CN103450532B - 一种聚乙烯pe纳米级增强改性颗粒的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种聚乙烯PE纳米级增强改性颗粒的制备方法，属于化学工程、精细化工领域。步骤一将纳米碳酸钙用表面处理剂包覆；步骤二按重量称取以下组分：低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、抗氧剂、润滑剂、增容剂、增白剂，将其与活化纳米碳酸钙充分混合；步骤三将混合好的物料投入到双螺杆挤出机中制作成PE纳米级增强改性颗粒。本发明的优点是，通过添加自制的表面处理剂使得纳米碳酸钙活化率可达98%以上；完成了亲水到亲油的转化；同时添加了增容剂使纳米碳酸钙可以以原生粒子的形态分布于聚合物中。将本物料按照一定的比例添加到以聚乙烯为载体树脂的配方体系中，使原配方强度提高20%以上，同时大幅度的提高了材料的尺寸稳定性。

Description

一种聚乙烯PE纳米级增强改性颗粒的制备方法

技术领域

本发明属于化学工程、精细化工领域，特别是涉及到一种用于生产中，添加到聚乙烯PE塑料里的纳米级增强改性颗粒的制备方法。

背景技术

聚乙烯由于具有优异的力学性能而受到塑料加工行业从业人员的广泛重视，从而使生活中以聚乙烯为主体的塑料制品越来越多的呈现出来。聚乙烯的主要优点是密度低，韧性好，但其本身也具有一定的缺陷，比如强度低、收缩率大，这些缺点制约了其在生活、生产中的应用。随着近年来科学技术的不断进步，人们发现了很多对聚乙烯进行改性来改善其缺点、发挥其优点的方法。目前对聚乙烯增强的方法主要为添加无机矿物材料，如滑石粉、碳酸钙、高岭土等等。但这些无机材料的添加在显著的提高制品的强度的同时损失了其韧性；另外一种方法就是添加增强剂，但是其价格昂贵，成本较高，给生产企业带来压力。近年来，人们考虑用纳米级的无机材料作为增强剂添加到高聚物中，但是由于其颗粒尺寸太小，在应用过程中往往会发生团聚现象，很难真正发挥其纳米材料的作用，同时在生产中也会造成严重的粉尘污染，给生产加工造成困难。以上问题的存在，严重限制了纳米材料在聚合物中的应用。

现有技术当中亟需要一种制备方法，可以使纳米碳酸钙实现由亲水到亲油的转化，将其按照一定的比例添加到以聚乙烯为载体树脂的配方体系中，使原配方强度提高同时大幅度提高了材料的尺寸稳定性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：旨在通过自制的偶联剂对纳米碳酸钙表面进行包覆，纳米碳酸钙活化率可达98%以上，完成了亲水到亲油的转化；同时添加了增容剂使纳米碳酸钙可以以原生粒子的形态分布于聚合物中。将本物料按照一定的比例添加到以聚乙烯为载体树脂的配方体系中，使原配方强度提高20%以上，同时大幅度提高了材料的尺寸稳定性。

一种聚乙烯PE纳米级增强改性颗粒的制备方法，其特征是：制备该颗粒的具体物料组分按重量百分比分别为，低密度聚乙烯1F7B为5%～40%，高密度聚乙烯5000S为2%～15%，纳米碳酸钙为40%～85%，偶联剂为铝酸酯偶联剂，且偶联剂所占的重量百分比为1%～3%，相容剂为聚乙烯接枝马来酸酐PE-g-MAH，且相容剂所占的重量百分比为1%～5%，润滑剂为氧化聚乙烯蜡，且润滑剂所占的重量百分比为0.5%～2%，抗氧剂为季戊四醇酯，且抗氧剂所占的重量百分比为1%～5%，增白剂为二苯乙烯基苯类荧光增白剂1,4-二(邻氰基苯乙烯基)苯，且增白剂所占的重量百分比为0.5%～3%；

包括以下步骤：

步骤一、按重量百分比称取40%～85%的纳米级碳酸钙，将其投入到温度为105℃的混合机中，启动低速运转,以每分钟300转～500转的速度进行混合，并同时将混合机的排气孔打开，以利于纳米碳酸钙中的水分排出，达到去湿的效果，本步骤用时10分钟～15分钟；

步骤二、按重量百分比称取1%～3%的偶联剂，将其投入到步骤一中已经干燥的纳米碳酸钙中，同时将混合机的转速升高至每分钟800转～1000转，本步骤用时5分钟～10分钟；

步骤三、按重量百分比称取5%～40%的低密度聚乙烯1F7B、2%～15%的高密度聚乙烯5000S、1%～5%的相容剂、0.5%～2%的润滑剂、1%～5%的抗氧剂、0.5%～3%的增白剂，将以上物料投入到混合机中，和步骤二中经过偶联剂表面修饰过的纳米碳酸钙一起进行高速混合，转速为800转～1000转，混合均匀后，将物料放出、冷却、待用，本步骤用时3分钟～5分钟；

步骤四、将从混合机释放出来混合好的物料投入到双螺杆挤出机料斗中，挤出制成聚乙烯PE纳米级增强改性颗粒，挤出温度在180℃～200℃，主机转速为15r/min～35r/min，喂料转速为10r/min～30r/min。

所述的纳米碳酸钙粒径为50nm～80nm。

有益效果：本发明的制备方法是通过利用偶联剂对纳米碳酸钙表面进行包覆，使纳米碳酸钙活化率可达98%以上，使之完成了由亲水到亲油性质的转化；同时添加了增容剂使纳米碳酸钙可以以原生粒子的形态分布于聚合物中。将本发明的PE纳米级增强改性颗粒按照一定的比例添加到以聚乙烯为载体树脂的配方体系中，使原配方强度提高20%以上，同时大幅度提高了材料的尺寸稳定性。

按重量称取80Kg的纳米级碳酸钙、2Kg的偶联剂、7Kg的低密度聚乙烯1F7B、3Kg的高密度聚乙烯5000S、3.5Kg的相容剂、1.5Kg的润滑剂、2Kg的抗氧剂、1Kg的增白剂。

挤出工艺参数见下表：

下表为按照上述比例添加本发明的物料到HDPE中，注塑成标准的检测样件力学性能结果表。

结论：HDPE添加30%按照是上述方法生产的PE纳米级增强改性颗粒，拉伸强度提高20%，弯曲强度提高25%，弹性模量提高50%，硬度提高11%，流动性上升100%，尺寸收缩率由原来的1.5%下降到0.8%，其它韧性指标与纯树脂持平。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述。

实施例1：

步骤一：按重量称取50Kg的纳米级碳酸钙，将其投入到温度为105℃的混合机中，启动低速运转,以每分钟300转～500转的速度进行混合，并同时将混合机的排气孔打开，以利于纳米碳酸钙中的水分排出，达到去湿的效果。本步骤用时10分钟～15分钟。

步骤二：按重量称取1.25Kg的偶联剂，将其投入到步骤一中已经干燥的纳米碳酸钙中，同时将混合机的转速升高至每分钟800转～1000转。本步骤用时5分钟～10分钟。

步骤三：按重量百分比称取30Kg的低密度聚乙烯1F7B、10Kg的高密度聚乙烯5000S、2Kg的相容剂、0.75Kg的润滑剂、3.5Kg的抗氧剂、2.5Kg的增白剂，将以上物料投入到混合机中，和步骤二中经过偶联剂表面包覆过的纳米碳酸钙一起进行高速混合，转速为800转～1000转，混合均匀后，将物料放出，冷却，待用。本步骤用时3分钟～5分钟。

步骤四：将从混合机释放出来混合好的物料投入到双螺杆挤出机料斗中，按照下述工艺参数将物料挤出制成PE纳米级增强改性颗粒。

本发明所述的PE纳米级增强改性颗粒的挤出工艺参数见表1：

实施例2：

步骤一：按重量称取60Kg的纳米级碳酸钙，将其投入到温度为105℃的混合机中，启动低速运转,以每分钟300转～500转的速度进行混合，并同时将混合机的排气孔打开，以利于纳米碳酸钙中的水分排出，达到去湿的效果。本步骤用时10分钟～15分钟。

步骤二：按重量称取1.5Kg的偶联剂，将其投入到步骤一中已经干燥的纳米碳酸钙中，同时将混合机的转速升高至每分钟800转～1000转。本步骤用时5分钟～10分钟。

步骤三：按重量百分比称取22Kg的低密度聚乙烯1F7B、8Kg的高密度聚乙烯5000S、2.5Kg的相容剂、1Kg的润滑剂、3Kg的抗氧剂、2Kg的增白剂，将以上物料投入到混合机中，和步骤二中经过偶联剂表面包覆过的纳米碳酸钙一起进行高速混合，转速为800转～1000转，混合均匀后，将物料放出，冷却，待用。本步骤用时3分钟～5分钟。

步骤四：将从混合机释放出来混合好的物料投入到双螺杆挤出机料斗中，按照下述工艺参数将物料挤出制成PE纳米级增强改性颗粒。

本发明所述的PE纳米级增强改性颗粒的挤出工艺参数见表2：

表2

实施例3：

步骤一：按重量称取70Kg的纳米级碳酸钙，将其投入到温度为105℃的混合机中，启动低速运转,以每分钟300转～500转的速度进行混合，并同时将混合机的排气孔打开，以利于纳米碳酸钙中的水分排出，达到去湿的效果。本步骤用时10分钟～15分钟。

步骤二：按重量称取1.75Kg的偶联剂，将其投入到步骤一中已经干燥的纳米碳酸钙中，同时将混合机的转速升高至每分钟800转～1000转。本步骤用时5分钟～10分钟。

步骤三：按重量百分比称取15Kg的低密度聚乙烯1F7B、5Kg的高密度聚乙烯5000S、3Kg的相容剂、1.25Kg的润滑剂、2.5Kg的抗氧剂、1.5Kg的增白剂，将以上物料投入到混合机中，和步骤二中经过偶联剂表面包覆过的纳米碳酸钙一起进行高速混合，转速为800转～1000转，混合均匀后，将物料放出，冷却，待用。本步骤用时3分钟～5分钟。

步骤四：将从混合机释放出来混合好的物料投入到双螺杆挤出机料斗中，按照下述工艺参数将物料挤出制成PE纳米级增强改性颗粒。

本发明所述的PE纳米级增强改性颗粒的挤出工艺参数见表3：

表3

实施例4：

步骤一：按重量称取80Kg的纳米级碳酸钙，将其投入到温度为105℃的混合机中，启动低速运转,以每分钟300转～500转的速度进行混合，并同时将混合机的排气孔打开，以利于纳米碳酸钙中的水分排出，达到去湿的效果。本步骤用时10分钟～15分钟。

步骤二：按重量称取2Kg的偶联剂，将其投入到步骤一中已经干燥的纳米碳酸钙中，同时将混合机的转速升高至每分钟800转～1000转。本步骤用时5分钟～10分钟。

步骤三：按重量百分比称取7Kg的低密度聚乙烯1F7B、3Kg的高密度聚乙烯5000S、3.5Kg的相容剂、1.5Kg的润滑剂、2Kg的抗氧剂、1Kg的增白剂，将以上物料投入到混合机中，和步骤二中经过偶联剂表面包覆过的纳米碳酸钙一起进行高速混合，转速为800转～1000转，混合均匀后，将物料放出，冷却，待用。本步骤用时3分钟～5分钟。

步骤四：将从混合机释放出来混合好的物料投入到双螺杆挤出机料斗中，按照下述工艺参数将物料挤出制成PE纳米级增强改性颗粒。

本发明所述的PE纳米级增强改性颗粒的挤出工艺参数见表4：

表4

应用实例：将按照实施例四生产的PE纳米级增强改性颗粒，按照以下比例添加到HDPE中，制备标准的检测样件，做得到的力学性能指标如下：

表5

结论：HDPE添加30%按照实例四生产的PE纳米级增强改性颗粒，拉伸强度提高20%，弯曲强度提高25%，弹性模量提高50%，硬度提高11%，流动性上升100%，尺寸收缩率由原来的1.5%下降到0.8%，其它韧性指标与纯树脂持平。

Claims (2)

1.一种聚乙烯PE纳米级增强改性颗粒的制备方法，其特征是：制备该颗粒的具体物料组分按重量百分比分别为，低密度聚乙烯1F7B为5%～40%，高密度聚乙烯5000S为2%～15%，纳米碳酸钙为40%～85%，偶联剂为铝酸酯偶联剂，且偶联剂所占的重量百分比为1%～3%，相容剂为聚乙烯接枝马来酸酐PE-g-MAH，且相容剂所占的重量百分比为1%～5%，润滑剂为氧化聚乙烯蜡，且润滑剂所占的重量百分比为0.5%～2%，抗氧剂为季戊四醇酯，且抗氧剂所占的重量百分比为1%～5%，增白剂为二苯乙烯基苯类荧光增白剂1,4-二(邻氰基苯乙烯基)苯，且增白剂所占的重量百分比为0.5%～3%；

包括以下步骤：

步骤一、按重量百分比称取40%～85%的纳米级碳酸钙，将其投入到温度为105℃的混合机中，启动低速运转,以每分钟300转～500转的速度进行混合，并同时将混合机的排气孔打开，以利于纳米碳酸钙中的水分排出，达到去湿的效果，本步骤用时10分钟～15分钟；

步骤二、按重量百分比称取1%～3%的偶联剂，将其投入到步骤一中已经干燥的纳米碳酸钙中，同时将混合机的转速升高至每分钟800转～1000转，本步骤用时5分钟～10分钟；

步骤三、按重量百分比称取5%～40%的低密度聚乙烯1F7B、2%～15%的高密度聚乙烯5000S、1%～5%的相容剂、0.5%～2%的润滑剂、1%～5%的抗氧剂、0.5%～3%的增白剂，将以上物料投入到混合机中，和步骤二中经过偶联剂表面修饰过的纳米碳酸钙一起进行高速混合，转速为800转～1000转，混合均匀后，将物料放出、冷却、待用，本步骤用时3分钟～5分钟；

步骤四、将从混合机释放出来混合好的物料投入到双螺杆挤出机料斗中，挤出制成聚乙烯PE纳米级增强改性颗粒，挤出温度在180℃～200℃，主机转速为15r/min～35r/min，喂料转速为10r/min～30r/min。

2.根据权利要求1所述的一种聚乙烯PE纳米级增强改性颗粒的制备方法，其特征是：所述的纳米碳酸钙粒径为50nm～80nm。