聚丙烯改性材料及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，特别涉及一种聚丙烯改性材料及其制备方法。

背景技术

聚丙烯材料综合性能优异，而且具有良好的耐化学性能，因此被广泛用于包装、纺织品、建材等行业。但聚丙烯极易燃烧，且燃烧过程中会产生强烈的氧化裂解，使得燃烧过程产生熔滴，极易引起火灾事故；不仅安全性能低，而且也成为了限制聚丙烯材料更为广泛应用的主要因素之一。

为使聚丙烯材料具有阻燃性能，公开号为CN107383623A的中国发明专利申请公开了一种聚丙烯阻燃材料及其制备方法，按重量份计，该聚丙烯阻燃材料包括以下原料：共聚聚丙烯350～400份、均聚聚丙烯250～300份、复合阻燃剂80～90份、相容剂40～60份以及抗氧化剂5～15份；其中，所述的复合阻燃剂由氢氧化镁、纳米蒙脱土、硅烷偶联剂与脂肪酸制备而成，该复合阻燃剂的制备方法为：先将氢氧化镁与纳米蒙脱土混合，而后加热至100～120℃并加入硅烷偶联剂，边搅拌边反应，反应时间为10～15min，然后冷却至50～60℃，加入脂肪酸后搅拌均匀，冷却至室温即可。

该聚丙烯阻燃材料的不足之处在于：(1)所采用的复合偶联剂成分较为复杂，制备过程较为繁琐；(2)材料的抗熔滴性能较差，导致其阻燃效果不佳。

发明内容

本发明的发明目的是提供成分简单、抗熔滴性能强、阻燃效果佳的聚丙烯改性材料及其制备方法。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种聚丙烯改性材料，按质量百分比计，包括以下原料：0.5～15％的改性氢氧化镁，0.05～10％的聚四氟乙烯微粉，余下为聚丙烯；

所述的改性氢氧化镁由采用硅烷偶联剂对氢氧化镁作干法改性后制得。

本发明的聚丙烯改性材料中，采用硅烷偶联剂对氢氧化镁作干法改性制得的改性氢氧化镁不仅成分简单，制造方便，具有良好的阻燃性，而且能够在聚丙烯材料中均匀分散，改性氢氧化镁表面亲油与聚丙烯相容性更高，同时能够提高聚丙烯材料的机械强度；添加的聚四氟乙烯微粉不仅能够与改性氢氧化镁协同增强聚丙烯材料的抗熔滴性能，而且能够降低聚丙烯材料的摩擦系数，使聚丙烯材料更加耐磨。

作为优选，在上述的聚丙烯改性材料中，按质量百分比计，所述的改性氢氧化镁包括以下原料：97～99.9％的氢氧化镁和0.1～3％的硅烷偶联剂。

作为优选，在上所述的聚丙烯改性材料中，所述的改性氢氧化镁的制备方法包括：将所述的硅烷偶联剂制成溶液，将该溶液喷洒在氢氧化镁上，而后置于60～150℃下桥接0.5～5h，获得所述的改性氢氧化镁。使用时可以采用无水乙醇将硅烷偶联剂配制成体积分数为20％的溶液再喷洒到氢氧化镁上。

作为优选，在上述的聚丙烯改性材料中，所述的硅烷偶联剂为KH550。

在上述的聚丙烯改性材料中，所述的聚四氟乙烯微粉为改性聚四氟乙烯微粉，所述的改性聚四氟乙烯微粉由经等离子处理的聚四氟乙烯微粉与N-(苯并环丁烯-4-基)马来酰亚胺在紫外照射下接枝获得。

在聚四氟乙烯微粉表面接枝N-(苯并环丁烯-4-基)马来酰亚胺单体能够提高聚四氟乙烯微粉表面活性，增强聚四氟乙烯微粉的表面自由能，从而使获得的改性聚四氟乙烯微粉与聚丙烯的相容性更高。

在将聚四氟乙烯微粉作等离子处理后可直接进行接枝聚合反应，省略了暴露在空气中以引入过氧自由基的步骤；在紫外照射下，N-(苯并环丁烯-4-基)马来酰亚胺既是接枝聚合反应的光引发剂也是聚合单体，反应体系中无需引入额外的光引发剂，使反应体系更加简单，后处理步骤更为简便。

作为优选，在上述的聚丙烯改性材料中，所述的改性聚四氟乙烯微粉由经等离子处理的聚四氟乙烯微粉与N-(苯并环丁烯-4-基)马来酰亚胺在200～400nm紫外照射下接枝聚合2-120min获得。

作为优选，在上述的聚丙烯改性材料中，按质量百分比计，所述的改性聚四氟乙烯微粉包括以下原料：95～99.9％的聚四氟乙烯微粉和0.1～5％的N-(苯并环丁烯-4-基)马来酰亚胺。

作为优选，按质量百分比计，本发明的聚丙烯改性材料还包括0.5～15％的改性玻纤，所述的改性玻纤由采用硅烷偶联剂对玻纤作干法改性后制得。玻纤的加入能够提高聚丙烯材料的硬度、机械强度和耐磨性能，但玻纤在聚丙烯体系中不熔融，因此本发明采用硅烷偶联剂对玻纤进行干法改性，获得的改性玻纤在大大提高聚丙烯材料的硬度、机械强度和耐磨性能的同时，能够熔融于聚丙烯材料中，二者之间的相容性更高。

作为进一步优选，在上述的聚丙烯改性材料中，所述的改性玻纤的制备方法包括：将所述的硅烷偶联剂制成溶液，将该溶液喷洒在玻纤上，而后置于60～150℃下桥接0.5～5h，获得所述的改性玻纤；

按质量百分比计，所述的改性玻纤包括以下原料：97～99.9％的玻纤和0.1～3％的硅烷偶联剂。

作为优选，按质量百分比计，本发明的聚丙烯改性材料包括以下原料：3.5～8％的改性氢氧化镁，5～10％的改性玻纤，3～7％的聚四氟乙烯微粉，余下为聚丙烯。

本发明还提供了上述的聚丙烯改性材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

(1)按预设的质量百分比，将各原料混合均匀，而后置于70-110℃下烘制4-12h，冷却备用；

烘制的目的是除去原料混合物中的水分和低分子物质，烘制完成后冷却，并置入周转箱中保持干燥状态，备用；

(2)将步骤(1)获得的混合料喂入挤出机中，在250-280℃下共混、挤出造粒，获得所述的聚丙烯改性材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

(1)本发明的聚丙烯改性材料中，采用硅烷偶联剂对氢氧化镁作干法改性制得的改性氢氧化镁不仅成分简单，制造方便，具有良好的阻燃性，而且能够在聚丙烯材料中均匀分散，相容性高，同时能够提高聚丙烯材料的机械强度；添加的聚四氟乙烯微粉不仅能够与改性氢氧化镁协同增强聚丙烯材料的抗熔滴性能，而且能够降低聚丙烯材料的摩擦系数，使聚丙烯材料更加耐磨。

(2)本发明中采用的聚四氟乙烯微粉为改性聚四氟乙烯微粉，该改性聚四氟乙烯微粉由经等离子处理的聚四氟乙烯微粉与N-(苯并环丁烯-4-基)马来酰亚胺在紫外照射下接枝获得，与聚四氟乙烯微粉相比，改性聚四氟乙烯微粉与聚丙烯的相容性更高。

(3)本发明的聚丙烯改性材料中还含有改性玻纤，该改性玻纤由采用硅烷偶联剂对玻纤作干法改性后制得；玻纤的加入能够提高聚丙烯材料的硬度、机械强度和耐磨性能，但玻纤在聚丙烯体系中不熔融，因此本发明采用硅烷偶联剂对玻纤进行干法改性，获得的改性玻纤在大大提高聚丙烯材料的硬度、机械强度和耐磨性能的同时，能够熔融于聚丙烯材料中，二者之间的相容性更高。

具体实施方式

下面列举具体实施方式对本发明的技术方案做进一步详细说明。

实施例1

本实施例一种聚丙烯改性材料，按质量百分比计，包括以下原料：6％的改性氢氧化镁，7％的改性玻纤，5％的改性聚四氟乙烯微粉，余下为聚丙烯；

其中，改性氢氧化镁的制备方法为：取10g硅烷偶联剂，用无水乙醇制成体积分数为20％的溶液；取990g氢氧化镁平铺于盘中，将该溶液喷洒在氢氧化镁上；而后将盘置于烘箱中，于100℃下桥接2h，获得本实施例的改性氢氧化镁。

改性玻纤的制备方法为：取10g硅烷偶联剂，用无水乙醇制成体积分数为20％的溶液；取990g玻纤平铺于盘中，将该溶液喷洒在玻纤上；而后将盘置于烘箱中，于100℃下桥接2h，获得本实施例的改性玻纤。

改性聚四氟乙烯微粉的制备方法为：取1000g聚四氟乙烯微粉，在氦气气氛下，对聚四氟乙烯微粉作等离子处理，处理功率为100W，处理时间为90s；将经等离子体处理的聚四氟乙烯微粉置于反应器中，向反应器中通入氮气以排出氧气，氧气排尽后，向反应器中通入无水四氢呋喃和N-(苯并环丁烯-4-基)马来酰亚胺(5g)的混合液，混合液的通入量以浸没聚四氟乙烯微粉为准；

混合液通入结束后，打开反应器的紫外灯，使聚四氟乙烯微粉和混合液在365nm波长的紫外光照射下反应1h后取出，用去离子水清洗至少三次后，自然干燥，获得本实施例的改性聚四氟乙烯微粉。

本实施例聚丙烯改性材料的制备方法包括以下步骤：

(1)按预设的质量百分比，将改性氢氧化镁、改性玻纤、改性聚四氟乙烯微粉和聚丙烯投入高速混料机中混合均匀，而后置于80℃下烘箱中烘制8h以去除水分及低分子物质，烘制完成后冷却，并置入周转箱中保持干燥状态，备用；

(2)将步骤(1)获得的混合料喂入螺杆挤出机中，在260℃下共混、挤出造粒，获得本实施例的聚丙烯改性材料。

实施例2

本实施例一种聚丙烯改性材料，按质量百分比计，包括以下原料：3.5％的改性氢氧化镁，10％的改性玻纤，7％的改性聚四氟乙烯微粉，余下为聚丙烯；

其中，改性氢氧化镁的制备方法为：取10g硅烷偶联剂，用无水乙醇制成体积分数为20％的溶液；取990g氢氧化镁平铺于盘中，将该溶液喷洒在氢氧化镁上；而后将盘置于烘箱中，于60℃下桥接5h，获得本实施例的改性氢氧化镁。

改性玻纤的制备方法为：取30g硅烷偶联剂，用无水乙醇制成体积分数为20％的溶液；取970g玻纤平铺于盘中，将该溶液喷洒在玻纤上；而后将盘置于烘箱中，于60℃下桥接5h，获得本实施例的改性玻纤。

改性聚四氟乙烯微粉的制备方法为：取1000g聚四氟乙烯微粉，在氦气气氛下，对聚四氟乙烯微粉作等离子处理，处理功率为100W，处理时间为90s；将经等离子体处理的聚四氟乙烯微粉置于反应器中，向反应器中通入氮气以排出氧气，氧气排尽后，向反应器中通入无水四氢呋喃和N-(苯并环丁烯-4-基)马来酰亚胺(5g)的混合液，混合液的通入量以浸没聚四氟乙烯微粉为准；

混合液通入结束后，打开反应器的紫外灯，使聚四氟乙烯微粉和混合液在365nm波长的紫外光照射下反应1h后取出，用去离子水清洗至少三次后，自然干燥，获得本实施例的改性聚四氟乙烯微粉。

本实施例聚丙烯改性材料的制备方法包括以下步骤：

(1)按预设的质量百分比，将改性氢氧化镁、改性玻纤、改性聚四氟乙烯微粉和聚丙烯投入高速混料机中混合均匀，而后置于70℃下烘箱中烘制12h以去除水分及低分子物质，烘制完成后冷却，并置入周转箱中保持干燥状态，备用；

(2)将步骤(1)获得的混合料喂入螺杆挤出机中，在250℃下共混、挤出造粒，获得本实施例的聚丙烯改性材料。

实施例3

本实施例一种聚丙烯改性材料，按质量百分比计，包括以下原料：8％的改性氢氧化镁，5％的改性玻纤，3％的改性聚四氟乙烯微粉，余下为聚丙烯；

其中，改性氢氧化镁的制备方法为：取1g硅烷偶联剂，用无水乙醇制成体积分数为20％的溶液；取999g氢氧化镁平铺于盘中，将该溶液喷洒在氢氧化镁上；而后将盘置于烘箱中，于150℃下桥接0.5h，获得本实施例的改性氢氧化镁。

改性玻纤的制备方法为：取10g硅烷偶联剂，用无水乙醇制成体积分数为20％的溶液；取990g玻纤平铺于盘中，将该溶液喷洒在玻纤上；而后将盘置于烘箱中，于150℃下桥接0.5h，获得本实施例的改性玻纤。

改性聚四氟乙烯微粉的制备方法为：取1000g聚四氟乙烯微粉，在氦气气氛下，对聚四氟乙烯微粉作等离子处理，处理功率为100W，处理时间为90s；将经等离子体处理的聚四氟乙烯微粉置于反应器中，向反应器中通入氮气以排出氧气，氧气排尽后，向反应器中通入无水四氢呋喃和N-(苯并环丁烯-4-基)马来酰亚胺(5g)的混合液，混合液的通入量以浸没聚四氟乙烯微粉为准；

混合液通入结束后，打开反应器的紫外灯，使聚四氟乙烯微粉和混合液在365nm波长的紫外光照射下反应1h后取出，用去离子水清洗至少三次后，自然干燥，获得本实施例的改性聚四氟乙烯微粉。

本实施例聚丙烯改性材料的制备方法包括以下步骤：

(1)按预设的质量百分比，将改性氢氧化镁、改性玻纤、改性聚四氟乙烯微粉和聚丙烯投入高速混料机中混合均匀，而后置于110℃下烘箱中烘制4h以去除水分及低分子物质，烘制完成后冷却，并置入周转箱中保持干燥状态，备用；

(2)将步骤(1)获得的混合料喂入螺杆挤出机中，在280℃下共混、挤出造粒，获得本实施例的聚丙烯改性材料。

实施例4

本实施例一种聚丙烯改性材料，按质量百分比计，包括以下原料：15％的改性氢氧化镁，15％的改性玻纤，10％的改性聚四氟乙烯微粉，余下为聚丙烯；

其中，改性氢氧化镁的制备方法为：取10g硅烷偶联剂，用无水乙醇制成体积分数为20％的溶液；取990g氢氧化镁平铺于盘中，将该溶液喷洒在氢氧化镁上；而后将盘置于烘箱中，于80℃下桥接2h，获得本实施例的改性氢氧化镁。

改性玻纤的制备方法为：取1g硅烷偶联剂，用无水乙醇制成体积分数为20％的溶液；取999g玻纤平铺于盘中，将该溶液喷洒在玻纤上；而后将盘置于烘箱中，于80℃下桥接2h，获得本实施例的改性玻纤。

改性聚四氟乙烯微粉的制备方法为：取1000g聚四氟乙烯微粉，在氦气气氛下，对聚四氟乙烯微粉作等离子处理，处理功率为100W，处理时间为90s；将经等离子体处理的聚四氟乙烯微粉置于反应器中，向反应器中通入氮气以排出氧气，氧气排尽后，向反应器中通入无水四氢呋喃和N-(苯并环丁烯-4-基)马来酰亚胺(5g)的混合液，混合液的通入量以浸没聚四氟乙烯微粉为准；

混合液通入结束后，打开反应器的紫外灯，使聚四氟乙烯微粉和混合液在365nm波长的紫外光照射下反应1h后取出，用去离子水清洗至少三次后，自然干燥，获得本实施例的改性聚四氟乙烯微粉。

本实施例聚丙烯改性材料的制备方法包括以下步骤：

(1)按预设的质量百分比，将改性氢氧化镁、改性玻纤、改性聚四氟乙烯微粉和聚丙烯投入高速混料机中混合均匀，而后置于80℃下烘箱中烘制3h以去除水分及低分子物质，烘制完成后冷却，并置入周转箱中保持干燥状态，备用；

(2)将步骤(1)获得的混合料喂入螺杆挤出机中，在260℃下共混、挤出造粒，获得本实施例的聚丙烯改性材料。

实施例5

本实施例一种聚丙烯改性材料，按质量百分比计，包括以下原料：15％的改性氢氧化镁，0.5％的改性玻纤，0.05％的改性聚四氟乙烯微粉，余下为聚丙烯；

其中，改性氢氧化镁的制备方法为：取10g硅烷偶联剂，用无水乙醇制成体积分数为20％的溶液；取990g氢氧化镁平铺于盘中，将该溶液喷洒在氢氧化镁上；而后将盘置于烘箱中，于80℃下桥接2h，获得本实施例的改性氢氧化镁。

改性玻纤的制备方法为：取30g硅烷偶联剂，用无水乙醇制成体积分数为20％的溶液；取970g玻纤平铺于盘中，将该溶液喷洒在玻纤上；而后将盘置于烘箱中，于80℃下桥接2h，获得本实施例的改性玻纤。

改性聚四氟乙烯微粉的制备方法为：取1000g聚四氟乙烯微粉，在氦气气氛下，对聚四氟乙烯微粉作等离子处理，处理功率为100W，处理时间为90s；将经等离子体处理的聚四氟乙烯微粉置于反应器中，向反应器中通入氮气以排出氧气，氧气排尽后，向反应器中通入无水四氢呋喃和N-(苯并环丁烯-4-基)马来酰亚胺(5g)的混合液，混合液的通入量以浸没聚四氟乙烯微粉为准；

混合液通入结束后，打开反应器的紫外灯，使聚四氟乙烯微粉和混合液在365nm波长的紫外光照射下反应1h后取出，用去离子水清洗至少三次后，自然干燥，获得本实施例的改性聚四氟乙烯微粉。

本实施例聚丙烯改性材料的制备方法包括以下步骤：

(1)按预设的质量百分比，将改性氢氧化镁、改性玻纤、改性聚四氟乙烯微粉和聚丙烯投入高速混料机中混合均匀，而后置于80℃下烘箱中烘制3h以去除水分及低分子物质，烘制完成后冷却，并置入周转箱中保持干燥状态，备用；

(2)将步骤(1)获得的混合料喂入螺杆挤出机中，在260℃下共混、挤出造粒，获得本实施例的聚丙烯改性材料。

实施例6

本实施例一种聚丙烯改性材料，按质量百分比计，包括以下原料：6％的改性氢氧化镁，5％的改性聚四氟乙烯微粉，余下为聚丙烯；

其中，改性氢氧化镁的制备方法为：取10g硅烷偶联剂，用无水乙醇制成体积分数为20％的溶液；取990g氢氧化镁平铺于盘中，将该溶液喷洒在氢氧化镁上；而后将盘置于烘箱中，于100℃下桥接2h，获得本实施例的改性氢氧化镁。

改性聚四氟乙烯微粉的制备方法为：取1000g聚四氟乙烯微粉，在氦气气氛下，对聚四氟乙烯微粉作等离子处理，处理功率为100W，处理时间为90s；将经等离子体处理的聚四氟乙烯微粉置于反应器中，向反应器中通入氮气以排出氧气，氧气排尽后，向反应器中通入无水四氢呋喃和N-(苯并环丁烯-4-基)马来酰亚胺(5g)的混合液，混合液的通入量以浸没聚四氟乙烯微粉为准；

混合液通入结束后，打开反应器的紫外灯，使聚四氟乙烯微粉和混合液在365nm波长的紫外光照射下反应1h后取出，用去离子水清洗至少三次后，自然干燥，获得本实施例的改性聚四氟乙烯微粉。

本实施例聚丙烯改性材料的制备方法包括以下步骤：

(1)按预设的质量百分比，将改性氢氧化镁、改性聚四氟乙烯微粉和聚丙烯投入高速混料机中混合均匀，而后置于80℃下烘箱中烘制8h以去除水分及低分子物质，烘制完成后冷却，并置入周转箱中保持干燥状态，备用；

(2)将步骤(1)获得的混合料喂入螺杆挤出机中，在260℃下共混、挤出造粒，获得本实施例的聚丙烯改性材料。

实施例7

本实施例一种聚丙烯改性材料，按质量百分比计，包括以下原料：15％的改性氢氧化镁，5％的聚四氟乙烯微粉，余下为聚丙烯；

其中，改性氢氧化镁的制备方法为：取10g硅烷偶联剂，用无水乙醇制成体积分数为20％的溶液；取1000g氢氧化镁平铺于盘中，将该溶液喷洒在氢氧化镁上；而后将盘置于烘箱中，于100℃下桥接2h，获得本实施例的改性氢氧化镁。

本实施例聚丙烯改性材料的制备方法包括以下步骤：

(1)按预设的质量百分比，将改性氢氧化镁、聚四氟乙烯微粉和聚丙烯投入高速混料机中混合均匀，而后置于80℃下烘箱中烘制8h以去除水分及低分子物质，烘制完成后冷却，并置入周转箱中保持干燥状态，备用；

(2)将步骤(1)获得的混合料喂入螺杆挤出机中，在260℃下共混、挤出造粒，获得本实施例的聚丙烯改性材料。

对比例1

本实施例一种聚丙烯改性材料，按质量百分比计，包括以下原料：15％的改性氢氧化镁，余下为聚丙烯；

其中，改性氢氧化镁的制备方法为：取10g硅烷偶联剂，用无水乙醇制成体积分数为20％的溶液；取990g氢氧化镁平铺于盘中，将该溶液喷洒在氢氧化镁上；而后将盘置于烘箱中，于100℃下桥接2h，获得本实施例的改性氢氧化镁。

本实施例聚丙烯改性材料的制备方法包括以下步骤：

(1)按预设的质量百分比，将改性氢氧化镁、聚四氟乙烯微粉和聚丙烯投入高速混料机中混合均匀，而后置于80℃下烘箱中烘制8h以去除水分及低分子物质，烘制完成后冷却，并置入周转箱中保持干燥状态，备用；

(2)将步骤(1)获得的混合料喂入螺杆挤出机中，在260℃下共混、挤出造粒，获得本实施例的聚丙烯改性材料。

对比例2

本实施例一种聚丙烯改性材料，按质量百分比计，包括以下原料：15％的氢氧化镁，余下为聚丙烯。

本实施例聚丙烯改性材料的制备方法包括以下步骤：

(1)按预设的质量百分比，将改性氢氧化镁、聚四氟乙烯微粉和聚丙烯投入高速混料机中混合均匀，而后置于80℃下烘箱中烘制8h以去除水分及低分子物质，烘制完成后冷却，并置入周转箱中保持干燥状态，备用；

(2)将步骤(1)获得的混合料喂入螺杆挤出机中，在260℃下共混、挤出造粒，获得本实施例的聚丙烯改性材料。

取实施例1-7和对比例1-2制备的聚丙烯改性材料，对材料的各项性能进行测试，测试结果见表1和表2。

表1

表2