一種高密度聚乙烯/層狀硅酸鹽復(fù)合材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高密度聚乙烯/層狀硅酸鹽復(fù)合材料的制備方法，該方法由實(shí)驗(yàn)室合成類蛭石納米層狀硅酸鹽、硅烷偶聯(lián)劑和高密度聚乙烯為原材料，使用雙螺桿擠出機(jī)，運(yùn)用熔融共混的方法制備得到。本發(fā)明所述高密度聚乙烯/層狀硅酸鹽復(fù)合材料制備方法簡(jiǎn)單易操作，顯著提高了高密度聚乙烯材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量和熱力學(xué)性能。該方法簡(jiǎn)單易操作，具有層狀結(jié)構(gòu)明顯，粒徑均勻，雜質(zhì)可控等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
一種高密度聚乙烯/層狀硅酸鹽復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種高密度聚乙烯復(fù)合材料的制備方法，具體涉及一種高密度聚乙 烯/層狀硅酸鹽復(fù)合材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚乙烯材料具有質(zhì)量輕、無毒害、易成型加工、價(jià)格相對(duì)低廉等優(yōu)點(diǎn)，自問世以來 一直保持著良好的發(fā)展態(tài)勢(shì)，聚乙烯材料的需求量一直很高。聚乙烯具有上述所講的很多 優(yōu)點(diǎn)，但它們普遍存在著強(qiáng)度較低、耐熱性較差和阻隔性能不夠好的缺點(diǎn)。在改善其缺點(diǎn)的 這一領(lǐng)域中首選方法就是填充改性。在聚乙烯樹脂中加入填充劑不僅可以提高材料的機(jī)械 性能、加工性能，同時(shí)也能降低成本。目前研究最廣、最具有工業(yè)化前景并較有效的填充改 性方法就是以粘土為載體，將粘土 (主要為蒙脫土層狀硅酸鹽類）以納米尺度分散于聚乙烯 基體中，充分發(fā)揮粘土納米粒子與聚乙烯樹脂各自的特性，并制備性能優(yōu)異的聚乙烯/層狀 硅酸鹽納米復(fù)合材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于，提供一種高密度聚乙烯/層狀硅酸鹽復(fù)合材料的制備方法，該 方法由實(shí)驗(yàn)室合成類蛭石納米層狀硅酸鹽、硅烷偶聯(lián)劑和高密度聚乙烯為原材料，使用雙 螺桿擠出機(jī)，運(yùn)用熔融共混的方法制備得到。通過本發(fā)明所述方法獲得的高密度聚乙烯/層 狀硅酸鹽復(fù)合材料顯著提高了高密度聚乙烯材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量和熱力 學(xué)性能。該方法簡(jiǎn)單易操作，具有層狀結(jié)構(gòu)明顯，粒徑均勻，雜質(zhì)可控等優(yōu)點(diǎn)。
[0004] 本發(fā)明所述的一種高密度聚乙烯/層狀硅酸鹽復(fù)合材料的制備方法，按下列步驟 進(jìn)行：
[0005] a、按摩爾比1:0.1-1:0.5-5:0.5-5稱量二氧化硅或氣相法二氧化硅或硅酸鈉，及 氧化鋁、氧化鎂和氫氧化鈉，采用水熱法，在溫度250°C條件下反應(yīng)12小時(shí)，得到類蛭石結(jié)構(gòu) 納米層狀硅酸鹽；
[0006] b、將步驟a得到的類蛭石結(jié)構(gòu)納米層狀硅酸鹽與硅烷偶聯(lián)劑為乙烯基三甲氧基硅 烷、乙烯基三(b-甲氧基乙氧基)硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷或γ-(2,3-環(huán)氧丙氧）丙基 三甲氧基硅烷按質(zhì)量比100:1-5,在溫度50-90°C下冷凝回流反應(yīng)2小時(shí)進(jìn)行有機(jī)改性，得到 有機(jī)改性類蛭石納米層狀硅酸鹽；
[0007] C、將高密度聚乙烯與步驟b得到的有機(jī)改性類蛭石納米層狀硅酸鹽按質(zhì)量比為 100:1 -10混合，投入到雙螺桿擠出機(jī)中，進(jìn)行有機(jī)改性類蛭石結(jié)構(gòu)納米層狀硅酸鹽的插層、 剝離和分散，其中雙螺桿擠出機(jī)的加工參數(shù)為:雙螺桿擠出機(jī)有四個(gè)控溫區(qū)，一區(qū)溫度150-190°C，二區(qū)溫度150-200°C，三區(qū)溫度150-200°C，四區(qū)溫度150-200°C，模頭溫度150-200 °C，螺桿轉(zhuǎn)速為80-150rmp;
[0008] d、將步驟c所得產(chǎn)物進(jìn)行除雜，造粒，然后在溫度85°C烘箱中烘干3小時(shí)，即得到高 密度聚乙烯/層狀硅酸鹽復(fù)合材料。
[0009]本發(fā)明所述方法中使用的二氧化硅或二氧化硅前體、氧化鋁、氧化鎂、氫氧化鈉、 硅烷偶聯(lián)劑及高密度聚乙烯均采用市售的材料和試劑。
[0010]本發(fā)明所述高密度聚乙烯/層狀硅酸鹽復(fù)合材料的制備方法簡(jiǎn)單易操作，顯著提 高了高密度聚乙烯材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量和熱力學(xué)性能
【具體實(shí)施方式】
[0011] 實(shí)施例1
[0012] a、按摩爾比1:0.1:0.5:0.5稱量二氧化娃(分析純）、氧化錯(cuò)、氧化鎂和氫氧化鈉混 合，采用水熱法，在溫度250°C條件下反應(yīng)12小時(shí)，得到類蛭石結(jié)構(gòu)納米層狀硅酸鹽；
[0013] b、稱取步驟a得到的類蛭石結(jié)構(gòu)納米層狀硅酸鹽10.002g，稱取0.108g乙烯基三甲 氧基硅烷(A-171)，在溫度50°C條件下冷凝回流反應(yīng)2小時(shí)進(jìn)行有機(jī)改性，得到有機(jī)改性類 蛭石納米層狀硅酸鹽；
[0014] C、將步驟b得到的有機(jī)改性后類蛭石納米層狀硅酸鹽10g與1000g高密度聚乙烯混 合，投入到雙螺桿擠出機(jī)中，雙螺桿擠出機(jī)有四個(gè)控溫區(qū)，其中，一區(qū)溫度150°C，二區(qū)溫度 150°C，三區(qū)溫度150°C，四區(qū)溫度150°C，模頭溫度150°C，螺桿轉(zhuǎn)速為80rmp，進(jìn)行有機(jī)改性 類蛭石結(jié)構(gòu)納米層狀硅酸鹽的插層、剝離和分散；
[0015] d、將步驟c所得產(chǎn)物進(jìn)行除雜，造粒，將獲得的顆粒在溫度85 °C烘箱中烘干3小時(shí)， 即得該高密度聚乙烯/層狀硅酸鹽復(fù)合材料。
[0016] 實(shí)施例2
[0017] a、按摩爾比1:0.2:1:1稱量氣相法二氧化娃、氧化鋁、氧化鎂和氫氧化鈉，采用水 熱法，在溫度250°C條件下反應(yīng)12小時(shí)，得到類蛭石結(jié)構(gòu)納米層狀硅酸鹽；
[0018] b、稱取步驟a得到的類蛭石結(jié)構(gòu)納米層狀硅酸鹽20.005g，稱取0.105g乙烯基三 (b-甲氧基乙氧基)硅烷(A-172)，在溫度60°C條件下冷凝回流反應(yīng)2小時(shí)進(jìn)行有機(jī)改性，得 到有機(jī)改性類蛭石納米層狀硅酸鹽；
[0019] c、將步驟b得到的有機(jī)改性后類蛭石納米層狀硅酸鹽20g與200g高密度聚乙烯混 合，投入到雙螺桿擠出機(jī)中，雙螺桿擠出機(jī)有四個(gè)控溫區(qū)，其中，一區(qū)溫度190°C，二區(qū)溫度 200°C，三區(qū)溫度200°C，四區(qū)溫度200°C，模頭溫度200°C，螺桿轉(zhuǎn)速為150rmp，進(jìn)行有機(jī)改性 類蛭石結(jié)構(gòu)納米層狀硅酸鹽的插層、剝離和分散；
[0020] d、將步驟c所得產(chǎn)物進(jìn)行除雜，造粒，將獲得的顆粒在溫度85 °C烘箱中烘干3小時(shí)， 即得該高密度聚乙烯/層狀硅酸鹽復(fù)合材料。
[0021] 實(shí)施例3
[0022] a、按摩爾比1:1:3:3稱量娃酸鈉、氧化鋁、氧化鎂和氫氧化鈉，采用水熱法，在溫度 250°C條件下反應(yīng)12小時(shí)，得到類蛭石結(jié)構(gòu)納米層狀硅酸鹽；
[0023] b、稱取步驟a得到的類蛭石結(jié)構(gòu)納米層狀硅酸鹽15.001g，稱取0.455gy-氨丙基 三乙氧基硅烷(KH-550)，在溫度80 °C條件下冷凝回流反應(yīng)2小時(shí)進(jìn)行有機(jī)改性，得到有機(jī)改 性類蛭石納米層狀硅酸鹽；
[0024] c、將步驟b得到的有機(jī)改性后類蛭石納米層狀硅酸鹽15g與500g高密度聚乙烯混 合，投入到雙螺桿擠出機(jī)中，雙螺桿擠出機(jī)有四個(gè)控溫區(qū)，其中，一區(qū)溫度170°C，二區(qū)溫度 180°C，三區(qū)溫度190°C，四區(qū)溫度200°C，模頭溫度185°C，螺桿轉(zhuǎn)速為lOOrrnp，進(jìn)行有機(jī)改性 類蛭石結(jié)構(gòu)納米層狀硅酸鹽的插層、剝離和分散；
[0025] d、將步驟c所得產(chǎn)物進(jìn)行除雜，造粒，將獲得的顆粒在溫度85 °C烘箱中烘干3小時(shí)， 即得該高密度聚乙烯/層狀硅酸鹽復(fù)合材料。
[0026] 實(shí)施例4
[0027] a、按摩爾比1:0.5:4:4稱量氣相法二氧化娃、氧化鋁、氧化鎂和氫氧化鈉，采用水 熱法，在溫度250°C條件下反應(yīng)12小時(shí)，得到類蛭石結(jié)構(gòu)納米層狀硅酸鹽；
[0028] b、稱取步驟a得到的類蛭石結(jié)構(gòu)納米層狀硅酸鹽20.001g，稱取1.005g γ -(2，3-環(huán) 氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷(ΚΗ-560)，在溫度90°C條件下冷凝回流反應(yīng)2小時(shí)進(jìn)行有機(jī)改 性，得到有機(jī)改性類蛭石納米層狀硅酸鹽；
[0029] c、將步驟b得到的有機(jī)改性后類蛭石納米層狀硅酸鹽20g與400g高密度聚乙烯混 合，投入到雙螺桿擠出機(jī)中，雙螺桿擠出機(jī)有四個(gè)控溫區(qū)，其中，一區(qū)溫度170°C，二區(qū)溫度 175°C，三區(qū)溫度185°C，四區(qū)溫度190°C，模頭溫度185°C，螺桿轉(zhuǎn)速為120rmp，進(jìn)行有機(jī)改性 類蛭石結(jié)構(gòu)納米層狀硅酸鹽的插層、剝離和分散；
[0030] d、將步驟c所得產(chǎn)物進(jìn)行除雜，造粒，將獲得的顆粒在溫度85 °C烘箱中烘干3小時(shí)， 即得該高密度聚乙烯/層狀硅酸鹽復(fù)合材料。
[0031] 實(shí)施例5
[0032] a、按摩爾比1:0.8:2:2稱量娃酸鈉、氧化鋁、氧化鎂和氫氧化鈉，采用水熱法，在溫 度250°C條件下反應(yīng)12小時(shí)，得到類蛭石結(jié)構(gòu)納米層狀硅酸鹽；
[0033] b、稱取步驟a得到的類蛭石結(jié)構(gòu)納米層狀硅酸鹽15.010g，稱取0.755g乙烯基三 (b-甲氧基乙氧基)硅烷(A-172)，在溫度70°C條件下冷凝回流反應(yīng)2小時(shí)進(jìn)行有機(jī)改性，得 到有機(jī)改性類蛭石納米層狀硅酸鹽；
[0034] c、將步驟b得到的有機(jī)改性后類蛭石納米層狀硅酸鹽15g與400g高密度聚乙烯混 合，投入到雙螺桿擠出機(jī)中，雙螺桿擠出機(jī)有四個(gè)控溫區(qū)，其中，一區(qū)溫度150°C，二區(qū)溫度 170°C，三區(qū)溫度180°C，四區(qū)溫度190°C，模頭溫度180°C，螺桿轉(zhuǎn)速為130rmp，進(jìn)行有機(jī)改性 類蛭石結(jié)構(gòu)納米層狀硅酸鹽的插層、剝離和分散；
[0035] d、將步驟c所得產(chǎn)物進(jìn)行除雜，造粒，將獲得的顆粒在溫度85 °C烘箱中烘干3小時(shí)， 即得該高密度聚乙烯/層狀硅酸鹽復(fù)合材料。
[0036] 實(shí)施例6
[0037] a、按摩爾比1:1:5:5稱量娃酸鈉、氧化鋁、氧化鎂和氫氧化鈉，采用水熱法，在溫度 250°C條件下反應(yīng)12小時(shí)，得到類蛭石結(jié)構(gòu)納米層狀硅酸鹽；
[0038] b、稱取步驟a得到的類蛭石結(jié)構(gòu)納米層狀硅酸鹽10.002g，稱取0.502gY_氨丙基 三乙氧基硅烷(KH-550)，在溫度80 °C條件下冷凝回流反應(yīng)2小時(shí)進(jìn)行有機(jī)改性，得到有機(jī)改 性類蛭石納米層狀硅酸鹽；
[0039] c、將步驟b得到的有機(jī)改性后類蛭石納米層狀硅酸鹽19g與400g高密度聚乙烯混 合，投入到雙螺桿擠出機(jī)中，雙螺桿擠出機(jī)有四個(gè)控溫區(qū)，其中，一區(qū)溫度150°C，二區(qū)溫度 170°C，三區(qū)溫度180°C，四區(qū)溫度190°C，模頭溫度180°C，螺桿轉(zhuǎn)速為130rmp，進(jìn)行有機(jī)改性 類蛭石結(jié)構(gòu)納米層狀硅酸鹽的插層、剝離和分散；
[0040] d、將步驟c所得產(chǎn)物進(jìn)行除雜，造粒，將獲得的顆粒在溫度85 °C烘箱中烘干3小時(shí)， 即得該高密度聚乙烯/層狀硅酸鹽復(fù)合材料。
[0041] 通過本發(fā)明所述方法獲得的高密度聚乙烯/層狀硅酸鹽復(fù)合材料，經(jīng)性能測(cè)試見 表1;
[0042] 表1.實(shí)施例性能一覽表
[0044] 空白樣指未經(jīng)過復(fù)合改性的純高密度聚乙烯材料
[0045] 從表中可以看出：經(jīng)過與類蛭石結(jié)構(gòu)層狀硅酸鹽的復(fù)合，高密度聚乙烯材料的各 項(xiàng)力學(xué)性能都得到了較大程度的提高，有望作為基礎(chǔ)材料應(yīng)用于要求更加苛刻的環(huán)境中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高密度聚乙烯/層狀硅酸鹽復(fù)合材料的制備方法，其特征在于按下列步驟進(jìn)行： a、 按摩爾比1:0.1-1:0.5-5:0.5-5稱量二氧化硅或氣相法二氧化硅或硅酸鈉，及氧化 鋁、氧化鎂和氫氧化鈉，采用水熱法，在溫度250°C條件下反應(yīng)12小時(shí)，得到類蛭石結(jié)構(gòu)納米 層狀硅酸鹽； b、 將步驟a得到的類蛭石結(jié)構(gòu)納米層狀硅酸鹽與硅烷偶聯(lián)劑為乙烯基三甲氧基硅烷、 乙烯基三(b-甲氧基乙氧基)硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷或γ- (2,3_環(huán)氧丙氧）丙基三 甲氧基硅烷按質(zhì)量比100: 1-5,在溫度50-90°C下冷凝回流反應(yīng)2小時(shí)進(jìn)行有機(jī)改性，得到 有機(jī)改性類蛭石納米層狀硅酸鹽； c、 將高密度聚乙烯與步驟b得到的有機(jī)改性類蛭石納米層狀硅酸鹽按質(zhì)量比為100: 1-10混合，投入到雙螺桿擠出機(jī)中，進(jìn)行有機(jī)改性類蛭石結(jié)構(gòu)納米層狀硅酸鹽的插層、剝離 和分散，其中雙螺桿擠出機(jī)的加工參數(shù)為:雙螺桿擠出機(jī)有四個(gè)控溫區(qū)，一區(qū)溫度150-190 。(：，二區(qū)溫度150-200°C，三區(qū)溫度150-200°C，四區(qū)溫度150-200°C，模頭溫度150-200°C，螺 桿轉(zhuǎn)速為80-150 rmp; d、 將步驟c所得產(chǎn)物進(jìn)行除雜，造粒，然后在溫度85°C烘箱中烘干3小時(shí)，即得到高密度 聚乙烯/層狀硅酸鹽復(fù)合材料。
【文檔編號(hào)】C08K3/34GK105968537SQ201610553183
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年7月14日
【發(fā)明人】陳朝陽, 劉義, 閆世友, 王軍華, 謝永新, 范艷偉
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所