專利名稱：無機填料填充高分子材料的方法
技術領域：
本發明涉及無機填料填充高分子材料時，無機填料首先被有機單體包覆的方法。
背景技術：
高分子材料包括聚乙烯、聚丙烯、ABS、聚氯乙烯、聚苯乙烯等由單體經過聚合而成的分子量比較大的聚合物。用無機材料(填料)填充高分子材料，可以賦予高分子材料一些特殊性能，如阻燃性能、抗靜電性能、剛性，可以用于制作電纜外護套、裝修材料、包裝材料、管材、家用電器外殼等等，并能降低成本。傳統的方法是利用偶聯劑處理無機填料，再與高分子材料共混，但是這種處理方法只是在無機填料的表面的幾個點與高分子材料結合，即它們之間的界面結合不好，影響了高分子材料的機械性能，如強度低、韌性不好等。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種無機填料填充高分子材料的方法，使無機填料穿上一層“有機外衣”，與高分子材料很好地結合。
本發明的無機填料填充高分子材料的方法，其特征在于100重量份的無機填料與可聚合單體2～15重量份、引發劑0.1～1重量份混合加熱進行聚合反應，聚合反應后粉碎得到包覆材料，包覆材料與高分子樹脂熔融塑化。所述可聚合單體為與高分子樹脂能夠相容的有機單體。
聚合反應溫度一般為50～95℃，聚合反應時間一般在2～4小時。
本發明所述的無機填料同已有技術所采取的各種物質，如碳酸鈣、滑石粉、氫氧化鎂、氫氧化鋁等，選取哪一種物質，可以根據用途而定，這些均屬于公知技術。例如，用氫氧化鋁(鎂)填充聚乙烯(或聚丙烯或三元乙丙橡膠)，具有阻燃性能，可以用于生產電纜護套、阻燃裝飾材料；用碳酸鈣填充PVC或氯化聚乙烯，具有較高的拉伸強度，可以用于生產電纜料、軟管、汽車用密封條等；用導電碳黑填充聚乙烯，具有抗靜電性能，可以用于生產抗靜電礦用管材等。
所述可聚合單體是指與被填充的高分子樹脂相容的單體材料，包括丙烯酸、丙烯酸酯類(如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯)、馬來酸酐、丙烯腈、苯乙烯等含有雙鍵的單體。可聚合單體包覆在無機填料表面，可與高分子材料很好地結合。
所述引發劑的作用是引起可聚合單體發生聚合反應，包括各類過氧化物(如過氧化二異丙苯、二叔丁基過氧化物)、氧化亞鐵、過硫酸鹽(如過硫酸鉀、過硫酸銨、過硫酸鈉)等。
本發明得到的包覆材料與基礎樹脂(高分子材料樹脂)熔融、塑化、造粒可得到功能性母料。功能性母料特別指出的是阻燃母料和抗靜電母料，對這些母料的主要原料組成來說，本發明未改變，只是改變了無機填料的加入方式，以包覆材料的形式與高分子材料熔融、共混。如按重量百分數，包覆材料80～85％與1～3％的分散劑(如聚乙烯蠟、油酸酰胺、芥酸酰胺)、余量的基礎樹脂等在雙螺桿擠出機中擠出、熔融、塑化、造粒而成為阻燃母料。包覆材料50～80％與3～5％的潤滑劑(如液體石蠟、聚乙烯蠟)及余量的基礎樹脂等在雙螺桿擠出機中擠出、熔融、塑化、造粒而成為抗靜電母料。
由于無機材料與有機材料相容性極差，存在界面之間的結合問題，所以有機高分子材料中大量填加無機填料時，對有機高分子材料的力學性能影響極大，雖然賦予了有機高分子材料一些特殊性能，但由于影響了其力學性能，往往導致有機高分子材料不能使用。本發明是利用單體可聚合的性質給無機填料穿上一層有機“外衣”，得到的這種包覆材料可以很好與有機高分子材料結合，解決了無機材料與有機材料的界面問題，因此在賦予有機高分子材料特殊性能的同時，而不影響其力學性能(主要表現在強度和韌性上，而且提高無機填料在高分子材料中的分散性，從而增強其效果)。
具體實施例方式
實施例一100重量份的氫氧化鋁或氫氧化鎂(細度大于325目)與5重量份的丙烯酸丁酯、0.1重量份的過硫酸銨一同加入反應釜中，然后加入二倍重量的水，加熱到50℃邊攪拌邊反應，反應完畢，烘干除去水分，粉碎得到包覆材料。
把上述包覆材料的80％(重量百分數)與18％的聚乙烯、2％的聚乙烯蠟在直徑為75毫米，長徑比為36∶1的同向積木式雙螺桿擠出機中塑化造粒，擠出機各段溫度在120~150℃之間。造粒后得到無公害阻燃母料。
實施例二100重量份的導電碳黑、4重量份的液體石蠟與10重量份的丙烯酸乙酯、0.1重量份的過硫酸銨一同加入反應釜中，然后加入五倍重量的水，加熱到50℃邊攪拌邊反應，反應完畢，烘干除去水分，粉碎得到包覆導電碳黑的材料，這種導電碳黑在塑料中極易分散，對材料的性能影響小。
把上述包覆材料的50％(重量百分數)加3％的聚乙烯蠟、47％的聚乙烯經實施例一方式的雙螺桿擠出機塑化造粒成為抗靜電母料。
對比例一按照實施例一填充同樣的無機填料，采用常用的偶聯劑的方法，用同樣的聚乙烯，得到的無機填料高分子材料，拉伸強度僅為5Mpa，伸長率僅為80％。而采用實施例一得到的高分子材料的拉伸強度達到13Mpa，伸長率為500％。
對比例二利用通常的偶聯劑方法添加導電碳黑得到的高分子材料的拉伸強度僅為9Mpa，伸長率僅為250％。而采用實施例二得到的抗靜電高分子材料的拉伸強度達到18.5Mpa，伸長率為750％。
實施例三100重量份的氫氧化鎂與2重量份的苯乙烯、0.5重量份的過硫酸鉀按照實施例一的方法得到包覆氫氧化鎂的包覆材料。
把上述包覆材料的80％(重量百分數)與16％的ABS(SBS或聚苯乙烯)、4％的聚乙烯蠟在直徑為75毫米，長徑比為36∶1的同向積木式雙螺桿擠出機中塑化造粒，造粒后得到阻燃母料。
以該實施例得到的母料和十溴聯苯醚以及三氧化二銻一起加入ABS中生產的制品(如管材)，提高了沖擊強度，可以達到13KJ/m2，而利用已有技術方式生產的制品的沖擊強度僅為7KJ/m2。
實施例四100重量份的三氧化二銻與8重量份的丙烯酸甲酯、1重量份的過硫酸鈉按照實施例一的方法得到包覆三氧化二銻的包覆材料。
把上述包覆材料的80％(重量百分數)與18％的ABS(或聚苯乙烯)、2％的聚乙烯蠟在直徑為75毫米，長徑比為36∶1的同向積木式雙螺桿擠出機中塑化造粒，造粒后得到包覆阻燃母料。
以該實施例得到的母料加入到PVC原料中生產的制品(如汽車用密封條)提高了阻燃效果，氧指數為31，而利用已有技術方式生產的制品的氧指數為26。
權利要求
1.無機填料填充高分子材料的方法，其特征在于100重量份的無機填料與可聚合單體2～15重量份、引發劑0.1～1重量份混合加熱進行聚合反應，聚合反應后粉碎得到包覆材料，包覆材料與高分子樹脂熔融塑化，所述可聚合單體為與高分子樹脂相容的有機單體。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于聚合反應溫度為50～95℃。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述可聚合單體包括丙烯酸、丙烯酸酯類、馬來酸酐、丙烯腈、苯乙烯。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述引發劑包括過氧化物、氧化亞鐵、過硫酸鹽。
全文摘要
無機填料填充高分子材料的方法，其特征在于100重量份的無機填料與可聚合單體2～15重量份、引發劑0.1～1重量份混合加熱進行聚合反應，聚合反應后粉碎得到包覆材料，包覆材料與高分子樹脂熔融塑化。由于無機材料與有機材料相容性極差，存在界面之間的結合問題，所以有機高分子材料中大量填加無機填料時，對有機高分子材料的力學性能影響極大，雖然賦予了有機高分子材料一些特殊性能，但由于影響了其力學性能，往往導致有機高分子材料不能使用。本發明是利用單體可聚合的性質給無機填料穿上一層有機“外衣”，得到的這種包覆材料可以很好與有機高分子材料結合，解決了無機材料與有機材料的界面問題，因此在賦予有機高分子材料特殊性能的同時，而不影響其力學性能。
文檔編號C08F2/44GK1699429SQ20041002412
公開日2005年11月23日 申請日期2004年5月17日 優先權日2004年5月17日
發明者付宇剛, 付宇經 申請人:淄博市臨淄天野塑化有限公司