專利名稱：一種無規共聚聚烯烴/蒙脫土納米復合材料及其制備方法
技術領域：
本發明屬于復合材料技術領域，具體是涉及一種無規共聚聚丙烯(PP-R)/蒙脫土納米復合材料及其制備方法。
背景技術：
無規共聚聚丙烯(PP-R)也稱三型聚丙烯，是20世紀80年代末、90年代初在歐洲開發應用的新型PP樹脂，是新型冷熱水用管材與管件的專用塑料。PP-R是結合PP在較高溫度時良好的抗彎、耐壓性能和PE優良的低溫抗沖性能、化學穩定性能，通過共聚形成的一種新型的共聚物，明顯改善了PP的低溫脆性，而又具有耐壓、抗沖等特性。使用溫度范圍可在-10℃～90℃，正常使用壓力可達2Mpa，爆破壓力高達6Mpa。20世紀90年代以來，歐洲PP-R管材的使用量以年均15％的速度遞增。在我國，建設部已推薦使用PP-R管等新型管替代鍍鋅管，用于室內給水管道，使得PP-R管材發展迅速。從1996年引進第一條PP-R生產線后，到目前已達到上千條，生產能力100-150Kt/a以上。國外主要的PP-R生產廠家為SABIC(沙倍克)歐洲石化公司(德國，VESTOLEN P9421 PP-R原料的發明商，全球最大的PP-R生產商，占據歐洲85％的市場份額，世界PP-R行業的國際標準[DIN8077-8078]的制定者)、赫司特(土耳其)、北歐化工(芬蘭)和DSM(帝斯曼、荷蘭)公司等，后來有韓國曉星株式會社、大韓油化株式會社、三星集團等。1999年，上海石化開始了PP-R樹脂國產化的開發研究，目前除了上海石化，還有燕山石化、揚子化工、齊魯石化等公司進行PP-R的開發研究和生產。國內高品質的PP-R專用料基本都是從歐洲進口，其中北歐化工的PP-R樹脂在中國的知名度比較高。
PP-R管材的物理性能、化學性能優異，但在實際使用中，發現其力學性能仍有待進一步提高，特別是在常溫到較高溫度(95℃)時，PP-R管的剛性不足，PP-R管易彎曲變形，熱膨脹系數大(1.53×10-4K-1)，因此嚴重影響了實際使用。再者，為了滿足力學性能和長期熱穩定性能，PP-R樹脂的相對分子質量必須大，這樣不僅有利于管材的韌性，而且可以加強阻止裂紋擴展；而使相對分子質量很高的PP-R樹脂的加工性能改善，又必須使相對分子質量分布合理。但事實上，PP-R的相對分子質量分布較窄，相對分子質量較大，結晶性能弱，所以加工非常困難。因此國內外研究機構、高校和生產廠家都在尋求對PP-R樹脂性能改進，包括增韌增強、抗熱形變、降低熱膨脹、合理改善相對分子質量分布、改善結晶性，改善加工性等等。
發明內容
本發明提供一種采用接枝聚烯烴基蒙脫土母料作為無規共聚聚丙烯的改性材料，制備高性能的無規共聚聚丙烯(PP-R)/蒙脫土納米復合材料。
本發明還提供了無規共聚聚丙烯(PP-R)/蒙脫土納米復合材料的制備方法，即采用接枝聚烯烴基蒙脫土母料與無規共聚聚丙烯(PP-R)材料按比例混合，可添加其他加工助劑，經雙螺桿熔融擠出造粒，制備無規共聚聚丙烯(PP-R)/蒙脫土納米復合材料。
一種無規共聚聚丙烯(PP-R)/蒙脫土納米復合材料，以重量百分比計，其主要原料組成為接枝聚烯烴基蒙脫土母料5％-10％無規共聚聚丙烯(PP-R)90％-95％所述的接枝聚烯烴基蒙脫土母料由下列主要原料組成蒙脫土15-50％，環氧化合物10-35％，接枝聚烯烴30-70％；所述的蒙脫土為納米級蒙脫土。
所述的接枝聚烯烴為接枝聚丙烯、接枝聚乙烯、接枝聚苯乙烯或接枝ABS中的一種或幾種。接枝聚烯烴的接枝基團可以是馬來酸酐、硅烷、丙烯酸、聚丙烯酰胺、馬來酸酐-苯乙烯、順丁烯二酸酐中的一種或幾種，接枝基團的接枝率是0.8％-1％。
一種無規共聚聚丙烯(PP-R)/蒙脫土納米復合材料的制備方法，包括1.將含烷基季銨鹽的有機化蒙脫土或提純蒙脫土15-50％與環氧化合物10-35％的重量比混合，在150℃-200℃溫度條件下，經雙輥、雙螺桿或密煉機強力剪切混煉，固化成環氧化有機蒙脫土密實粉狀料；2.將環氧化有機蒙脫土粉狀料30-70％與接枝聚烯烴30-70％的重量比混合，熔融擠出分散剝離形成聚合物基蒙脫土母料；3.在無規共聚聚丙烯(PP-R)90％-95％中加入聚合物基蒙脫土母料5％-10％的重量比混合混煉，加入其它加工助劑，在175℃-220℃溫度條件下，經雙螺桿混煉設備混煉，熔融擠出造粒，制備無規共聚聚丙烯(PP-R)/蒙脫土納米復合材料。
所述的環氧化有機蒙脫土粉狀料，本發明人在專利CN03137638.X和CN200410015775.2中公開了制備方法。應用環氧化合物作為改性劑，將環氧化合物與含烷基季銨鹽的有機化蒙脫土或提純蒙脫土混合均勻后，在150℃-200℃溫度條件下，經雙輥、雙螺桿或密煉機強力剪切混煉，固化成環氧化有機蒙脫土密實粉狀料。其主要性能有耐高溫變色性能好，可大于330度，蒙脫土含量高達50-75％，層間距大，可達3.0-10.0nm，在聚合物中易分散剝離。
所述的接枝聚烯烴基蒙脫土母料，本發明人在專利CN200510061489.4中公開了制備方法。應用接枝聚烯烴和環氧化有機蒙脫土按一定比例混合均勻后，可加入其他加工助劑，在180℃-240℃溫度條件下，經雙螺桿混煉設備混煉，熔融擠出造粒，制備的聚合物基蒙脫土母料。
所述聚丙烯樹脂為通用注塑級，可選擇透明料，也可選擇再生料，如燕山石化的4220、上海石化E020、韓國曉星B240、北歐化工RA130E-8427。
本發明方法制備的無規共聚聚丙烯(PP-R)/蒙脫土納米復合材料，蒙脫土母料在無規共聚聚丙烯基體中完全剝離，蒙脫土呈均勻分散。該復合材料的力學性能得到顯著的提高，拉伸強度25Mpa以上，彎曲強度30Mpa以上，斷裂伸長率達140％；維卡軟化溫度達到130℃(10N)；PP-R產品的耐靜液壓能力顯著改善。
本發明的復合材料，經XRD(X射線衍射)測試，2θ角在1-15°內未出現001衍射特征峰，說明蒙脫土母料在聚合物基體中已基本達到納米級分散。
具體實施方法實施例1納米蒙脫土與環氧化合物按3∶1比例配比，加入其它加工助劑，混和混煉，制備環氧化有機蒙脫土。取制備的環氧化有機蒙脫土50份，馬來酸酐接枝聚丙烯50份，高速混和均勻后加入到雙螺桿擠出機中，180℃-240℃溫度條件下擠出造粒，得到接枝聚丙烯蒙脫土母料。
取此接枝聚丙烯蒙脫土母料6份，無規共聚聚丙烯(4220)94份，加入其它加工助劑，在175℃-220℃溫度條件下雙螺桿混和混煉，熔融擠出造粒，制備無規共聚聚丙烯(PP-R)/蒙脫土納米復合材料。
實施例2納米蒙脫土與環氧化合物按2∶1比例配比，加入其它加工助劑，混和混煉，制備環氧化有機蒙脫土。取制備的環氧化有機蒙脫土50份，馬來酸酐接枝聚丙烯50份，高速混和均勻后加入到雙螺桿擠出機中，180℃-240℃溫度條件下擠出造粒，得到接枝聚丙烯蒙脫土母料。
取此接枝聚丙烯蒙脫土母料8份，無規共聚聚丙烯(E020)92份，加入其它加工助劑，在175℃-220℃溫度條件下雙螺桿混和混煉，熔融擠出造粒，制備無規共聚聚丙烯(PP-R)/蒙脫土納米復合材料。
性能測試將實施例1中的無規共聚聚丙烯(PP-R)/蒙脫土納米復合材料，經XRD(X射線衍射)測試，2θ角在1-15°內未出現001衍射特征峰，說明蒙脫土母料在聚合物基體中已基本達到納米級分散。復合材料的力學性能如拉伸強度25Mpa以上，彎曲強度30Mpa以上，斷裂伸長率達140％；維卡軟化溫度達到130℃(10N)；PP-R產品的耐靜液壓能力顯著改善。
權利要求
1.一種無規共聚聚丙烯/蒙脫土納米復合材料，重量百分比組成為接枝聚烯烴基蒙脫土母料 5％-10％無規共聚聚丙烯 90％-95％
2.如權利要求1所述的無規共聚聚丙烯/蒙脫土納米復合材料，其特征在于所述的接枝聚烯烴基蒙脫土母料的重量百分比組成為蒙脫土 15-50％環氧化合物 10-35％接枝聚烯烴 30-70％
3.如權利要求2所述的無規共聚聚丙烯/蒙脫土納米復合材料，其特征在于所述的蒙脫土為納米級蒙脫土。
4.如權利要求2所述的無規共聚聚丙烯/蒙脫土納米復合材料，其特征在于所述的接枝聚烯烴為接枝聚丙烯、接枝聚乙烯、接枝聚苯乙烯或接枝ABS中的一種或幾種。
5.如權利要求2、4所述的無規共聚聚丙烯/蒙脫土納米復合材料，其特征在于所述的接枝聚烯烴的接枝基團是馬來酸酐、硅烷、丙烯酸、聚丙烯酰胺、馬來酸酐-苯乙烯或順丁烯二酸酐中的一種或幾種。
6.如權利要求5所述的無規共聚聚丙烯/蒙脫土納米復合材料，其特征在于所述的接枝基團的接枝率是0.8％-1％。
7.如權利要求1所述的無規共聚聚丙烯/蒙脫土納米復合材料的制備方法，包括(1)將含烷基季銨鹽的有機化蒙脫土或提純蒙脫土15-50％與環氧化合物10-35％的重量比混合，在150℃-200℃溫度條件下，經雙輥、雙螺桿或密煉機強力剪切混煉，固化成環氧化有機蒙脫土粉狀料；(2)將環氧化有機蒙脫土粉狀料30-70％與接枝聚烯烴30-70％的重量比混合，熔融擠出分散剝離形成聚合物基蒙脫土母料；(3)在無規共聚聚丙烯90％-95％中加入聚合物基蒙脫土母料5％-10％的重量比混合混煉，加入其它加工助劑，在175℃-220℃溫度條件下，經雙螺桿混煉設備混煉，熔融擠出造粒，制備無規共聚聚丙烯/蒙脫土納米復合材料。
全文摘要
本發明公開了一種無規共聚聚烯烴/蒙脫土納米復合材料，重量百分比組成為接枝聚烯烴基蒙脫土母料5％－10％；無規共聚聚丙烯90％－95％。本發明的無規共聚聚丙烯(PP－R)/蒙脫土納米復合材料，蒙脫土母料在無規共聚聚丙烯基體中完全剝離，蒙脫土呈均勻分散。該復合材料的力學性能得到顯著的提高，拉伸強度25MPa以上，彎曲強度30MPa以上，斷裂伸長率達140％；維卡軟化溫度達到130℃(10N)；PP－R產品的耐靜液壓能力顯著改善。
文檔編號B29C47/40GK101020776SQ20061015513
公開日2007年8月22日 申請日期2006年12月11日 優先權日2006年12月11日
發明者謝松桂, 盛仲夷 申請人:杭州鴻雁電器有限公司