CN103408821A - 聚乙烯/富勒烯纳米复合材料及其制备方法 - Google Patents

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赵丽萍
郭正虹
方征平
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Abstract

本发明公开了一种聚乙烯/富勒烯纳米复合材料及其制备方法，该材料由以下重量份的原料制备得到：富勒烯0.05-5重量份，聚乙烯95-99.95重量份。其制备方法是直接将富勒烯干燥后加入到高密度聚乙烯中进行熔融共混，制备出聚乙烯纳米复合材料具有较高的热稳定性。高热稳定性的聚乙烯的制备，拓宽了聚乙烯的应用范围。

Description

聚乙烯/富勒烯纳米复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子纳米复合材料技术领域，具体涉及一种聚乙烯/富勒烯纳米复合材料及其制备方法。
背景技术
富勒烯（C60）于1985年被发现，并于1990年实现批量制备。富勒烯分子由60个碳原子构成的封闭的32面体圆球形，如同建筑师Buckminsterfullerene设计的圆顶建筑，故名富勒烯或足球烯。富勒烯分子具有芳香性，因此可以等效为分子内含有30个C=C双键，理论上对自由基有非常高的活性。Krusic教授在1991年首先报道了富勒烯超高的捕捉自由基的能力，被称为“自由基海绵”。
聚乙烯具有无毒,质轻,易加工,吸湿性低,耐化学腐蚀,电绝缘性好及价格低廉等优点,从而别广泛应用于化工、建筑、轻工、家电、包装等领域。但是其不耐热的缺点制约了其在工程领域的应用，为了提高聚乙烯在应用中的竞争力及满足耐高温场合等的需要，必须对其进行改性。聚乙烯的降解是通过链自由基剪切方式进行的，因此，若在聚乙烯中加入能捕捉自由基的物质，也就能干扰聚乙烯的降解，提高聚乙烯的热稳定性。
而如何将富勒烯具体应用到聚乙烯材料中，以充分发挥富勒烯捕捉自由基的能力，从而制备出一种高热稳定性的聚乙烯材料，成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明针对现有技术的上述不足，提供一种具有热稳定剂添加量少，无毒，热性能能显著改善的聚乙烯/富勒烯纳米复合材料。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种聚乙烯/富勒烯纳米复合材料，该材料由以下重量份数的各组分制备而成：
聚乙烯95-99.95重量份，
富勒烯0.05-5重量份。
作为优选，聚乙烯/富勒烯纳米复合材料，该材料由以下组份按重量份数组分制备而成：
聚乙烯97.5重量份，
富勒烯2.5重量份。
本发明还提供一种上述聚乙烯/富勒烯纳米复合材料的制备方法，具体步骤为：
（1）先将富勒烯纳米粒子热处理：称取适量富勒烯放入烘箱中，在75～85℃下放置10～15h，以除去富勒烯中可能吸附的少量的水。
（2）然后将聚乙烯和上述热处理后的富勒烯趁热混合，按照配方比例在密炼机中按照转速为50～550rpm，温度为160～190℃的条件下混合5～20min即可得到聚乙烯/富勒烯纳米复合材料。
本发明的优点和有益效果：
1.本发明采用富勒烯纳米粒子与聚乙烯混合制备，其中的富勒烯在高温下捕捉链自由基，从而抑制了链降解，提高了材料的热稳定性。
2.本发明首次采用从聚乙烯热降解的机理角度来改善其耐热性，对聚乙烯与富勒烯的复合进行了研究，聚乙烯的起始热分解温度可以通过改变富勒烯的含量调节，以充分提高该材料的耐热性能；此外本发明采用了熔融共混的方法，简单、快速的制备出具有高热稳定性的聚乙烯/富勒烯纳米复合材料。
具体实施方式
本发明可通过下面优选方案获得进一步的阐述，但这些实施例仅在于举例说明,不对本发明的范围作出界定。
实施例中使用的原材料:
a)聚乙烯：
b)富勒烯。
均为市购原料。
实施案例中聚乙烯/富勒烯纳米复合材料的热性能测定方法：热重分析仪（NETZSCHTGA209F1德国）空气气氛，升温速度20℃/min，从室温到700℃。Tonset:质量损失为5%时的温度；Tmax1：第一阶段最大质量损失速率时的温度；Tmax2：第二阶段最大质量损失速率时的温度。
实施例1
（1）先将富勒烯纳米粒子热处理：称取0.025g富勒烯放入烘箱中80℃下放置12h。
（2）将聚乙烯99.95重量份和上述处理的富勒烯0.05重量份在密炼机中转速为60rpm，温度为180℃条件下混合10min即可得到目标产物。
目标产物样品在室温下放置24h后测试其热稳定性，结果见表1。
实施例2
（1）先将富勒烯纳米粒子热处理：称取0.05g富勒烯放入烘箱中80℃下放置12h。
（2）将聚乙烯99.9重量份和上述处理的富勒烯0.1重量份在密炼机中转速为60rpm，温度为180℃条件下混合10min即可得到目标产物。
目标产物样品在室温下放置24h后测试其热稳定性，结果见表1。
实施例3
（1）先将富勒烯纳米粒子热处理：称取0.125g富勒烯放入烘箱中80℃下放置12h。
（2）将聚乙烯99.75重量份和上述处理的富勒烯0.25重量份在密炼机中转速为60rpm，温度为180℃条件下混合10min即可得到目标产物。
目标产物样品在室温下放置24h后测试其热稳定性，结果见表1。
实施例4
（1）先将富勒烯纳米粒子热处理：称取0.25g富勒烯放入烘箱中80℃下放置12h。
（2）将聚乙烯99.5重量份和上述处理的富勒烯0.5重量份在密炼机中转速为60rpm，温度为180℃条件下混合10min即可得到目标产物。
目标产物样品在室温下放置24h后测试其热稳定性，结果见表1。
实施例5
（1）先将富勒烯纳米粒子热处理：称取1.25g富勒烯放入烘箱中80℃下放置12h。
（2）将聚乙烯97.5重量份和上述处理的富勒烯2.5重量份在密炼机中转速为60rpm，温度为180℃条件下混合10min即可得到目标产物。
目标产物样品在室温下放置24h后测试其热稳定性，结果见表1。
实施例6
（1）先将富勒烯纳米粒子热处理：称取2.5g富勒烯放入烘箱中80℃下放置12h。
（2）将聚乙烯95重量份和上述处理的富勒烯5重量份在密炼机中转速为60rpm，温度为180℃条件下混合10min即可得到目标产物。
目标产物样品在室温下放置24h后测试其热稳定性，结果见表1。
比较例
按照实施例1的方法,不加入富勒烯,直接将将聚乙烯在密炼机中转速为60rpm，温度为180℃条件下混合10min得到测试样品。样品在室温下放置24h后测试其热稳定性，结果见表1。
表格1各实施例和比较例热分析结果
Figure BDA00003251700100041
从上述表1可知，加入了富勒烯的聚乙烯材料具有较高的热稳定性。

Claims (3)

1.一种聚乙烯/富勒烯纳米复合材料，其特征在于：该材料由以下组份按重量份数组分制备而成：
聚乙烯95-99.95重量份，
富勒烯0.05-5重量份。
2.根据权利要求1所述的聚乙烯/富勒烯纳米复合材料，其特征在于：该材料由以下组份按重量份数组分制备而成：
聚乙烯97.5重量份，
富勒烯2.5重量份。
3.一种聚乙烯/富勒烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于：具体步骤为：
（1）先将富勒烯纳米粒子热处理：称取适量富勒烯放入烘箱中，在75～85℃下放置10～15h；以除去富勒烯中吸附的水份；
（2）然后将聚乙烯和上述热处理后的富勒烯趁热混合，按照配方比例在密炼机中按照转速为55～550rpm，温度为160～190℃的条件下混合5～20min即可得到聚乙烯/富勒烯纳米复合材料。
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