本发明属于塑料包装领域，更具体地，涉及一种高韧抗摔聚丙烯复合材料及其制备方法和应用。
背景技术：
1、聚丙烯(pp)作为最轻的通用塑料，具有易于加工、价格低廉、无毒无味等优点，广泛应用于日常生活中。但是pp韧性差，低温下脆性明显，冲击强度低，其制成的pp塑料容器，尤其是薄壁塑料容器，抗跌性差，容易摔破，限制了其应用范围。因此，pp的增韧改性一直是人们研究的热点。其中，共混改性因其效果显著、成本低、操作快，能快速转化为工业应用，是目前pp增韧改性的主流方法。
2、通过添加橡胶、热塑性弹性体等弹性体可以提高pp的冲击韧性，弹性体的含量、分散形态，以及与基体的相容性等因素都会影响pp的增韧效果。但是弹性体改性pp的韧性的提高往往以牺牲强度和模量为代价：为充分提高pp的韧性，需要添加较高含量的弹性体，这不可避免地会大幅降低改性pp体系的刚性、拉伸强度等。
3、为弥补因添加弹性体而损失的强度和模量，可通过添加高强度材料如玻璃纤维、碳纤维等来提高pp的拉伸强度、弹性模量等，但这类无机纤维会导致体系的黏度增加、设备磨损大，且回收困难；另一种方法是通过改变加工工艺条件，调控两相共混物中分散相在连续相中的形态，进而提高聚合物材料的性能，如采用聚合物原位成纤方法制备原位成纤共混体系，比如专利cn110423403a。与传统无机纤维增强相比，原位成纤所形成的微纤具有分散均匀、增强效果明显且可控、可回收利用等优点。
4、但是原位成纤的纤维形态本质上是亚稳的，在后加工过程中需小心保存，需在低于分散相熔点的温度下进行再处理，防止微纤恢复到球形状态，因此后加工工艺受到限制。另外，研究表明，对于原位成纤技术，不加或只加少量相容剂时，共混物两相处于弱相容性，有利于分散相在基体中变形、滑移，从而形成微纤；加入较多相容剂会导致微纤长径比减小，直径分布不均匀，使得对pp的增韧增强效果不明显。但是不加或只加少量相容剂时，形成的微纤和基体之间相容性较差，形成较多空洞，弱的界面粘结不但影响两相的应力传递，其界面缺陷也会形成大量应力集中点，从而导致力学性能下降。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高韧抗摔聚丙烯复合材料，该聚丙烯复合材料具有高缺口冲击强度、高弯曲模量、高拉伸强度和良好抗摔性能，特别适用于制备聚丙烯塑料容器。
2、本发明的另一目的在于提供上述高韧抗摔聚丙烯复合材料的制备方法。
3、本发明的另一目的在于提供上述高韧抗摔聚丙烯复合材料在制备塑料容器中的应用。
4、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
5、一种高韧抗摔聚丙烯复合材料，包括质量份数如下的组分：
6、
7、所述聚丙烯-聚酰胺原位成纤复合材料包括质量份数如下的组分：
8、
9、本发明通过马来酸酐接枝弹性体对聚丙烯进行增韧改性，并加入环氧基笼型聚倍半硅氧烷(g-poss)，形成g-poss为核，马来酸酐接枝弹性体为壳的硬核软壳结构颗粒。在高温熔融加工过程中，g-poss的环氧基可与马来酸酐接枝弹性体的马来酸酐基团反应，使得界面处发生接枝共聚，形成更多的缠结和更高的分子量；而g-poss特殊的有机-无机杂化结构也可提供一定的力学强度，且有利于减小分散相颗粒尺寸，多方面的配合使得复合材料的强度和模量得以保持。核壳颗粒在受到冲击时，其界面或内部形成多个空洞，从而吸收大量能量，裂纹扩展的尖端应力被弹性体颗粒吸收缓冲，裂纹扩展受阻，提高了抗冲击性能。
10、本发明还采用原位纤化得到聚丙烯-聚酰胺原位成纤复合材料，并在固化促进剂存在的情况下，利用环氧交联剂与胺基的交联反应冻结聚酰胺的纤维状态，使其在后续较高温(280～300℃)的加工中也不会恢复回球形状态。聚酰胺具有强度高、刚性好、抗冲击等优点，其形成的纤维在聚丙烯基体中形成互相缠结的网络结构，通过纤维的桥连作用和拔出效应来消耗能量，从而抑制裂纹的扩展，可显著提高体系韧性，又改善基体的刚性。本发明在原位纤化过程中不加或只加少量增容剂，有利于形成含有大长径比的微纤的聚丙烯-聚酰胺原位成纤复合材料。之后与聚丙烯、马来酸酐接枝弹性体等共混时，马来酸酐接枝弹性体除与环氧基反应包覆在g-poss外，还会部分分布在pa纤维表面，增加pa纤维与pp的相容性，解决了由于pa纤维与pp的弱界面粘结导致的界面缺陷，从而提高力学性能。
11、优选地，所述聚丙烯在230℃、2.16kg下测得的熔体流动速率为10～50g/10min。
12、优选地，所述马来酸酐接枝弹性体为马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物(mah-poe)、马来酸酐接枝三元乙丙橡胶(mah-epdm)、马来酸酐接枝乙烯-丙烯共聚物(mah-epr)、马来酸酐接枝乙烯-丁烯共聚物(mah-ebr)、马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(mah-sebs)、马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯橡胶(mah-eva)中的一种或多种的混合物。
13、优选地，所述马来酸酐接枝弹性体的马来酸酐接枝率为1～5wt％。
14、优选地，所述环氧基笼型聚倍半硅氧烷的每个分子中含有8个环氧基。
15、优选地，所述环氧基笼型聚倍半硅氧烷为环氧环己基-笼形聚倍半硅氧烷、缩水甘油醚氧丙基-笼状聚倍半硅氧烷中的一种或两种的混合物。
16、优选地，所述聚酰胺为聚己内酰胺(pa6)、聚己二酰己二胺(pa66)、聚己二酸戊二胺(pa56)、聚癸二酰癸二胺(pa1010)中的一种或多种的混合物。
17、优选地，所述聚酰胺在230℃、2.16kg下测得的熔体流动速率为1～30g/10min。
18、优选地，所述增容剂为马来酸酐接枝聚烯烃、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚烯烃中的一种或两种的共混物。
19、进一步优选地，所述马来酸酐接枝聚烯烃的马来酸酐接枝率为1～5wt％。
20、进一步优选地，所述甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚烯烃的甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝率为1～5wt％。
21、进一步优选，所述马来酸酐接枝聚烯烃为马来酸酐接枝聚丙烯(mah-pp)、马来酸酐接枝聚乙烯(mah-pe)、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物(mah-poe)、马来酸酐接枝乙烯-丙烯共聚物(mah-epr)、马来酸酐接枝乙烯-丁烯共聚物(mah-ebr)中的一种或多种的混合物；所述甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚烯烃为甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯(gma-pp)、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚乙烯(gma-pe)、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙烯-辛烯共聚物(gma-poe)中的一种或多种的混合物。
22、优选地，所述环氧交联剂为乙二醇缩水甘油醚、二甘醇缩水甘油醚中的一种或两种的混合物。
23、优选地，所述固化促进剂为苯酚、2,4,6—三(二甲胺基甲基)苯酚、三乙醇胺、n,n-二甲基乙醇胺、苯甲醇中的一种或多种的混合物。
24、优选地，所述聚丙烯-聚酰胺原位成纤复合材料的制备方法包括如下步骤：
25、s01、将聚酰胺、环氧交联剂与固化促进剂充分搅拌混合，然后与增容剂、聚丙烯混合均匀，得到预混料；
26、s02、将步骤s01的预混料加入双螺杆挤出机中，经过熔融挤出-热拉伸-淬冷-切粒，得到原位纤化的塑料粒；所述双螺杆挤出机的温度设置为210～240℃，螺杆转速为100～250r/min，牵引辊电动机转速50～70r/min；
27、s03、将步骤s02的塑料粒置于100～130℃烘箱中8～12h，得到所述聚丙烯-聚酰胺原位成纤复合材料。
28、上述高韧抗摔聚丙烯复合材料的制备方法包括如下步骤：
29、s11.将聚丙烯-聚酰胺原位成纤复合材料、聚丙烯、马来酸酐接枝弹性体、环氧基笼型聚倍半硅氧烷投入混合机中搅拌混匀，得到混合物料；
30、s12.将s11中的混合物料采用双螺杆挤出机挤出造粒，得到高韧抗摔聚丙烯复合材料。
31、优选地，所述双螺杆挤出机的温度设置为280～300℃，所述双螺杆挤出机的螺杆转速为100～500rpm。
32、上述高韧抗摔聚丙烯复合材料在塑料容器中的应用也在本发明的保护范围内。
33、高韧抗摔聚丙烯复合材料经注塑、拉伸、吹塑，制备得到所述塑料容器。
34、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
35、本发明采用poss为核、弹性体为壳的核壳结构颗粒和聚酰胺纤维协同增韧增强聚丙烯。当受到冲击时，核壳颗粒的界面或内部形成多个空洞，从而吸收大量能量，裂纹扩展的尖端应力被弹性体颗粒吸收缓冲，裂纹扩展受阻，材料抗冲击性能提升。同时高韧抗摔聚丙烯复合材料的强度和模量保持在高水平。另一方面，聚酰胺纤维通过纤维的桥连作用和拔出效应来消耗能量，从而抑制裂纹的扩展，纤维自身的高比表面积以及互相缠绕形成的网络结构，也提高了复合材料的韧性和拉伸强度。
36、本发明在原位成纤过程中不加或只加少量相容剂，形成了大长径比的聚酰胺微纤，并在固化促进剂存在的情况下，通过交联剂冻结聚酰胺的纤维状态。后续加工中马来酸酐接枝弹性体分布在聚酰胺纤维表面，增强了聚酰胺纤维与聚丙烯的相容性，使得复合材料既获得大长径比的纤维，又解决了原位成纤时pa纤维与pp的弱界面粘结。
37、本发明的高韧抗摔聚丙烯复合材料制得的聚丙烯塑料韧性好，抗冲击强度高，拉伸性能好，制得的塑料容器抗跌性优，尤其低温下的抗跌性，塑料容器低温下无破裂。
1.一种高韧抗摔聚丙烯复合材料，其特征在于，所述高韧抗摔聚丙烯复合材料包括质量份数如下的组分：
2.根据权利要求1所述的高韧抗摔聚丙烯复合材料，其特征在于，所述马来酸酐接枝弹性体为马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、马来酸酐接枝三元乙丙橡胶、马来酸酐接枝乙烯-丙烯共聚物、马来酸酐接枝乙烯-丁烯共聚物、马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯橡胶中的一种或多种的混合物。
3.根据权利要求1所述的高韧抗摔聚丙烯复合材料，其特征在于，所述环氧基笼型聚倍半硅氧烷为环氧环己基-笼形聚倍半硅氧烷、缩水甘油醚氧丙基-笼状聚倍半硅氧烷中的一种或两种的混合物。
4.根据权利要求1所述的高韧抗摔聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚酰胺为聚己内酰胺、聚己二酰己二胺、聚己二酸戊二胺、聚癸二酰癸二胺中的一种或多种的混合物。
5.根据权利要求1所述的高韧抗摔聚丙烯复合材料，其特征在于，所述增容剂为马来酸酐接枝聚烯烃、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚烯烃中的一种或两种的共混物。
6.根据权利要求1所述的高韧抗摔聚丙烯复合材料，其特征在于，所述环氧交联剂为乙二醇缩水甘油醚、二甘醇缩水甘油醚中的一种或两种的混合物。
7.根据权利要求1所述的高韧抗摔聚丙烯复合材料，其特征在于，所述固化促进剂为苯酚、2,4,6—三(二甲胺基甲基)苯酚、三乙醇胺、n,n-二甲基乙醇胺、苯甲醇中的一种或多种的混合物。
8.根据权利要求1～7任一项所述的高韧抗摔聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯-聚酰胺原位成纤复合材料的制备方法包括如下步骤：
9.权利要求1～8任一项所述的高韧抗摔聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
10.权利要求1～8任一项所述的高韧抗摔聚丙烯复合材料在塑料容器中的应用。
