一种PP纳米复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及纳米复合材料领域，具体地说，涉及一种PP纳米复合材料及其制备方法，所述纳米复合材料是由预混料经熔融共混制得的，所述预混料是由结合有液体介质的纳米材料充盈粘附于聚丙烯颗粒间形成的；所述纳米复合材料在一定强度和/或刚度范围内时，韧性随强度和/或刚度的提升而提升。所述制备方法包括将液体介质和纳米材料混合得到膏状物，将所述膏状物粘附于聚丙烯颗粒表面进行熔融共混得到纳米复合材料。本发明专利技术提供的纳米复合材料具有优良的韧性，并且工艺流程短，成本低，适合推广使用。

A PP nanocomposite and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种PP纳米复合材料及其制备方法
本专利技术涉及纳米复合材料领域，具体地说，涉及一种PP纳米复合材料及其制备方法。
技术介绍
现有的技术中常采用纳米材料与聚合物混合挤出，形成复合材料，虽然该类复合材料的拉伸强度有所提升，但是由于纳米材料与聚合物的相容性差等问题，导致该类材料的耐冲击性能普遍不高。为解决上述问题，常采用插层原位聚合等方式，令聚合物在纳米材料的空隙间发生反应以提高复合材料的耐冲击性能，但是该流程费时较长，聚合反应条件苛刻，并且溶剂不易回收，会带来环境污染等衍生问题。专利号CN101081928A，提出了一种聚酰胺/纳米蒙脱土母料的制备方法，采用水辅助法制备聚酰胺/纳米蒙脱土母料，其制备方法是用去离子水为插层剂，将纯化的蒙脱土和去离子水混合，充分分散制得蒙脱土泥浆，将泥浆逐步加入到组方量完全熔融的聚酰胺，再经挤出造粒得到聚酰胺/纳米蒙脱土母料。其制备方法简单，生产成本低，但该方法是在聚酰胺熔融后再加入蒙脱土泥浆，会导致蒙脱土泥浆未来得及与共聚物完全混合，其层间的水便因高温气化，导致聚酰胺未能及时进入层间，同时，仅仅通过水气化的产生的能量不足以将蒙脱土层间完全剥离因而不能得到完全剥离型的复合材料，其产品性能也受到了极大的影响。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种纳米复合材料，包括纳米材料和聚丙烯，所述纳米材料的空隙经扩张处理，不需要进行插层原位聚合，可以在提升强度的同时，进一步提高聚丙烯纳米复合材料材料的韧性。为达到上述目的，本专利技术具体采用如下技术方案：一种PP纳米复合材料，其特征在于，所述纳米复合材料是由预混料经熔融共混制得的，所述预混料是由结合有液体介质的纳米材料充盈粘附于聚丙烯颗粒间形成的；所述纳米复合材料的韧性随强度和/或刚度的提升而提升。上述方案中，以高分子为基料的纳米复合材料，在代表强度的力学性能提升过程中，会在韧性方面出现损失，有时甚至会低于基料本身的韧性，减小了材料的适用范围；究其原因，是由于复合材料中的部分纳米材料组分与部分高分子间相容性差，此外，纳米材料本身在加工过程中产生了团聚，无法均匀分散在复合材料中，也造成了某些力学性能的缺失。本专利技术提供的纳米复合材料在纳米材料中结合有液体介质，并且将所述结合有液体介质的纳米材料粘附包裹在聚丙烯颗粒表面形成混合物，将上述混合物经熔融共混，利用加工升温过程令液体介质发生相变，使得纳米材料均匀分散在聚丙烯中，极大地提高了复合材料的韧性。上述方案中，所述液体介质至少包括水，还可以包括异戊烷、正戊烷、石油醚、己烷、环己烷、异辛烷、三氟乙酸、三甲基戊烷、环戊烷、庚烷、丁基氯、三氯乙烯、四氯化碳、三氯三氟代乙烷、丙醚、甲苯、对二甲苯、氯苯、邻二氯苯、二乙醚、苯、异丁醇、二氯化乙烯、正丁醇、乙酸丁酯、丙醇、甲基异丁酮、四氢呋喃、乙酸乙酯、异丙醇、乙醇、氯仿、甲基乙基酮、二氧杂环己烷、吡啶、丙酮、硝基甲烷、乙酸、乙腈、二甲基甲酰胺、甲醇、甲胺、二甲胺、乙醚、戊烷、二氯甲烷、二硫化碳、1,1-二氯乙烷、三氟代乙酸、1,1,1-三氯乙烷、乙醇、丁酮、1,2-二氯乙烷、乙二醇二甲醚、三乙胺、丙腈、4-甲基-2-戊酮、乙二胺、丁醇、乙酸、乙二醇一甲醚、辛烷、吗啉、乙二醇一乙醚、二甲苯、间二甲苯、醋酸酐、邻二甲苯、N,N-二甲基甲酰胺、环己酮、环己醇、糠醛、N-甲基甲酰胺中的一种或几种；优选为水。本专利技术的进一步方案为：所述纳米材料包括零维纳米材料或一维纳米材料的一种或多种，所述液体介质注入并填充纳米材料的空隙，形成具有自粘性的膏状物。本专利技术的进一步方案为：所述膏状物的稠度为0～100mm，但不为0mm；所述膏状物包括：纳米材料1重量份，液体介质0.02～100重量份；优选的，所述膏状物优选还包括，助剂0～50重量份，但不为0。上述方案中，相比现有技术中对纳米材料改性过滤并干燥的过程，本专利技术的纳米材料对空隙间注入液体介质后，形成了连续的，并且具有一定自粘性的膏状物，所述膏状物具有一定的稠度，但稠度不为0mm，代表所述膏状物为结合有液体介质并且具有一定流动性的半固体，因此可以将所述结合有液体介质的纳米材料膏状物均匀粘附在聚丙烯颗粒表面，与聚丙烯颗粒共同喂料至熔融共混的设备，提高了可加工性能。优选的，为了提高纳米材料所结合液体介质的量，还可以加入助剂。本专利技术的进一步方案为：所述零维纳米材料和一维纳米材料包括纳米氧化硅，纳米氧化钛，纳米氧化锆，纳米氧化锌，纳米氧化铝、纳米氧化镍、纳米金、纳米银、纳米硅、纳米碳、碳纳米纤维，碳纳米管、纳米石墨、纳米硼粉、纳米硫、纳米氧化镧，纳米氧化钕、纳米氧化铒、纳米氧化铈、纳米氧化镨、纳米氧化钇、纳米氧化铕、纳米氧化钨、纳米碳化硅、纳米氧化碲、纳米氧化铌、纳米氧化铪或纳米氧化钼中的一种或多种。上述方案中，纳米材料与液体介质间的离子交换量较低，几乎未发生离子交换，从而使得液体介质进入纳米材料形成高粘度高含液量的膏状物，便于进一步加工。本专利技术的进一步方案为：所述纳米复合材料强度的表征参数包括拉伸强度，刚度的表征参数包括弯曲强度，韧性的表征参数包括冲击强度，所述纳米复合材料的拉伸强度在10～40MPa范围，和/或弯曲强度在15～55MPa范围时，冲击强度随拉伸强度和/或弯曲强度的提升而提高10～80％。本专利技术的进一步方案为：所述纳米材料与聚丙烯的质量比为0.1～20:100，优选为1～10:100，更优选为3～8:100；所述聚丙烯的等规指数为90～99.5％，优选为95～99％；所述聚丙烯的熔体流动速率为0.1～2000g/10min，优选为0.2～100g/10min，更优选为0.3～80g/10min。上述方案中，由于常采用的聚丙烯的等规指数偏高，一般高于95％，因此相应的其结晶度越高，塑化温度和耐热性提高，但是会出现韧性下降的问题，而本申请将聚丙烯填充入经层间扩张处理的纳米材料层间，使得复合材料在韧性方面的性能提升较大。本专利技术还提供了一种聚丙烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)将液体介质与纳米材料混合搅拌，得到膏状物；(2)将步骤(1)中得到膏状物与聚丙烯颗粒混合，令膏状物充盈粘附于聚丙烯颗粒间得到预混料；(3)将步骤(2)中的预混料进行熔融共混，得到纳米复合材料；优选的，所述步骤(1)还包括将液体介质、纳米材料和助剂混合搅拌，得到膏状物。上述方法中，由于将液体介质与纳米材料混合得到了具有一定稠度半固体膏状物，因此在膏状物与聚丙烯颗粒混料后加入到挤出设备时不会发生打滑现象，可直接喂料制备纳米复合材料，便于生产加工，且避免了现有技术中液体介质过早气化导致的纳米复合材料性能较差的问题，经实验发现，相比于现有技术，本专利技术的混料制得的纳米复合材料性能更加优越。根据上述制备方法，步骤(3)中，熔融共混时，在温度高于或等于热塑性聚合物塑化温度时，纳米混合材料中液体介质气化，所述气化将团聚的纳米材料分离，同时所述气化将热量在热塑性聚合物和纳米材料中均匀传递；优选的，所述气化将热塑性聚合物软化，并降低热塑性聚合物的塑化温度。根据上述制备方法，步骤(3)中，在熔融共混的温度高于液体介质的沸点并达到聚丙烯塑化温度的过程中，液体介质气化，将团聚的纳米材料分离；所述液体介质的沸点低于聚丙烯的塑化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种PP纳米复合材料，其特征在于，所述纳米复合材料是由预混料经熔融共混制得的，所述预混料是由结合有液体介质的纳米材料充盈粘附于聚丙烯颗粒间形成的；所述纳米复合材料的韧性随强度和/或刚度的提升而提升。

【技术特征摘要】
1.一种PP纳米复合材料，其特征在于，所述纳米复合材料是由预混料经熔融共混制得的，所述预混料是由结合有液体介质的纳米材料充盈粘附于聚丙烯颗粒间形成的；所述纳米复合材料的韧性随强度和/或刚度的提升而提升。2.根据权利要求1所述的纳米复合材料，其特征在于，所述纳米材料包括零维纳米材料或一维纳米材料的一种或多种，所述液体介质注入并填充纳米材料的空隙，形成具有自粘性的膏状物；优选的，所述零维纳米材料和一维纳米材料包括纳米氧化硅，纳米氧化钛，纳米氧化锆，纳米氧化锌，纳米氧化铝、纳米氧化镍、纳米金、纳米银、纳米硅、纳米碳、碳纳米纤维，碳纳米管、纳米石墨、纳米硼粉、纳米硫、纳米氧化镧，纳米氧化钕、纳米氧化铒、纳米氧化铈、纳米氧化镨、纳米氧化钇、纳米氧化铕、纳米氧化钨、纳米碳化硅、纳米氧化碲、纳米氧化铌、纳米氧化铪或纳米氧化钼中的一种或多种。3.根据权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于，所述膏状物的稠度为0～100mm，但不为0mm；所述膏状物包括：纳米材料1重量份液体介质0.02～100重量份；所述膏状物优选还包括，助剂0～50重量份，但不为0。4.根据权利要求1～3任意一项所述的复合材料，其特征在于，所述纳米复合材料强度的表征参数包括拉伸强度，刚度的表征参数包括弯曲强度，韧性的表征参数包括冲击强度，所述纳米复合材料的拉伸强度在10～40MPa范围，和/或弯曲强度在15～55MPa范围时，冲击强度随拉伸强度和/或弯曲强度的提升而提高10～80％。5.根据权利要求1～4任意一项所述的复合材料，其特征在于，所述纳米材料与聚丙烯的质量比为0.1～20:100，优选为1～10:100，更优选为3～8:100；所述聚丙烯的等规指数为90～99.5％，优选为95～99％；所述聚丙烯的熔体流动速率为0.1～2000g/10min，优选为0.2～100g/10min，更优选为0.3～80g/10min。6.一种聚丙烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)将液体介质与纳米材料混合搅拌，得到膏状物；(2)将步骤(1)中得到膏状物与聚丙烯颗粒混合，令膏状物充盈粘附于聚丙烯颗粒间得到预混料；(3)将步骤(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：马永梅，郑鲲，张京楠，曹新宇，叶钢，尚欣欣，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11