一种硅灰石/聚丙烯复合材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种硅灰石/聚丙烯复合材料及其制备方法。所述的硅灰石/聚丙烯复合材料，以重量份计，组成包括：聚丙烯、65～85份；增韧剂、5～10份；表面处理硅灰石、10～25份；润滑剂、0.1～1份；其中表面处理硅灰石由以下制备方法得到：将硅灰石、表面处理剂按质量比100：0.5～3加入到粉体表面改性设备中，对硅灰石进行表面包覆处理；所述的表面处理剂选自辛二酸、对苯二甲酸、邻苯二甲酸中的一种或几种。本发明还公开了其制备方法。本发明硅灰石/聚丙烯复合材料具有优异的流动性及力学性能。

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料加工领域，具体涉及一种高强高流动抗冲硅灰石/聚丙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

硅灰石作为世界上目前用量最大的功能性补强填料，加入到聚丙烯(PP)中可显著提高PP的强度、刚性、耐热性、抗刮擦性等性能指标，使得硅灰石/PP复合材料的使用逐渐受到人们的关注。中国专利CN102532692A公开了一种利用针状硅灰石填充聚丙烯改善其抗飞石冲击性能的方法，不足之处在于对于硅灰石这种强亲水性材料，该发明中并未对硅灰石进行表面改性以改善其疏水性，所以硅灰石/聚丙烯复合材料的力学性能还有待进步的空间，尤其是复合材料的抗冲击性能。中国专利CN102875899A公开了一种硅灰石增韧增强聚丙烯复合材料的制备方法，但是该发明中最终所获得复合材料的流动性较差，不能满足目前注塑厂家对于大型零部件材料高流动性的要求。

发明内容

本发明提供了一种硅灰石/聚丙烯复合材料，改善了流动性，提高了力学性能。

所述的硅灰石/聚丙烯复合材料，以重量份计，组成包括：

其中表面处理硅灰石由以下制备方法得到：将硅灰石、表面处理剂按质量比100：0.5～3加入到粉体表面改性设备中，对硅灰石进行表面包覆处理；所述的表面处理剂选自辛二酸、对苯二甲酸、邻苯二甲酸中的一种或几种。

进一步优选的，以重量份计，所述的硅灰石/聚丙烯复合材料组成包括：

所述的硅灰石为纳米碳酸钙包覆硅灰石，长径比为10:1～20:1，优选为12:1～16:1。长径比即硅灰石的长度与直径的比值。

所述硅灰石与表面处理剂质量比优选为100：1～2。

所述的粉体表面改性设备为CLG系列粉体表面改性机。表面包覆处理的温度为140～150℃，处理时间10～15min。

所述的聚丙烯为共聚聚丙烯，熔融指数≥60g/10min(230℃，2.16Kg)，结晶度≥70％，等规度≥98％。具体的，所述的聚丙烯选自韩国PolyMirae公司的牌号EA5076或中国石化扬子石油化工有限公司的牌号M30V的产品。

所述的增韧剂选自乙烯-辛烯共聚物(POE)、乙丙三元橡胶(EPDM)。

所述的润滑剂选自聚乙烯蜡、固体石蜡、液体石蜡中的一种或几种。

所述硅灰石/聚丙烯复合材料的制备方法，包括：

(1)将硅灰石、表面处理剂加入到粉体表面改性设备中，对硅灰石进行表面包覆处理，得表面处理硅灰石；

(2)将表面处理硅灰石、聚丙烯、增韧剂和润滑剂混合进行挤出造粒。

有益效果：

本发明选用纳米碳酸钙包覆的硅灰石，增大了硅灰石的比表面积，使得硅灰石表面有更多的活性点可以与改性剂进行反应。

本发明选用辛二酸、对苯二甲酸、邻苯二甲酸作为表面改性剂，其与硅灰石表面或纳米碳酸钙反应生成的钙盐是有效的聚丙烯β成核剂，可在利用硅灰石对PP进行增强的同时对PP起到增韧作用，改善PP的抗冲击性能。

本发明的辛二酸、对苯二甲酸、邻苯二甲酸毒性较小，对工作人员的伤害小。

与通用的高速混合机等改性设备相比，CLG系列粉体表面改性机特有的雾化喷射装置可以将硅灰石粉体和改性剂呈雾化状态进行混合改性，提高了改性效率，缩短了改性时间，避免在高速混合机中存在的粉体和改性剂混合不均、混合时间长、硅灰石结构破坏严重等问题。

本发明采用特定参数的PP，可以提高最终产品的流动性。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实例中所用到的原材料及设备为：

聚丙烯(PP)：牌号EA5076，韩国PolyMirae公司

聚丙烯(PP)：牌号M30V，中国石化扬子石油化工有限公司

乙烯-辛烯共聚物(POE)：牌号8130，美国陶氏化学

乙丙三元橡胶(EPDM)：Nordel-4760P，美国陶氏化学

纳米碳酸钙包覆硅灰石：长径比分别为12:1和16:1，新余市东辉矿业有限公司。也可采用如下制备方法(或其他文献报道方法)：先将生石灰用水常温消化(CaO+H₂O＝Ca(OH)₂，1公斤生石灰用500ml水，即500g水进行消化)1h，制得石灰乳。然后将石灰乳过滤，除去生石灰残渣，再将石灰乳注入反应釜，于此同时加入硅灰石，通入CO₂气体进行反应，控制反应温度在50℃左右，反应20min后，调节溶液PH为7，结束反应，即可制得纳米碳酸钙包覆硅灰石。

硅灰石(未经纳米碳酸钙表面包覆处理)：长径比为12:1，新余市东辉矿业有限公司

辛二酸：常州康隆化工有限公司

对苯二甲酸：江西民安环保科技有限公司

邻苯二甲酸：上海嘉辰化工有限公司

聚乙烯蜡：H105，青岛海昊化工

固体石蜡：64#，福建泉州市鲤城华辉塑胶原料贸易公司

液体石蜡：15#，辛集市油瑞石化有限公司

CLG-200D粉体表面改性机：上海科利瑞克机器有限公司

高速混合机：张家港市星大机械有限公司

实施例1

将100Kg纳米碳酸钙包覆硅灰石(长径比12:1)、1Kg辛二酸在CLG-200D粉体表面改性机中对硅灰石进行表面处理(处理温度：150℃，处理时间10min)。然后将处理好的纳米碳酸钙包覆硅灰石、PP(EA5076)、POE、聚乙烯蜡按照PP/POE/硅灰石/聚乙烯蜡＝70：10：20：0.4的质量份数配比在挤出机上进行挤出造粒，然后注塑成标准样条进行一系列性能测试。

实施例2

将100Kg纳米碳酸钙包覆硅灰石(长径比16:1)、1Kg辛二酸在CLG-200D粉体表面改性机中对硅灰石进行表面处理(处理温度：150℃，处理时间10min)。然后将处理好的纳米碳酸钙包覆硅灰石、PP(EA5076)、POE、聚乙烯蜡按照PP/POE/硅灰石/聚乙烯蜡＝70：10：20：0.4的质量份数配比在挤出机上进行挤出造粒，然后注塑成标准样条进行一系列性能测试。

实施例3

将100Kg纳米碳酸钙包覆硅灰石(长径比12:1)、1Kg邻苯二甲酸在CLG-200D粉体表面改性机中对硅灰石进行表面处理(处理温度：150℃，处理时间10min)。然后将处理好的纳米碳酸钙包覆硅灰石、PPEA(5076)、POE、聚乙烯蜡按照PP/POE/硅灰石/聚乙烯蜡＝70：10：20：0.4的质量份数配比在挤出机上进行挤出造粒，然后注塑成标准样条进行一系列性能测试。

实施例4

将100Kg纳米碳酸钙包覆硅灰石(长径比12:1)、1Kg对苯二甲酸在CLG-200D粉体表面改性机中对硅灰石进行表面处理(处理温度：150℃，处理时间10min)。然后将处理好的硅灰石、PPEA5076、POE、聚乙烯蜡按照PP/POE/硅灰石/聚乙烯蜡＝70：10：20：0.4的质量份数配比在挤出机上进行挤出造粒，然后注塑成标准样条进行一系列性能测试。

实施例5

将100Kg纳米碳酸钙包覆硅灰石(长径比12:1)、0.5Kg辛二酸、0.5Kg对苯二甲酸在CLG-200D粉体表面改性机中对纳米碳酸钙包覆硅灰石进行表面处理(处理温度：150℃，处理时间10min)。然后将处理好的硅灰石、PPEA5076、POE、聚乙烯蜡按照PP/POE/硅灰石/聚乙烯蜡＝70：10：20：0.4的质量份数配比在挤出机上进行挤出造粒，然后注塑成标准样条进行一系列性能测试。

实施例6

将100Kg未经纳米碳酸钙包覆的硅灰石(长径比12:1)、1Kg辛二酸在CLG-200D粉体表面改性机中对硅灰石进行表面处理(处理温度：150℃，处理时间10min)。然后将处理好的硅灰石、PP(EA5076)、POE、聚乙烯蜡按照PP/POE/硅灰石/聚乙烯蜡＝70：10：20：0.4的质量份数配比在挤出机上进行挤出造粒，然后注塑成标准样条进行一系列性能测试。

实施例7

将100Kg纳米碳酸钙包覆硅灰石(长径比12:1)、1Kg辛二酸在高速混合机中对纳米碳酸钙包覆硅灰石进行表面处理(处理温度：150℃，处理时间10min)。然后将处理好的纳米碳酸钙包覆硅灰石、PP(EA5076)、POE、聚乙烯蜡按照PP/POE/硅灰石/聚乙烯蜡＝70：10：20：0.4的质量份数配比在挤出机上进行挤出造粒，然后注塑成标准样条进行一系列性能测试。

实施例8

将100Kg纳米碳酸钙包覆硅灰石(长径比12:1)、1Kg辛二酸在CLG-200D粉体表面改性机中对纳米碳酸钙包覆硅灰石进行表面处理(处理温度：150℃，处理时间10min)。然后将处理好的硅灰石、PP(M30V)、POE、聚乙烯蜡按照PP/POE/硅灰石/聚乙烯蜡＝70：10：20：0.4的质量份数配比在挤出机上进行挤出造粒，然后注塑成标准样条进行一系列性能测试。

实施例9

将100Kg纳米碳酸钙包覆硅灰石(长径比12:1)、1Kg辛二酸在CLG-200D粉体表面改性机中对硅灰石进行表面处理(处理温度：150℃，处理时间10min)。然后将处理好的硅灰石、PP(EA5076)、EPDM、聚乙烯蜡按照PP/EPDM/硅灰石/聚乙烯蜡＝70：10：20：0.4的质量份数配比在挤出机上进行挤出造粒，然后注塑成标准样条进行一系列性能测试。

实施例10

将100Kg纳米碳酸钙包覆硅灰石(长径比12:1)、1Kg辛二酸在CLG-200D粉体表面改性机中对纳米碳酸钙包覆硅灰石进行表面处理(处理温度：150℃，处理时间10min)。然后将处理好的硅灰石、PP(EA5076)、EPDM、固体石蜡按照PP/EPDM/硅灰石/固体石蜡＝70：10：20：0.4的质量份数配比在挤出机上进行挤出造粒，然后注塑成标准样条进行一系列性能测试。

实施例11

将100Kg纳米碳酸钙包覆硅灰石(长径比12:1)、1Kg辛二酸在CLG-200D粉体表面改性机中对纳米碳酸钙包覆硅灰石进行表面处理(处理温度：150℃，处理时间10min)。然后将处理好的硅灰石、PP(EA5076)、EPDM、液体石蜡按照PP/EPDM/硅灰石/液体石蜡＝70：10：20：0.4的质量份数配比在挤出机上进行挤出造粒，然后注塑成标准样条进行一系列性能测试。

实施例12

将100Kg纳米碳酸钙包覆硅灰石(长径比12:1)、2Kg辛二酸在CLG-200D粉体表面改性机中对纳米碳酸钙包覆硅灰石进行表面处理(处理温度：150℃，处理时间10min)。然后将处理好的硅灰石、PP(EA5076)、POE、聚乙烯蜡按照PP/POE/硅灰石/聚乙烯蜡＝70：10：20：0.4的质量份数配比在挤出机上进行挤出造粒，然后注塑成标准样条进行一系列性能测试。

实施例13

将100Kg纳米碳酸钙包覆硅灰石(长径比12:1)、2Kg辛二酸在CLG-200D粉体表面改性机中对纳米碳酸钙包覆硅灰石进行表面处理(处理温度：150℃，处理时间10min)。然后将处理好的硅灰石、PPEA5076、POE、聚乙烯蜡按照PP/POE/硅灰石/聚乙烯蜡＝65：10：25：0.4的质量份数配比在挤出机上进行挤出造粒，然后注塑成标准样条进行一系列性能测试。

对比例1

将未经表面处理的纳米碳酸钙包覆硅灰石、PPEA(5076)、POE、聚乙烯蜡按照PP/POE/硅灰石/聚乙烯蜡＝70：10：20：0.4的质量份数配比在挤出机上进行挤出造粒，然后注塑成标准样条进行一系列性能测试。

对比例2

将100Kg纳米碳酸钙包覆硅灰石(长径比12:1)、1Kg庚二酸在CLG-200D粉体表面改性机中对硅灰石进行表面处理(处理温度：150℃，处理时间10min)。然后将处理好的纳米碳酸钙包覆硅灰石、PP(EA5076)、POE、聚乙烯蜡按照PP/POE/硅灰石/聚乙烯蜡＝70：10：20：0.4的质量份数配比在挤出机上进行挤出造粒，然后注塑成标准样条进行一系列性能测试。

对比例3

将100Kg纳米碳酸钙包覆硅灰石(长径比12:1)、1Kg己二酸在CLG-200D粉体表面改性机中对硅灰石进行表面处理(处理温度：150℃，处理时间10min)。然后将处理好的纳米碳酸钙包覆硅灰石、PP(EA5076)、POE、聚乙烯蜡按照PP/POE/硅灰石/聚乙烯蜡＝70：10：20：0.4的质量份数配比在挤出机上进行挤出造粒，然后注塑成标准样条进行一系列性能测试。

性能测试结果如表1所示。

表1

由以上数据可以看出，本发明方法采用辛二酸、对苯二甲酸或邻苯二甲酸处理的纳米碳酸钙包覆硅灰石作为原料，再与聚丙烯、增韧剂、润滑剂按一定配比所制得的硅灰石/聚丙烯复合材料，具有高强度高流动性同时抗冲性能优异，适合注塑行业对大型零部件的加工成型性能和使用性能的要求。

以上对本发明所提供的一种高强高流动抗冲聚丙烯复合材料及其制备方法进行了详细介绍。本文中应用了具体实例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法和核心思想，应当指出，对于本技术领域的技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围。