裂纹的引发点损害了强度和韧性。随着粒子粒径的减小，粒子的比表面积能增大，非配对原子增多，与基体树脂发生物理和化学结合的可能性增大，粒子与基体树脂之间接触面增大，材料在受到冲击时能够产生更多的微裂纹和塑性变形，从而吸收更多的冲击能，具有增韧的可能。但是粒径过小的话，颗粒间作用过强，无机粒子容易出现团聚现象，造成粒子在聚合物中不均匀分散，不利于增韧效果的提高。

此外，单组分改性已经不能满足高性能PP制备的需要，复合改性已经成为主要趋势。目前，复合改性还主要集中在简单的共混，不能充分发挥改性填料的综合改性效果。没有文献记载复合颗粒改性，也没有文献就复合改性颗粒的形状、粒径和粒径分布进行研究。

发明内容

本发明的目的是在聚丙烯主要成分的基础上，通过添加复合颗粒对聚丙烯材料的物理、化学性能进行综合改进。在提高聚丙烯材料强度、韧性的同时，改进材料的耐腐蚀性、耐磨性和阻燃性。

本发明的技术方案如下：一种复合颗粒改性聚丙烯材料，原料按重量份数称取：

聚丙烯100～120份，复合改性颗粒30～50份，乙撑双硬脂酰胺8～14份，氯化聚乙烯0.5～0.9份，抗氧剂0.2-0.6份。

所述复合改性颗粒由纳米BaCO₃晶须、纳米TiO₂颗粒、纳米Al(OH)₃颗粒和粘结剂组成，所述纳米TiO₂颗粒、纳米Al(OH)₃颗粒通过粘结剂粘结在纳米BaCO₃晶须上；其中，纳米BaCO₃晶须10-20份，纳米TiO₂5-10份，纳米Al(OH)₃10-15份，粘结剂5份。

粘结剂选自选铝、钙、锂、镁、钛、锌和锆的脂肪酸盐，在高于100℃低于160℃的温度下软化或部分熔融。

抗氧剂选自β-(4-羟基苯基-3，5-二叔丁基)丙酸正十八碳醇酯、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯或者它们的混合物。

一种复合颗粒改性聚丙烯材料的制备方法，所述方法按照下述步骤进行：

①将粘结剂在高于100℃低于160℃的温度下软化或部分熔融以在纳米BaCO₃晶须表面成膜，加入纳米TiO₂颗粒和纳米Al(OH)₃颗粒，迅速混合制备复合改性颗粒；

②将聚丙烯、复合改性颗粒按规定量加入高速混合机初混；

③将乙撑双硬脂酰胺、氯化聚乙烯、抗氧剂按规定量加入高速混合机中，高速混合并升温加热至80-110℃，混合加热10-20分钟后，冷却至室温；

④将混合物加入双螺杆挤出机中，挤出、造粒。