技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种反应性单体改性纳米碳酸钙/聚丙烯 母料及其制造方法。
背景技术
用纳米技术与材料改造传统高分子材料是目前国内外的研究热门课题。纳米碳酸钙是 目前产量最大、价格最低的纳米材料。微米级碳酸钙在聚丙烯中有广阔的用途，由于碳 酸钙与聚丙烯相容性差，高用量碳酸钙加入通常使聚丙烯材料的力学性能降低。碳酸钙 纳米化在聚丙烯中将产生更多的界面，如果能使纳米碳酸钙充分分散，而且界面相互作 用得到加强，纳米碳酸钙将导致聚丙烯材料力学性能的进一步提高。虽然用传统的有机 低分子偶联剂对纳米碳酸钙进行表面处理，对纳米碳酸钙/聚丙烯材料的力学性能有所改 善。但由于有机偶联剂的有机链链段短，与聚丙烯基体大分子链相互作用较弱。其次， 有机偶联剂在材料加工过程中存在热稳定性差的问题。因此，用有机低分子偶联剂处理 碳酸钙/聚丙烯复合材料的力学性能改善有一定限度。
发明内容
本发明的目的是提供一种改善纳米碳酸钙分散性、强化界面粘结和提高纳米碳酸钙/ 聚丙烯力学性能的纳米碳酸钙/聚丙烯母料及其制造方法，以解决已有技术所存在的上述 问题。
针对现有碳酸钙/聚丙烯材料存在的问题，本发明采用反应性单体作为改性剂的方法， 在纳米碳酸钙/聚丙烯材料引进多种界面相互作用，利用反应性单体的极性与纳米碳酸钙 的作用来分散纳米碳酸钙、利用反应性单体的双键与聚丙烯基体发生接枝反应，形成接 枝物，与聚丙烯共结晶或者相容等作用，强化纳米碳酸钙/聚丙烯材料中各种界面相互作 用，使纳米碳酸钙/聚丙烯材料达到改善纳米碳酸钙的分散性、强化界面粘结和提高纳米 碳酸钙/聚丙烯材料的力学性能的目的。
本发明的反应性单体改性纳米碳酸钙/聚丙烯母料(以下简称纳米碳酸钙/聚丙烯母 料)由聚丙烯或其共聚物基体A，纳米碳酸钙B，反应性单体C，和聚丙烯材料通用的 稳定剂D组成，各组分配比按重量比为：
A 40-60；
B 60-40；
C 1-6；
D∶A 0.5-1.5∶100。
上述本发明的反应性单体改性纳米碳酸钙/聚丙烯母料，其中作为组分C的反应性单 体，可采用马来酸酐、丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯的 一种或一种以上。
聚丙烯材料通用的稳定剂D可采用聚丙烯通用抗氧剂1010。
本发明反应性单体改性纳米碳酸钙/聚丙烯母料的制备方法，是按所需配比将反应性 单体、聚丙烯、纳米碳酸钙和聚丙烯材料通用的稳定剂经高速混合后，用双螺杆挤出机 在一定条件下熔融挤出制备。利用反应性单体的极性和双键反应性，在熔融挤出过程实 现反应性单体的极性基团与纳米碳酸钙的极性基团发生化学作用，反应性单体的双键与 聚丙烯发生接枝反应，原位形成接枝物与聚丙烯基体共结晶或者物理纠缠相容等作用， 强化纳米碳酸钙/聚丙烯材料中各种界面(尤其纳米碳酸钙与反义词单体、反应性单体与 聚丙烯基体)相互作用，提高组份间的界面粘结。从而达到改善纳米碳酸钙在聚丙烯中 分散性和提高纳米碳酸钙/聚丙烯复合材料的力学性能。
本发明反应性单体改性纳米碳酸钙/聚丙烯母料的制备方法的具体步骤及工艺条件如 下：
①将重量比聚丙烯40-60份，纳米碳酸钙60-40份，反应性单体1-6份和稳定剂0.5-1.5 份加入到高速混合机中，室温高速混合1分钟；
②将上述混合物料用双螺杆挤出机于190-220℃熔融挤出，转速300-350rpm；
③挤出物经水冷却，切粒，即得到所需的反应性单体改性纳米碳酸钙/聚丙烯母料；
将反应性单体改性纳米碳酸钙/聚丙烯母料与聚丙烯复合，可制备不同含量纳米碳酸 钙的聚丙烯复合材料。
本发明在纳米碳酸钙/聚丙烯材料制备过程中加入反应性单体作为改性剂，可产生以 下效果：
(1)反应性单体起到分散作用，使纳米碳酸钙在聚丙烯中的分散性提高。
(2)反应性单体的极性基团与纳米碳酸钙间存在强的极性物理作用，有利于纳米碳 酸钙的分散和两者的界面粘结。
(3)反应性单体的双键与聚丙烯间发生接枝作用，有利于纳米碳酸钙与聚丙烯的界 面粘结。
(4)纳米碳酸钙/聚丙烯材料的力学性能优于微米碳酸钙/聚丙烯材料的，反应性单 体加入进一步提高纳米碳酸钙/聚丙烯材料的力学性能，减缓纳米碳酸钙用量增加，力学 性能的明显下降。
(5)通过采用混合多种反应性单体，可以调节纳米碳酸钙/聚丙烯材料中界面相互作 用，达到调节纳米碳酸钙/聚丙烯材料的力学性能，以适应不同用途的应用。
(6)反应性单体在制备纳米碳酸钙/聚丙烯母料中，存在以下几种相互作用：
(a)纳米碳酸钙粒子被反应性单体所包覆，纳米碳酸钙与反应性单体发生极性作用， 加强了填料与反应性单体界面粘结；
(b)反应性单体双键与聚丙烯发生接枝作用，原位形成接枝物与聚丙烯基体发生物 理纠缠(相容)和共结晶作用，强化了聚丙烯基体与反应性单体的界面粘结，尤其后者 克服了有机低分子处理剂或偶联剂存在偶联剂与聚丙烯基体相互作用小的缺点，使纳米 碳酸钙/聚丙烯组分间不同界面粘结得到增强；
(c)反应性单体由于为小分子，在材料加工过程中可起到增塑作用，使纳米碳酸钙 分散性提高，加工性改善；
(d)反应性单体与纳米碳酸钙存在协同作用，可改变聚丙烯的结晶与熔融行为。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明各实施例的成分配比及物理与力学性能如表1和表2所示。其中，实施例1-5 为未加反应性单体母料制备的纳米碳酸钙/聚丙烯的力学性能，实施例6-17所用的反应 性单体为丙烯酸。各实施例所用的稳定剂为聚丙烯通用抗氧剂1010。
各实施例的制备方法如下所述：
1)混合：将各组分原料按前面所述比例加入到高速混合机中，室温高速混合1分钟；
2)将上述混合物料用双螺杆挤出机于190-220℃熔融挤出，转速300-350rpm；
3)挤出物经水冷却，切粒，即得到所需的反应性单体改性纳米碳酸钙/聚丙烯母料。
表1为各实施例中使用的聚丙烯原料的性质。
表2为反应性单体改性纳米碳酸钙/聚丙烯母料制备的纳米碳酸钙/聚丙烯材料的力学 性能。