一種提高聚乙烯耐熱性的功能母粒的製作方法

2023-11-02 08:05:27

本發明涉及功能性母料領域，具體涉及一種用於提高聚乙烯樹脂耐熱性的功能母粒。
背景技術：
：聚乙烯(pe)是經乙烯聚合製得的一種熱塑性樹脂，無臭、無毒、手感似蠟，具有優良的耐低溫性能。聚乙烯樹脂的化學穩定性好，能耐大多數酸鹼的侵蝕，而且電絕緣性優良，用途十分廣泛，可用於製作薄膜、包裝材料、容器、管道、單絲、電線電纜、日用品等，也可用於電視、雷達等所需的高頻絕緣材料。但是聚乙烯的耐熱性不高，熱變形溫度低，其中低密度聚乙烯的使用溫度在80℃左右，高密度聚乙烯在無載荷情況下的長期使用密度也不超過121℃，在受力的條件下即使很小的載荷，其變形溫度也很低。聚乙烯的低耐熱性限制了聚乙烯在某些耐溫領域的應用。中國專利cn200710188149，
專利名稱：耐熱增強聚乙烯管材及其製備方法，公開日期2008年3月26日，公開了一種採用乙烯和辛烯共聚、控制側鏈數量和分布得到獨特分子結構的耐熱聚乙烯管材的方法，以提高聚乙烯的耐熱性，但是這種方法對於聚乙烯顆粒原料不具有普適性，而且聚乙烯耐熱性的提高有限。母粒是將超常量改性化學助劑均勻負載在載體樹脂中而得到的粒狀聚集體。將母粒添加加在目標樹脂中，母粒的分散效果好使目標樹脂性能均勻，母粒的載體樹脂與目標樹脂的相容性好，母粒的使用安全、功能全面。技術實現要素：針對聚乙烯的耐熱性的不高而限制了聚乙烯的應用的問題，本發明的目的在於提供一種用於提高聚乙烯耐熱性的功能母粒，添加到聚乙烯樹脂中能夠顯著提高聚乙烯樹脂的耐熱性，且在聚乙烯樹脂中分散均勻，保持樹脂性能穩定。本發明提供如下的技術方案：一種提高聚乙烯耐熱性的功能母粒，由以下重量份的組份製備而成：載體樹脂100～120份、聚雙馬來醯亞胺樹脂20～30份、交聯劑1～3份、氮化矽纖維5～8份、納米級二氧化矽粉10～15份、納米級螢石粉8～12份、高嶺土粉5～7份、莫來石粉3～5份、偶聯劑0.8～1份、分散劑0.2～0.6份，其中載體樹脂為聚乙烯樹脂。本發明的提高聚乙烯耐熱性的功能母粒，採用聚乙烯樹脂作為載體樹脂，使功能母粒添加到聚乙烯中與聚乙烯的相容性好，能夠保證添加功能母粒的聚乙烯性能均勻一致。聚雙馬來醯亞胺樹脂因含有苯環、醯亞胺雜環及交聯密度較高而具有優良的耐熱性，其玻璃化溫度一般大於250℃，使用溫度範圍為177℃～232℃。聚雙馬來醯亞胺樹脂的起始熱分解溫度隨交聯密度在一定範圍內增大而升高。將聚馬來西醯亞胺樹脂與聚乙烯進行共混交聯，提高聚乙烯的交聯程度以提高聚乙烯的耐熱性，而聚馬來醯胺樹脂經聚乙烯交聯後的起始分解溫度增加，耐熱性也提高，反過來進一步改善聚乙烯的耐熱性。碳化矽纖維是優良的耐熱材料，碳化矽纖維的β-碳化矽結構可有助於聚乙烯中網狀交聯結構的形成，協同聚乙烯與聚雙馬來醯亞胺樹脂的交聯度，提升聚乙烯的耐熱性。納米級二氧化矽粉表面的矽羥基與醯胺中的氫原子或羥基形成氫鍵，納米級螢石粉中的氟也因具有較強的電負性而與醯胺中的氫原子或羥基形成氫鍵，從而相互協同形成對聚乙烯樹脂內的鏈段熱運動的限制約束，提高尼龍樹脂的耐熱性。高嶺土粉和莫來石均為無機耐熱材料，具有較高的耐火溫度和較大的比熱容，可以有效的分散部分熱量，強化聚雙馬來醯亞胺樹脂提高聚乙烯耐熱性的效果。作為本發明的一種改進，所述交聯劑為氧化鋅、三氧甲基矽烷、醋酸鋅或異丙醇鋁中的一種。交聯劑可以提高聚雙馬來醯亞胺樹脂與聚乙烯樹脂之間的交聯程度，緊密化聚乙烯樹脂內部的網狀交聯結構。氧化鋅、三氧甲基矽烷、醋酸鋅以及異丙醇鋁的性能穩定、用量少，能夠有效提升樹脂的耐熱性、粘合性和機械強度。作為本發明的一種改進，所述偶聯劑為乙烯基矽烷偶聯劑、氨基矽烷偶聯劑或環氧基矽烷偶聯劑中的一種。偶聯劑可以有效改善聚乙烯、聚雙馬來醯亞胺與二氧化矽、螢石粉以及莫來石、高嶺土之間的界面性能，提升聚乙烯樹脂的耐熱、耐老化性能。同時乙烯基矽烷偶聯劑、氨基矽烷偶聯劑、環氧基矽烷偶聯劑的耐熱性好，並能改善納米級二氧化矽、納米級螢石粉、高嶺土粉和莫來石粉的分散效果以及與樹脂之間的粘合性，提高樹脂的耐候性、機械和電學性能。作為本發明的一種改進，所述分散劑為木質素纖維或粘膠纖維中的一種。分散劑使二氧化矽、螢石粉、高嶺土粉和莫來石粉在聚乙烯樹脂中間聚均勻分散，避免出現團結，保證聚乙烯樹脂性能均勻，而且木質素纖維、粘膠纖維的耐熱性能好、韌性強，可改善聚乙烯樹脂的機械性能和耐候性。一種提高聚乙烯耐熱性的功能母粒的製備方法，包括以下步驟：(1)將重量份的各原料組份混合攪拌均勻；(2)保持螺杆造粒機的攪拌速度80～120r/min、各段溫度處於130～190℃內，將混合物料投入螺杆造粒機中擠出成粒；(3)將所得顆粒在100～120℃下通風乾燥1～3小時；(4)將乾燥後的顆粒經-15目～+18目的篩網過篩。將原料在投料前攪拌均勻保證功能母粒性能一致。保持螺杆造粒機的攪拌速度處於80～120r/min內、各段溫度處於130～190℃內擠出的顆粒的成分均勻。經進一步風吹乾燥後使顆粒表面結構均勻穩定，確保顆粒的功能穩定，便於長期存放。經篩網過篩的顆粒既保證粒徑均勻分散，又避免出現粒徑過大影響功能母粒添加到聚乙烯中的熔融分散效果。作為本發明的一種改進，步驟(2)中螺杆造粒機各段的加熱溫度分別為：一段130～145℃、二段145～160℃、三段160～170℃、四段170～180℃、五段180～185℃、六段185～190℃，模頭溫度為180～185℃。通過設定螺杆造粒機的各段的操作溫度逐漸上升，使物料均勻混合併逐漸熔融，保證功能母粒的性能穩定。作為本發明的一種改進，所述螺杆造粒機的長徑比為10～13。螺杆加壓充分，製品的物理機械性能均可提高。螺杆造粒機保持合適的長徑比可確保物料塑化效果好，擠出物料過程平穩，而且擠出量提高。本發明的有益效果如下：本發明的提高聚乙烯耐熱性的功能母粒添加到聚乙烯樹脂中，通過與聚馬來醯亞胺樹脂共混交聯，聚乙烯形成網狀交聯結構並經碳化矽纖維協同強化，提升聚乙烯的耐熱性。在聚乙烯樹脂中添加的二氧化矽、螢石粉可以限制聚乙烯內的鏈段運動而進一步提升耐熱性。高嶺土、莫來石的高耐溫性和大比熱容強化了交聯聚雙馬來醯亞胺樹脂以及添加二氧化矽和螢石粉的效果。另外本發明的功能母粒性能均勻，在聚乙烯中的分散程度好，使用安全。具體實施方式下面就本發明的具體實施方式作進一步說明。如無特別說明，本發明中所採用的原料均可從市場上購得或是本領域常用的，如無特別說明，下述實施例中的方法均為本領域的常規方法。實施例1：一種提高聚乙烯耐熱性的功能母粒，由以下組份製備而成：載體樹脂100g、聚雙馬來醯亞胺樹脂20g、交聯劑1g、氮化矽纖維5g、納米級二氧化矽粉10g、納米級螢石粉8g、高嶺土粉5g、莫來石粉3g、偶聯劑0.8g、分散劑0.2g，其中載體樹脂為聚乙烯樹脂，交聯劑優選氧化鋅、三氧甲基矽烷、醋酸鋅或異丙醇鋁中的一種，偶聯劑優選乙烯基矽烷偶聯劑、氨基矽烷偶聯劑或環氧基矽烷偶聯劑中的一種，分散劑優選木質素纖維或粘膠纖維中的一種。一種提高聚乙烯耐熱性的功能母粒的製備方法，包括以下步驟：(1)將各原料組份混合攪拌均勻，混合溫度50℃，攪拌速度40r/min；(2)保持螺杆造粒機的攪拌速度80r/min、各段溫度處於130～190℃內，螺杆造粒機的長徑比優選為10。將混合物料投入螺杆造粒機中擠出成粒，其中各段的優選加熱溫度範圍分別為：一段130～145℃、二段145～160℃、三段160～170℃、四段170～180℃、五段180～185℃、六段185～190℃，模頭溫度為180～185℃；(3)將螺杆造粒機擠出的顆粒在100℃下通風乾燥3小時；(4)將乾燥後的顆粒經-15目～+18目的篩網過篩，製得所要的功能母粒。實施例2：一種提高聚乙烯耐熱性的功能母粒，由以下組份製備而成：載體樹脂110g、聚雙馬來醯亞胺樹脂25g、交聯劑2g、氮化矽纖維6.5g、納米級二氧化矽粉12.5g、納米級螢石粉10g、高嶺土粉6g、莫來石粉4g、偶聯劑0.9g、分散劑0.4g，其中載體樹脂為聚乙烯樹脂，交聯劑優選氧化鋅、三氧甲基矽烷、醋酸鋅或異丙醇鋁中的一種，偶聯劑優選乙烯基矽烷偶聯劑、氨基矽烷偶聯劑或環氧基矽烷偶聯劑中的一種，分散劑優選木質素纖維或粘膠纖維中的一種。一種提高聚乙烯耐熱性的功能母粒的製備方法，包括以下步驟：(1)將各原料組份混合攪拌均勻，混合溫度50℃，攪拌速度40r/min；(2)保持螺杆造粒機的攪拌速度100r/min、各段溫度處於130～190℃內，螺杆造粒機的長徑比為11.5，將混合物料投入螺杆造粒機中擠出成粒，其中各段的優選加熱溫度範圍分別為：一段130～145℃、二段145～160℃、三段160～170℃、四段170～180℃、五段180～185℃、六段185～190℃，模頭溫度為180～185℃；(3)將螺杆造粒機擠出的顆粒在110℃下通風乾燥2小時；(4)將乾燥後的顆粒經-15目～+18目的篩網過篩，製得所要的功能母粒。實施例3：一種提高聚乙烯耐熱性的功能母粒，由以下組份製備而成：載體樹脂120g、聚雙馬來醯亞胺樹脂30g、交聯劑3g、氮化矽纖維8g、納米級二氧化矽粉15g、納米級螢石粉12g、高嶺土粉7g、莫來石粉5g、偶聯劑1g、分散劑0.6g，其中載體樹脂為聚乙烯樹脂，交聯劑優選氧化鋅、三氧甲基矽烷、醋酸鋅或異丙醇鋁中的一種，偶聯劑優選乙烯基矽烷偶聯劑、氨基矽烷偶聯劑或環氧基矽烷偶聯劑中的一種，分散劑優選木質素纖維或粘膠纖維中的一種。一種提高聚乙烯耐熱性的功能母粒的製備方法，包括以下步驟：(1)將各原料組份混合攪拌均勻，混合溫度50℃，攪拌速度40r/min；(2)保持螺杆造粒機的攪拌速度120r/min、各段溫度處於130～190℃內，螺杆造粒機的長徑比優選為13，將混合物料投入螺杆造粒機中擠出成粒；(3)將螺杆造粒機擠出的顆粒在120℃下通風乾燥1小時；(4)將乾燥後的顆粒經-15目～+18目的篩網過篩，製得所要的功能母粒。改性測試向低密度聚乙烯樹脂中分別添加質量百分比為5％的本發明的實施例1、實施例2、實施例3功能母粒得到改性的聚乙烯樹脂並製成測試所需的試驗樣件，分別為試驗樣1、試驗樣2和試驗樣3，未添加本發明的功能母粒的低密度聚乙烯樹脂製備的試驗樣件為對比樣。對試驗樣1、試驗樣2和試驗樣3和對比樣進行測試，測試結果如表1所示。其中熱變形溫度測試標準：gb/t1035-1970；拉伸強度測試標準：astmd882；衝擊強度測試標準：gb/t1843-2008。表1測試結果項目試驗樣1試驗樣2試驗樣3對比樣熱變形溫度100.9℃101.5℃100.2℃78.5℃拉伸強度28.0mpa27.5mpa28.2mpa26.4mpa23℃衝擊強度22.7kj/m221.9kj/m222.3kj/m222kj/m2本發明的提高聚乙烯耐熱性的功能母粒添加到聚乙烯樹脂中可有效提升聚乙烯的耐熱性，而且添加後的聚乙烯性能均勻穩定。當前第1頁12