納米粒子增強增韌聚乙烯複合材料的製備方法
2023-06-19 23:20:46 2
專利名稱：納米粒子增強增韌聚乙烯複合材料的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種納米粒子增強增韌聚乙烯複合材料的製備方法，屬於高分子複合材料製備領域。
聚乙烯是一種用途極其廣泛的通用塑料，但由於模量低，缺口衝擊強度敏感，限制了聚乙烯作為結構材料的應用。採用橡膠、微米級剛性粒子增韌的聚乙烯複合材料，可使其韌性大幅度提高，但不足之處是橡膠增韌的聚乙烯複合材料的剛性、模量大幅度下降(吳培熙、張留城，聚合物共混改性，中國輕工業出發社1996；漆宗能、朱曉光，材料研究學報1997，6623)，微米剛性粒子增韌複合材料的模量增加，拉伸強度大幅度下降(傅強、沈九四、王貴恆，高分了材料科學與工程1992，1107)，目前這二種技術路線均不能使製備的聚乙烯複合材料的力學性能全面提高和改善。
本發明的目的是針對現有技術的不足而提供一種納米粒子增強增韌聚乙烯複合材料的製備方法，其特點是將納米粒子，溶劑和表面分散劑加入帶有超聲波振蕩發生器或者振蕩攪拌裝置以及在少量溶劑存在下利用球磨機研磨，使分散劑與納米粒子均勻分散，目的是對納米粒子進行表面分散處理，然後將經表面處理的納米粒子進行乾燥後與聚乙烯在開煉機或雙螺杆擠出機上混煉製備母料，再在雙螺杆擠出機中複合製備增強增韌的聚乙烯複合材料。該聚乙烯複合材料的綜合力學性能良好，衝擊強度提高約1倍，拉伸強度和模量均有不同程度的提高。
本發明的目的由以下技術措施實現的，其中，所述原料份數比除特殊說明外，均為重量份數比。
納米粒子增強增韌聚乙烯複合材料的製備方法1．納米粒子表面分散處理將納米粒子、溶劑和表面分散劑，按納米粒子與溶劑之比為1.00.1～2.0；納米粒子與表面分散劑之比為10.01～0.05，加入帶有超聲波振蕩發生器或者振蕩攪拌裝置以及在少量溶劑存在下利用球磨機研磨，使分散劑與納米粒子均勻分散。
2．納米粒子與聚乙烯複合製備母料經表面分散處理後的納米粒子於溫度60～80℃乾燥40～70小時，再將乾燥後的納米粒子與聚乙烯，按0.8～3.01.0加入開煉機或雙螺杆擠出機中混煉製備母料。
3．母料與聚乙烯複合製備聚乙烯複合材料將混煉製備的母料與聚乙烯，按0.06～0.101.00加入雙螺杆擠出機內混煉，溫度為130～210℃，轉速60～150r/min，擠出造粒製得納米粒子增強增韌聚乙烯複合材料。
納米粒子為碳酸鈣，二氧化矽和/或氮化矽與碳化矽的混合物至少一種，平均粒徑為50～80nm。
溶劑為異丙醇、丙酮、甲苯、二甲苯或液體石蠟至少一種。
表面分散劑為鈦酸酯，鋁酸酯，丙烯酸酯，磷酸酯和/或烷基酸鹽。
納米粒子增強增韌的聚乙烯複合材料，具有良好的化學性能，衝擊強度較純聚乙烯提高了1倍，拉伸強度和模量均有不同程度的提高，如用高密度聚乙烯時，其屈服強度28～30MPa，斷裂伸長率300～400％，衝擊強度58～65KJ/m2。
本發明具有如下優點1．製備方法簡單，設備損耗小，易於工業化生產。
2．納米粒子用量少，適用於性能要求高的製品，如周轉箱，桶等，由於塑料製品性能的提高，相應的塑料用量減少，即塑料製品的壁厚可適當減薄，從而降低了成本。
實施例下面通過實施例對本發明進行具體描述，有必要在此指出的是以下實施例只用於對本發明進行進一步說明，不能理解為對本發明保護範圍的限制，該領域的技術熟練人員可以根據上述本發明內容對本發明作出一些非本質的改進和調整。
1．將納米碳酸鈣50克，異丙醇100克和鈦酸酯1克加入帶有超聲波振蕩器的反應容器中，於溫度25℃處理0.5小時，處理後的納米碳酸鈣置於溫度60℃的烘箱中乾燥48小時，乾燥後的納米碳酸鈣與高密度聚乙烯按0.8∶1之比加入開煉機內混煉，溫度155℃，時間10分鐘，製得母料，再將母料與高密度聚乙烯按1∶9.5之比加入雙螺杆擠出機內擠出造粒製得納米碳酸鈣增強增韌聚乙烯複合材料。
2．將納米二氧化矽50克，二甲苯100克和鋁酸酯1克加入帶有振蕩攪拌裝置的反應容器中，於溫度20℃處理1小時，處理後的納米二氧化矽置於溫度70℃的烘箱中乾燥48小時，乾燥後的納米二氧化矽與低密度聚乙烯按1∶1之比加入開煉機內混煉，溫度150℃，時間10min，製得母料，再將母料與低密度聚乙烯按1∶9之比加入雙螺杆擠出機內擠出造粒製得納米二氧化矽增強增韌聚乙烯複合材料。
3．將納米氮化矽和碳化矽的混合物50克，丙酮100克和丙烯酸酯1．5克加入帶有超聲波振蕩器的反應容器中，於溫度20℃處理1.5小時，處理後的納米氮化矽與碳化矽粒子置於溫度70℃的烘箱中乾燥48小時，乾燥後的納米粒子與線型低密度聚乙烯按2∶1加入開煉機內混煉，溫度150℃，時間15min，製得母料，將母料與線型聚乙烯按0.65∶9.35之比加入雙螺杆擠出機內擠出造粒製得納米粒子增強增韌聚乙烯複合材料。
4．將納米碳酸鈣1000克，液體石蠟15克和鈦酸酯15克加入球磨機中於溫度60～100℃研磨6小時，處理後的納米碳酸鈣與高密度聚乙烯按1∶1加入雙螺杆擠出機或單螺杆擠出機內擠出製得母料，再將母料與高密度聚乙烯按1∶9加入雙螺杆擠出機內擠出造粒製得納米碳酸鈣增強增韌聚乙烯複合材料。
權利要求
1．納米粒子增強增韌聚乙烯複合材料的製備方法，其特徵在於(1)納米粒子表面分散處理將納米粒子、溶劑和表面分散劑，按納米粒子與溶劑之比為1.00.1～2.0，納米粒子與表面分散劑之比為10.01～0.05，加入帶有超聲波振蕩發生器或者振蕩攪拌裝置以及在少量溶劑存在下利用球磨機研磨，使分散劑與納米粒子均勻分散。(2)納米粒子與聚乙烯複合製備母料經表面分散處理後的納米粒子於溫度60～80℃乾燥40～70小時，再將乾燥後的納米粒子與聚乙烯，按0.8～3.01.0加入在開煉機內，溫度150℃，時間10～15分鐘或雙螺杆擠出機內溫度130～210℃混煉製備母料。(3)母料與聚乙烯複合製備聚乙烯複合材料將上述製備的母料與聚乙烯，按0.06～0.101.00加入雙螺杆擠出機內混煉，溫度為130～210℃，轉速60～150/min，擠出造料制礙納米粒子增強增韌聚乙烯複合材料。
2．按照權利要求1所述納米粒子增強增韌聚乙烯複合材料的製備方法，其特徵在於納米粒子為碳酸鈣，二氧化矽和/或氮化矽與碳化矽混合物至少一種。
3．按照權利要求1所述納米粒子增強增韌聚乙烯複合材料的製備方法，其特徵在於溶劑為異丙酵，丙酮，甲苯，二甲苯和/或液體石蠟至少一種。
4．按照權利要求1所述納米粒子增強增韌聚乙烯的製備方法，其特徵在於表面分散劑為鈦酸酯，鋁酸酯、丙烯酸酯、磷酸酯和/或烷基酸鹽至少一種。
全文摘要
納米粒子增強增韌聚乙烯複合材料的製備方法,其特點是將納米粒子,溶劑和表面分散劑加入帶有超聲波振蕩發生器或者振蕩攪拌裝置以及在少量溶劑存在下利用球磨機研磨使分散劑與納米粒子均勻分散,目的是對納米粒子進行表面分散處理,然後將經表面處理的納米粒子進行乾燥後與聚乙烯在開煉機或雙螺杆擠出機上混煉製備母料,再將母料與聚乙烯經雙螺杆擠出機擠出造粒製備增強增韌聚乙烯複合材料。
文檔編號C08J3/20GK1283650SQ99115068
公開日2001年2月14日 申請日期1999年8月10日 優先權日1999年8月10日
發明者黃銳, 羅忠富, 徐偉平 申請人:四川大學