一种聚丙烯基复合材料及其制备和应用

技术领域

本发明涉及一种聚丙烯基复合材料及其制备和应用，属于高分子材料领域。

背景技术

聚丙烯(PP)是一种以丙烯为单体聚合而成的聚合物通用塑料，具有密度小、无毒、易加工、抗冲击、抗挠曲以及电绝缘性好等优点，在通用塑料中力学性能相对较好，可回收利用，性价比优良，具有良好综合性能，因而在汽车工业、家用电器、电子、包装及建材家具等方面具有广泛的应用。近年来，PP树脂的市场需求不断变大，对PP的高性能化要求越来越高。然而，常规PP是由传统的Ziegler-Natta催化剂合成，由于催化剂体系活性点较宽，使PP具有高的相对分子质量和宽的相对分子质量分布，导致与其它通用树脂相比，结晶速度较慢、成型加工周期长，特别是低温冲击性能差。

针对PP材料的不足，在PP工程化的相关研究中，通过添加填料等方式被常用来优化PP的性能，然而由于填料在PP中的分散性较差，无法满足PP的使用需求。

发明内容

基于上述缺陷，本发明提供一种聚丙烯基复合材料，所述复合材料即在聚丙烯中引入少量的复合填料，这些复合填料之间能够协同提高PP的冲击性能；即本发明在简易条件下即可获得冲击性能好的PP复合材料。

本发明的技术方案：

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种聚丙烯基复合材料，所述复合材料由下述比例的原料制成：PP 97～99.8重量份，过氧化物0.1～1重量份，石墨烯0.1～1重量份，纳米填料0.1～1重量份。

进一步，所述PP为均聚PP或共聚PP。

进一步，所述过氧化物为过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯或2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷。

进一步，所述石墨烯厚度在0.5～50nm。

进一步，所述纳米填料为纳米二氧化钛、碳纳米管或纳米碳酸钙等。

本发明要解决的第二个技术问题是提供上述聚丙烯基复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

1)先将过氧化物在可挥发溶剂中搅拌分散进行溶解得过氧化物溶液；

2)再将石墨烯在可挥发溶剂中搅拌分散均匀，后加入过氧化物溶液中，室温下搅拌混匀得混合液；

3)然后将纳米填料在可挥发溶剂中搅拌分散均匀，加入上述混合液中，室温下搅拌混匀得共混液；

4)然后将PP加入上述共混液，挥发掉溶剂得共混物；

5)将共混物于180～220℃通过熔融共混制得所述聚丙烯基复合材料。

进一步，步骤1)～步骤3)中，所述过氧化物与挥发性溶剂的质量比(0.1-1):(99-99.9)。

进一步，步骤1)～步骤3)中，所述可挥发的溶剂为乙醇。

进一步，步骤1)～步骤3)中，搅拌速度为100～300r/min(优选为200r/min)。

进一步，步骤4)中，室温下通过搅拌挥发掉溶剂。

进一步，步骤5)中，通过挤出机进行造粒，挤出温度为180～220℃。

本发明要解决的第三个技术问题是提供上述聚丙烯基复合材料在电缆材料中的用途。

本发明要解决的第四个技术问题是提供一种提高聚丙烯冲击性能的方法，所述方法为：在聚丙烯中引入过氧化物、石墨烯和纳米填料制得聚丙烯基复合材料，复合填料能够协同提高聚丙烯的冲击性能；其中，各原料的比例为：PP 97～99.8重量份，过氧化物0.1～1重量份，石墨烯0.1～1重量份，纳米填料0.1～1重量份。

进一步，所述PP为均聚PP或共聚PP。

进一步，所述过氧化物为过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯或2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷。

进一步，所述石墨烯厚度在0.5～50nm。

进一步，所述纳米填料为纳米二氧化钛、碳纳米管或纳米碳酸钙等。

本发明中，没有特别说明的，均指重量含量。

本发明的有益效果：

本发明在聚丙烯中引入少量的过氧化物、石墨烯和纳米填料，利用溶剂溶解过氧化物并分散其他添加剂，通过过氧化物调控聚丙烯熔体强度，此外可能是由于两种填料颗粒的非均匀成核产生的局部应力变化和收缩晶体的拉伸应力在过氧化物调控后的基体中受到扰动和耦合，改变了晶体生长的局部应力场，从而协同提高了聚丙烯复合材料的冲击性能。即本发明提出了，PP在复合改性填料的协同作用下最终实现力学性能尤其是冲击性能的改善。

具体实施方式

以下实施例只是几种典型的实施方式，并不能起到限制本发明的作用，本领域的技术人员可以参照实施例对技术方案进行合理的设计，同样能够获得本发明的结果。

实施例1

将1份过氧化二异丙苯与99份乙醇混合得过氧化物溶液，其中，混合温度为室温，搅拌速度200r/min；将1份石墨烯和1份纳米二氧化钛分别在99份乙醇溶剂中均匀分散后，整体加入过氧化物溶液中，室温下于200r/min搅拌得混合液；然后将97重量份PP加入上述混合液中搅拌混匀；室温下挥发溶剂得共混物。将获得的混合物通过挤出机进行造粒，挤出温度为220℃。

力学性能按照ISO 527-2标准进行，实施例和对比例所得材料的原料比例和冲击性能如表1所示。

实施例2

0.5份过氧化二异丙苯与99.5份乙醇混合，其中，混合温度为室温，搅拌速度200r/min；0.5份石墨烯和0.5份纳米碳酸钙分别在99.5份和99.5份乙醇溶剂中均匀分散后，整体加入过氧化物溶液中，室温，搅拌速度200r/min；然后将98.5重量份PP加入混合溶剂中，室温挥发溶剂。将获得的混合物通过挤出机进行造粒，挤出温度为200℃。

力学性能按照ISO 527-2标准进行，结果如表1所示。

实施例3

0.1份过氧化二异丙苯与99.9份乙醇混合，其中，混合温度为室温，搅拌速度200r/min；0.1份石墨烯和0.1份碳纳米管分别在99.9份和99.9份乙醇溶剂中均匀分散后，整体加入过氧化物溶液中，室温，搅拌速度200r/min；然后将99.7重量份PP加入混合溶剂中，室温挥发溶剂。将获得的混合物通过挤出机进行造粒，挤出温度为180℃。

力学性能按照ISO 527-2标准进行，结果如表1所示。

对比例1

具体制备方法和测试方法同实施例1，区别仅在于，未加入过氧化物、石墨烯和纳米填料。

对比例2

具体制备过程和测试方法同实施例1，只加入过氧化物，未加石墨烯和纳米填料。

对比例3

具体制备过程和测试方法同实施例1，只加入石墨烯，未加入过氧化物和纳米填料。

对比例4

具体制备方法和测试方法同实施例1，只加入纳米填料，未加入过氧化物和石墨烯。

对比例5

具体制备方法和测试方法同实施例1，只加入石墨烯和纳米填料，未加入过氧化物。

表1实施例与对比例的原料比及所得材料冲击性能