[發(fā)明專利]改性聚丙烯基復合材料填料及其制備方法

無效

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• 申請日: 2011-05-05
• 公開（公告）號: CN102250412A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發(fā)明（設計）人: 戴干策;方勇;李賓;李迎春;羅德勤;張家庭;潘敏
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: C08L23/12
• 分類號: C08L23/12;C08L51/06;C08K13/04;C08K7/14;C08J7/00;B29C47/00;B01J19/30
• 代理公司: 上海三和萬國知識產權代理事務所 31230
• 代理人: 朱小晶

【技術領域】

本發(fā)明涉及一種用于填料塔的化工填料材料技術領域，具體地說，是一種改性聚丙烯基復合材料填料及其制備方法。

【背景技術】

填料塔是物料分離過程的關鍵設備，對能源、環(huán)境保護、化工、醫(yī)藥和輕工等產業(yè)具有十分重要的影響。塔填料作為填料塔的核心構件，提供了塔內氣液兩相接觸而進行傳質的表面，填料的性能決定著塔的性能。塑料塔填料具有質地輕、耐腐蝕、不易破碎、加工方便、價格低廉等優(yōu)點，目前被廣泛使用。但實際生產和應用表明，塑料填料表面潤濕性能差，液體在表面上易形成“溪流”或“溝流”，使氣-液相際之間的有效傳質面積減少，嚴重降低了填料塔的傳質效果。Linek用化學法測定了塑料塔填料的有效潤濕面積，認為填料塔中塑料填料的有效潤濕面積僅為同類型規(guī)格陶瓷填料的40％左右。因此，改善塑料填料表面的潤濕性對增大填料塔中塑料填料氣-液有效接觸面積，提高填料塔傳質性能顯得尤為的重要。

聚丙烯是低表面能材料，由于其表面惰性、表面污染以及弱邊界層等原因，往往難以與其他材料結合。因此，聚丙烯表面的潤濕改性不僅在上述填料塔的應用中十分重要，而且在聚丙烯塑料薄膜表面的印刷、塑料表面的染色、噴金，以及涂料在其表面的涂覆和涂布工藝等方面均有重要的應用。

目前，用于塔填料的塑料填料表面潤濕性改善方法已有幾種，但這些方法都是在塑料成型加工成具有一定形狀和結構的填料后，對其進行表面處理，來改善填料制品表面的潤濕性和粗糙度；這些方法有的會對環(huán)境造成嚴重污染，有的則需要較人的設備投入或效果有限。主要技術方法如下：

(1)強酸液相化學氧化法：利用處理液的強氧化作用使填料表面分子氧化，在填料表面形成羥基、羧基、羰基、磺酸基和不飽和鍵等極性基團，使填料表面活化，達到提高填料表面張力改善潤濕性的目的。該法處理效果好，且不需特殊設備；但是該方法需要使用大量強腐蝕性的氧化性酸液，危險又麻煩；填料處理過程中產生的大量廢液需要回收，對人體和環(huán)境有嚴重的危害，不利于大規(guī)模生產。

(2)氣相化學氧化法：將氣體(氧氣、臭氧、氯氧混合物、二硫化碳等)通入裝有塑料塔填料的反應器內進行氣-固相反應，維持反應器溫度和壓力，氣體產生游離的氧、氯和硫，使塑料表面接上含氧、含硫基團；一定時間后取出再作后處理，使基團轉化為羥基、羰基、羧基和磺酸基等極性基團，從而使表面潤濕性能大幅提高。此法效果較為明顯，操作條件簡單，對形狀復雜的填料特別有效；但是后處理較為復雜，且處理過程中有大量有毒廢氣需要回收，對人體和環(huán)境有危害。美國勞動環(huán)境法規(guī)定臭氧許可濃度為0.1mg/m3以下。因此，若采用含有臭氧氣體處理時，必須采用嚴格措施防止臭氧泄漏。

(3)表面接枝：在化學能作用下或在紫外線、高能γ射線輻照下，使塑料填料表面與極性基團的單體發(fā)生聚合物接枝反應，形成接枝共聚物，從而改善塑料塔填料潤濕性能。該法方法簡單，聚合周期短，表面極性基團可長久保留；但對填料表面可控性差，尤其對結構復雜的填料。紫外線或射線無法直射處，將無法引發(fā)聚合反應，極性單體無法接枝在該處表面，因而接枝分布不均勻，填料表面區(qū)域差異性大。

(4)等離子體表面處理法：通過輝光放電或電暈放電生成的離子、自由基、中性原子或分子等離子體與填料表面發(fā)生相互作用，在表面上形成新的官能團，改變填料表層的聚合物鏈結構，改善親水性。此法效果顯著、工藝簡單、污染小；并可通過改變不同處理條件獲得不同的表面性能；此外，改性效果只局限于表面而不影響材料本體性能。但此法的缺點是設備投資大，處理效果隨時間衰退；影響處理效果因素的多樣性使其重復性和可靠性差；對結構復雜的填料也存在死角。

目前，國內還沒有塑料填料表面改性的工業(yè)化報道，有報道的少數研究也都僅限于實驗室階段。因此，開發(fā)工藝簡單、技術可行的塑料填料表面改性方法，并實現工業(yè)化，同時避免上述方法中的嚴重缺點是塑料填料開發(fā)的重要方向。

聚丙烯基復合材料填料的開發(fā)可運用目前常用的塑料成型加工方法，其成型加工生產可以利用現有的生產設備和流程進行實施。

【發(fā)明內容】

本發(fā)明的目的在于克服現有技術中塑料填料表面潤濕性差，以及現有改性技術污染環(huán)境和效果欠佳等不足，提供一種環(huán)境友好、高效、實用和可靠的改性聚丙烯基復合材料填料及其制備方法。

本發(fā)明的構思：首先采用表面改性劑(MCP)、無機填料和玻璃纖維等對聚丙烯進行共混復合改性，之后將已具有一定潤濕性的改性聚丙烯制成填料，再經過無環(huán)境污染的后處理即可顯著改善填料的表面潤濕性。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現的：