[发明专利]改性锡氟磷酸盐玻璃/聚丙烯杂化材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机/有机杂化材料材料及其制备方法，具体涉及改性磷酸盐玻璃和改性聚丙烯复合材料。

背景技术

磷酸盐玻璃(Pglass)是一种具有类似聚合物的小型网络结构的无机玻璃，它拥有玻璃化温度低、化学结构稳定的特点，而且它在很宽广的温度和频率范围内都表现出牛顿流体的流变学行为。向磷酸盐玻璃中引入不同的阳离子可得到结构和特性各不相同的磷酸盐玻璃，如铅磷酸盐玻璃、锌碱磷酸盐玻璃和锡氟磷酸盐玻璃等，其中锡氟磷酸盐玻璃(TFP glass)是目前重点研究的对象。锡氟磷酸盐玻璃具有较低的玻璃化温度(Tg约为55-155℃)，其处于大多数聚合物的加工温度范围内，易于与绝大多数商品树脂(如LDPE等)熔融共混制备杂化材料，不存在高填料下杂化材料加工困难的问题，且其表现出许多独特的流变学行为。虽然锡氟磷酸盐玻璃/聚合物杂化材料表现出许多优异的性能，但由于锡氟磷酸盐玻璃中-OH含量较高，且极性很强，与聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等非极性聚合物所形成的杂化材料表面能大，相容性较差，导致杂化材料的性能受到影响，这将会使锡氟磷酸盐玻璃在杂化材料领域的发展受到极大的限制。

发明内容

本发明用硅烷偶联剂如KH-550对锡氟磷酸盐玻璃进行表面改性处理、用马来酸酐和苯乙烯对聚丙烯进行接枝处理，并制备出改性的锡氟磷酸盐玻璃/聚丙烯杂化材料。经改性处理的锡氟磷酸盐玻璃表面能下降，在聚合物基体中的分散性得到改善，而经接枝处理的聚丙烯与改性后的锡氟磷酸盐玻璃形成弱键作用，增强了杂化材料两相的相互作用，提高了其相容性，并使其力学性能有所提升。

本发明的目的在于提供一种改性锡氟磷酸盐玻璃/聚丙烯杂化材料及其制备方法，这种改性杂化材料具有较好的两相相容性，并且能保持较高的力学性能。

根据本发明的第一个实施方案，提供一种改性锡氟磷酸盐玻璃/聚丙烯杂化材料，所述的杂化材料包括以下组分或由以下原料组分制备得到或：

硅烷改性锡氟磷酸盐玻璃          10-30重量份，优选15-25重量份

接枝改性聚丙烯                  70-90重量份，优选75-85重量份

抗氧剂     0.1-5.0重量份，优选0.3-3重量份，更优选0.4-2重量份。

一般来说，上述材料呈现为混合物或为粒料的形式，或呈现为成型制品如模塑制品、挤塑制品、注塑制品或层状制品或薄膜制品的形式。

一般，改性锡氟磷酸盐玻璃所用改性剂为硅烷偶联剂，更优选为含氨基或羟基官能团的二烷氧基硅烷类或三烷氧基硅烷类改性剂，优选为γ-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH-550)。

接枝改性聚丙烯所用接枝改性剂为马来酸酐，它的接枝率(基于聚丙烯)为1.5-6.5wt％，优选1.6-6.0wt％，更优选1.7-5.5，更优选1.8-5.0，更优选2-4.5wt％，更优选2.5-4wt％。

更优选，接枝改性剂为马来酸酐和苯乙烯类单体配合或两者的结合，马来酸酐和苯乙烯类单体的接枝率分别为1.0-4.5wt％(优选1.3-4.2wt％，优选1.5-3.8，更优选1.7-3.5wt％)和0.5-4.0wt％(优选0.8-3.7wt％，优选1.0-3.5，更优选1.2-3.2wt％)。两者的累计接枝率(基于聚丙烯)为1.5-6.5wt％，优选1.6-6.0wt％，更优选1.7-5.5，更优选1.8-5.0，更优选2-4.5wt％，更优选2.5-4wt％。

在本发明中，对于抗氧剂没有特殊的要求，现有技术中常用的抗氧剂都可用于本发明中，例如抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)。

根据本发明的第二个实施方案，提供改性锡氟磷酸盐玻璃/聚丙烯杂化材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)硅烷改性锡氟磷酸盐玻璃的制备：

用有机溶剂将硅烷偶联剂(如KH-550)配成一定浓度(如2-30wt％，更优选3-25wt％，更优选4-20wt％)的硅烷偶联剂溶液，搅拌(例如3min-1h，如5min-30min)；取30重量份锡氟磷酸盐玻璃与0.5-3重量份(如1-2重量份)硅烷偶联剂溶液在升高的温度(如60-95℃，优选70-90℃)下搅拌混合，然后干燥和粉碎[例如在75℃-85℃水浴加热的烧杯中混合并持续搅拌，充分搅拌0.5-3h(如1h)后放入70-100(如90℃)鼓风干燥箱中干燥并研磨分散]，获得硅烷改性锡氟磷酸盐玻璃；

(2)改性聚丙烯的制备：