CN105778280B - 一种改性纳米硫酸钡增强聚丙烯膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种改性纳米硫酸钡增强聚丙烯膜及其制备方法，属于功能包装材料技术领域。其以改性纳米硫酸钡为增韧剂、有机蒙脱土和马来酸酐接枝聚乙烯为增容剂，加一定增强剂，以PP为基材，经吹塑成膜制得。本发明制备了一种耐热性好、高阻隔性能、具有一定阻燃性能、高拉伸性能和断裂伸长率、耐老化性能好的增强聚丙烯复合薄膜，可广泛应用于日用品、家用电器等领域。

Description

一种改性纳米硫酸钡增强聚丙烯膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种改性纳米硫酸钡增强聚丙烯膜及其制备方法，属于功能包装材料技术领域。
背景技术
随着工业的不断发展，高分子材料广泛应用，各个领域对材料性能的要求不断提升。为了满足应用的需要，单纯纯树脂制成的材料显得力不从心，所以，高分子材料领域必须推陈出新，塑料改性的研究也就越来越重要，例如期望聚合物材料耐高温、易于加工成型、具有很好的韧性、较高的强度、性能良好而且价格低廉等等。单一的均聚物材料往往难以满足上述要求，因此可以通过纳米复合技术对现有聚合物材料进行改性，可以制成综合性能优异的新型高分子材料，已成为新材料开发领域的重要研究方向，具有广阔的市场开发应用前景。
聚丙烯（PP）是一种工业产量较大的聚合物，它具有质轻、易于加工、化学稳定性良好等优点，在电子产品、汽车零件、包装材料等领域的应用十分广泛，但PP的耐候性和低温韧性不高，使其在某些方面的应用受到了限制。而通过纳米改性不仅能够弥补这些方面的不足，选择特定的功能材料还能提升PP的力学性能。纳米粒子尺寸和彼此间距离特别近，具有独特的量子尺寸效应、表面效应、界面效应等等，使纳米塑料具有独特的物理力学性能，可以提高复合材料的强度、耐热性、阻隔性、阻燃性、热稳定性等等。
纳米硫酸钡以其粒径小和比表面积大等优势受到人们的关注，然而正是由于其独特的优势，又带来了其表面能高和热力学不稳定等劣势，所以要找到一种合适的改性剂和改性方法对其进行表面改性。
无机填料加入有机树脂当中，要增加其相容性，就必须加入一定量的增容剂，马来酸酐接枝聚乙烯具有很好的增容效果，并且国内生产工艺相当纯熟，实验表明，一定量的有机蒙脱土能够起到协同增容作用，并且能够提高复合膜的性能，所以本发明选择加入这几种成分进行复合膜的制作，并且实验证明对聚丙烯膜具有很好的增强效果，同时，一定量的马来酸酐接枝聚乙烯的加入能够改善单一聚丙烯树脂很难吹塑加工薄膜的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种原料来源广泛、价格低廉、稳定性好、机械性能和阻隔性能好的聚丙烯膜及其制备方法。
本发明的技术方案，一种改性纳米硫酸钡增强聚丙烯膜，包括按重量百分比计组分为：
纳米硫酸钡10-30份、马来酸酐接枝聚乙烯3-10份、聚丙烯树脂60-80份、有机蒙脱土3-8份、偶联剂0.1-5份、增强剂7-10份；
首先采用偶联剂对纳米硫酸钡进行改性，得到改性纳米硫酸钡；然后以改性纳米硫酸钡为增韧剂、有机蒙脱土和马来酸酐接枝聚乙烯为增容剂，加入增强剂，以聚丙烯树脂为基材，经吹塑成膜制得。
所述纳米硫酸钡体征维度尺寸为1-100nm。
所述偶联剂为酞酸酯偶联剂和/或铝酸酯偶联剂。
所述增强剂为纳米高岭土和/或微晶白云母。增强剂的加入能够提升聚丙烯复合膜的耐热性、阻隔性能、阻燃性能等。
所述增容剂为有机蒙脱土、马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯中的一种或几种的混合物。增容剂的加入能够增加无机填料在体系中的相容性，使得薄膜易于加工，且成品均匀，提高体系的综合性能。
纳米硫酸钡的加入可以提升聚丙烯复合膜的拉伸性能、断裂伸长率、冲击性能、耐老化性能等。
所述改性纳米硫酸钡增强聚丙烯膜，按重量份计步骤为：
（1）改性纳米硫酸钡制取：
a、取纳米硫酸钡10-30份，加入250-280份无水乙醇，再加入0.5-2份的氯化钠，加热回流搅拌，控制温度在55-70℃，使得纳米硫酸钡完全分散形成悬浮液；
b、取纳米硫酸钡悬浮液加入烧杯中，恒温水浴锅加热至70-90℃，并保持恒温，然后加入偶联剂0.1-5份，采用高剪切混合乳化机调节改性的转速为5500-6000 r/min，控制改性时间为30-50min，对纳米硫酸钡进行改性；
c、改性完成后开始抽滤悬浮液用真空泵抽干，真空度为0.05-0.09MPa，抽干后得到滤饼，向盛有滤饼的漏斗中加入200-240份蒸馏水，通过水洗除去氯化钠和没有反应的偶联剂后，110-130℃烘箱中干燥1.5-2h得到粉末状改性纳米硫酸钡；
（2）混料：将步骤（1）处理所得改性纳米硫酸钡和马来酸酐接枝聚乙烯3-10份、聚丙烯树脂60-80份、有机蒙脱土3-8份、增强剂7-10份置于高速混合机中60-70℃下混合5-15min；
（3）成型：将步骤（2）所得混合料送入双螺杆挤出机中，挤出机温度设定为130-150℃，通过口模和切粒机进行挤出造粒，形成粒料；将粒料通过吹塑机进行吹膜，吹塑温度为140-150℃，控制吹胀比为2.1-2.5，得到改性纳米硫酸钡增强聚丙烯膜。
本发明制备的聚丙烯膜外观为无色的透明薄膜，透光率为60.12%-75.43%；拉伸强度为39.12MPa-48.39MPa，相对纯PP（29MPa）提高了34.89%-66.86%；常温冲击强度为7.243KJ/m2-9.893KJ/m2，相对于纯PP(4.523KJ/m2)提高了60.13%-118.72%；氧气透过率为433cm3·m-2·d-1~689cm3·m-2·d-1，相对于纯PP（1320cm3·m-2·d-1）下降了47.80%-67.19%。所以，材料的强度提升，阻隔性能提升。
本发明的有益效果：
1、制备的纳米硫酸钡增强聚丙烯膜的主要原料及辅料均为成本较低的材料，辅料等无机填料自然界来源广泛，所以比较经济实用。
2、制备的纳米硫酸钡增强聚丙烯膜具有较强的拉伸性能和断裂伸长率，能够扩展聚丙烯膜的使用范围和应用领域。
3、制备的纳米硫酸钡增强聚丙烯膜透明度高，有光泽，外形美观，机械性能和阻隔性能好，可根据需要制成不同厚度和机械性能的薄膜。
4、制备纳米硫酸钡增强聚丙烯膜的生产方法安全，工艺流程简单，生产成本低，故市场前景良好。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。本发明中，搅拌操作采用上海标本模型厂制造的JB-200-S数字显示转速电动搅拌机；反应温度通过江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司制造的YJ501超级恒温水浴锅控制；剪切操作采用上海威宇机电制造有限公司制造的WLC50-7Y高剪切混合乳化机；机械性能测定采用英国LLOYD公司制造的LRX Plus型万能电子材料试验机；透光率测定采用尤尼柯（上海）仪器有限公司制造的UV-2802型紫外可见光分光光度计；混合造粒用科信隆科亚机械有限公司的CTE-35双螺杆挤出机。
实施例1
改性纳米硫酸钡增强聚丙烯膜，按重量份计：纳米硫酸钡15份、马来酸酐接枝聚乙烯3.5份、聚丙烯树脂68份、有机蒙脱土3.2份、偶联剂0.3份、增强剂10份。
所述纳米硫酸钡体征维度尺寸为1-100nm。所述偶联剂为酞酸酯偶联剂。所述增强剂为纳米高岭土。所述增容剂为有机蒙脱土。
具体步骤为：
（1）改性纳米硫酸钡制取：
a、取纳米硫酸钡，加入250份无水乙醇，再加入0.5份的氯化钠，加热回流搅拌，控制温度在55-60℃，使得纳米硫酸钡完全分散形成悬浮液；
b、取纳米硫酸钡悬浮液加入烧杯中，恒温水浴锅加热至70℃，并保持恒温，然后加入偶联剂，采用高剪切混合乳化机调节改性的转速为5500r/min，控制改性时间为50min，对纳米硫酸钡进行改性；
c、改性完成后开始抽滤悬浮液用真空泵抽干，真空度为0.05MPa，抽干后得到滤饼，向盛有滤饼的漏斗中加入200份蒸馏水，通过水洗除去氯化钠和没有反应的偶联剂后，120℃烘箱中干燥1.5h得到粉末状改性纳米硫酸钡；
（2）混料：将步骤（1）处理所得改性纳米硫酸钡和马来酸酐接枝聚乙烯、聚丙烯树脂、有机蒙脱土、增强剂置于高速混合机中60℃下混合15min；
（3）成型：将步骤（2）所得混合料送入双螺杆挤出机中，挤出机温度设定为140℃，通过口模和切粒机进行挤出造粒，形成粒料；将粒料通过吹塑机进行吹膜，吹塑温度为140℃，控制吹胀比为2.1，得到改性纳米硫酸钡增强聚丙烯膜。
以此组分制备的纳米硫酸钡增强聚丙烯膜的性能为：拉伸强度为45.12MPa；常温冲击强度为8.643KJ/m2；氧气透过率为534cm3·m-2·d-1。
实施例2
改性纳米硫酸钡增强聚丙烯膜，按重量份计：纳米硫酸钡20份、马来酸酐接枝聚乙烯3.2份、聚丙烯树脂65份、有机蒙脱土3份、偶联剂0.8份、增强剂8份。
所述纳米硫酸钡体征维度尺寸为1-100nm。所述偶联剂为或铝酸酯偶联剂。所述增强剂为纳米高岭土和微晶白云母。所述增容剂为马来酸酐接枝聚乙烯和马来酸酐接枝聚丙烯。
具体步骤为：
（1）改性纳米硫酸钡制取：
a、取纳米硫酸钡，加入280份无水乙醇，再加入2份的氯化钠，加热回流搅拌，控制温度在60-70℃，使得纳米硫酸钡完全分散形成悬浮液；
b、取纳米硫酸钡悬浮液加入烧杯中，恒温水浴锅加热至90℃，并保持恒温，然后加入偶联剂，采用高剪切混合乳化机调节改性的转速为6000 r/min，控制改性时间为30min，对纳米硫酸钡进行改性；
c、改性完成后开始抽滤悬浮液用真空泵抽干，真空度为0.09MPa，抽干后得到滤饼，向盛有滤饼的漏斗中加入240份蒸馏水，通过水洗除去氯化钠和没有反应的偶联剂后，130℃烘箱中干燥1.5h得到粉末状改性纳米硫酸钡；
（2）混料：将步骤（1）处理所得改性纳米硫酸钡和马来酸酐接枝聚乙烯、聚丙烯树脂、有机蒙脱土、增强剂置于高速混合机中70℃下混合5min；
（3）成型：将步骤（2）所得混合料送入双螺杆挤出机中，挤出机温度设定为150℃，通过口模和切粒机进行挤出造粒，形成粒料；将粒料通过吹塑机进行吹膜，吹塑温度为150℃，控制吹胀比为2.2，得到改性纳米硫酸钡增强聚丙烯膜。
以此组分制备的纳米硫酸钡增强聚丙烯膜的性能为：拉伸强度为43.64MPa；常温冲击强度为8.534KJ/m2；氧气透过率为498cm3·m-2·d-1。
实施例3
改性纳米硫酸钡增强聚丙烯膜，按重量份计：纳米硫酸钡25份、马来酸酐接枝聚乙烯3份、聚丙烯树脂60份、有机蒙脱土3份、偶联剂1份、增强剂8份。
所述纳米硫酸钡体征维度尺寸为1-100nm。所述偶联剂为酞酸酯偶联剂和或铝酸酯偶联剂。所述增强剂为微晶白云母。所述增容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
具体步骤为：
（1）改性纳米硫酸钡制取：
a、取纳米硫酸钡，加入265份无水乙醇，再加入1.2份的氯化钠，加热回流搅拌，控制温度在60℃，使得纳米硫酸钡完全分散形成悬浮液；
b、取纳米硫酸钡悬浮液加入烧杯中，恒温水浴锅加热至80℃，并保持恒温，然后加入偶联剂，采用高剪切混合乳化机调节改性的转速为5800r/min，控制改性时间为40min，对纳米硫酸钡进行改性；
c、改性完成后开始抽滤悬浮液用真空泵抽干，真空度为0.07MPa，抽干后得到滤饼，向盛有滤饼的漏斗中加入220份蒸馏水，通过水洗除去氯化钠和没有反应的偶联剂后，110℃烘箱中干燥2h得到粉末状改性纳米硫酸钡；
（2）混料：将步骤（1）处理所得改性纳米硫酸钡和马来酸酐接枝聚乙烯、聚丙烯树脂、有机蒙脱土、增强剂置于高速混合机中65℃下混合10min；
（3）成型：将步骤（2）所得混合料送入双螺杆挤出机中，挤出机温度设定为130℃，通过口模和切粒机进行挤出造粒，形成粒料；将粒料通过吹塑机进行吹膜，吹塑温度为140℃，控制吹胀比为2.5，得到改性纳米硫酸钡增强聚丙烯膜。
以此组分制备的纳米硫酸钡增强聚丙烯膜的性能为：拉伸强度为46.21MPa；常温冲击强度为8.128KJ/m2；氧气透过率为608cm3·m-2·d-1。

Claims (2)

1.一种改性纳米硫酸钡增强聚丙烯膜的制备方法，其特征是按重量份计步骤为：
（1）改性纳米硫酸钡制取：
a、取纳米硫酸钡10-30份，加入250-280份无水乙醇，再加入0.5-2份的氯化钠，加热回流搅拌，控制温度在55-70℃，使得纳米硫酸钡完全分散形成悬浮液；
b、取纳米硫酸钡悬浮液加入烧杯中，恒温水浴锅加热至70-90℃，并保持恒温，然后加入偶联剂0.1-5份，采用高剪切混合乳化机调节改性的转速为5500-6000 r/min，控制改性时间为30-50min，对纳米硫酸钡进行改性；
c、改性完成后开始抽滤悬浮液用真空泵抽干，真空度为0.05-0.09MPa，抽干后得到滤饼，向盛有滤饼的漏斗中加入200-240份蒸馏水，通过水洗除去氯化钠和没有反应的偶联剂后，110-130℃烘箱中干燥1.5-2h得到粉末状改性纳米硫酸钡；
（2）混料：将步骤（1）处理所得改性纳米硫酸钡和马来酸酐接枝聚乙烯3-10份、聚丙烯树脂60-80份、有机蒙脱土3-8份、增强剂7-10份置于高速混合机中60-70℃下混合5-15min；
（3）成型：将步骤（2）所得混合料送入双螺杆挤出机中，挤出机温度设定为130-150℃，通过口模和切粒机进行挤出造粒，形成粒料；将粒料通过吹塑机进行吹膜，吹膜温度为140-150℃，控制吹胀比为2.1-2.5，得到改性纳米硫酸钡增强聚丙烯膜。
2.如权利要求1所述改性纳米硫酸钡增强聚丙烯膜的制备方法，其特征是：所述增强剂为纳米高岭土和/或微晶白云母。
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