一種納米改性高強度聚丙烯材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種納米改性高強度聚丙烯材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 聚丙烯（PP)是目前世界上應用最廣泛、產量增長最快的樹脂之一，產量僅次于聚 乙烯（PE)。與其他熱塑性塑料相比，PP具有低密度、高熔點、機械性能優異、化學穩定性好 等特點，已經成為包裝、輕工、建筑、電子、電器和汽車等行業不可缺少的基本原料。然而， 無論是由Ziegler-Natta催化劑還是茂金屬催化劑催化生產的聚丙烯，均為線性結構的聚 丙烯（LPP)，其分子量分布相對較窄，導致聚丙烯的軟化點與熔點較接近，熔程較短，聚合物 的抗熔垂性能差，熱成型制品壁厚不均，涂覆、壓延時邊緣易卷曲、收縮，擠出發泡時泡孔易 塌陷，極大地限制了聚丙烯的應用。因此，開發長支鏈聚丙烯成為近年來許多國家的研究熱 點，也取得了一定成果。
[0003] 長支鏈聚丙烯的制備方法主要包括以下幾種：（1)在樹脂的聚合過程中或者聚合 后期進行接枝反應，在聚合物主鏈上引入長的支鏈；（2)進行非反應性共混改性，在基體聚 合物中引入高相對分子量的其他組分；（3)直接對聚合物進行可控的接枝、交聯和降解等 反應改性。都是通過引入長支鏈結構來改變聚丙烯的熔體特性及力學性能。
[0004] 近年來，聚合物/納米無機物復合材料由于其獨特的性能已成為材料研究領域的 熱點之一。聚合物/納米無機物復合材料克服了單一材料和傳統復合材料性能上的缺陷， 使材料既具有無機材料的優點，如剛性、高熱穩定性和特殊的光電磁性能等，又具有聚合物 材料的優點，如彈性、介電性、延展性和可加工性等。而且，由于無機粒子在聚合物基體中是 以納米粒子的形式均勻分布的，所以這種納米復合材料往往還具有在電學、光學、光電和非 線性光學領域的一些特殊應用。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于提供一種納米改性高強度聚丙烯材料及其制備方法。
[0006] 本發明所采取的技術方案是： 一種納米改性高強度聚丙烯材料由以下質量百分比的原料組成： 聚丙烯樹脂：73· 1%~98. 2% ; 引發劑：〇. 02%~1% ; 丙烯酸酯單體：〇. 3%~3% ; 支化促進劑：〇. 1%~2% ; 抗氧劑：〇. 3%~0. 9% ; 納米改性劑：1%~20%。
[0007] 所述引發劑為過氧化物類引發劑、偶氮類引發劑中的至少一種。
[0008] 所述丙烯酸酯單體為含有兩個雙鍵的丙烯酸酯、含有三個雙鍵的丙烯酸酯、含有 四個雙鍵的丙烯酸酯中的至少一種。
[0009] 所述支化促進劑為結構式如（1)所示的秋蘭姆類化合物中的至少一種，
其中，X為1或2 ~C10的烷基或芳基。
[0010] 所述抗氧劑為酚類抗氧劑、復合抗氧劑中的至少一種。
[0011] 所述納米改性劑為納米氧化物、納米碳酸鹽、納米硫酸鹽中的至少一種。
[0012] 對應上述配方的聚丙烯材料的制備方法包括以下步驟： 1) 將聚丙烯樹脂、引發劑、丙烯酸酯單體、支化促進劑、抗氧劑和納米改性劑加入高速 混合機中，混合均勻； 2) 將步驟1)中的物料加入雙螺桿擠出機或單螺桿擠出機中，進行熔融接枝反應，再擠 出造粒，得到納米改性高強度聚丙烯材料。
[0013] 步驟1)中所述的高速混合機的轉速為60rpm~120rpm，混合時間為5min~ 10min〇
[0014] 步驟2)中所述的雙螺桿擠出機或單螺桿擠出機的轉速為lOOrpm~250rpm，加熱 溫度為160°C~250°C。
[0015] 本發明的有益效果是：本發明的納米改性高強度聚丙烯材料和純聚丙烯材料 相比，熔體強度顯著提高，提高了幾十倍，彎曲強度提高明顯，提高了 5MPa以上，最高達 14MPa，耐沖擊強度有所增強，熔融指數顯著降低，其加工性能優異，彌補了傳統聚丙烯的缺 點，增加了產品的使用壽命，從而減少了環境污染。本發明的制備方法簡單、高效、生產成本 低。
【具體實施方式】
[0016] -種納米改性高強度聚丙烯材料由以下質量百分比的原料組成： 聚丙烯樹脂：73· 1%~98. 2% ; 引發劑：〇. 02%~1% ; 丙烯酸酯單體：〇. 3%~3% ; 支化促進劑：〇. 1%~2% ; 抗氧劑：〇. 3%~0. 9% ; 納米改性劑：1%~20%。
[0017] 優選的，一種納米改性高強度聚丙烯材料由以下質量百分比的原料組成： 聚丙烯樹脂：80%~95% ; 引發劑：0. 2%~1% ; 丙烯酸酯單體：〇. 5%~2. 5% ; 支化促進劑：〇. 6%~2% ; 抗氧劑：〇. 3%~0. 9% ; 納米改性劑：3%~15%。
[0018] 優選的，所述引發劑為過氧化物類引發劑、偶氮類引發劑中的至少一種。
[0019] 優選的，所述過氧化物類引發劑為過氧化苯甲酰、過氧化十二碳酰（LP0)、過氧化 二異丙苯、過2-乙基己酸叔丁酯、2, 5-二甲基-2, 5-二（叔丁過氧基）己烷、叔丁基過氧化 氫、異丙苯過氧化氫中的至少一種。
[0020] 優選的，所述偶氮類自由基引發劑為偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈中的至少一種。
[0021] 優選的，所述丙烯酸酯單體為含有兩個雙鍵的丙烯酸酯、含有三個雙鍵的丙烯酸 酯、含有四個雙鍵的丙烯酸酯中的至少一種。
[0022] 優選的，所述含有兩個雙鍵的丙烯酸酯為二丙烯酸酯。
[0023] 進一步優選的，所述含有兩個雙鍵的丙烯酸酯為雙甲基丙烯酸四乙二醇酯、新戊 二醇二丙烯酸酯中的至少一種。
[0024] 優選的，所述含有三個雙鍵的丙烯酸酯為三丙烯酸酯、三烯丙酯中的至少一種。
[0025] 進一步優選的，所述含有三個雙鍵的丙烯酸酯為三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧 基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、丙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯中的至少一種。
[0026] 優選的，所述含有四個雙鍵的丙烯酸酯為四丙烯酸酯。
[0027] 進一步優選的，所述含有四個雙鍵的丙烯酸酯為季戊四醇四丙烯酸酯、季戊四醇 四甲基丙烯酸酯、乙氧基化季戊四醇四丙烯酸酯中的至少一種。
[0028] 優選的，所述支化促進劑為結構式如（1)所示的秋蘭姆類化合物中的至少一種，
其中，X為1或2 ;1^、1?2、1?3、1?4為(：1~C10的烷基或芳基。
[0029] 優選的，所述抗氧劑為酚類抗氧劑、復合抗氧劑中的至少一種。
[0030] 優選的，所述酸類抗氧劑為 BHT、IrganoxlOlO、Irganox565、Irganoxl076、 Irganox245中的至少一種。
[0031] 優選的，所述復合抗氧劑為抗氧劑B215、抗氧劑B225、抗氧劑B900中的至少一種。
[0032] 優選的，所述納米改性劑為納米氧化物、納米碳酸鹽、納米硫酸鹽中的至少一種。
[0033] 優選的，所述納米氧化物為納米Si02、納米Ti02、納米ZnO、納米A1 203、納米Fe304中 的至少一種。
[0034] 優選的，所述納米碳酸鹽為納米CaC03、納米K2C0 3、納米Na2C03中的至少一種。
[0035] 優選的，所述納米硫酸鹽為納米Na2S04、納米K 2S04、納米BaS04、納米CaS04中的至 少一種。
[0036] 對應上述配方或優選配方的聚丙烯材料的制備方法包括以下步驟： 1) 將聚丙烯樹脂、引發劑、丙烯酸酯單體、支化促進劑、抗氧劑和納米改性劑加入高速 混合機中，混合均勻； 2) 將步驟1)中的物料加入雙螺桿擠出機或單螺桿擠出機中，進行熔融接枝反應，再擠 出造粒，得到納米改性高強度聚丙烯材料。
[0037] 優選的，步驟1)中所述的高速混合機的轉速為60rpm~120rpm，混合時間為 5min ~10min〇
[0038] 優選的，步驟2)中所述的雙螺桿擠出機或單螺桿擠出機的轉速為lOOrpm~ 250rpm，加熱溫度為160°C~250°C。
[0039] 下面結合具體實施例對本發明作進一步的解釋和說明。
[0040] 實施例1: 將475g聚丙稀(聚丙稀粉料，恪融指數為7. 6g/10min)、l. 5g抗氧劑IrganoxlOlO在高 速混合機中預混合均勻，將lg 2,5_二甲基-2,5-二(叔丁過氧基）己烷、2.5g三羥甲基丙 烷三丙烯酸酯、5g二硫化四丁基秋蘭姆混合均勻，滴加到高速混合機中，混合機轉速設定為 lOOrpm，混合時間為5min，其次將15g納米CaCOjp入高速混合機，繼續混合3min。然后加 入到L/D=30, Φ為21mm的雙螺桿擠出機中，擠出機的轉速設定120rpm，擠出機共分為五個 加熱區，各區的溫度依次為165°C、185°C、185°C、175°C、165°C，擠出造粒，注塑為樣條。取部 分樣品進行性能測試，其結果如表1所示。
[0041] 實施例2: 將450g聚丙烯（聚丙烯粉料，熔融指數為7. 6g/10min)、1. 5g抗氧劑B215在高速混合 機中預混合均勻，將3. 5g過氧化二異丙苯、10g三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、10g二硫化四丁 基秋蘭姆混合均勾，滴加到高速混合機中，混合機轉速設定為l〇〇