[發明專利]一種高強高韌聚丙烯多層材料的制備方法

有效

• 申請號: 201610801241.5
• 申請日: 2016-09-05
• 公開（公告）號: CN106393899B
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發明（設計）人: 郭少云;羅珊珊;沈佳斌
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: B32B27/06
• 分類號: B32B27/06;B32B27/32;B32B27/20
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本發明公開了一種高強高韌聚丙烯多層材料的制備方法，其特點是該高強高韌聚丙烯多層材料是由聚丙烯增強層和聚丙烯增韌層交替層疊形成，兩相呈現特殊的雙連續結構。其中增強層可以為包含取向晶體的純聚丙烯材料，或者為填充了增強相的聚丙烯材料；增韌層為一種純聚丙烯材料，其中包含垂直于層界面生長的β晶結構。本發明解決了普通制備工藝無法同時制備大量的取向晶體和β晶，無法實現聚丙烯同時自增強自增韌效果的問題。本發明操作簡單，可連續性生產，生產效率高，具有廣闊的工業化和市場前景。

技術領域

本發明涉及一種高強高韌聚丙烯多層材料的制備方法，屬于高分子材料加工的技術領域。

背景技術

聚丙烯由于價格低廉及優異的綜合性能，被廣泛應用于汽車、家電、包裝、建筑、家居等各個領域。盡管聚丙烯的結構規整，結晶度高，但其拉伸強度通常在25～35Mpa，且其韌性較差，特別是低溫韌性，因此遠不能滿足作為結構材料使用的力學性能要求。如何構筑具有高強高韌聚丙烯材料已經成為一個亟待解決的問題。

目前，高強高韌聚丙烯的制備方法主要是將聚丙烯/彈性體/無機剛性粒子三元復配，通過控制分散相形態來實現(Polymer 2006,47:2106-2115)。然而，這種增強增韌方法存在諸多的弊端。為了得到特殊的分散相形態，通常需多步加工，工藝過程復雜，成本較高，不利于連續化生產；三元體系中分散相形態的控制很困難，這使得材料性能穩定性差；最后，為了增強分散相與基體的相互作用，一般會使用相容劑或表面活性劑，組分增多，造成加工流動性變差，加工困難。

在自然界中，貝殼具有高韌性和高強度。人們通過分析貝殼的微觀結構，發現其是由文石片碳酸鈣(約95％)及有機質(約5％)交替層疊而成，這種軟硬交替結構，使其斷裂能量是普通碳酸鈣材料的3000倍，達到了力學上的強韌最佳組合。因此，將增強相和增韌相通過層層疊加的方式組合起來是可能實現聚丙烯高強高韌的途徑。受此啟發，人們已采用不同方法制備出一系列高強高韌材料，如Burghard等利用低溫化學浴沉積技術制備了TiO₂層并結合多層聚電解質PE的組裝得到了仿貝殼珍珠層復合薄膜，該復合材料的斷裂韌性、硬度和楊氏模量都達到最大值(Nano Lett,2009,9:4103-4108)。然而這些材料的制備方法繁瑣，不易在工業上大規模制造，且材料層結構難以調控，增強相與增韌相界面粘接強度較弱，限制了其應用。

作為半結晶性聚合物，聚丙烯的宏觀性能與其結晶性能息息相關。通過流動場的作用，使聚丙烯的晶體形態從各向同性的球晶演變為各向異性的取向晶體，可大幅度提高聚丙烯的強度(Polymer,2015,78:120-133)。通過加入β成核劑、溫度梯度場、流動場的作用，使聚丙烯結晶為β晶型，可提高其韌性(Polymer,1996,37,2309-2316)。因此，在聚丙烯中同時生成取向晶體和β晶，是可能實現聚丙烯“自增強”和“自增韌”的方法。值得注意的是，在流動場的作用下，聚丙烯既能生成取向晶體，又能生成β晶。但是，目前的研究發現，流動場下，聚丙烯主要生成取向晶體，β晶含量較少(Polymer,52:2970-2978)，因而傳統方法仍然難以實現聚丙烯的自增強和自增韌。

發明內容

本發明涉及到一種高強高韌聚丙烯多層材料的制備方法，能夠滿足聚丙烯材料在結構、制備方法和用途上的更高要求。該高強高韌聚丙烯多層材料是由聚丙烯增強層和聚丙烯增韌層交替層疊形成，兩相呈現特殊的雙連續結構；且該材料的層數和層厚可控，配方可調；所需原料均為市售，生成成本低，不使用任何有機溶劑，清潔環保；制備方法簡單，生成效率高且可以連續批量生產。

本發明通過如下技術原理來構筑具有高強高韌的聚丙烯多層材料：(1)高取向分子鏈內部誘導的取向晶體作為增強相，貢獻“高強度”；(2)高取向分子鏈與低取向分子鏈界面生成β晶作為增韌相，將增強相連接起來，貢獻“高韌性”；(3)增強層和增韌層相互作用強，大量連續的層界面可以對應力分布以及傳遞產生影響，并對微裂紋的形成及擴展產生偏轉作用。