[发明专利]一种聚丙烯改性材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种耐磨聚丙烯改性材料及其制备方法。

背景技术

聚丙烯(Polypropylene，缩写PP)因具有密度小，电性能、耐腐蚀性、卫生性、防潮性能优良以及加工性能好等优点而获得广泛应用。但是，PP也存在易磨损等缺点，其磨损率远远高于聚乙烯等材料。易磨损的缺点限制了PP在更为广阔领域特别是作为工程材料在汽车、制造、建筑、化工管道等高端领域的应用。对PP进行高性能化改性研究，降低其磨损率，从而将其应用扩展到更为广阔的领域，具有重要的现实意义。

目前，改善聚合物材料耐磨性的主要方法是添加高耐磨填料，如硫化钼、氮化硼、纳米碳管、聚四氟乙烯等物质，从而改善基体材料的耐磨性。通过这种方法，已实现了对多种高分子材料的改性。但由于PP基体本身耐磨性太差，尽管通过这种方法也可以提高其耐磨性，但仍不能满足实际应用的需要。

PP作为一种高结晶度的半结晶聚合物，结晶性能在一定程度上决定着其物理机械性能。等规聚丙烯的分子在不同条件下可形成α、β、γ、δ和拟六方态等多种晶体结构。在通常加工条件均形成α晶型(α-PP)，这种晶型的PP本身就具有韧性差、耐热等级不高的特点，这也是通常PP抗冲性能差的原因。β晶型在热力学上是准稳定的、在动力学上是不利于生成的一种晶型，但该晶型的PP(β-PP)具有优异的冲击性能(缺口冲击强度超过α-PP数倍)和耐热性能(热变形温度比α-PP高20℃以上)。如果通过添加某些能诱导生成β晶型的所谓“β成核剂”，将无机改性材料中基体PP的晶型变为β型或提高β晶型的含量，则有可能克服通常PP材料韧性差、耐热等级不高等“瓶颈”问题，使PP复合材料实现同时增强增韧并进一步提高耐热等级的目的。但是，到目前为至，对于β-PP的研究，主要集中在力学性能、耐热性能等物理机械性能方面的研究，而其磨损特性方面尚未见到有任何文献报道。

最近我们研究发现，与通常的α-PP相比，β-PP具有明显降低的磨损率。本发明的核心内容即基于β-PP的这一特性：如果将PP的结晶形态部分或全部转变成β晶型，则可以改善PP基材料的耐磨性。

由于PP的β晶型在热力学上是准稳定的、在动力学上是不利于生成的一种晶型，在通常的加工或结晶条件下难以得到，只有在特殊条件下(如在一定的温度梯度，或剪切作用)才能形成。添加某些能诱导生成β晶型的所谓“β成核剂”是可获得高含量β晶型、也是目前唯一可工业化实施的途径。目前具有明显β结晶效果或在这一领域产生较大影响的β成核剂主要有Leugering发现的γ喹吖啶酮(γ-Quinacridone)染料E3B，某些第IIa族元素的盐类或其与特定二元羧酸的复合物(典型的例子为硬脂酸钙/庚二酸复合物或庚二酸钙)，芳酰胺类成核剂和稀土β成核剂等。但不论是何种方法，或使用何种成核剂，只要能提高PP中β晶型的含量，就可以用来提高这种材料的耐磨性。

随着我国家电、汽车、建筑材料等行业的迅速发展，各种高档PP改性材料的需求将急剧增加。提高PP材料及相关制品的耐磨性，将PP的应用扩展到以往工程塑料或其它高性能材料应用的某些领域，不仅有十分巨大的经济效益，同时具有重大的社会效益。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有良好耐磨性聚丙烯改性材料及其制备方法。

本发明所提出的聚丙烯改性材料，其主要特点是基体PP中含有一定比例的β晶型。这种β晶型可以是通过控制加工条件而得到，也可以是通过添加β成核剂而得到。通过一定的温度梯度，或在剪切、压力等作用下结晶，可以获得一定比例的β晶型。但更常用的方法是，通过加入β成核剂的方法获得一定比例的β晶型。

因此，本发明所提出的聚丙烯改性材料，至少由以下两种组分组成：聚丙烯基体材料、β成核剂。使聚丙烯基体材料中含有β晶型但通常往往还需要添加其它改性材料，如加工助剂、分散剂、抗氧剂、增强剂、增韧剂、着色剂等等，特别是还可以使用其它用于改善耐磨性的物质。

所述聚丙烯基体材料是指以聚丙烯为基础树脂的所有材料，包括以聚丙烯为主要基体的复合物，如聚丙烯复合材料、聚丙烯合金等到。而所述基础树脂是指各种聚丙烯。包括均聚聚丙烯(PP-H)、嵌段共聚聚丙烯(PP-B)、无规共聚聚丙烯(PP-R)，也可以是各种聚丙烯的混合物，或聚丙烯与其它高分子或其它物质组成的复合物。