一种PP纳米复合材料及其制备方法技术

技术编号:22096474 阅读:31 留言:0更新日期:2019-09-14 01:40
本发明专利技术涉及纳米复合材料领域,具体地说,涉及一种聚丙烯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层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,所述纳米材料经过层间扩张处理,不需要进行插层原位聚合,可在提升强度的同时,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:所述纳米材料包括层状纳米材料,所述层状纳米材料的至少部分片层在复合材料中呈扩张状。上述方案中,所述层状纳米材料属于层状二维纳米材料,在所述层状纳米材料的层间在结合液体介质后层间距扩张,在纳米复合材料的加工过程中,结合在层状纳米材料层间的液体介质发生气化,使得层间进一步扩张,便于聚丙烯进入层间形成复合材料,还可以防止加工过程中纳米材料发生团聚。层状纳米材料具有独特的二维板层结构,二维层板定向有序排列形成三维晶体结构独特,使得液体介质在一定条件下可以插入层间空隙将层板撑开,而不破坏层纳米材料原先的结构,并且层状纳米材料的层板组成和层间距都具有可调控性。本专利技术的进一步方案为:所述液体介质注入层状纳米材料的层间,形成充盈粘附于聚丙烯颗粒间的膏状物,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,相比现有技术中插层聚合对纳米材料改性过滤并干燥的过程,本专利技术的层状纳米材料的层间注入液体介质后,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,为了提高层状纳米材料层间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:所述层状纳米材料包括由固定结构单元通过共用的角、边或面堆积而成的多层空间网状结构,各层间存在可移动的离子或分子。上述方案中,所述层状纳米材料各层间存在可移动的离子时,该层状纳米材料具有一定的离子交换容量,优选离子交换容量为0.1~400mmol/100g范围,该类离子型层状纳米材料常用于插层聚合工艺中,使用酸化或碱化令层状纳米材料的层间与插层剂发生离子交换,从而对纳米材料实现改性;而本专利技术中,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层间形成高粘度高含液量的膏状物,便于进一步加工。所述离子型层状纳米材料包括阳离子型的层状硅酸盐、层状钛酸盐、层装磷酸盐和阴离子型的水滑石类化合物,具体包括纳米蒙脱土、纳米钛酸钾、高岭土、海泡石、水滑石中的一种或几种。上述方案中,所述层状纳米材料还可以是不具有离子交换容量的非离子型纳米层状材料,以石墨烯为例,由图1可以看出,所述膏状物中石墨烯样品部分呈较透明状态,说明该处石墨烯片层间被剥离,且团聚现象不明显。由图2可以看出,所述膏状物中石墨烯样品片层非常薄,可视范围内存在有剥离开的单片层石墨烯堆叠,样品的表面褶皱是因为二维结构的材料不易稳定单独存在,褶皱利于石墨烯稳定,并进一步证明了得到的样品为单层或少层石墨烯。所述非离子型纳米层状材料包括:1.碳材料:石墨烯;2.石墨烯类似物:元素周期表第四主族的元素,如硅烯、锗烯、硼烯、砷烯等,黑磷;3.过渡金属硫化物(TMDs):基于金属原子的配位环境和氧化态,过渡金属硫化物(TMDs)可以形成绝缘体(HfS2)、半导体(MoS2)、半金属(TiSe2)和全金属(NbSe2),甚至在低温条件下过渡金属硫化物(TMDs)可以表现出超导性。目前文献报道的有超过40中层状过渡金属硫化物;4.层状金属氧化物:MoO3、V2O3、V2O5、Al2O3、氧化铬、TiO2、BiOCl、MnO2;5.层状金属氢氧化物、钙钛矿类的氧化物;6.金属氮化物、碳化物:h-BN、碳化氮(g-C3N4);7.二维金属有机框架材料:已经实现剥离的MOF包括:[Cu2Br(IN)2]n(IN=异烟酸)、Zn-BDC(BDC=对苯二甲酸),在乙醇中剥离锰-2,2-二甲基琥珀酸(MnDM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,所述纳米材料包括层状纳米材料,所述层状纳米材料的至少部分片层在复合材料中呈扩张状;所述层状纳米材料包括由固定结构单元通过共用的角、边或面堆积而成的多层空间网状结构,各层间存在可移动的离子或分子。3.根据权利要求1或2所述的复合材料,其特征在于,所述液体介质注入层状纳米材料的层间,形成充盈粘附于聚丙烯颗粒间的膏状物,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15~35MPa范围,和/或弯曲强度在25~45MPa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)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。7.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员:马永梅庄亚芳郑鲲张京楠曹新宇尚欣欣
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

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