一种相容剂及其制备方法和应用

本发明涉及高分子材料，特别涉及一种相容剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、聚酰胺（俗称尼龙）是一种分子主链含酰胺基团重复单元的缩聚型高分子化合物，具备优异的机械性能、加工性能、耐化学腐蚀性能及尺寸稳定性等优点，广泛用于电子电器及汽车工程塑料、纺织、包装等领域。但以最常用的脂肪族尼龙66和尼龙6而言，材料本身存在冲击韧性较低的缺陷，实际应用中往往需要进行改性处理，例如物理共混增韧改性，通过添加增韧成分，如三元乙丙橡胶（epdm）、聚烯烃弹性体（poe）、聚丙烯（pp）、聚乙烯（pe）等增韧基体物质以提高其韧性，但是上述的增韧基团物质，例如poe与聚酰胺的相容性不高，实际应用时通常需要添加相容剂来改善增韧成分与基体树脂的相容性。现有技术常规的相容剂有epdm接枝马来酸酐（epdm-g-ma），poe接枝马来酸酐（poe-g-ma），pp/pe接枝马来酸酐（pp/pe-g-ma）等。其中最为常见的相容剂为poe接枝马来酸酐，该相容剂可以成为增进极性材料与非极性材料粘接性和相容性的桥梁，其最主要的应用就是在尼龙改性领域。马来酸酐接枝poe作为相容剂其可用于玻纤、滑石粉、碳酸钙等填充尼龙复合材料，改善尼龙基料与填料界面的相容性与粘结性，可大幅度提高复合材料的力学性能；用于尼龙中，能显著改善材料的韧性，提高材料的冲击强度。制备马来酸酐接枝poe一般是采用过氧化物作为引发剂，将接枝单体马来酸酐和poe基体树脂在双螺杆挤出机中共混挤出，其工艺流程的特点是简单便捷、产量高，因此得到广泛应用。例如，中国发明专利cn103450403a提供的马来酸酐接枝poe，包括按质量分数计将94.2-98.5％的聚烯烃弹性体、0.8-2.0％的马来酸酐、0.05-0.5％的过氧化物引发剂以及0.15-0.8％的热稳定剂进行配料，并加入0.5- 2.5％的丙酮溶剂，使用高速混合机混合均匀经单螺杆挤出机反应挤出得到。但是，马来酸酐接枝poe存在以下技术问题：其一，马来酸酐接枝的熔点（51-56℃）和沸点（202℃）均不高，实际加工过程中易挥发和降解，需要加入热稳定剂降低马来酸酐的降解反应，而且在熔融状态下马来酸酐反应不完全，会导致单体残留，使得产品具有很大的气味，残留的过氧化物引发剂会随着时间缓慢分解，造成poe基体树脂的降解，进而影响力学性能；其二，马来酸酐的接枝率不高、接枝效率低，如果加大引发剂或者单体含量，则会造成poe的降解、交联等问题；其三，传统方法一般是通过溶液或者硅油等液体将马来酸酐等接枝单体和引发剂分布在poe表面，而poe在熔融接枝过程中粘度很大，单体和引发剂很难进行扩散，这样其反应界面小，导致接枝率较低。

2、基于现有技术中存在的问题，本发明进一步进行了技术改进，在现有技术的基础上提供了一种相容剂，以顺-1,2,3,6-四氢邻苯二甲酸酐为接枝单体，替代现有技术的马来酸酐，进行poe的接枝改性，具有接枝率高、制备工艺简单，与含有羟基等基团的增强物质联合使用，例如玻璃纤维，可以改善其与尼龙间的界面结合作用，从而提高其与尼龙之间的的融合效果。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种相容剂及其制备方法和应用，以克服现有技术中的马来酸酐由于熔点和沸点较低导致的加工工艺受限等问题，而且还具有制备方法简单、成本低、接枝效率高等优点。

2、为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案。

3、本发明的一个方面提供了一种相容剂，由聚烯烃弹性体、接枝单体和引发剂组成；其中，所述接枝单体为顺-1,2,3,6-四氢邻苯二甲酸酐。

4、优选地，所述接枝单体的添加量占聚烯烃弹性体的2~10wt%。

5、优选地，所述引发剂为引发剂a和引发剂b的复配物。

6、更优选地，所述引发剂a选自4,4,5,5-四甲基-2-咪唑啉-1-烃氧基-3-氧化物。

7、更优选地所述引发剂b选自过氧化二异丙苯、过氧化二叔丁基、过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化二碳酸二异丙酯中的至少一种。

8、作为一种优选的实施方式，所述引发剂选自4,4,5,5-四甲基-2-咪唑啉-1-烃氧基-3-氧化物复配过氧化二异丙苯（nitr-dcp）。

9、优选地，所述引发剂中，所述引发剂a和所述引发剂b的质量比为：1: （1~1.2）。

10、优选地，以质量份计，所述相容剂成分如下：聚烯烃弹性体100份、所述接枝单体2~10份、所述引发剂0.5~1份。

11、本发明的另一个方面提供了一种前述的相容剂的制备方法，将聚烯烃弹性体、接枝单体和引发剂加入至高速混合机中进行混匀；然后，经喂料口喂料至双螺杆挤出机中，设定反应条件进行反应并挤出；最后，冷却后切粒得到接枝产物，即poe-g-ta。

12、优选地，所述反应条件包括反应温度为200~220℃；螺杆转速为200~300 rpm。

13、优选地，所述喂料的转速为10~20 rpm。

14、通过上述技术方案可知，本发明使用顺-1,2,3,6-四氢邻苯二甲酸酐作为接枝单体，该化合物的熔点为101~102℃，沸点为234.6℃‌‌，该单体具有比马来酸酐更高的熔点和沸点，尤其是，能够满足在接枝过程中熔融挤出的温度要求，避免了酸酐单体的挥发和降解。

15、作为发明的方面之一，本发明还提供了前述的相容剂在改性尼龙材料制备中的应用。

16、作为发明的方面之一，本发明还提供了一种改性尼龙材料，包括前述的相容剂，尼龙、和增韧剂；所述增韧剂为玻璃纤维。

17、优选地，以质量比份计，所述改性尼龙材料成分包括：所述尼龙50~70份、玻璃纤维25~40份、所述相容剂3~9份和抗氧剂 0.2~0.4份。

18、优选地，所述尼龙为尼龙66或尼龙6；所述抗氧化剂为抗氧剂1098。

19、采用本发明技术方案制备得到的相容剂（poe-g-ta），其中的ta兼具酸酐基团和双键结构，酸酐基团可以与含羟基的玻璃纤维进行反应，而另一端的双键结构与尼龙的长链通过氢键作用相缠结，从而增强了玻璃纤维与尼龙相容性。

20、

21、本发明技术方案的技术效果：

22、1.采用本发明的技术方案，通过poe接枝顺-1,2,3,6-四氢邻苯二甲酸酐制备得到的相容剂，酸酐单体可以与聚酰胺的末端氨基发生化学反应，从而提高分散相与基体的界面结合力；同时酸酐基团也可以与玻纤表面的羟基等基团进行反应，另一端的聚烯烃与尼龙链相缠结，从而也提高了玻纤与尼龙间的界面结合作用，进而提高尼龙复合材料的力学性能。

23、2.本发明通过使用顺-1,2,3,6-四氢邻苯二甲酸酐作为接枝单体，该化合物的熔点为101~102℃，沸点为234.6℃‌‌，该单体具有刚性环烯烃结构具有更高的熔点和沸点，能够满足在接枝过程中熔融挤出的温度要求，避免了酸酐单体的挥发和降解。

24、3.采用氮氧稳定自由基法制备poe接枝顺-1,2,3,6-四氢邻苯二甲酸酐，通过“活性”自由基聚合反应以提高单体接枝率。

25、4.本发明采用的接枝方法无需添加其他溶液或硅油的使用，避免了poe在熔融接枝过程中粘度大导致的单体和引发剂难以进行扩散的问题，进而提高接枝率。

26、5.采用本发明的技术方案提供的相容剂应用于热塑性塑料的改性中，具有操作简单，易于控制，适用于工业化生产。