该项目首先选择适当的有机改性剂对蒙脱土进行化学修饰，制成了有机改性蒙脱土；然后采用双螺杆挤出机的反应挤出技术，制成了改性剂；将改性剂与有机改性蒙脱土在双螺杆挤出机中进行熔融共混制备成母料，再用双螺杆挤出机将母料与PP进行熔融共混。通过增容剂的使用和工艺方法的改进，使得聚合物PP对蒙脱土的插层效果获得明显提高，制成了分散均匀的聚丙烯/蒙脱土有机无机纳米复合材料。该项目研制的聚丙烯/蒙脱土有机无机纳米复合材料是一种插层型的纳米复合材料，蒙脱土在聚丙烯基体中达到了纳米分散水平，材料的力学性能（强度、韧性）及耐热性可同时提高，且加工性能有所改善。具有成本低，生产率高的特点，并且适用于现有的成型工艺。经检测，性能全面达到了项目计划任务书的要求（拉伸强度提高10%左右、弯曲模量提高30%左右、维卡热变形温度提高20℃左右）。检验报告的测试结果为，当有机改性蒙脱土的含量为5%时，聚丙烯的拉伸强度从32.9MPa提高到35.3MPa，提高 7.3%；冲击强度从6.63kJ/m2提高到14.3kJ/m2，抗冲强度提高115.7%；维卡耐热温度从80℃，提高到98℃，提高18℃；弯曲弹性模量从1160 Mpa提高到1516 Mpa，提高30.1%。流变特性研究的结果表明：聚丙烯/蒙脱土复合材料熔体的储能模量和损耗模量随蒙脱土含量的增加而增大。在较低的剪切速率下，蒙脱土的加入使聚丙烯/蒙脱土复合材料的剪切粘度大幅度的增大，但在较高的剪切速率下，由于蒙脱土片层的取向作用反而使复合材料的粘度下降，说明蒙脱土的加入不仅使聚丙烯/蒙脱土的复合材料的强度和模量上升，而且也改善了聚丙烯的成型加工性。该项目研究成果对于通用塑料聚丙烯的高性能化起着不可估量的经济效益与应用价值。聚丙烯是五大通用塑料之一，年产100万吨以上，因其价格较低、加工方法较易以及综合性能较为优良而大量应用于汽车、电子电气、建材等行业。在汽车工业，因聚丙烯材料的强度、弹性模量和热变形温度低，耐热性较差等原因使其作为汽车零部件使用受到限制，而该项目研制的聚丙烯/蒙脱土有机无机纳米复合材料由于其热变形温度提高了18℃，且具有较高的冲击韧性和弹性模量，其使用范围可得到扩大，并且随着汽车工业的持续发展，废旧零部件的回收已提上议事日程，零部件材料种类繁多给回收造成麻烦，采用高性能的聚丙烯单一材料使回收利用简单易行。因此，该项目的实施不仅为解决我国量大面广的PP通用塑料的高性能化开辟了一条新路；而且也为汽车轻量化找到了一条新途径，对推进汽车轻量化的进程有着重要的经济价值与社会意义。由于这种聚合物/蒙脱土纳米复合材料表现出突出的力学性能、热性能和阻隔性能，并可应用塑料加工的通用技术（挤出、注塑等）来加工成型，而具有诱人的开发与市场前景。若形成年产1万吨的专用料生产规模，可创产值0.7亿元，利润0.1亿元。这种新一代汽车塑料部件的使用对于今后几十年汽车工业的发展将会产生很大的影响。汽车工业业已成为上海市的支柱产业，随着我国融入世界经济一体化的进程的加快，世界范围的竞争愈加激烈，因此形成具有自主知识产权的汽车材料与零部件的制造技术已显得越来越紧迫。在建筑工业上，聚丙烯由于其无毒、价格较低、加工容易和综合性能较好而广泛用作管道及配件，但需要加入橡胶（例如乙丙橡胶）增韧，这种方法通常会导致材料的弹性模量降低，刚性下降；材料的加工性能和外观变差；特别是导致成本增加。聚丙烯/蒙脱土有机无机纳米复合材料与聚丙烯相比具有更高的冲击韧性、弹性模量和热变形温度，而且聚丙烯的加工性能也获得改善，其综合性能优异，性价比较高，并可应用塑料加工的一般方法来加工成型，因此作为建筑材料其推广应用的潜在价值难以估量。因此，该项目的成果对于形成我国自主知识产权的聚丙烯有机无机纳米复合材料的制备技术，并实际应用于汽车、建筑材料等工业具有十分重要的意义。
同济大学
任杰;顾书英;朱立华;马广华;袁华;钟世云
