一种聚丙烯复合材料及其制备方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810073043.0 (22)申请日 2018.01.25 (71)申请人 武汉金发科技有限公司 地址 430056 湖北省武汉市经济技术开发 区博学路3号 申请人 武汉金发科技企业技术中心有限公 司 (72)发明人 丁鹏余启生周英辉袁刚 黄朝亮万文平陆新 (74)专利代理机构 广州三环专利商标代理有限 公司 44202 代理人 郝传鑫周全英 (51)Int.Cl. C08L 23/12(2006.01) C08L 53/00(2006.01) C08L 23/14(20。

2、06.01) C08L 51/06(2006.01) C08L 23/08(2006.01) C08K 13/04(2006.01) C08K 7/00(2006.01) C08K 3/30(2006.01) C08K 5/134(2006.01) C08K 3/04(2006.01) C08K 3/36(2006.01) C08K 3/26(2006.01) C08K 3/34(2006.01) C08J 3/22(2006.01) (54)发明名称 一种聚丙烯复合材料及其制备方法 (57)摘要 本发明涉及一种聚丙烯复合材料及其制备 方法， 属于改性材料技术领域。 本发明的聚丙烯 复合材料包。

3、括下述重量份的组分： 聚丙烯6580 份， 二硫化钨纳米棒212份， 相容剂18份。 本 发明将特定含量的二硫化钨纳米棒， 在特定含量 相容剂的协同分散作用下， 添加至聚丙烯基体 中， 使制得的聚丙烯复合材料中WS2之间相互进 行摩擦， 产生层状滑动， WS2被磨薄磨小， 小的碎 片填补磨损过程中的缺陷， 因此摩擦波动进一步 降低， 摩擦稳定性增强。 由此， 本发明得到的聚丙 烯复合材料的耐划伤性能和强度得到明显提高。 权利要求书2页 说明书9页 CN 108192213 A 2018.06.22 CN 108192213 A 1.一种聚丙烯复合材料， 其特征在于， 包括下述重量份的组分： 聚。

4、丙烯6580份， 二硫 化钨纳米棒212份， 相容剂18份。 2.如权利要求1所述的聚丙烯复合材料， 其特征在于， 所述二硫化钨纳米棒为7.510 重量份， 所述相容剂为58重量份。 3.如权利要求2所述的聚丙烯复合材料， 其特征在于， 所述二硫化钨纳米棒为10重量 份， 所述相容剂为8重量份。 4.如权利要求13任一项所述的聚丙烯复合材料， 其特征在于， 还包括下述重量份的 组分： 增韧剂110份， 矿物填充剂110份。 5.如权利要求4所述的聚丙烯复合材料， 其特征在于， 如下(a)(e)中的至少一项： (a)所述聚丙烯为均聚聚丙烯、 共聚聚丙烯的至少一种， 所述聚丙烯的熔体质量流动速 率。

5、为0.3100g/10min， 所述聚丙烯的熔体质量流动速率是根据ISO 1133使用2.16kg重量 并在230的温度测量； (b)所述二硫化钨纳米棒的平均粒径为60120nm； (c)所述相容剂为极性单体接枝聚合物， 所述极性单体接枝聚合物中的聚合物为聚乙 烯、 聚丙烯、 乙烯- -乙烯-辛烯共聚物、 苯乙烯-丁二烯共聚物、 聚乙烯-聚苯乙烯-聚丙烯共 聚物、 乙烯-丙烯-丁二烯共聚物、 乙烯-丙烯酸酯共聚物、 乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水 甘油酯共聚物中的至少一种； (d)所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物、 乙烯-丁烯共聚物中的至少一种， 所述增韧剂的密 度为0.8-0.9g/cm3， 熔。

6、体质量流动速率为0.510g/10min， 所述增韧剂的熔体质量流动速 率是根据ISO 1133使用2.16kg重量并在230的温度测量； (e)所述矿物填充剂包含颗粒大小为800-3000目的无机粉体， 所述无机粉体为滑石粉、 碳酸钙、 二氧化硅、 云母粉中的至少一种。 6.如权利要求4所述的聚丙烯复合材料， 其特征在于， 所述二硫化钨纳米棒的平均粒径 为80nm； 所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。 7.如权利要求16任一项所述的聚丙烯复合材料， 其特征在于， 还包括下述重量份的 组分： 加工助剂0.13.0份， 着色剂0.53份。 8.如权利要求7所述的聚丙烯复合材料， 其特征在于， 所述。

7、加工助剂包含抗氧剂； 所述 着色剂为黑母粒。 9.如权利要求8所述的聚丙烯复合材料， 其特征在于， 所述抗氧剂为酚类抗氧剂、 亚磷 酸酯类抗氧剂、 含硫类抗氧剂、 胺类抗氧剂中的至少一种； 所述黑母粒为炭黑母粒， 所述炭 黑母粒中炭黑的质量百分比为3045。 10.如权利要求79任一项所述聚丙烯复合材料的制备方法， 其特征在于， 包括以下步 骤： (1)按配比称取各组分； (2)将二硫化钨纳米棒、 相容剂、 占全部聚丙烯重量30-50的聚丙烯和占全部加工 助剂重量20-40的加工助剂投入密炼机中进行密炼， 然后采用挤出机挤出造粒， 得到二 硫化钨纳米棒母粒； (3)将剩余的聚丙烯、 步骤(2)。

8、所得的二硫化钨纳米棒母粒、 增韧剂、 矿物填充剂、 着色 剂和剩余的加工助剂依次投入预混机内， 混匀后进行混炼、 熔融、 均化， 然后挤出造粒， 得到 权利要求书 1/2 页 2 CN 108192213 A 2 聚丙烯复合材料。 权利要求书 2/2 页 3 CN 108192213 A 3 一种聚丙烯复合材料及其制备方法 技术领域 0001 本发明涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法， 属于改性材料技术领域。 背景技术 0002 聚丙烯由于其质轻价廉广泛用于汽车、 家电、 包装及管材等行业， 但由于表面硬度 低， 摩擦系数较大， 强度， 硬度低表面极性低， 容易擦伤等缺点。 使用受到了很多限制。

9、， 人们 开始根据使用需求对聚丙烯进行改性来满足在不同领域的使用。 0003 当前使用多的方法是在聚丙烯基体中添加弹性体材料来提高冲击强度， 通过引入 10-40滑石粉、 云母粉、 硅灰石、 高岭土等填料来提高拉伸强度、 弯曲强度和弯曲模量， 通 过引入耐划伤剂如硅酮母粒、 含酰胺类树脂来提高耐划伤性能。 虽然此类方法通过同时施 加弹性体、 填料及耐划伤剂来调节综合性能， 但是不容易同步达到各方面性能平衡。 而纳米 填料比表面积大、 具有小尺寸效应、 表面界面效应等微米级尺寸填料所不具备的特点， 这些 特点不但可以实现聚合物复合材料同步增强增韧， 还能提高材料表面硬度， 表现出优异的 耐划伤性。

10、。 现有技术研究发现通过用硅烷偶联剂进行活化处理的WS2,与UHMWPE(超高分子 量聚乙烯)复合形成UHMWPE(超高分子量聚乙烯)/纳米WS2复合树脂的制备， 可以提高 UHMWPE(超高分子量聚乙烯)的强度(马天等， 纳米二硫化钨增强超高分子量聚乙烯新型防 弹材料的制备及性能.科学通报2012.3329-3333)， 但该论文中并未提到WS2与聚丙烯的复 合效果。 中国专利CN105315418A提到一种二氧化钨改性酚醛树脂的制备方法， 二氧化钨提 高了酚醛树脂的耐腐蚀性、 耐磨性等， 但此方法因制备过程复杂， 制取周期较长不易量产 化。 发明内容 0004 本发明的目的在于克服现有技术。

11、的不足之处而提供一种耐表面刮伤且力学性能 优异的聚丙烯复合材料及其制备方法。 0005 为实现上述目的， 本发明采取的技术方案为： 一种聚丙烯复合材料， 其包括下述重 量份的组分： 聚丙烯6580份， 二硫化钨纳米棒212份， 相容剂18份。 0006 上述二硫化钨纳米棒是钨和硫的化合物， 其化学分子式为WS2； 相容剂是借助于分 子间的键合力， 促使不相容的两种聚合物结合为一体， 进而得到稳定的共混物的助剂。 0007 本发明将特定含量的二硫化钨纳米棒， 在特定含量相容剂的协同分散作用下， 添 加至聚丙烯基体中， 使制得的聚丙烯复合材料中WS2之间相互进行摩擦， 产生层状滑动， WS2 被磨。

12、薄磨小， 小的碎片填补磨损过程中的缺陷， 因此摩擦波动进一步降低， 摩擦稳定性增 强。 由此， 本发明得到的聚丙烯复合材料的耐划伤性能和强度得到明显提高。 0008 作为本发明所述聚丙烯复合材料的优选实施方式， 所述二硫化钨纳米棒为7.5 10重量份， 所述相容剂为58重量份。 作为本发明所述聚丙烯复合材料的更优选实施方式， 所述二硫化钨纳米棒为10重量份， 所述相容剂为8重量份。 研究表明， 所述二硫化钨纳米棒 为7.510重量份， 相容剂为58重量份时， 得到的聚丙烯复合材料的耐划伤性能和力学性 说明书 1/9 页 4 CN 108192213 A 4 能更优异； 当二硫化钨纳米棒为10重。

13、量份， 相容剂为8重量份时， 得到的聚丙烯复合材料的 耐划伤性能和力学性能最佳。 0009 作为本发明所述聚丙烯复合材料的优选实施方式， 所述聚丙烯复合材料还包括下 述重量份的组分： 增韧剂110份， 矿物填充剂110份。 0010 作为本发明所述聚丙烯复合材料的优选实施方式， 如下(a)(e)中的至少一项： 0011 (a)所述聚丙烯为均聚聚丙烯、 共聚聚丙烯中的至少一种， 所述聚丙烯的熔体质量 流动速率为0.3100g/10min， 所述聚丙烯的熔体质量流动速率是根据ISO 1133使用 2.16kg重量并在230的温度测量； 0012 (b)所述二硫化钨纳米棒的平均粒径为60120nm；。

14、 二硫化钨纳米棒的粒径太大， 易出现应力集中， 对产品增强效果较差； 二硫化钨纳米棒的粒径太小， 固有比表面积高， 易 出现团聚， 难以分散。 0013 (c)所述相容剂为极性单体接枝聚合物， 所述极性单体接枝聚合物中的聚合物为 聚乙烯、 聚丙烯、 乙烯- -乙烯-辛烯共聚物、 苯乙烯-丁二烯共聚物、 聚乙烯-聚苯乙烯-聚丙 烯共聚物、 乙烯-丙烯-丁二烯共聚物、 乙烯-丙烯酸酯共聚物、 乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸 缩水甘油酯共聚物中的至少一种； 0014 (d)所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物、 乙烯-丁烯共聚物中的至少一种， 所述增韧剂 的密度为0.8-0.9g/cm3， 熔体质量流动速率为0。

15、.510g/10min， 所述增韧剂的熔体质量流 动速率是根据ISO 1133使用2.16kg重量并在230的温度测量； 0015 (e)所述矿物填充剂包含颗粒大小为800-3000目的无机粉体， 所述无机粉体为滑 石粉、 碳酸钙、 二氧化硅、 云母粉中的至少一种。 0016 作为本发明所述聚丙烯复合材料的优选实施方式， 所述二硫化钨纳米棒的平均粒 径为80nm； 所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。 0017 作为本发明所述聚丙烯复合材料的优选实施方式， 所述聚丙烯复合材料还包括下 述重量份的组分： 加工助剂0.13.0份， 着色剂0.53份。 0018 作为本发明所述聚丙烯复合材料的优选实施方。

16、式， 所述加工助剂包含抗氧剂； 所 述着色剂为黑母粒。 抗氧剂能提高聚丙烯复合材料的抗氧能力， 增强其耐候性。 0019 作为本发明所述聚丙烯复合材料的优选实施方式， 所述抗氧剂为酚类抗氧剂、 亚 磷酸酯类抗氧剂、 含硫类抗氧剂、 胺类抗氧剂中的至少一种； 所述黑母粒为炭黑母粒， 所述 炭黑母粒中炭黑的质量百分比为3045。 0020 本发明还提供了上述聚丙烯复合材料的制备方法， 其包括以下步骤： 0021 (1)按配比称取各组分； 0022 (2)将二硫化钨纳米棒、 相容剂、 占全部聚丙烯重量30-50的聚丙烯和占全部 加工助剂重量20-40的加工助剂投入密炼机中进行密炼， 然后采用挤出机挤。

17、出造粒， 得 到二硫化钨纳米棒母粒； 0023 (3)将剩余的聚丙烯、 步骤(2)所得的二硫化钨纳米棒母粒、 增韧剂、 矿物填充剂、 着色剂和剩余的加工助剂依次投入预混机内， 混匀后进行混炼、 熔融、 均化， 然后挤出造粒， 得到聚丙烯复合材料。 0024 与现有技术相比， 本发明的有益效果为： 本发明通过引入低含量二硫化钨纳米棒 来改善聚丙烯复合材料的表面极性， 降低其表面摩擦系数， 由此制得了一种耐表面刮伤和 说明书 2/9 页 5 CN 108192213 A 5 力学性能优异的聚丙烯复合材料。 本发明的聚丙烯复合材料符合聚丙烯材料高性能化和轻 量化要求。 0025 此外， 本发明聚丙烯。

18、复合材料的制备工艺简单， 生产成本低， 适于大规模量产。 具体实施方式 0026 为更好地说明本发明的目的、 技术方案和优点， 下面将结合具体实施例对本发明 作进一步说明。 0027 下述实施例中， 聚丙烯和增韧剂的熔体质量流动速率(MFR)均是根据ISO 1133使 用2.16kg重量并在230的温度测量。 0028 实施例1 0029 本发明聚丙烯复合材料的一种实施例， 本实施例所述聚丙烯复合材料的组成组分 如表1所示。 0030 本实施例所述聚丙烯复合材料的制备方法为： 0031 (1)按配比称取各组分； 0032 (2)将二硫化钨纳米棒、 相容剂、 占全部聚丙烯重量30-50的聚丙烯和。

19、占全部 加工助剂重量20-40的加工助剂投入密炼机中进行密炼， 然后采用挤出螺杆长径比为 20:1的单螺杆挤出机挤出造粒， 得到二硫化钨纳米棒母粒； 0033 (3)将剩余的聚丙烯、 步骤(2)所得的二硫化钨纳米棒母粒、 增韧剂、 矿物填充剂、 着色剂和剩余的加工助剂依次投入预混机内， 混匀后在挤出螺杆长径比为48:1的挤出机中 进行混炼、 熔融、 均化， 然后挤出造粒， 得到聚丙烯复合材料； 其中， 挤出螺杆长径比为48:1 的挤出机的转速为300-450r/min， 各区的温度为： T1区90-120， T2-T5区180-200， T6- T12区200-220； 拉条过水长度为1-2M。

20、。 0034 实施例25 0035 实施例25所述聚丙烯复合材料的组成组分均如表1所示， 实施例25所述聚丙 烯复合材料的制备方法均同实施例1。 0036 将实施例15所述聚丙烯复合材料采用注塑机注塑成ISO力学样条和2005 2mm的长板， 然后测定其拉伸强度、 弯曲强度、 缺口冲击强度、 耐磨损刮伤、 表面洛氏硬度和 表面摩擦系数等性能。 测试结果如表1所示。 0037 其中， 各性能指标的测试方法为： 0038 拉伸强度测试标准依据ISO 527-2， 测试条件： 温度23， 拉伸速率50mm/min； 0039 弯曲强度测试标准依据ISO 178， 测试条件： 温度23， 弯曲速率2m。

21、m/min， 跨距 64mm； 0040 缺口冲击强度测试标准依据ISO 179-1eA， 测试条件： 温度23； 0041 耐磨损刮伤测试标准依据D42 1775， 用色差值来评价， 色差值测试标准依据PV 3952， 测试条件： 10N。 0042 表面洛氏硬度测试标准依据GB/T 3398.2， 测试条件： 温度23， 样品厚度6mm； 0043 表面摩擦系数测试标准依据ISO8295， 测试条件： 温度23， 样件厚度为0.5mm。 0044 表1 说明书 3/9 页 6 CN 108192213 A 6 0045 说明书 4/9 页 7 CN 108192213 A 7 0046 0。

22、047 实施例6 说明书 5/9 页 8 CN 108192213 A 8 0048 本发明聚丙烯复合材料中二硫化钨纳米棒的含量影响聚丙烯复合材料的性能， 为 考察二硫化钨纳米棒含量对聚丙烯复合材料的性能的影响， 申请人按照实施例1的方法制 备了试验组和对照组聚丙烯复合材料， 并按照上述实施例15所述聚丙烯复合材料性能的 测试方法， 测试了本实施例试验组和对照组聚丙烯复合材料的性能。 0049 本实施例中， 试验组和对照组聚丙烯复合材料的组成组分和性能如表2所示。 0050 表2 0051 0052 上述表2中， 聚丙烯为PP EP548R， 共聚聚丙烯， 在温度为230、 负荷为2.16kg。

23、条件 下熔体流动速率为28g/10min， 购买于苏州归海塑化有限公司； 增韧剂为POE ENGAGE 7447， 在温度为230、 负荷为2.16kg条件下熔体流动速率为1.2g/10min， 密度为0.862g/cm3， 购 买于苏州苏昌塑化； 二硫化钨纳米棒为2000目， 粒径80nm、 晶体长0.3 m， 购买于长沙华京粉 体材料科技有限公司； 矿物填充剂： 滑石粉， TYT-777A， 3000目， 厦门海川达工贸； 相容剂为 马来酸酐接枝聚丙烯， CMG9801， 购买于佳易容相容剂江苏有限公司； 加工助剂为酚类抗氧 剂， 抗氧剂1010， 购买于营口市风光化工有限公司； 着色剂为。

24、黑色粉， BB-576V， 40炭黑含 量的黑母粒， 购买于茂康材料。 0053 由表2可见， 所述二硫化钨纳米棒为7.510重量份时， 得到的聚丙烯复合材料的 耐划伤性能和力学性能更优异； 当二硫化钨纳米棒为10重量份时， 得到的聚丙烯复合材料 的耐划伤性能和力学性能最佳。 0054 同时， 申请人还按照上述方法考察了聚丙烯、 增韧剂、 矿物填充剂、 相容剂、 加工助 剂和着色剂为本发明所述其他物质和其他重量份时， 二硫化钨纳米棒含量对聚丙烯复合材 说明书 6/9 页 9 CN 108192213 A 9 料的性能的影响， 均得出与表2相一致的结果， 在此不一一赘述。 0055 实施例7 0。

25、056 本发明聚丙烯复合材料中相容剂的含量影响聚丙烯复合材料的性能， 为考察相容 剂含量对聚丙烯复合材料的性能的影响， 申请人按照实施例1的方法制备了试验组和对照 组聚丙烯复合材料， 并按照上述实施例15所述聚丙烯复合材料性能的测试方法， 测试了 本实施例试验组和对照组聚丙烯复合材料的性能。 0057 本实施例中， 试验组和对照组聚丙烯复合材料的组成组分和性能如表3所示。 0058 表3 0059 0060 0061 本实施例中， 聚丙烯、 增韧剂、 二硫化钨纳米、 矿物填充剂、 相容剂、 加工助剂和着 色剂的类型以及购买厂家均同实施例6。 0062 由表3可见， 本发明中， 相容剂为58重量。

26、份时， 得到的聚丙烯复合材料的耐划伤 性能和力学性能更优异； 相容剂为8重量份时， 得到的聚丙烯复合材料的耐划伤性能和力学 性能最佳。 0063 同时， 申请人还按照上述方法考察了聚丙烯、 增韧剂、 矿物填充剂、 二硫化钨纳米 棒、 加工助剂和着色剂为本发明所述其他物质和其他重量份时， 相容剂含量对聚丙烯复合 材料的性能的影响， 均得出与表3相一致的结果， 在此不一一赘述。 说明书 7/9 页 10 CN 108192213 A 10 0064 实施例8 0065 本实施例中， 申请人考察了不同大小二硫化钨纳米棒对聚丙烯复合材料的性能的 影响， 为了考察该影响， 申请人按照实施例1的方法制备了。

27、不同试验组聚丙烯复合材料， 并 按照上述实施例15所述聚丙烯复合材料性能的测试方法， 测试了本实施例试验组和对照 组聚丙烯复合材料的性能。 0066 本实施例中， 试验组聚丙烯复合材料的组成组分和性能如表4所示。 0067 表4 0068 0069 0070 本实施例中， 聚丙烯、 增韧剂、 矿物填充剂、 相容剂、 加工助剂和着色剂的类型以及 购买厂家均同实施例6； 二硫化钨纳米棒均购买于长沙华京粉体材料科技有限公司， 其大小 具体如下： 0071 二硫化钨纳米棒-1： 目数2000目， 粒径80nm、 晶体长0.3 m； 0072 二硫化钨纳米棒-2： 目数800目， 粒径80nm、 晶体长。

28、0.3 m； 0073 二硫化钨纳米棒-2： 目数2000目， 粒径200nm、 晶体长0.3 m； 0074 二硫化钨纳米棒-2： 目数2000目， 粒径80nm、 晶体长0.6 m， 长沙华京粉体材料科技 有限公司。 说明书 8/9 页 11 CN 108192213 A 11 0075 由表4可见， 二硫化钨纳米棒目数为2000目， 粒径为80nm、 晶体长为0.3 m时， 得到 的聚丙烯复合材料的耐划伤性能和力学性能最佳。 0076 最后所应当说明的是， 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保 护范围的限制， 尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明， 本领域的普通技术人员应当 理解， 可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换， 而不脱离本发明技术方案的实质 和范围。 说明书 9/9 页 12 CN 108192213 A 12 。