一种杂化粒子及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种杂化粒子及其制备方法和应用，所述杂化粒子具有核壳结构，包括二氧化硅核层和包覆在所述二氧化硅核层表面的含硅氧烷丙烯酸酯聚合物壳层。所述杂化粒子可用于对聚丙烯进行增韧改性。本发明专利技术的杂化粒子以含硅氧烷丙烯酸酯聚合物为壳层，以二氧化硅为核层，其中的壳层具有柔性，且与聚丙烯具有良好的相容性，能够提高二氧化硅在聚丙烯中的分散性；同时，含硅氧烷丙烯酸酯聚合物能够在二氧化硅与聚丙烯之间形成良好的连接界面，进而提高二氧化硅增韧聚丙烯的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种杂化粒子及其制备方法和应用
本专利技术属于改性聚合物材料
，具体涉及一种杂化粒子及其制备方法和应用。
技术介绍
聚丙烯因具有价格低廉、易于加工成型、密度小、高温形变性、电绝缘性等优点，在工农业生产及日常生活中有着广泛的应用。然而，聚丙烯同时存在韧性低，导致抗冲击性能差，特别是耐低温冲击性差的缺点。因此，对聚丙烯进行增韧改性显得尤为重要。目前对聚丙烯增韧改性主要有弹性体改性和无机刚性粒子改性。弹性体增韧聚丙烯，弹性体的用量较大，成本较高。相比之下，无机刚性粒子改性因其成本低得到广泛关注。然而，研究表明，无机刚性粒子增韧聚丙烯时，存在无机刚性粒子在聚丙烯中的分散性差，以及与聚丙烯的界面结合较差的问题。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术的第一个目的是提出一种杂化粒子，能改善无机粒子在聚丙烯中的分散性。本专利技术采取的技术方案为：一种杂化粒子，具有核壳结构，包括二氧化硅核层和包覆在所述二氧化硅核层表面的含硅氧烷丙烯酸酯聚合物壳层。相对于现有技术，本专利技术的杂化粒子以含硅氧烷丙烯酸酯聚合物为壳层，以二氧化硅为核层，其中的壳层具有柔性，且与聚丙烯具有良好的相容性，能够提高二氧化硅在聚丙烯中的分散性；同时，含硅氧烷丙烯酸酯聚合物能够在二氧化硅与聚丙烯之间形成良好的连接界面，进而提高二氧化硅增韧聚丙烯的效果。所述含硅氧烷丙烯酸酯聚合物的化学结构式为：其中，R为-CH3或者H；R1为-CH3或者-CH2CH3；R2为含C3-C7的烷基；R3为-CH3或-CH2CH3；x、y、z为3～10的整数。本专利技术的第二个目的是提供所述杂化粒子的制备方法，包括如下步骤：(1)使(甲基)丙烯酸酯硬单体、丙烯酸酯软单体和含不饱和键硅氧烷单体发生聚合反应，得到含硅氧烷丙烯酸酯聚合物；(2)使二氧化硅和巯基硅烷偶联剂发生反应，得到巯基改性二氧化硅；(3)将含硅氧烷丙烯酸酯聚合物和巯基改性二氧化硅混合，反应得到杂化粒子。在制备杂化粒子过程中，首先制备了含硅氧烷结构的聚丙烯酸酯(含硅氧烷丙烯酸酯聚合物)，并对二氧化硅进行巯基改性，可利用巯基改性二氧化硅上的巯基对含硅氧烷结构的聚丙烯酸酯的自由基进行转移，同时聚硅氧烷结构与二氧化硅的羟基进行杂化反应，得到含硅氧烷结构的聚丙烯酸酯为壳，二氧化硅为核的具有核壳结构的杂化粒子。步骤(1)中，所述聚合反应温度为30～70℃，反应时间为5～30h。所述(甲基)丙烯酸酯单体为丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯中的至少一种。所述丙烯酸酯软单体为丙烯酸丁酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸异辛酯中的至少一种。所述含不饱和键硅氧烷单体为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基甲基二甲氧基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷、烯丙基二甲氧基硅烷、3-丙烯酰氧丙氧丙基三甲氧基硅烷、3-丙烯酰氧丙氧丙基三乙氧基硅烷中的至少一种。所述(甲基)丙烯酸酯硬单体、丙烯酸酯软单体和含不饱和键硅氧烷单体的质量份为：(甲基)丙烯酸酯硬单体20～30份丙烯酸酯软单体40～60份含不饱和键硅氧烷单体1～5份。所述(甲基)丙烯酸酯硬单体、丙烯酸酯软单体和含不饱和键硅氧烷单体在引发剂作用下发生聚合反应，所述引发剂的质量份为0.1～3份，所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮二异庚腈中的至少一种。所述(甲基)丙烯酸酯硬单体、丙烯酸酯软单体和含不饱和键硅氧烷单体在溶剂中进行聚合反应，所述溶剂的质量份为100份，所述溶剂为丁酮、甲苯、二甲苯中的至少一种。步骤(2)中，所述反应温度为30～60℃，反应时间为5～10h。所述二氧化硅选自气相纳米二氧化硅。所述巯基硅烷偶联剂为巯丙基三甲氧基硅烷和巯丙基三乙氧基硅烷中的一种或两种。所述二氧化硅和巯基硅烷偶联剂在催化剂作用下进行反应，所述催化剂的质量份为0.1～5份，所述催化剂为37％盐酸、10％硫酸、99％醋酸、25～28％氨水、10％氢氧化钠中的一种(其中的百分数指质量百分数)。步骤(3)中，所述反应温度为30～60℃，反应时间为10～30h。步骤(2)和步骤(3)中，所述二氧化硅、巯基硅烷偶联剂和含硅氧烷丙烯酸酯聚合物的质量份为：二氧化硅5～20份巯基硅烷偶联剂5～20份含硅氧烷丙烯酸酯聚合物1～10份。本专利技术的第三个目的是提供一种增韧改性聚丙烯材料，所述增韧改性聚丙烯材料包括如下质量份的原料：聚丙烯100份杂化粒子5～20份。所述聚丙烯的熔融指数为1～25g/10min。所述增韧改性聚丙烯材料的原料还包括分散剂0.5～5份。所述的分散剂为硬脂酸、硬脂酸钙中的至少一种。所述增韧改性聚丙烯材料的原料还包括抗氧剂0.5～5份。所述的抗氧剂为酚类抗氧剂Irganox1098、Irganox1010、Irganox1076中至少一种。本专利技术的另一目的是提供所述增韧改性聚丙烯材料的制备方法，包括如下步骤：将聚丙烯和杂化粒子混合，熔融挤出。所述熔融挤出过程采用双螺杆挤出机完成，挤出温度为180～220℃，转速100～150r/min。相对于现有技术，本专利技术具有如下有益效果：(1)本专利技术利用特定结构的杂化粒子提高了无机粒子在聚丙烯中的分散性。(2)本专利技术的增韧改性聚丙烯材料具有优异的韧性。附图说明图1为本专利技术的杂化粒子的结构示意图。具体实施方式本专利技术提供一种杂化粒子，其结构如图1所示，具有核壳结构，包括二氧化硅核层和包覆在所述二氧化硅核层表面的含硅氧烷丙烯酸酯聚合物壳层。所述杂化粒子的制备方法如下：(1)制备含硅氧烷结构的聚丙烯酸酯(含硅氧烷丙烯酸酯聚合物)在100份的溶剂中加入0.1～3份引发剂，依次加入20～30份(甲基)丙烯酸酯硬单体，40～60份的丙烯酸酯软单体，在30～70℃下反应5～30h，然后加入1～5份的含不饱和键硅氧烷单体，反应得到含硅氧烷结构的聚丙烯酸酯，其结构式为：其中，R为-CH3或者H；R1为-CH3或者-CH2CH3；R2为含C3-C7的烷基；R3为-CH3或-CH2CH3。(2)制备巯基改性二氧化硅将5～20份气相纳米二氧化硅加入100～500份无水乙醇，常温下超声分散3～10h，然后加入0.1～5份催化剂和0.5～3份水，5～20份巯基硅烷偶联剂，在超声分散作用下，在30～60℃下反应5～10h，得到巯基改性二氧化硅。(3)制备核壳结构有机无机杂化粒子(杂化粒子)在步骤(2)制得的巯基改性二氧化硅(全部)中加入步骤(1)中所制备的含硅氧烷结构的聚丙烯酸酯1～10份，加入0.1～5份催化剂和0.5～5份水，在超声分散作用下，在30～60℃下反应10～30h，然后旋转蒸发除去溶剂，即得到杂化粒子。本专利技术还利用上述杂化粒子制备一种增韧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种杂化粒子，其特征在于：具有核壳结构，包括二氧化硅核层和包覆在所述二氧化硅核层表面的含硅氧烷丙烯酸酯聚合物壳层。/n

【技术特征摘要】
1.一种杂化粒子，其特征在于：具有核壳结构，包括二氧化硅核层和包覆在所述二氧化硅核层表面的含硅氧烷丙烯酸酯聚合物壳层。


2.根据权利要求1所述杂化粒子，其特征在于：所述含硅氧烷丙烯酸酯聚合物的化学结构式为：



其中，R为-CH3或者H；R1为-CH3或者-CH2CH3；R2为含C3-C7的烷基；
R3为-CH3或-CH2CH3；x、y、z为3～10的整数。


3.一种杂化粒子的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)使(甲基)丙烯酸酯单体、丙烯酸酯软单体和含不饱和键硅氧烷单体发生聚合反应，得到含硅氧烷丙烯酸酯聚合物；
(2)使二氧化硅和巯基硅烷偶联剂发生反应，得到巯基改性二氧化硅；
(3)将含硅氧烷丙烯酸酯聚合物和巯基改性二氧化硅混合，反应得到杂化粒子。


4.根据权利要求3所述杂化粒子的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述聚合反应温度为30～70℃。


5.根据权利要求3所述杂化粒子的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：王政芳，李善吉，雷顺安，
申请(专利权)人：广州工程技术职业学院，
类型：发明
国别省市：广东;44