一種聚丙烯層狀硅酸鹽納米復合材料及制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及到一種聚丙烯層狀硅酸鹽納米復合材料及制備方法，屬于材料制備技 術領域。
[0002] 背景領域 當前通過對材料改性，使得材料的相關性能得到顯著改善，是當今材料領域較為熱門 的方法，其中對聚烯烴改性是最有發(fā)展前景。我們知道聚丙烯作為工程通用型材料，由于其 成型收縮率大、低溫脆性、硬度低、易老化、耐熱性差等缺點，限制聚丙烯的應用發(fā)展，因此 研宄聚丙烯/層狀硅酸鹽納米復合材料，具有重要的意義。然而聚丙烯本身就是非極性的、 表面能很低的聚烯烴高分子材料，層狀硅酸鹽極性很強，這樣聚丙烯和層狀硅酸鹽相容性 很差，因此利用熔融插層技術相當困難。
[0003] 聚丙烯本身的分子量很大，粘度大，聚丙烯大分子鏈很難進入硅酸鹽層內。當前， 解決方法是對對納米層狀蛭石進行有機化處理，利用蛭石層間無機陽離子和與有機陽離子 進行交換，使得納米蛭石進行有機化處理，降低納米蛭石的極性，使得親水納米蛭石表面疏 水化。
[0004] 對納米蛭石進行有機化是一個非常復雜的過程，其包括粒子分散，過濾、洗滌、干 燥等步驟才能完成，對納米輕石改性成本較高，導致聚乙稀/輕石納米復合材料制備成本 顯著增加。有機化納米蛭石的極性只是得到降低，進行熔融共混時，材料的相容性是得到了 改善，但改善效果并不是特別明顯。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的之一是為了解決上述的聚丙烯與無機納米復合材料相容性差及其 改善聚丙烯的力學性能等技術問題而提供一種聚丙烯層狀硅酸鹽納米復合材料的制備方 法。該制備方法首先對納米蛭石進行有機化處理，得到有機改性硅酸鹽再與馬來酸酐改性 的聚丙烯相互混合制備改性母料，然后將改性母料，聚丙烯混合、造粒、干燥，既得聚丙烯層 狀硅酸鹽納米復合材料。該制備方法克服了有機改性蒙脫土直接與聚丙烯共混性能差的缺 點，改善了最終所得的聚丙烯層狀硅酸鹽納米復合材料的性能。
[0006] 本發(fā)明的目的之二是提供上述的制備方法所得的聚丙烯層狀硅酸鹽納米復合材 料。
[0007] 本發(fā)明的技術方案 一種聚丙烯層狀硅酸鹽納米復合材料的制備方法，具體包括如下步驟： (1)、在反應器中首先加入納米層狀蛭石，然后加入蒸餾水攪拌混合均勻，用鹽酸調pH為7-8,攪拌60min后加入改性劑十六烷基三甲基溴化銨，在室溫下反應6h對納米層狀蛭石 進行插層改性，所得的反應液在氮氣氣氛下，控制溫度為50-60°C進行干燥，得到有機改性 硅酸鹽； 上述納米層狀蛭石、蒸餾水、改性劑十六烷基三甲基溴化銨的用量，按質量比計算，即 納米層狀輕石：蒸餾水：改性劑十六烷基三甲基溴化按為l〇g: 12ml: lg的比例進行計算； (2)、將步驟（1)所得的有機改性硅酸鹽與接枝率為1%的馬來酸酐改性的聚丙烯混 合，然后依次加入苯乙烯、甲基丙烯酸丁酯，控制溫度為30°C下浸泡lh，然后升溫到120°C 攪拌反應2h，出料，所得產物在60°C下真空干燥2h，得改性母料； 上述所用的有機改性硅酸鹽、接枝率為1%的馬來酸酐改性的聚丙烯、苯乙烯和甲基丙 烯酸丁酯的量，按質量比計算，即有機改性硅酸鹽：接枝率為1%的馬來酸酐改性的聚丙烯： 苯乙烯：甲基丙烯酸丁酯為10:10:7:1的比例進行； 所述的接枝率為1%的馬來酸酐改性的聚丙烯通過包括如下步驟的方法制備而成： 在裝有溫度計，電動攪拌器，回流冷凝管的500ml的三頸燒瓶內加入蒸餾水，加熱到 80°C后，加入過硫酸銨、MAH和PP粉末進行反應6h，所得的反應液過濾，所得的濾餅用蒸餾 水進行洗滌至流出液的pH為中性，然后真空下用丙酮抽提至少6h，即得接枝率為1%的馬來 酸酐改性的聚丙烯； 上述蒸餾水、過硫酸銨、MAH、PP粉末的用量，按質量比計算，即蒸餾水：過硫酸銨：MAH : PP 粉末為 300:20:5:50。
[0008] (3)、按質量比計算，改性母料：聚丙烯為0. 01-0. 4:1，優(yōu)選為0. 01-0. 09:1，更優(yōu) 選為0. 05:1的比例，將聚丙烯和步驟（2)所得的改性母料在高速混煉機上混合均勻后，通 過雙螺桿擠出機進行造粒，螺桿一至五控溫區(qū)溫度分別設定為190°C，205°C，215°C，217°C， 220°C，造粒過程中雙螺桿擠出機的熔體溫度設定為200°C，螺桿轉速為25r/min，造粒結束 后控制溫度為60°C進行干燥12h，既得聚丙烯層狀硅酸鹽納米復合材料。
[0009] 本發(fā)明的有益效果 本發(fā)明的聚丙烯層狀硅酸鹽納米復合材料的制備方法，通過易與蛭石進行離子交換的 改性劑十六烷基三甲基溴化銨對無機納米材料即納米層狀蛭石進行改性降低無機納米材 料的極性；然后再配合馬來酸酐對聚丙烯改性增強其極性，在溶脹劑苯乙烯，甲基丙烯酸丁 酯作用下制備改性母料；最后使其與聚丙烯混合，制備聚丙烯納米復合材料；而傳統的方 法只是對其中一種材料進行改性，與傳統方法相比，該方法進一步增強無機納米硅酸鹽與 聚丙烯的相容性，進而明顯提高材料的力學性能，所得的一種聚丙烯層狀硅酸鹽納米復合 材料的屈服強度、拉伸強度、彎曲強度、斷裂伸長率、沖擊強度分別可達27. 9MPa、43. 5 MPa、 63. 7MPa、400%、23. lj/m2。
【附圖說明】
[0010] 圖1、純聚丙烯樣條純PP和聚丙烯層狀硅酸鹽納米復合材料樣條PP-1，PP-2， PP-3, PP-4, PP-5的拉伸曲線圖。
【具體實施方式】
[0011] 下列通過具體的實施例并結合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細敘述，但是本發(fā)明的 詳細實例并不僅僅限制于此。
[0012]實施例1 一種聚丙烯層狀硅酸鹽納米復合材料的制備方法，具體包括如下步驟： (1)、在反應器中首先加入50g納米層狀蛭石，然后加入60ml蒸餾水，攪拌混合均勻后 用鹽酸調pH為7-8,攪拌60min后加入5g改性劑十六烷基三甲基溴化銨，在室溫下反應6h 對納米層狀蛭石進行插層改性，所得的反應液在氮氣氣氛下，控制溫度為50-60°C進行干 燥，得到有機改性硅酸鹽； 上述納米層狀蛭石、蒸餾水、改性劑十六烷基三甲基溴化銨的用量，按質量比計算，即 納米層狀輕石：蒸餾水：改性劑十六烷基三甲基溴化按為l〇g: 12ml: lg的比例進行計算； (2) 、將100g步驟（1)所得的有機改性硅酸鹽與100g接枝率為1%的馬來酸酐改性 的聚丙烯混合，然后加入70g苯乙烯，10g甲基丙烯酸丁酯，在30°C下浸泡lh，然后升溫到 120°C，充分攪拌反應2h，出料，所得產物在60°C下真空干燥2h，得到干燥良好的改性母料； 上述所用的有機改性硅酸鹽、接枝率為1%的馬來酸酐改性的聚丙烯、苯乙烯和甲基丙 烯酸丁酯的量，按質量比計算，即有機改性硅酸鹽：接枝率為1%的馬來酸酐改性的聚丙烯： 苯乙烯：甲基丙烯酸丁酯為10:10:7:1的比例進行； 所述的接枝率為1%的馬來酸酐改性的聚丙烯通過包括如下步驟的方法制備而成： 在裝有溫度計，電動攪拌器，回流冷凝管的500ml的三井燒瓶內加入300ml蒸餾水，加 熱到溫度為80°C，然后加入20g過硫酸銨（APS)，5 g MAH，50g PP粉末進行反應6h，所得的 反應液過濾，所得的濾餅用蒸餾水進行洗滌至流出液的pH為中性，然后真空下用丙酮抽提 至少6h，即得接枝率為1%的馬來酸酐改性的聚丙烯； (3) 、按質量比計算，改性母料：聚丙稀為0. 01:1的比例，將100g聚丙稀和lg步驟（2) 所得的改性母料，在高速混煉機上混合均勻后，通過雙螺桿擠出機進行造粒，螺桿一至五控 溫區(qū)溫度分別設定為190°C，205°C，215°C，217°C，220°C，造粒過程中雙螺桿擠出機的熔體 溫度設定為200°C，螺桿轉速為25r/min，造粒結束后控制溫度為60°C進行干燥12h，既得聚 丙烯層狀硅酸鹽納米復合材料。
[0013]實施例2 一種聚丙烯層狀硅酸鹽納米復合材料的制備方法，具體包括如下步驟： (1) 、同實施例1中的步驟（1); (2) 、同實施例1中的