本發(fā)明涉及一種聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法，尤其涉及一種含插層改性的高嶺土的聚丙烯/高嶺土復(fù)合材料及其制備方法，屬于高分子復(fù)合材料及其成型加工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

聚丙烯是一種應(yīng)用最廣泛的通用塑料。與其他通用塑料相比，它具有成本低、力學(xué)性能優(yōu)良、耐化學(xué)性良好、絕緣性佳、透明度高及吸水率低等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在熱變形溫度不高和強(qiáng)度不夠理想等缺點(diǎn)。目前現(xiàn)有技術(shù)中為解決上述技術(shù)問(wèn)題，大多在聚丙烯復(fù)合材料中添加各種顆粒狀填料和玻璃纖維等增強(qiáng)填料來(lái)提高聚丙烯復(fù)合材料的熱變形溫度及提高復(fù)合材料的力學(xué)性能，尤其是用于改善其強(qiáng)度等。但上述增強(qiáng)方法仍然不能獲得理想的熱變形溫度和較高的強(qiáng)度，制備所得的復(fù)合材料也不能應(yīng)用于一些對(duì)材料剛性要求較高和使用環(huán)境溫度較高的情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種聚丙烯/高嶺土復(fù)合材料及其制備方法，該復(fù)合材料中添加了經(jīng)插層改性的疏水改性高嶺土，所得的復(fù)合材料強(qiáng)度高、耐熱性好，且制備方法簡(jiǎn)單易操作。

本發(fā)明為了解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明公開(kāi)了一種聚丙烯/高嶺土復(fù)合材料，其包括下述按重量份計(jì)的各組分：

所述疏水改性高嶺土是通過(guò)下述步驟制備所得的：

(1)將高嶺土與改性劑按質(zhì)量比為1.5～4.5:1混合均勻得到混合物，其中改性劑為羧酸鈉、羧酸鉀和羧酸鈣中的至少一種；

(2)將(1)中所得混合物在室溫下加入到無(wú)水乙醇中攪拌均勻，使其分散為均勻的懸浮漿液，然后將該懸浮漿液進(jìn)行離心分離得到固體物質(zhì)；其中所述混合物和無(wú)水乙醇的質(zhì)量比為1:2～4；

(3)將(2)中所得固體物質(zhì)按固液質(zhì)量比為1:2～4再次于室溫下加入到無(wú)水乙醇中攪拌均勻，使其分散為均勻的懸浮漿液，然后將所得懸浮漿液進(jìn)行離心分離得到固體物質(zhì)；再重復(fù)該步驟3～5次后將所得固體物質(zhì)進(jìn)行干燥，得到改性高嶺土；

(4)將十八烷基胺與乙醇配置成質(zhì)量百分濃度為3～7％的十八烷基胺的乙醇溶液，然后將(3)中所得改性高嶺土加入到該十八烷基胺的乙醇溶液中并采用超聲分散的方式使改性高嶺土均勻的分散其中，超聲分散結(jié)束后通過(guò)離心分離和干燥的步驟，得到疏水改性高嶺土；其中所述改性高嶺土與十八烷基胺的乙醇溶液的質(zhì)量比為1:3～5。

其更進(jìn)一步的技術(shù)方案是：

所述聚丙烯為熔體流動(dòng)速率為1～100g/10min的共聚聚丙烯和均勻聚丙烯中的至少一種。

所述熱穩(wěn)定劑為酚類、胺類、亞磷酸酯類、半受阻酚類、丙烯酰基官能團(tuán)與硫代酯的復(fù)合物類和杯芳烴類中的至少一種。

所述加工助劑為低分子酯類、金屬皂類、硬脂酸復(fù)合酯類和酰胺類中的至少一種。

所述十八烷基胺的乙醇溶液的質(zhì)量百分濃度為5～6％。

本發(fā)明還公開(kāi)了一種上述聚丙烯/高嶺土復(fù)合材料的制備方法，該方法包括下述步驟：

(1)將高嶺土與改性劑按質(zhì)量比為1.5～4.5:1混合均勻得到混合物，其中改性劑為羧酸鈉、羧酸鉀和羧酸鈣中的至少一種；

(2)將(1)中所得混合物在室溫下加入到無(wú)水乙醇中攪拌均勻，使其分散為均勻的懸浮漿液，然后將該懸浮漿液進(jìn)行離心分離得到固體物質(zhì)；其中所述混合物和無(wú)水乙醇的質(zhì)量比為1:2～4；

(3)將(2)中所得固體物質(zhì)按固液質(zhì)量比為1:2～4再次于室溫下加入到無(wú)水乙醇中攪拌均勻，使其分散為均勻的懸浮漿液，然后將所得懸浮漿液進(jìn)行離心分離得到固體物質(zhì)；再重復(fù)該步驟3～5次后將所得固體物質(zhì)進(jìn)行干燥，得到改性高嶺土；

(4)將十八烷基胺與乙醇配置成質(zhì)量百分濃度為3～7％的十八烷基胺的乙醇溶液，然后將(3)中所得改性高嶺土加入到該十八烷基胺的乙醇溶液中并采用超聲分散的方式使改性高嶺土均勻的分散其中，超聲分散結(jié)束后通過(guò)離心分離和干燥的步驟，得到疏水改性高嶺土；其中所述改性高嶺土與十八烷基胺的乙醇溶液的質(zhì)量比為1:3～5；

(5)將100重量份的聚丙烯、5.5～20.0重量份(4)中所得疏水改性高嶺土、0.2～2.0重量份的熱穩(wěn)定劑和0.2～2.0重量份的加工助劑在高速混合機(jī)中干混3～5min，混合轉(zhuǎn)速為600～800r/min，混合溫度為23～25℃，得到預(yù)混物；再將該預(yù)混物在長(zhǎng)徑比為40～50:1的雙螺桿擠出機(jī)中熔融混合分散，并擠出造粒，得到聚丙烯/高嶺土復(fù)合材料；其中雙螺桿擠出機(jī)的螺桿溫度為175～220℃。

本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：本發(fā)明中通過(guò)先采用羧酸鹽類改性劑對(duì)高嶺土進(jìn)行插層改性，然后再經(jīng)十八烷基胺改性制備具有疏水特性的改性高嶺土，最后將該疏水改性高嶺土與聚丙烯、熱穩(wěn)定劑、加工助劑熔融共混制備得到聚丙烯/高嶺土復(fù)合材料，其中高嶺土片層結(jié)構(gòu)經(jīng)改性劑改性后層間距擴(kuò)大，再經(jīng)十八烷基胺改性后表面疏水性提高，使高嶺土與聚丙烯的相容性提高，且聚丙烯分子鏈更容易進(jìn)入到高嶺土層狀結(jié)構(gòu)中，使高嶺土實(shí)現(xiàn)納米尺寸的分散，從而使得制備所得的聚丙烯復(fù)合材料的剛性和耐熱性能大幅提升，可應(yīng)用于對(duì)剛性和耐熱性能要求較高的塑料制品中。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例1-4和對(duì)比實(shí)施例1-3對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

下述具體實(shí)施例和對(duì)比實(shí)施例中所使用的原料如下所述，但本申請(qǐng)所使用的原料并不限于下述所公開(kāi)的原料的具體型號(hào)。

聚丙烯(PP)：EP548R，熔體流動(dòng)速率30g/10min，重均分子量12萬(wàn)。

高嶺土：粒徑15-25μm，榆林蒲白高嶺土有限公司。

改性劑：1-氨基環(huán)丁烷羧酸鹽，可以為鉀鹽、鈉鹽或鈣鹽。

十八烷基胺：十八烷基伯胺。

熱穩(wěn)定劑：氧化二丁基錫。

加工助劑：抗氧劑1010，抗氧劑168。

按照下述制備方法的制備步驟進(jìn)行具體實(shí)施例1-4中所述聚丙烯/高嶺土復(fù)合材料的制備，該制備方法包括下述步驟：

(1)按表1中所述配方用量將高嶺土與改性劑混合均勻得到混合物；

(2)將(1)中所得混合物在室溫下加入到無(wú)水乙醇中攪拌均勻，使其分散為均勻的懸浮漿液，然后將該懸浮漿液進(jìn)行離心分離得到固體物質(zhì)；其中所述混合物和無(wú)水乙醇的質(zhì)量比為1:2～4；

(3)將(2)中所得固體物質(zhì)按固液質(zhì)量比為1:2～4再次于室溫下加入到無(wú)水乙醇中攪拌均勻，使其分散為均勻的懸浮漿液，然后將所得懸浮漿液進(jìn)行離心分離得到固體物質(zhì)；再重復(fù)該步驟3～5次后將所得固體物質(zhì)進(jìn)行干燥，得到改性高嶺土；

(4)將配方用量的十八烷基胺與乙醇配置成質(zhì)量百分濃度為3～7％(優(yōu)選為5～6％)的十八烷基胺的乙醇溶液，然后將(3)中所得改性高嶺土加入到該十八烷基胺的乙醇溶液中并采用超聲分散的方式使改性高嶺土均勻的分散其中，超聲分散結(jié)束后通過(guò)離心分離和干燥的步驟，得到疏水改性高嶺土；

(5)按表1中配方用量將聚丙烯、(4)中所得疏水改性高嶺土、熱穩(wěn)定劑和加工助劑在高速混合機(jī)中干混3～5min，混合轉(zhuǎn)速為600～800r/min，混合溫度為23～25℃，得到預(yù)混物；再將該預(yù)混物在長(zhǎng)徑比為40～50:1的雙螺桿擠出機(jī)中熔融混合分散，并擠出造粒，得到聚丙烯/高嶺土復(fù)合材料；其中雙螺桿擠出機(jī)的螺桿溫度為175～220℃。

按照下述制備方法的制備步驟進(jìn)行對(duì)比實(shí)施例1中所述聚丙烯材料的制備，該制備方法包括下述步驟：

按表1中配方用量將聚丙烯、熱穩(wěn)定劑和加工助劑在高速混合機(jī)中干混3～5min，混合轉(zhuǎn)速為600～800r/min，混合溫度為23～25℃，得到預(yù)混物；再將該預(yù)混物在長(zhǎng)徑比為40～50:1的雙螺桿擠出機(jī)中熔融混合分散，并擠出造粒，得到聚丙烯材料；其中雙螺桿擠出機(jī)的螺桿溫度為175～220℃。

按照下述制備方法的制備步驟進(jìn)行對(duì)比實(shí)施例2中所述聚丙烯/高嶺土復(fù)合材料的制備，該制備方法包括下述步驟：

按表1中配方用量將聚丙烯、高嶺土、熱穩(wěn)定劑和加工助劑在高速混合機(jī)中干混3～5min，混合轉(zhuǎn)速為600～800r/min，混合溫度為23～25℃，得到預(yù)混物；再將該預(yù)混物在長(zhǎng)徑比為40～50:1的雙螺桿擠出機(jī)中熔融混合分散，并擠出造粒，得到聚丙烯/高嶺土復(fù)合材料；其中雙螺桿擠出機(jī)的螺桿溫度為175～220℃。

按照下述制備方法的制備步驟進(jìn)行對(duì)比實(shí)施例3中所述聚丙烯/高嶺土復(fù)合材料的制備，該制備方法包括下述步驟：

(1)按表1中所述配方用量將高嶺土與改性劑混合均勻得到混合物；

(2)將(1)中所得混合物在室溫下加入到無(wú)水乙醇中攪拌均勻，使其分散為均勻的懸浮漿液，然后將該懸浮漿液進(jìn)行離心分離得到固體物質(zhì)；其中所述混合物和無(wú)水乙醇的質(zhì)量比為1:2～4；

(3)將(2)中所得固體物質(zhì)按固液質(zhì)量比為1:2～4再次于室溫下加入到無(wú)水乙醇中攪拌均勻，使其分散為均勻的懸浮漿液，然后將所得懸浮漿液進(jìn)行離心分離得到固體物質(zhì)；再重復(fù)該步驟3～5次后將所得固體物質(zhì)進(jìn)行干燥，得到改性高嶺土；

(4)按表1中配方用量將聚丙烯、(3)中所得改性高嶺土、熱穩(wěn)定劑和加工助劑在高速混合機(jī)中干混3～5min，混合轉(zhuǎn)速為600～800r/min，混合溫度為23～25℃，得到預(yù)混物；再將該預(yù)混物在長(zhǎng)徑比為40～50:1的雙螺桿擠出機(jī)中熔融混合分散，并擠出造粒，得到聚丙烯/高嶺土復(fù)合材料；其中雙螺桿擠出機(jī)的螺桿溫度為175～220℃。

表1具體實(shí)施例1-4和對(duì)比實(shí)施例1-3配方用量(單位：kg)

將上述制備所得的聚丙烯材料和聚丙烯/高嶺土復(fù)合材料注塑成標(biāo)準(zhǔn)樣條測(cè)試?yán)鞆?qiáng)度和熱變形溫度，其中拉伸強(qiáng)度的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為ISO 527-2，拉伸速度為50mm/min；熱變形溫度的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為ISO 75-2，載荷0.45MPa，測(cè)試結(jié)果參見(jiàn)表2。

表2具體實(shí)施例1-4和對(duì)比實(shí)施例1-3所得樣條測(cè)試結(jié)果

通過(guò)上述對(duì)比實(shí)施例和具體實(shí)施例的比較可以看出，相比于未添加任何高嶺土的的聚丙烯材料，不論添加的是否是改性高嶺土還是疏水改性高嶺土，只要添加了高嶺土，聚丙烯材料的熱變形溫度和拉伸強(qiáng)度均有提高，但效果并不明顯；而僅添加了未改性高嶺土的聚丙烯復(fù)合材料，其熱變形溫度和拉伸強(qiáng)度高于純聚丙烯材料但低于本申請(qǐng)所述復(fù)合材料；更進(jìn)一步，聚丙烯材料中添加了僅經(jīng)改性劑改性的高嶺土，其熱變形溫度和拉伸強(qiáng)度在僅添加了高嶺土的聚丙烯復(fù)合材料基礎(chǔ)上更優(yōu)一步，但仍然不及本申請(qǐng)中所述添加了先經(jīng)改性劑改性再經(jīng)十八烷基胺改性的高嶺土的耐熱性和拉伸強(qiáng)度。

這是因?yàn)楦邘X土是一種由硅氧四面體和鋁氧八面體組成的無(wú)機(jī)層狀含鋁的硅酸鹽礦物，其層間具有一定的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，該層狀含鋁硅酸鹽結(jié)構(gòu)為插層劑的進(jìn)入提供了可能，插層劑作為前驅(qū)體會(huì)被后續(xù)的單體或聚合物替換，并能夠在層狀硅酸鹽片層間聚合，使片層間距擴(kuò)大以致發(fā)生剝離，并均勻分散在聚合物基體中，從而在納米尺度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)聚合物與無(wú)機(jī)層狀材料的插層復(fù)合。本申請(qǐng)所述的聚丙烯/高嶺土復(fù)合材料與普通的聚丙烯高嶺土復(fù)合材料相比，疏水改性高嶺土的加入使得聚丙烯復(fù)合材料具有較高的拉伸強(qiáng)度和熱變形溫度，其力學(xué)性能良好、耐熱性高，能夠應(yīng)用于汽車工業(yè)。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)先實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)指出的是，在不脫離本發(fā)明原理的情況下，還可作出若干改進(jìn)和變型，均視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。