尼龍粉/聚碳酸亞丙酯復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于復合材料技術領域，具體涉及一種尼龍粉/聚碳酸亞丙酯復合材料及 其制備方法。
【背景技術】
[0002] 聚碳酸亞丙酯（PPC)是二氧化碳和環氧丙烷的交替共聚物，因其具有生物可降解 性、生物相容性、高透明度、柔韌性及氣體阻隔性等諸多優良的性能，使其在醫藥領域和包 裝材料等領域具有十分廣泛的應用前景。此外，在聚碳酸亞丙酯制備過程中，有效地固定了 溫室氣體二氧化碳。因此，聚碳酸亞丙酯近年來備受關注。但是聚碳酸亞丙酯玻璃化溫度 低、熱穩定性和力學強度較差，極大限制了其規模化應用。
[0003] 為提高聚碳酸亞丙酯的性能，國外內相繼開展了聚碳酸亞丙酯的改性研究。其中， 物理共混是改善聚碳酸亞丙酯性能的有效途徑之一，而且這種方法對設備要求簡單，操作 方便，因而得到了廣泛的研究。聚碳酸亞丙酯與天然大分子如殼聚糖、苧麻、淀粉、纖維素和 木質素等復合，與人工合成的高分子材料如聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚乳酸和聚丁二酸丁二醇 酯等共混，與無機材料如玻璃纖維、納米碳酸鈣、蒙脫土、累托石、納米SiO2、碳納米管以及 氧化石墨等進行共混復合等均有文獻報道。這些工作均不同程度的提高了聚碳酸亞丙酯的 性能。一般情況下，改性組分加入比較多的情況下才能起到較好的改性效果。如Chen等報 道采用玻璃纖維對聚碳酸亞丙酯進行共混改性（Journal of Reinforced Plastics and Composites, 2010，29 (10) : 1545-1550.)，加入10%的玻璃纖維，所得復合材料的拉伸強 度從17. 32MPa提高了 25. 43MPa，最大熱分解溫度從290. 8°C提高了 293. 2°C，但是斷裂伸 長率卻從255. 03%大幅度下降到了 8.86%。中國專利CN104327477A公布了聚碳酸亞丙酯/ 纖維素復合材料及其制備方法，纖維素用量比較多時才具有較好的改性效果，例如，60g木 漿纖維素和40g聚碳酸亞丙酯共混，所得復合材料的玻璃化轉變溫度從32°C為48°C，其拉 伸強度從19MPa提高34MPa，而用5g的木漿纖維素和95g聚碳酸亞丙酯共混，所得復合材料 的玻璃化轉變溫度僅為34°C，拉伸強度為24MPa。中國專利CN103540113A公布了碳酸鈣填 充改性提高聚碳酸亞丙酯力學性能的方法，效果類似。Gao等采用納米級氧化石墨對聚碳酸 亞丙酯進行改性（Journal of Materials Chemistry, 2011，21，17627 - 17630·)，加入 少量的納米級氧化石墨就可以顯著提高聚碳酸亞丙酯的力學性能。然而，這些填料價格昂 貴，從而限制了這類復合材料的推廣使用。
[0004] 尼龍粉末即聚酰胺粉末，是一種常見的粉體材料。尼龍粉保持了原有尼龍的優異 性能，具有良好的機械性能、耐磨性、自潤滑、耐油、電絕緣性良好等優良性能，且無毒無味， 廣泛應用于粉末涂料、黏合劑、醫藥、化妝品等領域，成為一種很有發展前景的高分子材料。 然而，將尼龍粉末用作高分子材料填充劑從而對高分子材料進行改性卻鮮見報道。
【發明內容】
[0005] 基于此，本發明目的在于提供一種尼龍粉/聚碳酸亞丙酯復合材料及其制備方 法。
[0006] 本發明所提供的尼龍粉/聚碳酸亞丙酯復合材料是由尼龍粉和聚碳酸亞丙酯 (PPC)組成，其中，尼龍粉和聚碳酸亞丙酯的質量比為0. 1~4 :100。
[0007] 所述聚碳酸亞丙酯的數均分子量為I. 5 X IO4~3 X 105,分子量分布為1. 3~7. 5。
[0008] 所述尼龍粉可以為尼龍3、尼龍6、尼龍66、尼龍46、尼龍1010、尼龍11和尼龍12 中的任意一種或兩種以上的混合物。
[0009] 所述尼龍粉的粒度在200目以上。
[0010] -種上述尼龍粉/聚碳酸亞丙酯復合材料的制備方法，其采用溶液共混的方法獲 得，具體為：將聚碳酸亞丙酯溶解于適量的溶劑中獲得溶液a，將尼龍粉分散于適量的溶劑 中獲得溶液b，然后將溶液a和溶液b混合到一起，攪拌至溶劑揮發(約需4~12h)，室溫干 燥8~16 h，再真空干燥24~48h。
[0011] 具體的，所述溶劑為二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮、四氫呋喃、乙酸乙酯和二氧六環中 的一種或兩種以上的混合物。溶劑的添加量以為聚碳酸亞丙酯/尼龍粉重量的5~15倍 為宜。
[0012] 上述尼龍粉/聚碳酸亞丙酯復合材料的另一種制備方法，也可以采用熔融共混的 方法獲得，具體為：按比例取聚碳酸亞丙酯和尼龍粉，然后置于混合設備中于130~180°C 熔融共混5~30 min，冷卻即得產品。也可以根據需要，將所得復合材料進一步壓制成片 材。
[0013] 具體的，熔融共混所用混合設備為密煉機、單螺桿擠出機或雙螺桿擠出機等。
[0014] 本發明所提供的復合材料具有優良的性能，熱性能和力學性能等性能指標表現優 異。制備方法簡單，效果好，經濟性好。可以從以下幾個方面得到具體的體現： 1) 所得復合材料具有優良的熱性能和力學性能，且填料控制在較少用量時就可達到比 較好的改性效果； 2) 尼龍粉廉價易得； 3) 尼龍粉/PPC復合材料采用溶液共混或熔融共混的方式制備，共混法對設備要求低， 操作簡單，便于實施。
【具體實施方式】
[0015] 下面結合具體實施例對本發明做進一步的說明，但本發明的保護范圍不限于此。
[0016] 尼龍粉/聚碳酸亞丙酯復合材料〉 本發明所提供的尼龍粉/聚碳酸亞丙酯復合材料，是采用尼龍粉作為改性劑對聚碳酸 亞丙酯進行共混改性。所述尼龍粉和聚碳酸亞丙酯的質量比為0. 1~4 :100,優選用0. 1~ 2 ：100〇
[0017] 本發明所選用聚碳酸亞丙酯的數均分子量為I. 5X IO4~3X 10 5,分子量分布為 1. 3~7. 5。優選用數均分子量為2 X IO4~2. 5 X 10 5,分量分布為1. 5~4. 5。
[0018] 本發明所選用的尼龍粉目數要求在200目以上，作為優選，尼龍粉的目數在400~ 1000之間。
[0019] 本發明所選用的尼龍粉為尼龍3、尼龍6、尼龍66、尼龍46、尼龍1010、尼龍11和尼 龍12中的任意一種或兩種以上的混合物。優選地，本發明的尼龍粉選自尼龍3、尼龍6、尼 龍66和尼龍46。
[0020] 制備方法〉 本發明所提供的尼龍粉/聚碳酸亞丙酯復合材料的制備方法包括溶液共混和熔融共 混。作為優選，本發明優先選用熔融共混的方法。
[0021] 所述熔融共混的溫度為130~180°C，優選熔融共混溫度為150~170°C，熔融共 混時間為5~30 min，優選共混時間為8~20 min。
[0022] 實施例1-8 將50g聚碳酸亞丙酯（PPC，數均分子量為2. 2 X 104,分子量分布指數3. 8)和不同添加 量的尼龍粉在密煉機中于一定溫度下熔融共混一定時間，冷卻，即得尼龍粉/聚碳酸亞丙 酯復合材料產品。實施例1至8中的具體尼龍粉種類、尼龍粉與PPC質量比、熔融共混溫度 及共混時間等工藝參數詳見表1。
[0023] 對比例1和2 將50g聚碳酸亞丙酯（PPC，數均分子量為2. 2 X 104,分子量分布指數3. 8)分別與 0. 025g、3g的尼龍3粉在密煉機中于180°C熔融共混lOmin，冷卻，即得尼龍粉/聚碳酸亞丙 酯復合材料產品。具體可見表1。
[0024] 表1、不同實施例中的各工藝參數
〈測試方法〉 上述實施例1至8以及對比例1、2所得復合材料分別在硫化機上于KKTC熱壓成Imm 左右厚度的薄膜。將所得薄膜進行差示掃描量熱儀、熱重分析儀和靜態拉伸測試。結果見 表2。
[0025] 差示掃描量熱儀的測試條件為：采用Mettler-Toledo DSC822e差示掃描量熱儀 進行測試。首先在70°C恒溫5min，消除熱歷史，快速降溫至-30°C，然后以20°C /min的升 溫速率升溫至70°C，記錄玻璃化轉變溫度。
[0026] 熱重分析儀的測試條件為：采用Mettler-Toledo TGA/SDTA851e熱重分析儀進行 測試。氣氛為氮氣，升溫速率為10°c /min，掃描溫度范圍為25°C~550°C。
[0027] 靜態拉伸實驗是按照ASTM標準進行測試的，拉伸速率為50mm/min。采用 Instronl 185儀器進行測試。
[0028] 表2、不同實施例所得復合材料的測試結果
從表2中可以看出：加入少量的尼龍粉填料就可以較好地改善聚碳酸亞丙酯的性能。 而且由于尼龍粉用量較少，所得復合材料還具有比較好的透光性，可以用作包裝材料使用。
【主權項】
1. 一種尼龍粉/聚碳酸亞丙酯復合材料，其特征在于，該復合材料由尼龍粉和聚碳酸 亞丙酯組成，其中，尼龍粉和聚碳酸亞丙酯的質量比為0. 1~4 :100。2. 根據權利要求1所述的尼龍粉/聚碳酸亞丙酯復合材料，其特征在于：所述聚碳酸 亞丙酯的數均分子量為I. 5XIO4~3X10 5,分子量分布為1. 3~7. 5。3. 根據權利要求1所述的尼龍粉/聚碳酸亞丙酯復合材料，其特征在于，所述尼龍粉為 尼龍3、尼龍6、尼龍66、尼龍46、尼龍1010、尼龍11和尼龍12中的一種或兩種以上的混合 物。4. 根據權利要求1所述的尼龍粉/聚碳酸亞丙酯復合材料，其特征在于，所述尼龍粉的 粒度在200目以上。5. -種權利要求1至4任一所述尼龍粉/聚碳酸亞丙酯復合材料的制備方法，其特 征在于，采用溶液共混的方法獲得，具體為：將聚碳酸亞丙酯溶解于適量的溶劑中獲得溶液 a，將尼龍粉分散于適量的溶劑中獲得溶液b，然后將溶液a和溶液b混合到一起，攪拌至溶 劑揮發，室溫干燥8~16h，再真空干燥24~48h。6. 根據權利要求5所述尼龍粉/聚碳酸亞丙酯復合材料的制備方法，其特征在于，所述 溶劑為二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮、四氫呋喃、乙酸乙酯和二氧六環中的一種或兩種以上的 混合物。7. -種權利要求1至4任一所述尼龍粉/聚碳酸亞丙酯復合材料的制備方法，其特征 在于，采用熔融共混的方法獲得，具體為：按比例取聚碳酸亞丙酯和尼龍粉，然后置于混合 設備中于130~180°C熔融共混5~30min，冷卻即得產品。8. 根據權利要求7所述尼龍粉/聚碳酸亞丙酯復合材料的制備方法，其特征在于，熔融 共混所用混合設備為密煉機、單螺桿擠出機或雙螺桿擠出機。
【專利摘要】本發明提供了一種尼龍粉和聚碳酸亞丙酯復合材料，其是由質量比為0.1～4：100的尼龍粉和聚碳酸亞丙酯組成，該復合材料由尼龍粉和聚碳酸亞丙酯采用溶液共混或熔融共混方法制備而成。本發明所提供的復合材料具有較好的性能，所用原料價廉易得；且制備方法工藝簡單，便于實施。
【IPC分類】C08L69/00, C08L77/02
【公開號】CN105176035
【申請號】
【發明人】常海波, 徐超江, 武浩浩, 卜站偉, 林童, 閆壽科
【申請人】河南大學
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年8月10日