專利名稱：改性小本體聚丙烯組合物及其制備方法
技術領域：
本發明改性小本體聚丙烯組合物及其制備方法，屬于聚合物改性的技術領域，具體而言涉及一種改性小本體聚丙烯組合物及其制備方法。
背景技術：
聚丙烯(PP)是由丙烯單體聚合而成的熱塑性樹脂屬五大通用塑料之一，由于其來源豐富價格低廉，合成工藝簡單，加之物理綜合性能好，而成為通用塑料中增加最快的品種。然而由于它也存在著許多不足之處，產品脆性大，特別是低溫抗沖擊性不好，熱穩定性小，耐氣候性差，高溫剛性不足等，使其應用受到一定的限制。因此，對聚丙烯進行改性已成為近年來一個重要的研究方向。
聚丙烯是一種結晶性聚合物，其性能的好壞與其結晶結構有著密切的關系。
等規聚丙烯的晶體形態有α、β、γ、δ和擬六方態五種，其中以α和β晶型較為常見。α晶型是單斜晶系所形成的最普通和最穩定的形式，商品化聚丙烯中主要含有α晶型。β晶型屬六方晶系，與α晶型聚丙烯相比，β晶型聚丙烯易于拉伸，具有較低的熱變形溫度，特別是具有較高的韌性。添加β晶型成核劑是目前公認的得到高含量β晶型聚丙烯的最有效途徑之一。由于β晶型聚丙烯具有獨特的增韌效果，因而研究者日眾。專利CN85100465用β結晶改性聚丙烯可以使其抗沖強度提高近兩倍，但卻使揚氏模量由原來的10.7×10-3kg/cm降低到8.6×10-3kg/cm，抗張強度由原來的358kg/cm2降低到276kg/cm2。A.L.貝森等發明的(申請號CN98117531.7)用亞氨酸的鈣鹽作為β結晶成核劑改性聚丙烯，所得組合物，卻貝沖擊強度由8.06kJ/m2升高到11.7kJ/m2(23℃)和1.41升高到7.03(-20℃)，但撓曲模量由1006MPa降低到901MPa。由此可見，β結晶雖然可以增加聚丙烯的韌性，但對保持或增加其強度效果不夠理想。
無機納米粒子由于具有諸多優點，近年來受到廣泛的關注。采用納米微粒填充改性聚合物是形成高性能高分子復合材料的重要手段。通常認為，優化這種復合材料性能的關鍵在于實現納米微粒在聚合物中的超細微分散，因此目前的研究主要利用特殊的制備方法(如插層聚合和溶液共混等)，以改善納米微粒在聚合物基體內的分散，但這些分散方法均不能將納米微粒象普通添料那樣在聚合物加工中廣泛應用。
利用常規的熔融共混加工方法將納米微粒直接添加到聚合物中，受動力學因素的控制，只有極少量的納米微粒可能在較高粘度的樹脂基體中形成初級微粒水平分散，大部分納米微粒仍將以團聚體形式存在，這些團聚體的結構較為松散，在材料受力時容易產生應力集中而率先破壞，裂紋擴展阻力不大。因此，納米改性的關鍵是提高納米粒子在聚合物中的分散和相容性能。在現有技術中，主要通過對納米粒子的表面改性如用偶聯劑處理、表面接枝、添加接枝聚合物相容劑等手段。如專利(申請專利號為00112644.X)所述對納米粒子采用偶聯劑如鈦酸酯或硅烷處理；專利(CN1362441A)所述，對納米硅酸鹽或無機納米粒子采用表面電子束輻照、用胺類化合物進行接枝改性；專利(CN1308099A)公布了采用馬來酸酐、丙烯酸酯或丙烯酸接枝聚丙烯作為相容劑，并且用偶聯劑處理納米CaCO3。
發明內容
本發明改性小本體聚丙烯組合物及其制備方法目的在于，采用結晶改性劑β成核劑改變聚丙烯結晶結構的同時，采用納米粒子填充的方法來彌補β結晶改性帶來的增強效果不夠理想的不足，從而公開一種改性小本體聚丙烯組合物及其制備方法。
本發明改性小本體聚丙烯組合物，其特征是在小本體聚丙烯組合物中，含有誘導形成β晶型的成核劑、無機納米粒子、偶聯劑、抗氧劑、潤滑劑的改性小本體聚丙烯組合物，其各組分含量(按質量份數比)為小本體聚丙烯(PP)粉100份；無機納米粒子1～10份；偶聯劑為納米粒子重量的0.5～2％、β成核劑0.1～1份；主抗氧劑0.1～0.5份；輔抗氧劑0.1～0.5份；潤滑劑0.1～1份。
上述的一種改性小本體聚丙烯組合物的制備方法，其特征是將無機納米粒子干燥、超聲波分散后，用偶聯劑進行活化處理，處理后的納米粒子與小本體聚丙烯、β晶型成核劑、無機納米粒子、偶聯劑、抗氧劑、氯吸收劑、潤滑劑進行初混，然后在雙螺桿擠出機中進行熔融共混擠出造粒，制得改性小本體聚丙烯組合物，所使用的β晶型成核劑可以是單組分β晶型成核劑也可以是含組分A和組分B的雙組分β晶型成核劑，所使用的無機納米粒子是小于100nm的CaCO3或SiO2的一種或兩種的混合物，所使用的偶聯劑是鈦酸酯類、鋁酸酯或硅烷類偶聯劑或鋁鈦復合偶聯劑，所使用的抗氧劑是B215和168，氯吸收劑和潤滑劑為硬酯酸鈣，所用各組分及其配比(按質量分數比)為小本體聚丙烯(PP)粉100份；無機納米粒子1～10份；偶聯劑為無機納米粒子重量的0.5～2％、β成核劑0.1～1份；主抗氧劑0.1～0.5份；輔抗氧劑0.1～0.5份；潤滑劑0.1～1份。
上述一種改性小本體聚丙烯組合物的制備方法，其特征是所述的單組分β成核劑是芳酰胺類如TMB-5；雙組分β成核劑中，組分A是有機二元酸或其鹽，其中有機二元酸是庚二酸，或其它脂肪族二元酸；組分B是堿土金屬化合物氫氧化鈣或氧化鈣。
上述一種改性小本體聚丙烯組合物的制備方法，其特征是無機納米粒子首先在100～140℃下干燥1～4hr，然后在超聲波作用下分散5～20min。
上述一種改性小本體聚丙烯組合物的制備方法，其特征是用將超聲波分散了的無機納米粒子在60～120℃下在捏合機中與偶聯劑進行活化。
上述一種改性小本體聚丙烯組合物的制備方法，其特征是經偶聯劑活化處理的無機納米粒子與小本體聚丙烯、β結晶成核劑、抗氧劑、潤滑劑進行初混，其初混在高速混合機或在捏合機中進行，雙螺桿共混熔融擠出造粒的溫度在170～240℃下進行。
具體實施例方式
實施方式一將40g納米碳酸鈣在100℃干燥2hr后，用超聲波分散15min；在捏合機中與4g偶聯劑在60℃下捏合15min；與1.0kg小本體聚丙烯、3g抗氧劑B215，2g抗氧劑168和5g硬酯酸鈣在高速混合機中混合10min，在同向雙螺桿擠出機中熔融擠出造粒，溫度為170～240℃，得改性小本體聚丙烯組合物。
實施方式二將20g納米碳酸鈣在120℃干燥2hr后，用超聲波分散15min；在捏合機中與4g偶聯劑在80℃下捏合15min；與1.0kg小本體聚丙烯、3gβ成核劑、3g抗氧劑B215，2g抗氧劑168和5g硬酯酸鈣在高速混合機中混合10hr，在同向雙螺桿擠出機中進行反應擠出、造粒，溫度為170～240℃。得改性小本體聚丙烯組合物。
實施方式三將40g納米碳酸鈣在140℃干燥2hr后，用超聲波分散15min；在捏合機中與4g偶聯劑在120℃下捏合15min；與1.0kg小本體聚丙烯、3gβ成核劑、3g抗氧劑B215，2g抗氧劑168、5g硬酯酸鈣在高速混合機中混合10hr，在同向雙螺桿擠出機中進行反應擠出、造粒，溫度為170～240℃。得改性小本體聚丙烯組合物。
表1改性小本體聚丙烯組合物力學性能
權利要求
1.一種改性小本體聚丙烯組合物，其特征是一種在小本體聚丙烯組合物中，含有誘導形成β晶型的成核劑、無機納米粒子、偶聯劑、抗氧劑和潤滑劑的改性小本體聚丙烯組合物，其各組分含量(按質量份數比)為小本體聚丙烯(PP)粉100份；無機納米粒子1～10份；偶聯劑為納米粒子重量的0.5～2％、β成核劑0.1～1份；主抗氧劑0.1～0.5份；輔抗氧劑0.1～0.5份；潤滑劑0.1～1份。
2.權利要求1所述的一種改性小本體聚丙烯組合物的制備方法，其特征是將無機納米粒子干燥、超聲波分散后，用偶聯劑進行活化處理，處理后的納米粒子與小本體聚丙烯、β晶型成核劑、無機納米粒子、偶聯劑、抗氧劑、氯吸收劑、潤滑劑進行初混，然后在雙螺桿擠出機中進行熔融共混擠出造粒，制得改性小本體聚丙烯組合物，所使用的β晶型成核劑可以是單組分β晶型成核劑也可以是含組分A和組分B的雙組分β晶型成核劑，所使用的無機納米粒子是小于100nm的CaCO3或SiO2的一種或兩種的混合物，所使用的偶聯劑是鈦酸酯類、鋁酸酯或硅烷類偶聯劑或鋁鈦復合偶聯劑，所使用的抗氧劑是B215和168，氯吸收劑和潤滑劑為硬酯酸鈣，所用各組分及其配比(按質量分數比)為小本體聚丙烯(PP)粉100份；無機納米粒子1～10份；偶聯劑為無機納米粒子重量的0.5～2％、β成核劑0.1～1份；主抗氧劑0.1～0.5份；輔抗氧劑0.1～0.5份；潤滑劑0.1～1份。
3.按照權利要求2所述一種改性小本體聚丙烯組合物的制備方法，其特征是所述的單組分β成核劑是芳酰胺類如TMB-5；雙組分β成核劑中，組分A是有機二元酸或其鹽，其中有機二元酸是庚二酸，或其它脂肪族二元酸；組分B是堿土金屬化合物氫氧化鈣或氧化鈣。
4.按照權利要求2所述一種改性小本體聚丙烯組合物的制備方法，其特征是無機納米粒子首先在100～140℃下干燥1～4hr，然后在超聲波作用下分散5～20min。
5.按照權利要求2所述一種改性小本體聚丙烯組合物的制備方法，其特征是用將超聲波分散了的無機納米粒子在60～120℃下在捏合機中與偶聯劑進行活化。
6.按照權利要求2所述一種改性小本體聚丙烯組合物的制備方法，其特征是經偶聯劑活化處理的無機納米粒子與小本體聚丙烯、β結晶成核劑、抗氧劑、潤滑劑進行初混，其初混在高速混合機或在捏合機中進行，雙螺桿共混熔融擠出造粒的溫度在170～240℃下進行。
全文摘要
一種改性小本體聚丙烯組合物及其制備方法，涉及一種改性小本體聚丙烯組合物及其制備方法，屬于聚合物改性的技術領域，其特征是該組合物中含有誘導形成β晶體的成核劑、無機納米粒子、偶聯劑、抗氧劑、潤滑劑和氯吸收劑。其制備方法是將納米粒子經干燥、超聲波分散后，用偶聯劑進行活化處理，處理后的納米粒子與小本體聚丙烯、β成核劑、抗氧劑、潤滑劑和氯吸收劑進行初混，在雙螺桿擠出機中進行熔融共混擠出造粒，制得改性小本體聚丙烯組合物，其沖擊強度和彎曲強度得到較大的提高。
文檔編號C08L23/00GK1616539SQ20041001257
公開日2005年5月18日 申請日期2004年9月29日 優先權日2004年9月29日
發明者謝克昌, 趙彥生, 盧建軍, 鮑衛仁 申請人:太原理工大學