一種改性硅藻/eso/聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于復(fù)合材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種利用高硅藻填充的高沖擊強(qiáng)度、高硬度且環(huán)保無毒的改性硅藻/ESO/聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚丙烯(PP)是一種高性能的熱塑性合成樹脂，PP結(jié)晶度高，因此具有良好的力學(xué)性能，其價格低廉，質(zhì)量輕，易加工，耐化學(xué)藥品性強(qiáng)等的優(yōu)點(diǎn)，在化工、電器、包裝等行業(yè)廣泛應(yīng)用。PP塑料雖然有很多優(yōu)勢，但其高溫剛性不足，表面硬度小，隔熱性能差和易燃等，限制了其應(yīng)用范圍。硅藻土具有高孔隙度、比表面積較大、質(zhì)量輕、高熔點(diǎn)、隔熱、吸聲，好的分散性、化學(xué)穩(wěn)定性、耐磨性和電絕緣性等優(yōu)點(diǎn)，將硅藻土作為填充補(bǔ)強(qiáng)劑制成高強(qiáng)度材料成為一種新的趨勢。
[0003]但從單純硅藻改性分析相關(guān)物理性能看，硅藻土改性對復(fù)合材料性能有一定提高，但是在高硅藻土用量填充情況下，改性對復(fù)合材料力學(xué)性能提高有限，特別是材料的韌性，需考慮既不減少剛性的同時，又使其韌性有很好效果，所以加入增韌劑起到增韌的作用是本發(fā)明的目的。
[0004]本發(fā)明選擇兼有增塑和潤滑劑作用的環(huán)氧大豆油(ESO)對改性硅藻/PP復(fù)合材料進(jìn)行增強(qiáng)。其中改性硅藻和ESO屬“核-殼”結(jié)構(gòu)，其分散在PP基體中，不僅能提高沖擊性能，同時具有加工性能好，耐老化好等特點(diǎn);ESO分子插入到聚合物分子鏈間，削弱了聚合物分子鏈間的移動性，降低了聚合物分子鏈的一定結(jié)晶度，從而獲得良好增韌效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種改性硅藻/ESO/聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法。
[0006]本發(fā)明的改性硅藻/ESO/聚丙烯復(fù)合材料各組分的質(zhì)量百分比含量為:聚丙烯基體樹脂75?80%、改性硅藻15?20%、增塑劑2.5?5%、其他助劑0.5?2%，各組分質(zhì)量百分比含量之和為100%，其中，改性硅藻是用偶聯(lián)劑對硅藻土進(jìn)行改性制得，偶聯(lián)劑用量是硅藻土質(zhì)量^2-5%ο
[0007]制備上述改性硅藻/ESO/聚丙烯復(fù)合材料的具體步驟為:
(I)將硅藻土以平鋪形式，分層放入煅燒爐，設(shè)置煅燒爐溫度為550?650 V，升溫速率為3~5 °C/分鐘，保溫I?1.5小時，降溫到95?100°C出料，以除去硅藻土里面部分的有機(jī)物雜質(zhì)及粘土，制得煅燒處理后的硅藻土。
[0008](2)將質(zhì)量百分比含量為98%的硫酸和質(zhì)量百分比含量為40%的氫氟酸以質(zhì)量比為
3-5:1的比例混合，制得混合酸。
[0009](3)將步驟(I)制得的煅燒處理后的硅藻土浸入步驟(2)制得的混合酸中，固液比為1:3，然后放入80?100°C的水浴中恒溫加熱I?2小時，使部分氧化物以硫酸鹽形式進(jìn)入樣品溶液，將樣品溶液離心，用去離子水洗滌至PH呈中性，烘干，制得較純硅藻土。
[0010](4)將無水乙醇和水以體積比為1:1混合，制得乙醇溶液。
[0011](5)將步驟(3)制得的較純硅藻土和步驟(4)制得的乙醇溶液按質(zhì)量比為1:10混合，然后滴加質(zhì)量百分比含量為99.5%的冰醋酸溶液調(diào)節(jié)其pH值為4，再放入70?75°C的水浴鍋中預(yù)攪拌30?35分鐘，隨后逐滴加入質(zhì)量為硅藻土質(zhì)量2.5~5%的偶聯(lián)劑，繼續(xù)攪拌2小時，離心、用去離子水洗滌至中性，烘干后即得改性硅藻。
[0012](6)將步驟(5)制得的改性硅藻及其他各組分，按以下比例配料:聚丙烯基體樹脂75?80%、步驟(5)制得的改性硅藻15?20%、增塑劑2.5~5%和其他助劑0.5%?2%，各組分質(zhì)量百分比含量之和為100%，然后進(jìn)行高速混料處理，得混合物料;將混合物料熔融擠出，造粒，注塑成型，即制得改性硅藻/ESO/聚丙烯復(fù)合材料，其中擠出造粒各段溫度分別為前段:185?190°C，中段180?185°C，尾段170?175°C，聚丙烯基體樹脂在擠出機(jī)停留時間為5?8分鐘。
[0013]所述聚丙烯基體樹脂為均聚聚丙烯或共聚聚丙烯，其成型收縮率為1.1-2.2%。
[0014]所述增塑劑為環(huán)氧大豆油。
[0015]所述其他助劑為硫酸鹽類或偶氮類引發(fā)劑中一種或幾種。
[0016]所述偶聯(lián)劑選用硅烷偶聯(lián)劑和鋁酸酯偶聯(lián)劑中的一種或幾種。
[0017]所述硅藻土的粒度為800?1250目。
[0018]本發(fā)明的方法操作簡單，以廉價聚丙烯為基體，通過在聚丙烯中摻雜改性硅藻和ESO來提高聚丙烯的抗沖擊強(qiáng)度和硬度，其分別較純PP均有大幅提高，且加大了無機(jī)粒子的填充量，降低了成本和對環(huán)境的污染，該材料能夠用于化工、電器等工業(yè)領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中制備的改性硅藻與改性前硅藻土的紅外對比圖。
[0020]圖2為本發(fā)明實(shí)施例制備的改性硅藻/ESO/聚丙烯復(fù)合材料的XRD圖。
[0021 ]圖3為本發(fā)明實(shí)施例制備的改性硅藻/ESO/聚丙烯復(fù)合材料的沖擊斷面SEM圖。
[0022]圖4為本發(fā)明實(shí)施例制備的改性硅藻/ESO/聚丙烯復(fù)合材料的表面體式顯微鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]實(shí)施例:
(I)將硅藻土以平鋪形式，分層放入煅燒爐，設(shè)置煅燒爐溫度為650°(:，升溫速率為5°(:/分鐘，保溫I小時，降溫到100°C出料，以除去硅藻土里面部分的有機(jī)物雜質(zhì)及粘土，制得煅燒處理后的硅藻土。
[0024](2)將質(zhì)量百分比含量為98%的硫酸和質(zhì)量百分比含量為40%的氫氟酸以質(zhì)量比為5:1的比例混合，制得混合酸。
[0025](3)將步驟(I)制得的煅燒處理后的硅藻土浸入步驟(2)制得的混合酸中，固液比為1:3，然后放入100°C的水浴中恒溫加熱I小時，使部分氧化物以硫酸鹽形式進(jìn)入樣品溶液，將樣品溶液離心，用去離子水洗滌至pH呈中性，烘干，制得較純硅藻土。
[0026](4)將無水乙醇和水以體積比為1:1混合，制得乙醇溶液。
[0027](5)將50g步驟(3)制得的較純硅藻土和500mL步驟(4)制得的乙醇溶液混合，然后滴加質(zhì)量百分比含量為99.5%的冰醋酸溶液調(diào)節(jié)其pH值為4，再放入70°C的水浴鍋中預(yù)攪拌30分鐘，隨后逐滴加入2.5g硅烷偶聯(lián)劑KH-570，繼續(xù)攪拌2小時，離心、用去離子水洗滌至中性，烘干后即得改性硅藻。
[0028](6)將步驟(5)制得的改性硅藻及其他各組分，按以下比例配料:10g聚丙烯基體樹脂、20g步驟(5)制得的改性硅藻、2.5g分析純環(huán)氧大豆油(ESO)和2g過硫酸鉀，然后進(jìn)行高速混料處理，得混合物料;將混合物料熔融擠出，造粒，注塑成型，即制得改性硅藻/ESO/聚丙烯復(fù)合材料，其中擠出造粒各段溫度分別為前段:185°C，中段180°C，尾段175°C，聚丙烯基體樹脂在擠出機(jī)停留時間為5分鐘。
[0029]所述聚丙烯基體樹脂為均聚聚丙烯，其成型收縮率為2.2%。
[0030]所述硅藻土的粒度為1000目左右。
[0031]結(jié)果顯示，硅藻土的加入提高了β晶型(高沖擊強(qiáng)度材料)的生成，ESO加入提高了表面硅藻粒子聚集度，復(fù)合材料的抗沖擊強(qiáng)度和硬度較純PP分別提高了 88.7%、35%。
【主權(quán)項】
1.一種改性娃藻/ESO/聚丙稀復(fù)合材料，其特征在于該改性娃藻/ESO/聚丙稀復(fù)合材料各組分質(zhì)量百分比含量為:聚丙烯基體樹脂75?80%、改性硅藻15?20%、增塑劑2.5?5%、其他助劑0.5?2%，各組分質(zhì)量百分比含量之和為100%，其中，改性硅藻是用偶聯(lián)劑對硅藻土進(jìn)行改性制得，偶聯(lián)劑用量是硅藻土質(zhì)量的2~5%; 所述聚丙烯基體樹脂為均聚聚丙烯或共聚聚丙烯，其成型收縮率為I.??2.2%； 所述增塑劑為環(huán)氧大豆油； 所述其他助劑為硫酸鹽類或偶氮類引發(fā)劑中一種或幾種； 所述偶聯(lián)劑選用硅烷偶聯(lián)劑和鋁酸酯偶聯(lián)劑中的一種或幾種； 所述硅藻土的粒度為800?1250目。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性硅藻/ESO/聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于具體步驟為: (1)將硅藻土以平鋪形式，分層放入煅燒爐，設(shè)置煅燒爐溫度為550?650°C，升溫速率為.3~5 °C/分鐘，保溫I?1.5小時，降溫到95?100°C出料，以除去硅藻土里面部分的有機(jī)物雜質(zhì)及粘土，制得煅燒處理后的硅藻土 ； (2)將質(zhì)量百分比含量為98%的硫酸和質(zhì)量百分比含量為40%的氫氟酸以質(zhì)量比為3?5:1的比例混合，制得混合酸； (3)將步驟(I)制得的煅燒處理后的硅藻土浸入步驟(2)制得的混合酸中，固液比為1:.3，然后放入80?100°C的水浴中恒溫加熱I?2小時，使部分氧化物以硫酸鹽形式進(jìn)入樣品溶液，將樣品溶液離心，用去離子水洗滌至pH呈中性，烘干，制得較純硅藻土 ； (4)將無水乙醇和水以體積比為1:1混合，制得乙醇溶液； (5)將步驟(3)制得的較純硅藻土和步驟(4)制得的乙醇溶液按質(zhì)量比為1:10混合，然后滴加質(zhì)量百分比含量為99.5%的冰醋酸溶液調(diào)節(jié)其pH值為4，再放入70?75°C的水浴鍋中預(yù)攪拌30?35分鐘，隨后逐滴加入質(zhì)量為硅藻土質(zhì)量2.5~5%的偶聯(lián)劑，繼續(xù)攪拌2小時，離心、用去離子水洗滌至中性，烘干后即得改性硅藻； (6)將步驟(5)制得的改性硅藻及其他各組分，按以下比例配料:聚丙烯基體樹脂75?.80%、步驟(5)制得的改性硅藻15?20%、增塑劑2.5~5%和其他助劑0.5%?2%，各組分質(zhì)量百分比含量之和為100%，然后進(jìn)行高速混料處理，得混合物料;將混合物料熔融擠出，造粒，注塑成型，即制得改性硅藻/ESO/聚丙烯復(fù)合材料，其中擠出造粒各段溫度分別為前段:185?190°C，中段180?185°C，尾段170?175°C，聚丙烯基體樹脂在擠出機(jī)停留時間為5?8分鐘。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種改性硅藻/ESO/聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法。復(fù)合材料各組分的質(zhì)量百分比含量為:聚丙烯基體樹脂75~80%、改性硅藻15~20%、增塑劑2.5~5%、其他助劑0.5~2%，各組分質(zhì)量百分比含量之和為100%，改性硅藻是用偶聯(lián)劑對硅藻土改性制得，偶聯(lián)劑用量是硅藻土質(zhì)量的2~5%。先用偶聯(lián)劑改性硅藻土，得改性硅藻，然后按照上述組分比例配料，并進(jìn)行高速混料處理，得混合物料；將混合物料熔融擠出，造粒，注塑成型，即制得改性硅藻/ESO/聚丙烯復(fù)合材料。本發(fā)明的方法操作簡單，通過在聚丙烯中摻雜改性硅藻、ESO提高聚丙烯抗沖擊強(qiáng)度和硬度，并加大了無機(jī)粒子的填充量，降低了成本和對環(huán)境的污染。
【IPC分類】C08L23/12, C08L91/00, C08K3/34, B29C47/92, C08K9/06, C08K9/02
【公開號】CN105623101
【申請?zhí)枴緾N201610176857
【發(fā)明人】陳南春, 吳聰
【申請人】桂林理工大學(xué)
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2016年3月27日