CN1283650A - 纳米粒子增强增韧聚乙烯复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
纳米粒子增强增韧聚乙烯复合材料的制备方法,其特点是将纳米粒子,溶剂和表面分散剂加入带有超声波振荡发生器或者振荡搅拌装置以及在少量溶剂存在下利用球磨机研磨使分散剂与纳米粒子均匀分散,目的是对纳米粒子进行表面分散处理,然后将经表面处理的纳米粒子进行干燥后与聚乙烯在开炼机或双螺杆挤出机上混炼制备母料,再将母料与聚乙烯经双螺杆挤出机挤出造粒制备增强增韧聚乙烯复合材料。
Description
本发明涉及一种纳米粒子增强增韧聚乙烯复合材料的制备方法，属于高分子复合材料制备领域。
聚乙烯是一种用途极其广泛的通用塑料，但由于模量低，缺口冲击强度敏感，限制了聚乙烯作为结构材料的应用。采用橡胶、微米级刚性粒子增韧的聚乙烯复合材料，可使其韧性大幅度提高，但不足之处是：橡胶增韧的聚乙烯复合材料的刚性、模量大幅度下降(吴培熙、张留城，聚合物共混改性，中国轻工业出发社1996；漆宗能、朱晓光，材料研究学报1997，6：623)，微米刚性粒子增韧复合材料的模量增加，拉伸强度大幅度下降(傅强、沈九四、王贵恒，高分了材料科学与工程1992，1：107)，目前这二种技术路线均不能使制备的聚乙烯复合材料的力学性能全面提高和改善。
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种纳米粒子增强增韧聚乙烯复合材料的制备方法，其特点是将纳米粒子，溶剂和表面分散剂加入带有超声波振荡发生器或者振荡搅拌装置以及在少量溶剂存在下利用球磨机研磨，使分散剂与纳米粒子均匀分散，目的是对纳米粒子进行表面分散处理，然后将经表面处理的纳米粒子进行干燥后与聚乙烯在开炼机或双螺杆挤出机上混炼制备母料，再在双螺杆挤出机中复合制备增强增韧的聚乙烯复合材料。该聚乙烯复合材料的综合力学性能良好，冲击强度提高约1倍，拉伸强度和模量均有不同程度的提高。
本发明的目的由以下技术措施实现的，其中，所述原料份数比除特殊说明外，均为重量份数比。
纳米粒子增强增韧聚乙烯复合材料的制备方法
1．纳米粒子表面分散处理
将纳米粒子、溶剂和表面分散剂，按纳米粒子与溶剂之比为1.0：0.1～2.0；纳米粒子与表面分散剂之比为1：0.01～0.05，加入带有超声波振荡发生器或者振荡搅拌装置以及在少量溶剂存在下利用球磨机研磨，使分散剂与纳米粒子均匀分散。
2．纳米粒子与聚乙烯复合制备母料
经表面分散处理后的纳米粒子于温度60～80℃干燥40～70小时，再将干燥后的纳米粒子与聚乙烯，按0.8～3.0：1.0加入开炼机或双螺杆挤出机中混炼制备母料。
3．母料与聚乙烯复合制备聚乙烯复合材料
将混炼制备的母料与聚乙烯，按0.06～0.10：1.00加入双螺杆挤出机内混炼，温度为130～210℃，转速60～150r/min，挤出造粒制得纳米粒子增强增韧聚乙烯复合材料。
纳米粒子为碳酸钙，二氧化硅和/或氮化硅与碳化硅的混合物至少一种，平均粒径为50～80nm。
溶剂为异丙醇、丙酮、甲苯、二甲苯或液体石蜡至少一种。
表面分散剂为钛酸酯，铝酸酯，丙烯酸酯，磷酸酯和/或烷基酸盐。
纳米粒子增强增韧的聚乙烯复合材料，具有良好的化学性能，冲击强度较纯聚乙烯提高了1倍，拉伸强度和模量均有不同程度的提高，如用高密度聚乙烯时，其屈服强度28～30MPa，断裂伸长率300～400％，冲击强度58～65KJ/m2。
本发明具有如下优点：
1．制备方法简单，设备损耗小，易于工业化生产。
2．纳米粒子用量少，适用于性能要求高的制品，如周转箱，桶等，由于塑料制品性能的提高，相应的塑料用量减少，即塑料制品的壁厚可适当减薄，从而降低了成本。
实施例
下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。
1．将纳米碳酸钙50克，异丙醇100克和钛酸酯1克加入带有超声波振荡器的反应容器中，于温度25℃处理0.5小时，处理后的纳米碳酸钙置于温度60℃的烘箱中干燥48小时，干燥后的纳米碳酸钙与高密度聚乙烯按0.8∶1之比加入开炼机内混炼，温度155℃，时间10分钟，制得母料，再将母料与高密度聚乙烯按1∶9.5之比加入双螺杆挤出机内挤出造粒制得纳米碳酸钙增强增韧聚乙烯复合材料。
2．将纳米二氧化硅50克，二甲苯100克和铝酸酯1克加入带有振荡搅拌装置的反应容器中，于温度20℃处理1小时，处理后的纳米二氧化硅置于温度70℃的烘箱中干燥48小时，干燥后的纳米二氧化硅与低密度聚乙烯按1∶1之比加入开炼机内混炼，温度150℃，时间10min，制得母料，再将母料与低密度聚乙烯按1∶9之比加入双螺杆挤出机内挤出造粒制得纳米二氧化硅增强增韧聚乙烯复合材料。
3．将纳米氮化硅和碳化硅的混合物50克，丙酮100克和丙烯酸酯1．5克加入带有超声波振荡器的反应容器中，于温度20℃处理1.5小时，处理后的纳米氮化硅与碳化硅粒子置于温度70℃的烘箱中干燥48小时，干燥后的纳米粒子与线型低密度聚乙烯按2∶1加入开炼机内混炼，温度150℃，时间15min，制得母料，将母料与线型聚乙烯按0.65∶9.35之比加入双螺杆挤出机内挤出造粒制得纳米粒子增强增韧聚乙烯复合材料。
4．将纳米碳酸钙1000克，液体石蜡15克和钛酸酯15克加入球磨机中于温度60～100℃研磨6小时，处理后的纳米碳酸钙与高密度聚乙烯按1∶1加入双螺杆挤出机或单螺杆挤出机内挤出制得母料，再将母料与高密度聚乙烯按1∶9加入双螺杆挤出机内挤出造粒制得纳米碳酸钙增强增韧聚乙烯复合材料。
Claims (4)
1．纳米粒子增强增韧聚乙烯复合材料的制备方法，其特征在于：
(1)纳米粒子表面分散处理
将纳米粒子、溶剂和表面分散剂，按纳米粒子与溶剂之比为1.0：0.1～2.0，纳米粒子与表面分散剂之比为1：0.01～0.05，加入带有超声波振荡发生器或者振荡搅拌装置以及在少量溶剂存在下利用球磨机研磨，使分散剂与纳米粒子均匀分散。
(2)纳米粒子与聚乙烯复合制备母料
经表面分散处理后的纳米粒子于温度60～80℃干燥40～70小时，再将干燥后的纳米粒子与聚乙烯，按0.8～3.0：1.0加入在开炼机内，温度150℃，时间10～15分钟或双螺杆挤出机内温度130～210℃混炼制备母料。
(3)母料与聚乙烯复合制备聚乙烯复合材料
将上述制备的母料与聚乙烯，按0.06～0.10：1.00加入双螺杆挤出机内混炼，温度为130～210℃，转速60～150/min，挤出造料制碍纳米粒子增强增韧聚乙烯复合材料。
2．按照权利要求1所述纳米粒子增强增韧聚乙烯复合材料的制备方法，其特征在于纳米粒子为碳酸钙，二氧化硅和/或氮化硅与碳化硅混合物至少一种。
3．按照权利要求1所述纳米粒子增强增韧聚乙烯复合材料的制备方法，其特征在于溶剂为异丙酵，丙酮，甲苯，二甲苯和/或液体石蜡至少一种。
4．按照权利要求1所述纳米粒子增强增韧聚乙烯的制备方法，其特征在于表面分散剂为钛酸酯，铝酸酯、丙烯酸酯、磷酸酯和/或烷基酸盐至少一种。
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