專利名稱：聚丙烯腈漿粕母粒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于 功能性高分子材料制造技術(shù)領(lǐng)域。涉及一種聚丙烯腈母粒的制造方 法，具體地說是涉及一種利用高度原纖化聚丙烯腈漿粕的高捕獲性能，制造高含量聚丙烯 腈漿粕母粒的方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，石棉纖維是一種兼有阻燃、增強(qiáng)、觸變、助加工等優(yōu)異綜合性能的無機(jī) 纖維材料，常被廣泛用于摩擦材料、密封材料、建筑材料等多種領(lǐng)域，但石棉纖維制品無論 在生產(chǎn)或使用中均會(huì)給人體健康造成嚴(yán)重危害，因而世界各國(guó)科研人員都在致力于尋求一 種新型的非石棉纖維以替代現(xiàn)有的石棉纖維。美國(guó)杜邦、日本帝人公司率先開發(fā)的Kevlar Pulp、Twaron Pulp和上海蘭邦開發(fā) 的“金蜘蛛”牌系列對(duì)位芳綸漿粕及“玉蜘蛛”牌系列聚丙烯腈漿粕是取代石棉纖維的理想 產(chǎn)品。而漿粕狀纖維結(jié)構(gòu)類似于樹枝狀，即每條枝桿上附著許多微纖，表面毛羽非常豐富， 因此，比表面積巨大(一般短切纖維的比表面積只有0. 1 lm2/g，漿粕比表面積達(dá)10 25m2/g)，用于復(fù)合材料中，具有非常強(qiáng)的捕獲細(xì)微粒子、抑制組分流失的能力。而這種獨(dú)特 的纖維結(jié)構(gòu)，即主干纖維表面呈毛絨狀，軸向尾端原纖化成針尖狀，使得纖維之間容易發(fā)生 纏結(jié)而不易均勻地分散到復(fù)合材料的基體中，使得具有這種優(yōu)異結(jié)構(gòu)特性的纖維不能充分 發(fā)揮其應(yīng)有作用，而大大制約其應(yīng)用領(lǐng)域。為此，美國(guó)杜邦公司(USP 4514541)提出了利用彈性體溶液與對(duì)位芳綸漿粕和補(bǔ) 強(qiáng)彈性體共同混合均勻制備芳綸漿粕粒狀彈性體母膠的配方及制備工藝，制備的含20%芳 綸漿粕的母膠在彈性體基體中具有良好的分散性，其增強(qiáng)的彈性體復(fù)合材料的常溫和高溫 拉伸力學(xué)性能指標(biāo)有很大的提高，該工藝采用需采用大量污染性有機(jī)溶劑甲苯，從而給生 產(chǎn)的安全性和環(huán)境帶來不利影響。作為上述技術(shù)的補(bǔ)充和發(fā)展，杜邦公司(EP 0272459)又 公開了利用液體彈性體與芳綸漿粕和補(bǔ)強(qiáng)填料制備芳綸漿粕粒狀彈性體母膠的配方及制 備工藝，制備的含10%芳綸漿粕的母膠在彈性體基體中具有良好的分散性，其增強(qiáng)的彈性 體復(fù)合材料小變形下的應(yīng)力比直接使用芳綸漿粕增強(qiáng)的彈性體復(fù)合材料高出50-200%?？梢钥闯?，杜邦公司的上述工藝受到溶劑污染性及液體彈性體品種的制約，無法 適用于多品種的復(fù)合材料基體，且成本很高，不能充分發(fā)揮對(duì)位芳綸漿粕的增強(qiáng)潛力。為此，我國(guó)北京化工大學(xué)(CN 200510083844.8)提出了一種對(duì)位芳綸漿粕的預(yù)處 理方法，利用空心玻璃微珠作為無機(jī)隔離粉體與松散的對(duì)位芳綸漿粕混合后再與作為潤(rùn)滑 劑的鄰苯二甲酸酯類化合物進(jìn)行混合形成對(duì)位芳綸漿粕的混合物，能使對(duì)位芳綸漿粕在彈 性體中分散性能優(yōu)異，有利于提高其增強(qiáng)的彈性體復(fù)合材料的性能，特別是該方法避免了 使用地環(huán)境污染的有機(jī)溶劑。但該方法使用大量的鄰苯二甲酸酯類潤(rùn)滑劑，最終殘留在復(fù) 合體系中，必將影響制品的性能，同時(shí)該處理方法仍然沒有突破對(duì)位芳綸漿粕僅在橡膠彈 性體領(lǐng)域的應(yīng)用。上海蘭邦CN 200910057137. X提出了不使用任何對(duì)環(huán)境不利的有機(jī)溶劑，制得的復(fù)合母體中對(duì)位芳綸漿粕分布均勻，可直接應(yīng)用于不同基體的增強(qiáng)體系，包括工程塑料和 工程橡膠等多種領(lǐng)域，工藝簡(jiǎn)單、靈活且成本較低。 而至目前，雖然聚丙烯腈漿粕同樣存在輕泡、計(jì)量困難及不易分散均勻的問題，但 相關(guān)的應(yīng)用技術(shù)研究尚未見有報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制造聚丙烯腈漿粕母粒的制造方法，能使?jié){粕在不同 的應(yīng)用基體中分散均勻，有效提高聚丙烯腈漿粕在復(fù)合材料中的增強(qiáng)潛力，且工藝簡(jiǎn)單、靈 活并無污染。本發(fā)明的技術(shù)方案是利用高度原纖化聚丙烯腈漿粕的高捕獲性能，在高剪切作 用下，均勻吸附經(jīng)高效偶聯(lián)劑預(yù)處理后的功能無機(jī)粉末，使聚丙烯腈漿粕的微纖之間形成 有效隔離并與增強(qiáng)基體有很好的相容性，再將熱塑性彈性粒子或粉體與經(jīng)隔離處理的漿粕 復(fù)合物進(jìn)行充分混合后，根據(jù)不同基體的特性選用合適的加工條件，形成含對(duì)位芳綸漿粕 25 40%的母粒。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1.充分利用高度原纖化聚丙烯腈漿粕的高捕獲性能，制造聚丙烯腈漿粕母粒，不 使用任何對(duì)環(huán)境污染的有機(jī)溶劑或含有減低增強(qiáng)體系性能影響的組份；2.將無機(jī)粉末的高效偶聯(lián)劑的預(yù)處理、聚丙烯腈漿粕與無機(jī)粉末的高速混合分 散、熱塑性彈性粒子或粉體與經(jīng)隔離處理聚丙烯腈漿粕的混合可在同一設(shè)備中完成，大大 減化了制造工藝處理流程；3.制成的聚丙烯腈漿粕母粒可和普通高分子原料一樣直接應(yīng)用于增強(qiáng)體系，應(yīng)用 要求大幅度減低；


圖1為聚丙烯腈漿粕實(shí)物照片圖。圖2為本發(fā)明聚丙烯腈漿粕母粒實(shí)物照片。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明聚丙烯腈漿粕母粒制造方法的技術(shù)特征在于高度原纖化聚丙烯腈漿粕均 勻吸附經(jīng)高效偶聯(lián)劑預(yù)處理后的功能無機(jī)粉末，使聚丙烯腈漿粕的微纖之間形成有效隔離 并與增強(qiáng)基體有很好的相容性，再將熱塑性彈性粒子或粉體與經(jīng)隔離處理的漿粕復(fù)合物進(jìn) 行充分混合后，根據(jù)不同基體的特性選用合適的加工條件，形成含聚丙烯腈漿粕25 40% 的母粒。本發(fā)明所述的功能無機(jī)粉末可以是無機(jī)非金屬礦物粉如碳酸鈣、硫酸鋇、滑石粉、 硅灰石、玻璃微珠等其中的一種或幾種；本發(fā)明所述的高效偶聯(lián)劑可以是硅烷類、鈦酸酯類或鋁酸酯類偶聯(lián)劑，最好是根 據(jù)體系要求選用鈦酸酸類偶聯(lián)劑；本發(fā)明所述的偶聯(lián)劑對(duì)無機(jī)功能粉末預(yù)處理方法可以采用直接預(yù)混合法，但更好 的方法是在高效混合設(shè)備中，無機(jī)粉末在高速攪拌的同時(shí)，霧狀噴入偶聯(lián)劑，使少量偶聯(lián)劑能均勻地包覆在無機(jī)粉末的表面；本發(fā)明所述的聚丙烯腈漿粕與被高效偶聯(lián)劑均勻包復(fù)的無機(jī)功能粉末在高效混 合設(shè)備中進(jìn)行高剪切分散混合，形成聚丙烯腈漿粕的有效隔離物系；本發(fā)明所述的熱塑性彈性粒子或粉體可以是TPE、TP0、EVM、EVA、TPU、P0E等基體；本發(fā)明所述的高效混合過程的實(shí)施可在同一高剪切混合設(shè)備中完成，內(nèi)部包含兩 套相互垂直的雙層攪拌裝置，下層為高轉(zhuǎn)速片狀結(jié)構(gòu)，使?jié){粕狀纖維在高剪切作用下充分 伸展，且使粉體能被均勻吸附，而上層采用低速槳式結(jié)構(gòu)，使離心向上和邊上的物料在設(shè)備 中向下向中心翻動(dòng)，以形成充分混合、均勻分布的穩(wěn)定復(fù)合體系；實(shí)施例下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中所采用聚丙烯腈漿粕為上海蘭邦工業(yè)纖維有限公司生產(chǎn)的“玉蜘 蛛” JLP-502型，其技術(shù)指標(biāo)為長(zhǎng)度分布1. 8士0. 4mm ；比表面積為12. 9m2/g，其實(shí)物照片 如圖1所示。高剪切混合設(shè)備為自行設(shè)計(jì)制造，蓋上帶有液體噴霧入料裝置，內(nèi)部包含兩套相 互垂直的雙層攪拌裝置，下層為高轉(zhuǎn)速片狀結(jié)構(gòu)，使?jié){粕狀纖維在高剪切作用下充分伸展， 且使粉體能被均勻吸附，而上層采用低速槳式結(jié)構(gòu)，使離心向上和邊上的物料在設(shè)備中向 下向中心翻動(dòng)。實(shí)例1在高剪切混合設(shè)備中加入1000目微細(xì)活性輕質(zhì)碳酸鈣1500g，在高速攪拌的同時(shí) 噴霧加入單烷氧基型鈦酸酯偶聯(lián)劑15g，使其均勻地包覆在碳酸鈣的外面，然后加入聚丙烯 腈漿粕1500g，再高速攪拌，同時(shí)啟動(dòng)低速翻動(dòng)，充分混合均勻后，加入聚烯烴彈性體粒子 P0E1285g，繼續(xù)高速攪拌、低速翻動(dòng)，形成含聚丙烯腈漿粕的均勻復(fù)合物系。出料后，采用強(qiáng) 制喂料裝置，經(jīng)過直接雙螺桿擠出機(jī)造粒系統(tǒng)，形成以POE為基體含聚丙烯腈漿粕35%的 母粒。實(shí)例2在高剪切混合設(shè)備中加入1000目微細(xì)活性輕質(zhì)碳酸鈣1500g，在高速攪拌的同時(shí) 噴霧加入單烷氧基型鈦酸酯偶聯(lián)劑15g，使其均勻地包覆在碳酸鈣的外面，然后加入聚丙烯 腈漿粕 1500g，再高速攪拌，同時(shí)啟動(dòng)低速翻動(dòng)，充分混合均勻后，加入乙酸乙烯酯橡膠粒子 EVM750g，繼續(xù)高速攪拌、低速翻動(dòng)，形成含聚丙烯腈漿粕復(fù)合物系。出料后，采用強(qiáng)制喂料 裝置，經(jīng)過直接雙螺桿擠出機(jī)造粒系統(tǒng)，形成以EVM為基體含聚丙烯腈漿粕40%母粒。實(shí)例3在高剪切混合設(shè)備中加入1000目微細(xì)活性輕質(zhì)碳酸鈣1500g，在高速攪拌的同時(shí) 噴霧加入單烷氧基型鈦酸酯偶聯(lián)劑15g，使其均勻地包覆在碳酸鈣的外面，然后加入聚丙烯 腈漿粕1500g，再高速攪拌，同時(shí)啟動(dòng)低速翻動(dòng)，充分混合均勻后，加入聚氨酯熱塑性彈性體 750g，繼續(xù)高速攪拌、低速翻動(dòng)，形成含對(duì)位芳綸復(fù)合物系。出料后，采用強(qiáng)制喂料裝置，經(jīng) 過直接雙螺桿擠出機(jī)造粒系統(tǒng)，形成以TPU為基體含聚丙烯腈漿粕40%的母粒。
權(quán)利要求
1.一種聚丙烯腈漿粕母粒的制造方法。其特征在于高度原纖化聚丙烯腈漿粕均勻吸 附經(jīng)高效偶聯(lián)劑預(yù)處理后的功能無機(jī)粉末，使?jié){粕的微纖之間形成有效隔離并與基體有很 好的相容性，再將基體熱塑性彈性體粒子或粉體與經(jīng)隔離處理的漿粕復(fù)合物進(jìn)行充分混合 后，選用合適的加工條件，形成含聚丙烯腈漿粕25 40%的復(fù)合母粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的功能無機(jī)粉末可以是無機(jī)非金屬 礦物粉如碳酸鈣、硫酸鋇、滑石粉、硅灰石、玻璃微珠等其中的一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的高效偶聯(lián)劑可以是硅烷類、鈦酸酯 類或鋁酸酯類偶聯(lián)劑，最好是根據(jù)體系要求選用鈦酸酸類偶聯(lián)劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的偶聯(lián)劑對(duì)無機(jī)功能粉末預(yù)處理方 法可以采用直接預(yù)混合法，但更好的方法是在高效混合設(shè)備中，無機(jī)粉末在高速攪拌的同 時(shí)，霧狀噴入偶聯(lián)劑，使少量偶聯(lián)劑能均勻地包覆在無機(jī)粉末的表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1和4所述的方法，其特征在于所述的聚丙烯腈漿粕與被高效偶聯(lián) 劑均勻包復(fù)的無機(jī)功能粉末在高效混合設(shè)備中進(jìn)行高剪切分散混合，形成聚丙烯腈漿粕的 有效隔離物系。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的熱塑性彈性體粒子或粉體可以是 TPE、TPO、EVM、TPU、EVA、POE 等基體；
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的熱塑性彈性粒子或粉體與聚丙烯 腈漿粕隔離物系進(jìn)行充分分散混合，形成穩(wěn)定的復(fù)合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、4、5和7所述的方法，其特征在于所述的高效混合過程的實(shí)施可 在同一高剪切混合設(shè)備中完成，內(nèi)部包含兩套相互垂直的雙層攪拌裝置，下層為高轉(zhuǎn)速片 狀結(jié)構(gòu)，使?jié){粕狀纖維在高剪切作用下充分伸展，且使粉體能被均勻吸附，而上層采用低速 槳式結(jié)構(gòu)，使離心向上和邊上的物料在設(shè)備中向下向中心翻動(dòng)，以形成充分混合、均勻分布 的穩(wěn)定復(fù)合體系；
9.根據(jù)權(quán)利要求1和7所述的方法，其特征在于所述的復(fù)合物根據(jù)不同基體的特性 選用合適的加工條件，利用強(qiáng)制喂料裝置，經(jīng)過雙螺桿擠出機(jī)造粒系統(tǒng)，形成含聚丙烯腈漿 粕25 40%的母粒。
全文摘要
一種聚丙烯腈漿粕母粒的制造方法，屬于功能性高分子材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明利用高度原纖化聚丙烯腈漿粕的高捕獲性能，在高剪切作用下，均勻吸附經(jīng)高效偶聯(lián)劑預(yù)處理后的功能無機(jī)粉末，使聚丙烯腈漿粕的微纖之間形成有效隔離并與基體有很好的相容性，再將基體熱塑性彈性體粒子或粉體與經(jīng)隔離處理的漿粕復(fù)合物進(jìn)行充分混合后，選用合適的加工條件，形成含聚丙烯腈漿粕25～40％的復(fù)合母粒。本方法不使用任何對(duì)環(huán)境不利的有機(jī)溶劑，制得母粒中聚丙烯腈漿粕分布均勻，可直接應(yīng)用于不同高分子基體的增強(qiáng)體系，工藝簡(jiǎn)單、靈活且成本較低。
文檔編號(hào)C08L33/20GK102093694SQ20091020192
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2009年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月14日
發(fā)明者尤松, 尤秀蘭, 陳洪新 申請(qǐng)人:上海蘭邦工業(yè)纖維有限公司, 鹽城市蘭邦工業(yè)纖維有限公司