CN105623054A - 一种hdpe纳米塑料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种HDPE纳米塑料及其制备方法，原料为HDPE、纳米碳酸钙、钛酸酯偶联剂、水玻璃、三聚磷酸钠、硬脂酸钙、石油醚、丙酮、铝酸酯、CPE、碳纳米管和纳米二氧化硅，产品强度高，拉伸强度70-90MPa，表面洛氏硬度80-100；无缺口简支梁冲击强度20-40kJ/m2，维卡软化点130-150℃；磨耗量0.00001-0.00005g，砂浆相对磨耗量0.25-0.45；摩擦系数0.01-0.11，断裂伸长率650-850%，成本低廉，操作简单，可以广泛生产并不断代替现有材料。

Description

一种HDPE纳米塑料及其制备方法
技术领域
本申请属于纳米塑料材料领域，尤其涉及一种HDPE纳米塑料及其制备方法。
背景技术
纳米材料学是近年来刚刚兴起的一个完全崭新的科学领域，它涉及到聚集态物理、化学、材料、生物学等多领域的知识。“纳米技术”的核心内容是如何解决纳米粒子的团聚问题，由于纳米粒子本身极易团聚，要得到单个分散的纳米粒子非常困难，如何使纳米粒子均匀地分散到基体中去是“纳米技术”的关键技术。
目前从“纳米技术”的应用研究报导中分析，能实行产业化的方法有二种：1、纳米插层化技术,即通过插层化处理的n-MMT,制成有一定密实程度，尺寸均匀的母粒，再将这种母粒经过拌和共混和造粒，解决纳米材料在基体中分散不均匀的难题,制成纳米复合材料。2、利用振动磨分散法可使纳米粒子在基体中均匀分散，基本不产生团聚,真正做到了纳米级分散。
“纳米塑料”是指基体为高分子聚合物，通过纳米粒子在塑料树脂中的充分分散,有效地提高了塑料的耐热、耐候、耐磨等性能。“纳米塑料”能使普通塑料具有象陶瓷材料一样的刚性和耐热性，同时又保留了塑料本身所具备的韧性、耐冲击性和易加工性。目前，能实行产业化的有通过纳米粒子改性的NPE、NPET和NPA6(即纳米聚乙烯、纳米PET聚脂、纳米尼龙6）利用纳米粒子，将银（Ag+）设计到粒子表面的微孔中并稳定，就能制成纳米栽银抗菌材料，将这种材料加入到塑料中去就能使塑料具有抗菌防霉，自洁等优良性能，使其成为绿色环保产品。目前，已在ABS、SPVC、HIPS、PP塑料中得到应用。
“纳米塑料”是一种高科技的新材料，具有很好的发展前景，由于国内对这种新材料还缺乏认识，没有完整的质量保证体系和严密的生产管理，正处于一种“一哄而上”的形势，鱼目混珠，真假难辩，使“纳米塑料”一开始便面临“夭折”的危险，所以笔者迫切希望国家有关部门能通过相应的标准和法规来保护这一新材料，促进它的健康成长。
HDPE是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂。高密度聚乙烯是种白色粉末颗粒状产品，无毒、无味，结晶度为80%～90%，软化点为125～135℃，使用温度可达100℃；熔化温度120~160℃，对于分子较大的材料，建议熔化温度范围在200~250℃之间。它具有良好的耐热性和耐寒性，化学稳定性好，还具有较高的刚性和韧性，机械强度好。介电性能，耐环境应力开裂性亦较好。硬度、拉伸强度和蠕变性优于低密度聚乙烯；耐磨性、电绝缘性、韧性及耐寒性均较好，但与低密度绝缘性比较略差些；化学稳定性好，在室温条件下，不溶于任何有机溶剂，耐酸、碱和各种盐类的腐蚀；薄膜对水蒸气和空气的渗透性小、吸水性低；耐老化性能差，耐环境开裂性不如低密度聚乙烯，特别是热氧化作用会使其性能下降，所以，树脂需加入抗氧剂和紫外线吸收剂等来提高改善这方面的不足。高密度聚乙烯薄膜在受力情况下的热变形温度较低，这一点应用时要注意。
高密度乙烯属环保材质，加热达到熔点，即可回收再利用。须知塑胶原料可大分为两大类：“热塑性塑胶”（Thermoplastic）及“热固性塑胶”（Thermosetting），“热固性塑胶”是加热到一定温度后变成固化状态，即使继续加热也无法改变其状态，因此，有环保问题的产品是“热固性塑胶”的产品（如轮胎），并非是“热塑性塑胶”的产品（如塑胶栈板注:栈板在港澳被称为“夹板”)，所以并非所有“塑胶”皆不环保。
“纳米”是一个长度的计量单位，它的尺度是10亿分之1米（10-9m)。一般来说，纳米材料是指两相显微结构中至少有一相的一维尺度达到纳米级。纳米粒子粒径很小，表面能很大，极易团聚，所以如何制取纳米粒子本身就是一个非常复杂的技术问题。目前能制作和利用的纳米粒子多为无机纳米粒子，能有效地对塑料进行改性的纳米粒子是SiO2、TiO2、CaCO3，蒙拓土（MMT）等。而随着人性化理念的普及，及新型和谐社会的构成，设计一种强度高、断裂伸长率高的HDPE纳米塑料及其制备方法是非常必要的。
发明内容
解决的技术问题：
本申请针对上述技术问题，提供一种HDPE纳米塑料及其制备方法，解决现有纳米塑料拉伸强度低、摩擦磨损性差和冲击强度低等技术问题。
技术方案：
一种HDPE纳米塑料，所述HDPE纳米塑料的原料按重量份数配比如下：HDPE100份；纳米碳酸钙10-30份；钛酸酯偶联剂5-25份；水玻璃1-10份；三聚磷酸钠2-8份；硬脂酸钙1-5份；石油醚4-8份；丙酮3-7份；铝酸酯6-10份；CPE为2-6份；纳米二氧化硅1.5-5.5份；碳纳米管1-20份。
作为本发明的一种优选技术方案：所述HDPE纳米塑料的原料按重量份数配比如下：HDPE100份；纳米碳酸钙15-25份；钛酸酯偶联剂10-20份；水玻璃2-8份；三聚磷酸钠3-7份；硬脂酸钙2-4份；石油醚5-7份；丙酮4-6份；铝酸酯7-9份；CPE为3-5份；纳米二氧化硅2.5-4.5份；碳纳米管5-15份。
作为本发明的一种优选技术方案：所述HDPE纳米塑料的原料按重量份数配比如下：HDPE100份；纳米碳酸钙15份；钛酸酯偶联剂10份；水玻璃2份；三聚磷酸钠3份；硬脂酸钙2份；石油醚5份；丙酮4份；铝酸酯7份；CPE为3份；纳米二氧化硅2.5份；碳纳米管5份。
作为本发明的一种优选技术方案：所述HDPE纳米塑料的原料按重量份数配比如下：HDPE100份；纳米碳酸钙25份；钛酸酯偶联剂20份；水玻璃8份；三聚磷酸钠7份；硬脂酸钙4份；石油醚7份；丙酮6份；铝酸酯9份；CPE为5份；纳米二氧化硅4.5份；碳纳米管15份。
作为本发明的一种优选技术方案：所述HDPE纳米塑料的原料按重量份数配比如下：HDPE100份；纳米碳酸钙20份；钛酸酯偶联剂15份；水玻璃5份；三聚磷酸钠5份；硬脂酸钙3份；石油醚6份；丙酮5份；铝酸酯8份；CPE为4份；纳米二氧化硅3.5份；碳纳米管10份。
作为本发明的一种优选技术方案：所述HDPE纳米塑料的制备方法，包括如下步骤：
第一步：按照重量份数配比称取HDPE、纳米碳酸钙、钛酸酯偶联剂、水玻璃、三聚磷酸钠、硬脂酸钙、石油醚、丙酮、三聚磷酸钠、CPE、碳纳米管和纳米二氧化硅；
第二步：将钛酸酯偶联剂和铝酸酯用石油醚溶解，将水玻璃、硬脂酸钙和三聚磷酸钠用丙酮溶解，然后与纳米碳酸钙、碳纳米管和纳米二氧化硅在100-120℃下烘干30-70min，去除溶剂后用振动磨分散技术充分分散，分散均匀后与剩余原料一起投入装有搅拌器和温度计的反应釜中，加热至60-80℃，混合10-30min；
第三步：混合均匀后的物料投入双螺杆挤出机，料筒温度160-170℃、165-175℃、170-180℃、175-185℃、180-190℃，螺杆温度180-190℃，机头温度185-195℃，螺杆转速40-80r/min，投料转速20-60r/min。
有益效果：
本发明所述一种HDPE纳米塑料及其制备方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1、产品强度高，拉伸强度70-90MPa，表面洛氏硬度80-100；2、无缺口简支梁冲击强度20-40kJ/m2，维卡软化点130-150℃；3、磨耗量0.00001-0.00005g，砂浆相对磨耗量0.25-0.45；4、摩擦系数0.01-0.11，断裂伸长率650-850%，冲击强度最佳，成本低廉，操作简单，可以广泛生产并不断代替现有材料。
具体实施方式
实施例1:
按照重量份数配比称取HDPE100份；纳米碳酸钙10份；钛酸酯偶联剂5份；水玻璃1份；三聚磷酸钠2份；硬脂酸钙1份；石油醚4份；丙酮3份；铝酸酯6份；CPE为2份；纳米二氧化硅1.5份；碳纳米管1份。
将钛酸酯偶联剂和铝酸酯用石油醚溶解，将水玻璃、硬脂酸钙和三聚磷酸钠用丙酮溶解，然后与纳米碳酸钙、碳纳米管和纳米二氧化硅在100℃下烘干30min，去除溶剂后用振动磨分散技术充分分散，分散均匀后与剩余原料一起投入装有搅拌器和温度计的反应釜中，加热至60℃，混合10min。
混合均匀后的物料投入双螺杆挤出机，料筒温度160℃、165℃、170℃、175℃、180℃，螺杆温度180℃，机头温度185℃，螺杆转速40r/min，投料转速20r/min。
产品强度高，拉伸强度70MPa，表面洛氏硬度80；无缺口简支梁冲击强度20kJ/m2，维卡软化点130℃；磨耗量0.00005g，砂浆相对磨耗量0.45；摩擦系数0.11，断裂伸长率650%。
实施例2:
按照重量份数配比称取HDPE100份；纳米碳酸钙30份；钛酸酯偶联剂25份；水玻璃10份；三聚磷酸钠8份；硬脂酸钙5份；石油醚8份；丙酮7份；铝酸酯10份；CPE为6份；纳米二氧化硅5.5份；碳纳米管20份。
将钛酸酯偶联剂和铝酸酯用石油醚溶解，将水玻璃、硬脂酸钙和三聚磷酸钠用丙酮溶解，然后与纳米碳酸钙、碳纳米管和纳米二氧化硅在120℃下烘干70min，去除溶剂后用振动磨分散技术充分分散，分散均匀后与剩余原料一起投入装有搅拌器和温度计的反应釜中，加热至80℃，混合30min。
混合均匀后的物料投入双螺杆挤出机，料筒温度170℃、175℃、180℃、185℃、190℃，螺杆温度190℃，机头温度195℃，螺杆转速80r/min，投料转速60r/min。
产品强度高，拉伸强度75MPa，表面洛氏硬度85；无缺口简支梁冲击强度25kJ/m2，维卡软化点135℃；磨耗量0.00004g，砂浆相对磨耗量0.4；摩擦系数0.08，断裂伸长率700%。
实施例3:
按照重量份数配比称取HDPE100份；纳米碳酸钙15份；钛酸酯偶联剂10份；水玻璃2份；三聚磷酸钠3份；硬脂酸钙2份；石油醚5份；丙酮4份；铝酸酯7份；CPE为3份；纳米二氧化硅2.5份；碳纳米管5份。
将钛酸酯偶联剂和铝酸酯用石油醚溶解，将水玻璃、硬脂酸钙和三聚磷酸钠用丙酮溶解，然后与纳米碳酸钙、碳纳米管和纳米二氧化硅在100℃下烘干30min，去除溶剂后用振动磨分散技术充分分散，分散均匀后与剩余原料一起投入装有搅拌器和温度计的反应釜中，加热至60℃，混合10min。
混合均匀后的物料投入双螺杆挤出机，料筒温度160℃、165℃、170℃、175℃、180℃，螺杆温度180℃，机头温度185℃，螺杆转速40r/min，投料转速20r/min。
产品强度高，拉伸强度80MPa，表面洛氏硬度90；无缺口简支梁冲击强度30kJ/m2，维卡软化点140℃；磨耗量0.00003g，砂浆相对磨耗量0.35；摩擦系数0.05，断裂伸长率750%。
实施例4:
按照重量份数配比称取HDPE100份；纳米碳酸钙25份；钛酸酯偶联剂20份；水玻璃8份；三聚磷酸钠7份；硬脂酸钙4份；石油醚7份；丙酮6份；铝酸酯9份；CPE为5份；纳米二氧化硅4.5份；碳纳米管15份。
将钛酸酯偶联剂和铝酸酯用石油醚溶解，将水玻璃、硬脂酸钙和三聚磷酸钠用丙酮溶解，然后与纳米碳酸钙、碳纳米管和纳米二氧化硅在120℃下烘干70min，去除溶剂后用振动磨分散技术充分分散，分散均匀后与剩余原料一起投入装有搅拌器和温度计的反应釜中，加热至80℃，混合30min。
混合均匀后的物料投入双螺杆挤出机，料筒温度170℃、175℃、180℃、185℃、190℃，螺杆温度190℃，机头温度195℃，螺杆转速80r/min，投料转速60r/min。
产品强度高，拉伸强度85MPa，表面洛氏硬度95；无缺口简支梁冲击强度35kJ/m2，维卡软化点145℃；磨耗量0.00002g，砂浆相对磨耗量0.3；摩擦系数0.03，断裂伸长率800%。
实施例5:
按照重量份数配比称取HDPE100份；纳米碳酸钙20份；钛酸酯偶联剂15份；水玻璃5份；三聚磷酸钠5份；硬脂酸钙3份；石油醚6份；丙酮5份；铝酸酯8份；CPE为4份；纳米二氧化硅3.5份；碳纳米管10份。
将钛酸酯偶联剂和铝酸酯用石油醚溶解，将水玻璃、硬脂酸钙和三聚磷酸钠用丙酮溶解，然后与纳米碳酸钙、碳纳米管和纳米二氧化硅在110℃下烘干50min，去除溶剂后用振动磨分散技术充分分散，分散均匀后与剩余原料一起投入装有搅拌器和温度计的反应釜中，加热至70℃，混合20min。
混合均匀后的物料投入双螺杆挤出机，料筒温度165℃、170℃、175℃、180℃、185℃，螺杆温度185℃，机头温度190℃，螺杆转速60r/min，投料转速40r/min。
产品强度高，拉伸强度90MPa，表面洛氏硬度100；无缺口简支梁冲击强度40kJ/m2，维卡软化点150℃；磨耗量0.00001g，砂浆相对磨耗量0.25；摩擦系数0.01，断裂伸长率850%。
以上实施例中的组合物所有组分均可以商业购买。
上述实施例只是用于对本发明的内容进行阐述，而不是限制，因此在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应该认为是包括在权利要求书的范围内。

Claims (6)

1.一种HDPE纳米塑料，其特征在于所述HDPE纳米塑料的原料按重量份数配比如下：HDPE100份；纳米碳酸钙10-30份；钛酸酯偶联剂5-25份；水玻璃1-10份；三聚磷酸钠2-8份；硬脂酸钙1-5份；石油醚4-8份；丙酮3-7份；铝酸酯6-10份；CPE为2-6份；纳米二氧化硅1.5-5.5份；碳纳米管1-20份。
2.根据权利要求1所述的一种HDPE纳米塑料，其特征在于所述HDPE纳米塑料原料按重量份数配比如下：HDPE100份；纳米碳酸钙15-25份；钛酸酯偶联剂10-20份；水玻璃2-8份；三聚磷酸钠3-7份；硬脂酸钙2-4份；石油醚5-7份；丙酮4-6份；铝酸酯7-9份；CPE为3-5份；纳米二氧化硅2.5-4.5份；碳纳米管5-15份。
3.根据权利要求1所述的一种HDPE纳米塑料，其特征在于所述HDPE纳米塑料的原料按重量份数配比如下：HDPE100份；纳米碳酸钙15份；钛酸酯偶联剂10份；水玻璃2份；三聚磷酸钠3份；硬脂酸钙2份；石油醚5份；丙酮4份；铝酸酯7份；CPE为3份；纳米二氧化硅2.5份；碳纳米管5份。
4.根据权利要求1所述的一种HDPE纳米塑料，其特征在于所述HDPE纳米塑料的原料按重量份数配比如下：HDPE100份；纳米碳酸钙25份；钛酸酯偶联剂20份；水玻璃8份；三聚磷酸钠7份；硬脂酸钙4份；石油醚7份；丙酮6份；铝酸酯9份；CPE为5份；纳米二氧化硅4.5份；碳纳米管15份。
5.根据权利要求1所述的一种HDPE纳米塑料，其特征在于：所述HDPE纳米塑料的原料按重量份数配比如下：HDPE100份；纳米碳酸钙20份；钛酸酯偶联剂15份；水玻璃5份；三聚磷酸钠5份；硬脂酸钙3份；石油醚6份；丙酮5份；铝酸酯8份；CPE为4份；纳米二氧化硅3.5份；碳纳米管10份。
6.一种权利要求1所述HDPE纳米塑料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步：按照重量份数配比称取HDPE、纳米碳酸钙、钛酸酯偶联剂、水玻璃、三聚磷酸钠、硬脂酸钙、石油醚、丙酮、铝酸酯、CPE、碳纳米管和纳米二氧化硅；
第二步：将钛酸酯偶联剂和铝酸酯用石油醚溶解，将水玻璃、硬脂酸钙和三聚磷酸钠用丙酮溶解，然后与纳米碳酸钙、碳纳米管和纳米二氧化硅在100-120℃下烘干30-70min，去除溶剂后用振动磨分散技术充分分散，分散均匀后与剩余原料一起投入装有搅拌器和温度计的反应釜中，加热至60-80℃，混合10-30min；
第三步：混合均匀后的物料投入双螺杆挤出机，料筒温度160-170℃、165-175℃、170-180℃、175-185℃、180-190℃，螺杆温度180-190℃，机头温度185-195℃，螺杆转速40-80r/min，投料转速20-60r/min。
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