專利名稱：一種聚丙烯/剪切增稠流體高韌性材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚丙烯/剪切增稠流體高韌性材料，更具體涉及一種聚丙烯/剪切增稠流體高韌性材料的組成和制備方法，屬于高分子共混、高分子成型加工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
聚丙烯(Polypropylene,簡稱PP)是用途廣泛的熱塑性通用塑料,于1957年開始商品化生產(chǎn)，近年來已成為世界上發(fā)展最快的高分子合成材料之一。與其它通用塑料相比，聚丙烯具有較好的綜合性能，如相對密度小，加工性能優(yōu)良，屈服強度、拉伸強度及彈性模量高，電絕緣性和耐熱性好，連續(xù)使用溫度可達(dá)到120°C，耐應(yīng)力龜裂及耐化學(xué)藥品性能較佳等。然而聚丙烯也存在一些不足之處，如低溫脆性大、沖擊韌性不足等，使其應(yīng)用范圍受到一定的限制。因此，對聚丙烯的增韌改性一直是聚丙烯研究的重要內(nèi)容。目前，采用橡膠或彈性體對聚丙烯進(jìn)行增韌時，往往伴隨聚丙烯剛性、模量的降低；而采用玻璃纖維或微米級填料對聚丙烯進(jìn)行增強時，往往導(dǎo)致聚丙烯沖擊韌性的下降。剪切增稠流體(Shear Thickening Fluid，簡稱STF)是由分散相粒子和液體分散介質(zhì)所組成的觸變性溶膠，其分散相粒子和液體分散介質(zhì)之間存在明顯的氫鍵作用。剪切增稠流體在不受剪切(或沖擊)時，分散相粒子與液體分散介質(zhì)由于氫鍵作用而形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，分散相粒子間互不干擾，流體呈現(xiàn)為易于流動的液態(tài)。剪切增稠流體在受到剪切(或沖擊)后，原先形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)被逐漸破壞，分散相粒子間由于相互碰撞而形成“粒子簇”，阻礙了液體的流動，導(dǎo)致其粘度的急劇增大，甚至能夠轉(zhuǎn)變?yōu)轭惞虘B(tài)的物質(zhì)。當(dāng)作用于剪切增稠流體的剪切(或沖擊)消失后，不穩(wěn)定的“粒子簇”又能夠逐漸解離，與液體分散介質(zhì)重新結(jié)合形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，流體又回復(fù)到易于流動的液態(tài)。從20世紀(jì)80年代末開始，剪切增稠效應(yīng)逐漸被應(yīng)用于材料的抗沖擊領(lǐng)域，目前國內(nèi)外對于剪切增稠流體的研究大多以防彈材料為中心。美國的Lee等人將剪切增稠流體與凱夫拉織物進(jìn)行復(fù)合，制造了柔性復(fù)合凱夫拉織物防彈衣，經(jīng)過模擬實驗和實彈檢驗，證實其防彈性能明顯優(yōu)于普通的凱夫拉織物防彈衣。本發(fā)明擬將聚丙烯與剪切增稠流體經(jīng)過熔融共混制成聚丙烯/剪切增稠流體高韌性材料，利用剪切增稠流體受剪切(或沖擊)后其粘度急劇增大、甚至轉(zhuǎn)變?yōu)轭惞虘B(tài)物質(zhì)的特性，使得高韌性材料中呈分散相分布的剪切增稠流體吸收并耗散一部分能量，從而實現(xiàn)對聚丙烯基體的增韌。與通常的增韌聚丙烯材料相比，聚丙烯/剪切增稠流體高韌性材料既能提高聚丙烯的沖擊性能，又能同時改善聚丙烯的加工流動性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提高聚丙烯的沖擊韌性和加工流動性，提供一種聚丙烯/剪切增稠流體高韌性材料及其制備方法，使得制備的聚丙烯/剪切增稠流體高韌性材料經(jīng)過模 壓、擠出、注射成型等后道工序制得聚丙烯/剪切增稠流體高韌性材料的制品，可用于汽車、機械、家電、包裝等領(lǐng)域。該方法首先將分散相粒子分散于液體分散介質(zhì)中制成剪切增稠流體，然后將該剪切增稠流體與聚丙烯在開煉機、密煉機或者擠出機等聚合物加工設(shè)備中熔融共混，制得聚丙烯/剪切增稠流體高韌性材料。本發(fā)明所提出的聚丙烯/剪切增稠流體高韌性材料，是由包括如下組分和重量份數(shù)的原料制備的聚丙烯80 95份；剪切增稠流體5 20份。所述的聚丙烯包括均聚聚丙烯、無規(guī)共聚聚丙烯和嵌段共聚聚丙烯中的一種或一種以上組合。聚丙烯在高韌性材料中的用量為80 95重量份。所述的剪切增稠流體是由包括如下組分和重量份數(shù)的原料制備的分散相粒子5 25份；液體分散介質(zhì)75 95份。所述的分散相粒子包括納米二氧化硅、納米碳酸鈣、納米蒙脫土和納米凹凸棒土中的一種或一種以上組合。分散相粒子在剪切增稠流體中的用量為5 25重量份。、
所述的液體分散介質(zhì)包括水、鹽溶液、乙烯基乙醇、聚乙二醇、聚丙二醇、礦物油中的一種或一種以上組合。液體分散介質(zhì)在剪切增稠流體中的用量為75 95重量份。本發(fā)明所提出的聚丙烯/剪切增稠流體高韌性材料的制備方法，具體是首先使用高剪切乳化機、乳化泵或者超速攪拌機中的一種或一種以上組合將分散相粒子分散于液體分散介質(zhì)中，并采用超聲波發(fā)生器驅(qū)除液體中的氣泡，制得剪切增稠流體，然后將聚丙烯與剪切增稠流體在開煉機、密煉機或者擠出機中的一種或一種以上組合進(jìn)行熔融共混，制得聚丙烯/剪切增稠流體高韌性材料，再經(jīng)過模壓、擠出、注射成型等后道工序制得聚丙烯/剪切增稠流體高韌性材料的制品。上述方法的具體過程如下首先將5 25份分散相粒子與75 95份液體分散介質(zhì)用高剪切乳化機、乳化泵或者超速攪拌機中的一種或一種以上組合進(jìn)行混合，時間為10 30分鐘，然后用超聲波發(fā)生器驅(qū)除液體中的氣泡，時間為I 3小時，制得剪切增稠流體；最后將5 20份剪切增稠流體與80 95份聚丙烯在開煉機、密煉機或者擠出機中的一種或一種以上組合進(jìn)行熔融共混，制得聚丙烯/剪切增稠流體高韌性材料。采用開煉機的開煉溫度為170 200°C，時間為10 20分鐘；采用密煉機的密煉溫度為180 200°C，時間為5 15分鐘；采用擠出機時，料筒各段的溫度控制在160 200°C，螺桿轉(zhuǎn)速為50 200rpmo本發(fā)明具有以下優(yōu)點聚丙烯/剪切增稠流體高韌性材料在受到剪切。C或沖擊)時，高韌性材料中呈分散相分布的剪切增稠流體能夠通過其粘度的急劇變化而吸收并耗散一部分能量，從而實現(xiàn)對聚丙烯基體的增韌。與通常的增韌聚丙烯材料相比，聚丙烯/剪切增稠流體高韌性材料既能提高聚丙烯的沖擊性能，又能同時改善聚丙烯的加工流動性能。
具體實施例方式現(xiàn)結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)的說明。實施例I本發(fā)明提供的材料是由以下原料按重量比例配制而成無規(guī)共聚聚丙烯 90份納米二氧化硅 I份聚丙二醇6009份
首先將納米二氧化硅與聚丙二醇600用高剪切乳化機進(jìn)行混合，時間為10分鐘；然后用超聲波發(fā)生器驅(qū)除液體中的氣泡，時間為I小時，制得剪切增稠流體；最后將剪切增稠流體與無規(guī)共聚聚丙烯在密煉機中熔融共混，得到聚丙烯/剪切增稠流體高韌性材料。密煉機溫度為180°c，轉(zhuǎn)速為60rpm，時間為7分鐘。實施例2本發(fā)明提供的材料是由以下原料按重量比例配制而成均聚聚丙烯 80份納米碳酸鈣 4份聚丙二醇400 16份 首先將納米碳酸鈣與聚丙二醇400用乳化泵進(jìn)行混合，時間為10分鐘；然后用超聲波發(fā)生器驅(qū)除液體中的氣泡，時間為2小時，制得剪切增稠流體；最后將剪切增稠流體與均聚聚丙烯在開煉機上熔融共混，得到聚丙烯/剪切增稠流體高韌性材料。開煉機溫度為180°C，時間為15分鐘。實施例3本發(fā)明提供的材料是由以下原料按重量比例配制而成均聚聚丙烯90份納米二氧化硅 2份聚丙二醇1000 8份首先將納米二氧化硅與聚丙二醇1000用高剪切乳化機進(jìn)行混合，時間為15分鐘；然后用超聲波發(fā)生器驅(qū)除液體中的氣泡，時間為2小時，制得剪切增稠流體；最后將剪切增稠流體與均聚聚丙烯在密煉機中熔融共混，得到聚丙烯/剪切增稠流體高韌性材料。密煉機溫度為180°C，轉(zhuǎn)速為60rpm，時間為10分鐘。實施例4本發(fā)明提供的材料是由以下原料按重量比例配制而成均聚聚丙烯80份納米凹凸棒土 2份聚乙二醇400 18份首先將納米凹凸棒土與聚乙二醇400用高剪切乳化機進(jìn)行混合，時間為20分鐘；然后用超聲波發(fā)生器驅(qū)除液體中的氣泡，時間為I. 5小時，制得剪切增稠流體；最后將均聚聚丙烯從主喂料裝置加入雙螺桿擠出機，剪切增稠流體通過計量泵按比例加入到均聚聚丙烯的熔體中進(jìn)行熔融共混，得到聚丙烯/剪切增稠流體高韌性材料。擠出機料筒各段的溫度為160 200°C，螺桿轉(zhuǎn)速為lOOrpm。實施例5本發(fā)明提供的材料是由以下原料按重量比例配制而成嵌段共聚聚丙烯 80份納米二氧化硅3份聚乙二醇20017份首先將納米二氧化硅與聚乙二醇200用超速攪拌機進(jìn)行混合，時間為10分鐘；然后用超聲波發(fā)生器驅(qū)除液體中的氣泡，時間為I小時，制得剪切增稠流體；最后將剪切增稠流體與嵌段共聚聚丙烯在密煉機中熔融共混，得到聚丙烯/剪切增稠流體高韌性材料。密 煉機溫度為180°C，轉(zhuǎn)速為60rpm，時間為8分鐘。
權(quán)利要求
1.一種聚丙烯/剪切增稠流體高韌性材料及其制備方法，其特征在于所述的聚丙烯/剪切增稠流體高韌性材料是按一定重量份將聚丙烯與剪切增稠流體經(jīng)熔融共混后得到可熱塑性加工的聚丙烯/剪切增稠流體高韌性材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的材料及其制備方法，其特征在于所述的聚丙烯/剪切增稠流體高韌性材料的原料組分和重量分?jǐn)?shù)為聚丙烯80 95份；剪切增稠流體5 20份。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的材料及其制備方法，其特征在于所述的剪切增稠流體的原料組分和重量分?jǐn)?shù)為分散相粒子5 25份；液體分散介質(zhì)75 95份。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的材料及其制備方法，其特征在于聚丙烯是均聚聚丙烯、無規(guī)共聚聚丙烯和嵌段共聚聚丙烯中的一種或一種以上組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的材料及其制備方法，其特征在于所述的分散相粒子是納米二氧化硅、納米碳酸鈣、納米蒙脫土和納米凹凸棒土中的一種或一種以上組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的材料及其制備方法，其特征在于所述的液體分散介質(zhì)是水、鹽溶液、乙烯基乙醇、聚乙二醇、聚丙二醇、礦物油中的一種或一種以上組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的材料及其制備方法，其特征在于將分散相粒子和液體分散介質(zhì)按比例稱量后，先用高剪切乳化機、乳化泵或超速攪拌機中的一種或一種以上組合進(jìn)行混合，再用超聲波發(fā)生器驅(qū)除液體中的氣泡，制成剪切增稠流體。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的材料及其制備方法，其特征在于將剪切增稠流體與聚丙烯在開煉機、密煉機或者擠出機中的一種或一種以上組合進(jìn)行熔融共混，制得聚丙烯/剪切增稠流體高韌性材料。采用開煉機的開煉溫度為170 200°C，時間為10 20分鐘；采用密煉機的密煉溫度為180 200°C，時間為5 15分鐘；采用擠出機時，料筒各段的溫度控制在160 200°C，螺桿轉(zhuǎn)速為50 200rpm。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的材料及其制備方法，其特征在于聚丙烯/剪切增稠流體高韌性材料可采用模壓、擠出、注射成型等后道工序制得聚丙烯/剪切增稠流體高韌性材料的制品，用于汽車、機械、家電、包裝等領(lǐng)域。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種聚丙烯/剪切增稠流體高韌性材料的制備方法。該方法具體是首先使用高剪切乳化機、乳化泵或者超速攪拌機中的一種或一種以上組合將分散相粒子分散于液體分散介質(zhì)中，并采用超聲波發(fā)生器驅(qū)除液體中的氣泡，制得剪切增稠流體，然后將聚丙烯與剪切增稠流體在開煉機、密煉機或者擠出機中的一種或一種以上組合進(jìn)行熔融共混，制得聚丙烯/剪切增稠流體高韌性材料，再經(jīng)過模壓、擠出、注射成型等后道工序制得聚丙烯/剪切增稠流體高韌性材料的制品，可用于汽車、機械、家電、包裝等領(lǐng)域。與通常的增韌聚丙烯材料相比，聚丙烯/剪切增稠流體高韌性材料既能提高聚丙烯的沖擊性能，又能同時改善聚丙烯的加工流動性能。
文檔編號C08L53/00GK102702622SQ20121022520
公開日2012年10月3日 申請日期2012年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月2日
發(fā)明者唐頌超, 崔海珊, 潘泳康, 王慶海 申請人:華東理工大學(xué)