CN105801966B - 一种用于汽车尾气处理的交联高密度聚乙烯复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于汽车尾气处理的交联高密度聚乙烯复合材料，以交联高密度聚乙烯为载体，并将纳米掺铝氧化锡以及对羟基苯磺酸作为辅助催化剂，纳米TiO2作为主催化剂，同时通过特定的比例负载在交联高密度聚乙烯上，可大大提高纳米TiO2的催化效率，另外，本发明通过冷冻处理提高了材料的强度，并采用麦饭石和氯铂酸之间的相互作用提高了材料的抗老化性能，大大提高了材料的使用寿命，本发明所制备的产品适用于室外汽车尾气的净化处理。

Description

一种用于汽车尾气处理的交联高密度聚乙烯复合材料
技术领域
本发明属于汽车尾气处理用高分子材料领域，具体涉及一种用于汽车尾气处理的交联高密度聚乙烯复合材料。
背景技术
随着世界经济的快速发展，汽车工业也得到了迅猛的发展，汽车保有量飞速增长，然而随着汽车保有量的大幅提升，机动车尾气排放已成为我国城市大气主要污染源之一，汽车排放的主要污染物为一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物，微粒物以及硫化物等，对环境和人体健康的影响日趋严重，如何净化汽车尾气已然成为了人们研究的焦点之一。
目前解决汽车尾气可以采用机内净化和机外净化两种主要方式，然而上述方式能够在一定程度上减少汽车尾气的污染，但其效果不佳，减少程度有限，随着科学技术的进步，人们逐渐开发了半导体光催化剂，其在净化环境污染方面得到了广泛的应用。纳米半导体材料在光源的照射下，通过光能转换为化学能，进而将污染物完全转化为无害物质。例如，方佑玲等用硅烷偶联剂将纳米二氧化钛偶联至硅铝空心微球上，制备了漂浮于水面上的TiO2光催化剂，并以辛烷为代表，研究了水面油膜污染物的光催化分解，取得了较为满意的效果。然而目前研究的纳米半导体光催化剂其效果依然无法满足人们日益增长的需求，因此如何提高光催化剂的效率依然困扰着国内外的研究人员。
本发明通过将纳米TiO2材料负载在交联高密度聚乙烯上，并采用纳米掺铝氧化锡以及对羟基苯磺酸作为辅助催化剂，制备了一种用于汽车尾气处理的交联高密度聚乙烯复合材料。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种用于汽车尾气处理的交联高密度聚乙烯复合材料。发明人通过大量的研究，意外地发现将纳米掺铝氧化锡以及对羟基苯磺酸作为辅助催化剂，纳米TiO2作为主催化剂，并通过特定的比例负载在交联高密度聚乙烯上，可大大提高纳米TiO2的催化效率。
本发明的技术方案：
一种用于汽车尾气处理的交联高密度聚乙烯复合材料，其中交联高密度聚乙烯复合材料通过以下步骤制备而成：
(1)纳米TiO2的的预处理：
称取一定量的纳米TiO2置于混合器中，并将占纳米TiO2重量为0.36％-5.82％的羟甲基纤维素，以及占纳米TiO2重量为4.65％-15％的硅烷偶联剂置于混合器中，混合均匀后即得到预处理后的纳米TiO2；
(2)催化剂的制备：
称取50-60重量份的步骤(1)中制备的预处理后的纳米TiO2，20-40重量份的纳米掺铝氧化锡，0.01-0.5重量份的对羟基苯磺酸，1.2-2重量份的钛酸酯偶联剂置于混合器中，混合均匀后即得到所需的催化剂；
(3)制备交联高密度聚乙烯复合材料：
a)称取10-25重量份的交联高密度聚乙烯，40-60重量份的步骤(2)中制备的催化剂，5-8重量份的茂金属聚乙烯，6-10重量份的麦饭石，5-10重量份的马来酸酐接枝聚乙烯，2-4重量份的氯铂酸，1-3重量份的抗氧剂，0-2重量份的润滑剂；
b)将步骤a)中的交联高密度聚乙烯，茂金属聚乙烯加入到高速混合机中混合3-5小时后加入马来酸酐接枝聚乙烯和氯铂酸，继续混合2小时，再加入催化剂，继续混合5-8小时，最后加入剩余组分混合均匀；
c)将步骤b)中混合均匀的物料于-30-0℃冷冻24小时，之后将冷冻的物料置于室温环境中保持5-6小时，将所得物料再次置于高速混合机中混合3-4小时，之后将混合料加入到双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，即得到交联高密度聚乙烯复合材料。
所述交联高密度聚乙烯的DSC熔点为155-160℃。
所述马来酸酐接枝聚乙烯选自马来酸酐接枝高密度聚乙烯、马来酸酐接枝低密度聚乙烯、马来酸酐接枝线性低密度聚乙烯中的一种或几种。
所述抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂，主抗氧剂为受阻酚和硫酯类抗氧剂中的一种或几种组合，辅抗氧剂为亚磷酸盐或酯类抗氧剂中的一种或几种组合。所述的主抗氧剂为3114、1010、DSTP中的一种或几种的组合物；所述的辅抗氧剂为618、168中的一种或几种。
所述润滑剂选自硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸锌、硬脂酸钡、聚乙烯蜡、白油中的一种或几种。
本发明所制备的用于汽车尾气处理的交联高密度聚乙烯复合材料，相对于现有技术而言：
1、经本发明人大量研究表明，所述步骤(2)中的预处理后的纳米TiO2，纳米掺铝氧化锡，对羟基苯磺酸三者的重量比例应严格控制为50-60∶20-40∶0.01-0.5，三者之中任一组分的重量比过高或过低均无法达到预期的催化效果，三者在特定的重量比例下才能够发生预料不到的协同作用，并大大提高纳米TiO2的催化效率。
2、本发明以交联高密度聚乙烯为载体，克服了现有技术中普通载体不利于光催化剂催化效率提高的缺陷，同开拓了交联高密度聚乙烯的应用。
3、发明人意外地发现，当纳米掺铝氧化锡、对羟基苯磺酸与纳米二氧化钛共同使用时，相较于上述任意两种或一种催化剂使用时，其催化效率得到了较大程度的提高。
4、本发明特异性地通过冷冻处理提高了材料的强度，并采用麦饭石和氯铂酸之间的相互作用提高了材料的抗老化性能，大大提高了材料的使用寿命。
本发明所制备的交联高密度聚乙烯复合材料还具有优良的耐候性、力学性能、耐老化性能，可适用于室外汽车尾气的净化处理。
具体实施方式
下面结合具体实施例对上述方案进一步说明。本发明实施例中所用的原料均为市购产品，以下实施例以及比较例中所用交联高密度聚乙烯为同一型号，其DSC熔点在155-160℃范围内。
实施例1：
一种用于汽车尾气处理的交联高密度聚乙烯复合材料，其中交联高密度聚乙烯复合材料通过以下步骤制备而成：
(1)纳米TiO2的的预处理：
称取一定量的纳米TiO2置于混合器中，并将占纳米TiO2重量为0.36％的羟甲基纤维素，以及占纳米TiO2重量为4.65％的硅烷偶联剂置于混合器中，混合均匀后即得到预处理后的纳米TiO2；
(2)催化剂的制备：
称取50重量份的步骤(1)中制备的预处理后的纳米TiO2，25重量份的纳米掺铝氧化锡，0.1重量份的对羟基苯磺酸，1.2重量份的钛酸酯偶联剂置于混合器中，混合均匀后即得到所需的催化剂；
(3)制备交联高密度聚乙烯复合材料：
a)称取10重量份的交联高密度聚乙烯，40重量份的步骤(2)中制备的催化剂，5重量份的茂金属聚乙烯，6重量份的麦饭石，5重量份的马来酸酐接枝聚乙烯，4重量份的氯铂酸，1重量份的抗氧剂，2重量份的润滑剂；
b)将步骤a)中的交联高密度聚乙烯，茂金属聚乙烯加入到高速混合机中混合3-5小时后加入马来酸酐接枝聚乙烯和氯铂酸，继续混合2小时，再加入催化剂，继续混合5小时，最后加入剩余组分混合均匀；
c)将步骤b)中混合均匀的物料于-30℃冷冻24小时，之后将冷冻的物料置于室温环境中保持5小时，将所得物料再次置于高速混合机中混合3小时，之后将混合料加入到双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，即得到交联高密度聚乙烯复合材料。
比较例1：
一种用于汽车尾气处理的交联高密度聚乙烯复合材料，其中交联高密度聚乙烯复合材料通过以下步骤制备而成：
(1)纳米TiO2的的预处理：
称取一定量的纳米TiO2置于混合器中，并将占纳米TiO2重量为0.36％的羟甲基纤维素，以及占纳米TiO2重量为4.65％的硅烷偶联剂置于混合器中，混合均匀后即得到预处理后的纳米TiO2；
(2)催化剂的制备：
称取50重量份的步骤(1)中制备的预处理后的纳米TiO2，25重量份的纳米掺铝氧化锡，1.2重量份的钛酸酯偶联剂置于混合器中，混合均匀后即得到所需的催化剂；
(3)制备交联高密度聚乙烯复合材料：
a)称取10重量份的交联高密度聚乙烯，40重量份的步骤(2)中制备的催化剂，5重量份的茂金属聚乙烯，6重量份的麦饭石，5重量份的马来酸酐接枝聚乙烯，4重量份的氯铂酸，1重量份的抗氧剂，2重量份的润滑剂；
b)将步骤a)中的交联高密度聚乙烯，茂金属聚乙烯加入到高速混合机中混合3-5小时后加入马来酸酐接枝聚乙烯和氯铂酸，继续混合2小时，再加入催化剂，继续混合5小时，最后加入剩余组分混合均匀；
c)将步骤b)中混合均匀的物料于-30℃冷冻24小时，之后将冷冻的物料置于室温环境中保持5小时，将所得物料再次置于高速混合机中混合3小时，之后将混合料加入到双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，即得到交联高密度聚乙烯复合材料。
比较例2：
一种用于汽车尾气处理的交联高密度聚乙烯复合材料，其中交联高密度聚乙烯复合材料通过以下步骤制备而成：
(1)纳米TiO2的的预处理：
称取一定量的纳米TiO2置于混合器中，并将占纳米TiO2重量为0.36％的羟甲基纤维素，以及占纳米TiO2重量为4.65％的硅烷偶联剂置于混合器中，混合均匀后即得到预处理后的纳米TiO2；
(2)催化剂的制备：
称取50重量份的步骤(1)中制备的预处理后的纳米TiO2，0.1重量份的对羟基苯磺酸，1.2重量份的钛酸酯偶联剂置于混合器中，混合均匀后即得到所需的催化剂；
(3)制备交联高密度聚乙烯复合材料：
a)称取10重量份的交联高密度聚乙烯，40重量份的步骤(2)中制备的催化剂，5重量份的茂金属聚乙烯，6重量份的麦饭石，5重量份的马来酸酐接枝聚乙烯，4重量份的氯铂酸，1重量份的抗氧剂，2重量份的润滑剂；
b)将步骤a)中的交联高密度聚乙烯，茂金属聚乙烯加入到高速混合机中混合3-5小时后加入马来酸酐接枝聚乙烯和氯铂酸，继续混合2小时，再加入催化剂，继续混合5小时，最后加入剩余组分混合均匀；
c)将步骤b)中混合均匀的物料于-30℃冷冻24小时，之后将冷冻的物料置于室温环境中保持5小时，将所得物料再次置于高速混合机中混合3小时，之后将混合料加入到双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，即得到交联高密度聚乙烯复合材料。
比较例3：
一种用于汽车尾气处理的交联高密度聚乙烯复合材料，其中交联高密度聚乙烯复合材料通过以下步骤制备而成：
(1)纳米TiO2的的预处理：
称取一定量的纳米TiO2置于混合器中，并将占纳米TiO2重量为0.36％的羟甲基纤维素，以及占纳米TiO2重量为4.65％的硅烷偶联剂置于混合器中，混合均匀后即得到预处理后的纳米TiO2；
(2)催化剂的制备：
称取50重量份的步骤(1)中制备的预处理后的纳米TiO2，10重量份的纳米掺铝氧化锡，0.1重量份的对羟基苯磺酸，1.2重量份的钛酸酯偶联剂置于混合器中，混合均匀后即得到所需的催化剂；
(3)制备交联高密度聚乙烯复合材料：
a)称取10重量份的交联高密度聚乙烯，40重量份的步骤(2)中制备的催化剂，5重量份的茂金属聚乙烯，6重量份的麦饭石，5重量份的马来酸酐接枝聚乙烯，4重量份的氯铂酸，1重量份的抗氧剂，2重量份的润滑剂；
b)将步骤a)中的交联高密度聚乙烯，茂金属聚乙烯加入到高速混合机中混合3-5小时后加入马来酸酐接枝聚乙烯和氯铂酸，继续混合2小时，再加入催化剂，继续混合5小时，最后加入剩余组分混合均匀；
c)将步骤b)中混合均匀的物料于-30℃冷冻24小时，之后将冷冻的物料置于室温环境中保持5小时，将所得物料再次置于高速混合机中混合3小时，之后将混合料加入到双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，即得到交联高密度聚乙烯复合材料。
比较例4：
一种用于汽车尾气处理的交联高密度聚乙烯复合材料，其中交联高密度聚乙烯复合材料通过以下步骤制备而成：
(1)纳米TiO2的的预处理：
称取一定量的纳米TiO2置于混合器中，并将占纳米TiO2重量为0.36％的羟甲基纤维素，以及占纳米TiO2重量为4.65％的硅烷偶联剂置于混合器中，混合均匀后即得到预处理后的纳米TiO2；
(2)催化剂的制备：
称取50重量份的步骤(1)中制备的预处理后的纳米TiO2，25重量份的纳米掺铝氧化锡，0.005重量份的对羟基苯磺酸，1.2重量份的钛酸酯偶联剂置于混合器中，混合均匀后即得到所需的催化剂；
(3)制备交联高密度聚乙烯复合材料：
a)称取10重量份的交联高密度聚乙烯，40重量份的步骤(2)中制备的催化剂，5重量份的茂金属聚乙烯，6重量份的麦饭石，5重量份的马来酸酐接枝聚乙烯，4重量份的氯铂酸，1重量份的抗氧剂，2重量份的润滑剂；
b)将步骤a)中的交联高密度聚乙烯，茂金属聚乙烯加入到高速混合机中混合3-5小时后加入马来酸酐接枝聚乙烯和氯铂酸，继续混合2小时，再加入催化剂，继续混合5小时，最后加入剩余组分混合均匀；
c)将步骤b)中混合均匀的物料于-30℃冷冻24小时，之后将冷冻的物料置于室温环境中保持5小时，将所得物料再次置于高速混合机中混合3小时，之后将混合料加入到双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，即得到交联高密度聚乙烯复合材料。
将上面实施例1与比较例1-4制备的交联高密度聚乙烯复合材料按照同一标准注塑成所需样品，将样品置于特定的空间内，经光照相同的时间后，测量各空间内的一氧化氮和二氧化氮气体浓度，并计算得出相应的净化效率。
实施例1与比较例1-4所制备产品对NO、NO2的净化效率如下表所示：
试验 NO(％) NO2(％)
实施例1 98.6％ 96.7％
比较例1 23.3％ 21.8％
比较例2 25.6％ 24.7％
比较例3 34.2％ 32.1％
比较例4 33.5％ 31.4％
从实施例1和比较例1-4的性能比较中可以看出，催化剂种类以及相应重量比例的变化对其催化效率都有较大的影响。
上述实施例仅是为说明本发明而所举，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所做的等同替代和变换，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于汽车尾气处理的交联高密度聚乙烯复合材料，其中交联高密度聚乙烯复合材料通过以下步骤制备而成：
(1)纳米TiO2的的预处理：
称取一定量的纳米TiO2置于混合器中，并将占纳米TiO2重量为0.36％-5.82％的羟甲基纤维素，以及占纳米TiO2重量为4.65％-15％的硅烷偶联剂置于混合器中，混合均匀后即得到预处理后的纳米TiO2；
(2)催化剂的制备：
称取50-60重量份的步骤(1)中制备的预处理后的纳米TiO2，20-40重量份的纳米掺铝氧化锡，0.01-0.5重量份的对羟基苯磺酸，1.2-2重量份的钛酸酯偶联剂置于混合器中，混合均匀后即得到所需的催化剂；
(3)制备交联高密度聚乙烯复合材料：
a)称取10-25重量份的交联高密度聚乙烯，40-60重量份的步骤(2)中制备的催化剂，5-8重量份的茂金属聚乙烯，6-10重量份的麦饭石，5-10重量份的马来酸酐接枝聚乙烯，2-4重量份的氯铂酸，1-3重量份的抗氧剂，0-2重量份的润滑剂；
b)将步骤a)中的交联高密度聚乙烯，茂金属聚乙烯加入到高速混合机中混合3-5小时后加入马来酸酐接枝聚乙烯和氯铂酸，继续混合2小时，再加入催化剂，继续混合5-8小时，最后加入剩余组分混合均匀；
c)将步骤b)中混合均匀的物料于-30-0℃冷冻24小时，之后将冷冻的物料置于室温环境中保持5-6小时，将所得物料再次置于高速混合机中混合3-4小时，之后将混合料加入到双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，即得到交联高密度聚乙烯复合材料；
所述交联高密度聚乙烯的DSC熔点为155-160℃。
2.一种如权利要求1所述的用于汽车尾气处理的交联高密度聚乙烯复合材料，其特征在于，所述马来酸酐接枝聚乙烯选自马来酸酐接枝高密度聚乙烯、马来酸酐接枝低密度聚乙烯、马来酸酐接枝线性低密度聚乙烯中的一种或几种。
3.一种如权利要求1所述的用于汽车尾气处理的交联高密度聚乙烯复合材料，其特征在于，所述抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂。
4.一种如权利要求3所述的用于汽车尾气处理的交联高密度聚乙烯复合材料，其特征在于，所述主抗氧剂为受阻酚和硫酯类抗氧剂中的一种或几种。
5.一种如权利要求3所述的用于汽车尾气处理的交联高密度聚乙烯复合材料，其特征在于，所述辅抗氧剂为亚磷酸盐或酯类抗氧剂中的一种或几种。
6.一种如权利要求4所述的用于汽车尾气处理的交联高密度聚乙烯复合材料，其特征在于，所述主抗氧剂为3114、1010、DSTP中的一种或几种。
7.一种如权利要求5所述的用于汽车尾气处理的交联高密度聚乙烯复合材料，其特征在于，所述辅抗氧剂为618、168中的一种或几种。
8.一种如权利要求5所述的用于汽车尾气处理的交联高密度聚乙烯复合材料，其特征在于，辅抗氧剂为168。
9.一种如权利要求1所述的用于汽车尾气处理的交联高密度聚乙烯复合材料，其特征在于，所述润滑剂选自硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸锌、硬脂酸钡、聚乙烯蜡、白油中的一种或几种。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的交联高密度聚乙烯复合材料在汽车尾气处理中的应用，其特征在于，将权利要求1-9任一项所述的交联高密度聚乙烯复合材料应用在汽车尾气处理过程中。
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