CN105017700B - 一种滑石粉基生态塑料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种滑石粉基生态塑料的制备方法。该制备方法是以滑石粉为主要成分，通过将滑石粉溶胶化，利用插层和微波辐射聚合解决滑石粉层界面的分散和表面性质，使滑石粉分散过程中产生的新的层界面被不断聚合包覆。通过对滑石粉层界面特性的完全改性，从而解决了滑石粉体的分散问题，特别是层界面由不饱和羧酸铵盐预处理后与聚合物牢固连接,致使滑石粉颗粒不裸露，进而得到的滑石粉基生态塑料在滑石粉占主要组成时，仍然具有树脂的强度和加工性，可直接用于加工各种塑料制品，极大地推进了滑石粉替代塑料的应用，具有积极的环保意义和巨大的经济意义。

Description

一种滑石粉基生态塑料的制备方法

技术领域

本发明涉及生态塑料，具体涉及以滑石粉为主要原料制备塑料，从而减少对石油塑料的依赖，进一步涉及一种滑石粉基生态塑料的制备方法。

背景技术

随着我国的塑料加工业的快速发展，我国塑料年产量超过5000万t ，巨大的塑料制造量和废弃量不仅对生态环境造成了不可逆转的污染与破坏,而且对石油资源的需求急剧加大。为了减少塑料对石油资源的依赖，降低成本，塑料填充料在近30年成为了塑料工业发展的关键。碳酸钙、滑石粉、硅灰石粉、云母粉等无机粉体材料加入塑料可有效降低成本。加入塑料的填料不但可以降低成本，而且能够提高材料的刚性，尺寸稳定性，并赋予材料某些特殊的物理化学性能，如抗压、 抗冲击、耐腐蚀、绝缘性等。但由于无机非金属矿物填料与有机高聚物的界面性质不同，相容性较差，在基料中难以均匀分散和链接。尽管采用偶联技术对无机粉体进行改性，但填充量一般在10-30%，最高达到40%。如果进一步提高填充，制品的力学性能、透明性等会出现严重缺陷，最终影响使用。目前在塑料工业对无机粉体的应用均是通过偶联或者简单包覆填充使用，如：

中国发明专利CN103146074A公开了一种高强度滑石粉改性聚丙烯塑料，将20-40份的滑石粉偶联处理后用于聚丙烯的增强，可提高力学性能。

中国发明专利CN102134405A公开了一种填充聚丙烯用超细滑石粉的制备方法，通过对滑石粉加水，配制成分散液，加入偶联剂进行湿法研磨，烘干制得填充聚丙烯用超细滑石粉。

中国发明专利CN87102663公开一种高分散型的塑料填充母粒，该填充母粒由碳酸钙作为基体，经螯合型酞酸酯等助剂表面处理，并以石油树脂、乙丙橡胶、低分子树脂、分散剂、废旧回收聚烯烃共混体为载体，经混炼、成片、切粒而成。

中国发明专利CN102153806A公开了一种塑料填充母粒，含有载体树脂、对苯二甲酸金属盐、硅烷偶联剂、润滑剂。

鉴于上述，传统的将无机粉体偶联预制成填充母料，用于塑料的填充尽管可以达到增量和降低成本的目的，但由于无机粉体的颗粒阻断性和不相容性，导致力学性能降低，添加量难以提高，阻碍了无机粉体在塑料中的广泛应用。为了大幅减少塑料对石油资源的依赖，我们提出以滑石粉为主要原料的滑石粉基生态塑料,其可以直接作为塑料树脂使用，因此具有积极的环保意义和巨大的经济意义。

发明内容

针对目前无机粉体偶联后用于塑料添加量少、替代树脂有限的缺陷，为进一步减少塑料制品对石油的依赖，本发明提出一种滑石粉基生态塑料的制备方法。该方法制备的滑石粉基生态塑料主要成分为滑石粉，可作为树脂直接用于加工塑料薄膜、片材、注塑件，极大地推进了滑石粉替代塑料的应用，具有积极的环保意义和巨大的经济意义。

本发明在动态过程中通过插层和微波辐射聚合解决滑石粉层界面的分散和表面性质，使滑石粉分散过程中产生的新的层界面被不断聚合包覆。通过对滑石粉层界面特性的完全改性，从而解决了滑石粉体的分散问题，特别是层界面由不饱和羧酸铵盐预处理后与聚合物牢固连接,致使滑石粉颗粒不裸露，进而得到的滑石粉基生态塑料在滑石粉占主要组成时，仍然具有树脂的强度和加工性，可直接用于加工各种塑料制品。

本发明一种滑石粉基生态塑料的制备方法，其特征是制备方法按照如下方式进行：

1）滑石粉溶胶化：将滑石粉分散在水中，并加入凝胶材料和不饱和羧酸铵盐分散1-2小时，通过离心机进行离心排水处理得到溶胶化的滑石粉颗粒；

2）聚合物单体乳液化：将5-10重量份表面活性剂、80-90重量份聚合物单体、100-150重量份水加入反应锅，强力拌匀，使单体充分乳化，然后加入0.5-1重量份过硫酸铵，在常温下混均；

3）将溶胶化的滑石粉分散在过量的聚合物单体乳液中，反应锅升温至80-90℃，并以1200-1500rpm的高速进行搅拌，具有层状结构的滑石粉层间不断吸附聚合物单体，并在分散过程中经过微波辐射使单体发生插层聚合，控制反应时间10-15min，然后滤除乳液、烘干得到聚合滑石粉；

4）将步骤3）得到的聚合滑石粉与高分子聚合物以质量比3-5:1混均后在挤出机中造粒得到滑石粉基生态塑料。

上述制备方法步骤1）所述的滑石粉粒径＜2μm ，优选粒径为＜100nm。

上述制备方法步骤1）所述的凝胶材料为聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酰胺中的一种，加入量以确保滑石粉完全悬浮在水中为准。

上述制备方法步骤1）所述的不饱和羧酸铵盐为丙烯酸铵、甲基丙烯酸铵、衣康酸铵、马来酸铵、富马酸铵中的至少一种。

上述制备方法步骤1）优选滑石粉、水、凝胶材料、不饱和羧酸铵盐按质量比例为：5-10:50-80:3-5:1进行分散。

上述制备方法步骤2）所述的单体为丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、苯乙烯中的至少一种。

上述制备方法步骤2）所述的表面活性剂为十二烷基磺酸钠、六偏磷酸钠、三聚磷酸钠中的至少一种。

上述制备方法步骤3）优选频率2450MHz的微波进行辐射反应。

上述制备方法步骤4）所述的高分子聚合物选用聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯中的至少一种。

上述制备方法步骤4）所述的高分子聚合物选用聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯中的至少一种。

上述制备方法步骤4）所述的挤出机优选在多螺杆挤出机，特别优选在同向行星齿轮双螺杆挤出机中进行。

本发明一种滑石粉基生态塑料的制备方法，通过对对滑石粉溶胶化，在动态过程中通过插层和微波辐射聚合解决滑石粉层界面的分散和表面性质，通过微波辐射，使滑石粉分散过程中产生的新的层界面被快速聚合包覆，从而解决了滑石粉体的分散问题，特别是层界面由不饱和羧酸铵盐预处理与聚合物牢固连接,致使滑石粉颗粒不裸露，进而得到的滑石粉基生态塑料在滑石粉占主要组成时，在滑石粉含量达80%以上时，仍然具有树脂的强度和加工性，可直接用于加工各种塑料制品。

本发明一种滑石粉基生态塑料的制备方法与现有技术相比，其突出的特点在于：

1、本发明提出一种滑石粉基生态塑料的制备方法，利用滑石粉为主要原料，通过动态过程中使滑石粉产生的层界面因微波辐射使单体发生插层聚合被不断聚合包覆，致使滑石粉颗粒不裸露，进而得到的滑石粉生态塑料在滑石粉占主要组成时，仍然具有树脂的强度和加工性，可直接用于加工各种塑料制品。其可作为树脂直接用于加工塑料薄膜、片材、注塑件，极大地推进了滑石粉替代塑料的应用，具有积极的环保意义和巨大的经济意义。

2、本发明提出一种滑石粉基生态塑料的制备方法，层界面由不饱和羧酸铵盐预处理与聚合物牢固连接,致使滑石粉颗粒不裸露，使其具有塑料加工的特性。

3、本发明提出一种滑石粉基生态塑料的制备方法，其生产效率高、无污染排放，可连续化操作、易于实施与控制、利于工业化生产，为滑石粉替换石油塑料提供了可靠地技术保证。

具体实施方式

以下具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本发明的范围内。

实施例1

1）滑石粉溶胶化：将粒径小于100纳米的滑石粉、水、聚丙烯酸、丙烯酸铵、按质量比例为5:50:3:1进行分散1小时，通过离心机进行离心排水处理得到溶胶化的滑石粉颗粒；

2）聚合物单体乳液化：将5重量份十二烷基磺酸钠、80重量份丙烯酸酯、100重量份水加入反应锅，强力拌匀，使单体充分乳化，然后加入0.5重量份过硫酸铵，在常温下混均；

3）将溶胶化的滑石粉分散在过量的聚合物单体乳液中，溶胶化化滑石粉与聚合物乳液质量比为1:5，反应锅升温至80-90℃，并以1200rpm的高速进行搅拌，具有层状结构的滑石粉层间不断吸附聚合物单体，并在分散过程中经过微波辐射使单体发生插层聚合，控制反应时间10min，然后滤除乳液、烘干得到聚合滑石粉；

4）将步骤3）得到的聚合滑石粉与聚乙烯以质量比3:1混均后，在双螺杆挤出机中挤出造粒，得到滑石粉基生态塑料。

将得到的石粉基生态塑料在通用片材机上拉片，通过测试片材的性能为：

厚度0.2mm；断裂拉伸强度16Mpa；断裂伸长率120%；片吸水率0.10%。达到了通用塑料片材的基本特性。

实施例2

1）滑石粉溶胶化：将粒径小于1微米的滑石粉、水、聚甲基丙烯酸、衣康酸铵按质量比例为8:55:3:1进行分散1.5小时，通过离心机进行离心排水处理得到溶胶化的滑石粉颗粒；

2）聚合物单体乳液化：将6重量份六偏磷酸钠、85重量份甲基丙烯酸酯、120重量份水加入反应锅，强力拌匀，使单体充分乳化，然后加入0.7重量份过硫酸铵，在常温下混均；

3）将溶胶化的滑石粉分散在过量的聚合物单体乳液中，溶胶化化滑石粉与聚合物乳液质量比为1:10，反应锅升温至80-90℃，并以1500rpm的高速进行搅拌，具有层状结构的滑石粉层间不断吸附聚合物单体，并在分散过程中经过微波辐射使单体发生插层聚合，控制反应时间10min，然后滤除乳液、烘干得到聚合滑石粉；

4）将步骤3）得到的聚合滑石粉与聚丁二酸丁二醇酯以质量比4:1混均后，在同向行星齿轮双螺杆挤出机中进行造粒得到滑石粉基生态塑料。

将得到的滑石粉基生态塑料在双辊开炼机上压薄拉伸，进行测试：

拉伸强度12Mpa；断裂伸长率 260%；耐水性根据GB/T1034-1998测试，浸泡24小时后力学性能为11 Mpa，没有出现明显下降；薄片吸水率为0.08%，表现出良好的耐水性；在土埋试验条件下60天，失重率可达50%，具有良好的降解性。

实施例3

1）滑石粉溶胶化：将粒径小于2微米的滑石粉、水、聚丙烯酰胺、马来酸铵按质量比例为10:50:5:1进行分散2小时，通过离心机进行离心排水处理得到溶胶化的滑石粉颗粒；

2）聚合物单体乳液化：将10重量份三聚磷酸钠、90重量份苯乙烯、150重量份水加入反应锅，强力拌匀，使单体充分乳化，然后加入1重量份过硫酸铵，在常温下混均；

3）将溶胶化的滑石粉分散在过量的聚合物单体乳液中，溶胶化化滑石粉与聚合物乳液质量比为1:15，反应锅升温至80-90℃，并以1200rpm的高速进行搅拌，具有层状结构的滑石粉层间不断吸附聚合物单体，并在分散过程中经过微波辐射使单体发生插层聚合，控制反应时间15min，然后滤除乳液、烘干得到聚合滑石粉；

4）将步骤3）得到的聚合滑石粉与聚酰胺以质量比5:1混均后，在三螺杆挤出机中造粒得到滑石粉基生态塑料。

将得到的滑石粉基生态塑料在平膜机中流延拉伸，得到厚度0.04mm质地柔软的尼龙膜。测试薄膜的力学性能为：拉伸强度：20Mpa； 断裂伸长率:220%。完全达到重包装薄膜的要求。

实施例4

1）滑石粉溶胶化：将粒径小于100纳米的滑石粉、水、聚甲基丙烯酸、富马酸铵按质量比例为6:80:3:1进行分散2小时，通过离心机进行离心排水处理得到溶胶化的滑石粉颗粒；

2）聚合物单体乳液化：将8重量份六偏磷酸钠、85甲基丙烯酸酯、100重量份水加入反应锅，强力拌匀，使单体充分乳化，然后加入0.8重量份过硫酸铵，在常温下混均；

3）将溶胶化的滑石粉分散在过量的聚合物单体乳液中，溶胶化化滑石粉与聚合物乳液质量比为1:12，反应锅升温至80-90℃，并以1400rpm的高速进行搅拌，具有层状结构的滑石粉层间不断吸附聚合物单体，并在分散过程中经过微波辐射使单体发生插层聚合，控制反应时间12min，然后滤除乳液、烘干得到聚合滑石粉；

4）将步骤3）得到的聚合滑石粉与聚乙烯、聚乳酸以质量比3:0.5：0.5混均后，在同向行星齿轮双螺杆挤出机中进行造粒得到滑石粉基生态塑料。

将得到的滑石粉基生态塑料在通用吹膜机上吹塑，得到厚度0.02mm的薄膜。测试薄膜的力学性能为：拉伸强度：13Mpa； 断裂伸长率:340%。

Claims (9)

1.一种滑石粉基生态塑料的制备方法，其特征是按照如下方式进行 ：

（1）滑石粉溶胶化 ：将滑石粉分散在水中，并加入凝胶材料和不饱和羧酸铵盐分散 1-2小时，通过离心机进行离心排水处理得到溶胶化的滑石粉颗粒，其中滑石粉粒径＜ 2μm ；

（2）聚合单体乳液化：将 5-10重量份表面活性剂、80-90重量份聚合单体、100-150重量份水加入反应锅，强力拌匀，使单体充分乳化，然后加入 0.5-1 重量份过硫酸铵，在常温下混均 ；

（3）将溶胶化的滑石粉分散在过量的聚合单体乳液中，反应锅升温至 80-90℃，并以1200-1500rpm的高速进行搅拌，具有层状结构的滑石粉层间不断吸附聚合单体，并在分散过程中经过微波辐射使单体发生插层聚合，控制反应时间 10-15min，然后滤除乳液、烘干得到聚合滑石粉 ；

（4）将步骤（3）得到的聚合滑石粉与高分子聚合物以质量比 3-5:1 混均后在挤出机中造粒得到滑石粉基生态塑料。

2.根据权利要求1所述一种滑石粉基生态塑料的制备方法，其特征在于 ：制备方法步骤（1）所述的滑石粉优选粒径为＜ 100nm。

3.根据权利要求 1 所述一种滑石粉基生态塑料的制备方法，其特征在于 ：制备方法步骤 （1）所述的凝胶材料为聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酰胺中的一种，所述的不饱和羧酸铵盐为丙烯酸铵、甲基丙烯酸铵、衣康酸铵、马来酸铵、富马酸铵中的至少一种。

4.根据权利要求 1 所述一种滑石粉基生态塑料的制备方法，其特征在于 ：制备方法步骤（1）优选滑石粉、水、凝胶材料、不饱和羧酸铵盐按质量比例为 ：5-10:50-80:3-5:1 进行分散。

5.根据权利要求 1 所述一种滑石粉基生态塑料的制备方法，其特征在于 ：制备方法步骤（2）所述的单体为丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、苯乙烯中的至少一种，所述的表面活性剂为十二烷基磺酸钠、六偏磷酸钠、三聚磷酸钠中的至少一种。

6.根据权利要求 1 所述一种滑石粉基生态塑料的制备方法，其特征在于 ：制备方法步骤（3）所述的微波辐射优选频率 2450MHz的微波进行辐射反应。

7.根据权利要求 1 所述一种滑石粉基生态塑料的制备方法，其特征在于 ：制备方法步骤（4）所述的高分子聚合物选用聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯中的至少一种。

8.根据权利要求 1 所述一种滑石粉基生态塑料的制备方法，其特征在于 ：制备方法步骤（4）所述的挤出机优选在多螺杆挤出机中进行。

9.根据权利要求 1 所述一种滑石粉基生态塑料的制备方法，其特征在于 ：制备方法步骤（4）所述的挤出机优选在同向行星齿轮双螺杆挤出机中进行。