[發(fā)明專(zhuān)利]增強(qiáng)型無(wú)機(jī)填料、增強(qiáng)型無(wú)機(jī)填料復(fù)合材料及制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110452710.4
• 申請(qǐng)日: 2011-12-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102532607A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 翁永華;汪理文;丁賢麟
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 蘇州工業(yè)園區(qū)潤(rùn)佳工程塑料有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C08K9/10
• 分類(lèi)號(hào): C08K9/10;C08K3/34;C08K3/26;C08K3/36;C08L23/12;C08L23/16;B29C47/92
• 代理公司: 南京縱橫知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米材料領(lǐng)域，尤其涉及一種增強(qiáng)型無(wú)機(jī)填料及其合成方法、增強(qiáng)型無(wú)機(jī)填料的復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

聚丙烯(PP)?是一類(lèi)應(yīng)用范圍很廣的通用塑料,其拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、表面硬度及彈性模量均較優(yōu)異,并有突出的耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂性和耐磨性。但是,聚丙烯存在成型收縮率高、缺口沖擊強(qiáng)度低、韌性差、易老化等缺點(diǎn)，作為結(jié)構(gòu)材料和工程塑料應(yīng)用受到很大的限制。近年來(lái),PP的增強(qiáng)增韌改性已成為工程化、功能化、精細(xì)化的重要手段。過(guò)去多采用橡膠類(lèi)彈性體共混以及纖維、填料填充共混方式進(jìn)行PP的增強(qiáng)增韌改性，采用纖維增強(qiáng)雖使材料強(qiáng)度大為增加，但是容易使材料翹曲、纖維外露，另外材料的韌性也不能很好的控制；而以碳酸鈣、蒙脫土、滑石粉等無(wú)機(jī)物質(zhì)填充聚丙烯,可以提高其尺寸穩(wěn)定性、耐熱性、剛性,?而且能降低成本但卻無(wú)法解決塑料同時(shí)增強(qiáng)與增韌的矛盾。

近年來(lái),國(guó)內(nèi)外開(kāi)始了納米級(jí)無(wú)機(jī)礦物填料填充各種塑料聚合物的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用研究，由于納米級(jí)粉體填料表面能高、易團(tuán)聚、難分散、納米材料價(jià)格高,現(xiàn)階段還難以在各種塑料聚合物中得到大規(guī)模應(yīng)用。重慶大學(xué)和清華大學(xué)的黃佳木等人公開(kāi)了納米二氧化硅SiO₂?包覆硅灰石粉填充改性聚丙烯，填充改性PP?可同時(shí)達(dá)到增強(qiáng)、增韌，納米SiO₂?包覆填料填充的PP的拉伸強(qiáng)度比普通填料填充的增加18%，而沖擊強(qiáng)度可增加50%以上（Chemical?Building?Marerials?，2004），但是制備比較繁瑣，而且需在溶液中進(jìn)行復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，不適合放大工業(yè)生產(chǎn)；楊玉芬等人在中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)上公開(kāi)了在均勻分散的CaO-H₂O-CO₂體系中，根據(jù)非均勻形核原理,?實(shí)現(xiàn)了礦物顆粒表面的納米化包覆，需要攪拌、通氣、過(guò)濾、烘干、分散等操作，過(guò)程繁瑣，也不適合工業(yè)生產(chǎn)。因此，有必要傳統(tǒng)礦物填料的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)和制備出更有利用價(jià)值的新型礦物填料，該新材料還應(yīng)當(dāng)進(jìn)行納米化包覆，并且應(yīng)當(dāng)適合工業(yè)生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種成本低廉、適于工業(yè)化生產(chǎn)并且分散性好、增強(qiáng)增韌效果優(yōu)異的增強(qiáng)型無(wú)機(jī)填料，更具體是由納米級(jí)剛性粒子和礦物填料制成的增強(qiáng)型無(wú)機(jī)填料。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供該增強(qiáng)型無(wú)機(jī)填料的制備方法。

本發(fā)明是在普通礦粉填料表面包覆一層納米級(jí)剛性粒子，使粉體不僅具有很好的剛性和分散性，而且成本低、便于工業(yè)生產(chǎn)，其中納米級(jí)剛性粒子指納米級(jí)SiO₂等，具體的方式為將納米級(jí)SiO₂和礦粉填料按比例混合，通過(guò)桶形承料轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，使料層通過(guò)轉(zhuǎn)子和圓形定子之間的窄小間隙，使料層承受巨大的沖擊、壓縮、剪切力并產(chǎn)生局部高溫，形成局部等離子體，使兩種材料融合在一起，將子顆粒融合在大顆粒上，同時(shí)顆粒發(fā)生變形，使顆粒向球形方向發(fā)展，從而形成了增強(qiáng)型無(wú)機(jī)填料。將這種增強(qiáng)型無(wú)機(jī)填料添加到塑料材料中制成增強(qiáng)型無(wú)機(jī)填料復(fù)合材料，它能夠得到充分的分散，使得填料間形成接觸和相互作用,使材料的強(qiáng)度和韌性都有不同程度的提高，從而制得了性能優(yōu)異的增強(qiáng)復(fù)合材料，同時(shí)這種增強(qiáng)復(fù)合材料的其他特性，如熱氧穩(wěn)定性等不會(huì)產(chǎn)生影響。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：增強(qiáng)型無(wú)機(jī)填料，其特征在于：由礦粉填料層和包覆于礦粉填料層表面的納米級(jí)剛性粒子層。

前述的增強(qiáng)型無(wú)機(jī)填料，所述的納米級(jí)剛性粒子為納米級(jí)SiO₂。

前述的增強(qiáng)型無(wú)機(jī)填料，所述的礦粉填料和納米級(jí)剛性粒子的粒徑比為10:1-50:1。

前述的增強(qiáng)型無(wú)機(jī)填料，所述的礦粉填料為普通礦粉，莫氏硬度為1-3，為滑石粉、碳酸鈣、高嶺土或彭潤(rùn)土。

制備前述的增強(qiáng)型無(wú)機(jī)填料的方法，其特征在于：通過(guò)分散機(jī)的桶形承料轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)剪切制備增強(qiáng)型無(wú)機(jī)填料。

前述的增強(qiáng)型無(wú)機(jī)填料的制備方法，包括如下步驟（1）將納米級(jí)剛性粒子和礦粉填料按比例1:4（指的是重量比例）混合；（2）將（1）所得混合物放入分散機(jī)，使料層承受巨大的沖擊、壓縮、剪切力并產(chǎn)生局部高溫，兩種材料融合成顆粒，顆粒變?yōu)榍蛐危瑥亩纬稍鰪?qiáng)型無(wú)機(jī)填料。

本發(fā)明使用簡(jiǎn)單的機(jī)械超剪切方法，通過(guò)桶形承料轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生沖擊、剪切力和局部高溫，使礦粉填料和納米級(jí)剛性粒子融合并形成圓形顆粒，即制得增強(qiáng)型無(wú)機(jī)填料。與現(xiàn)有的超聲、過(guò)濾、化學(xué)氣相沉積方法相比，工藝簡(jiǎn)單、適合工業(yè)生產(chǎn)、成本低廉且能獲得強(qiáng)度高、韌性好、分散性好的增強(qiáng)型無(wú)機(jī)填料。