CN106243468A - 一种聚乙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种聚乙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种聚乙烯复合材料及其制备方法，由以下重量份的组份制成：PE为60份‑80份；改性高岭土为20份‑40份；PE‑g‑GMA为0.2份‑0.6份；抗氧剂为0.1份‑0.5份；润滑剂为0.4份‑0.8份。本技术方案煅烧经过硬脂酸表面处理之后的高岭土在PE中的分散性得到改善，减少团聚，从而增强高岭土与PE的粘结强度,有利于PE复合材料物理性能的提高。

Description

一种聚乙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，特别是指一种聚乙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚乙烯(PE)是重要的热塑性聚合物，尺寸稳定性好，绝缘性佳，耐水、耐油，广泛应用于家用电器、机械配件、办公用品和通讯器材等领域。高岭土作为填料在塑料中已经得到了较好的应用，它不仅降低了高分子制品的成本，还能提升材料的部分物理性能。
但是现技术的高岭土与聚乙烯之间的相容性问题是困挠本领域的关键技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种聚乙烯复合材料及其制备方法的技术方案，以提高聚乙烯与高岭土之间的相容性，并提高聚乙烯复合材料的物理性能。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种聚乙烯复合材料，由以下重量份的组份制成：
所述改性高岭土的制备方法，包括以下步骤：
(1)将高岭土置于坩埚中，然后在马弗炉升温至480-600℃，煅烧2-3h后取出；
(2)将煅烧后的高岭土置于三口烧瓶中，加入一定量的硬脂酸，于90-120℃的恒温水浴中加热搅拌反应6-8h，抽滤、洗涤、干燥，得到改性高岭土。
优选地，步骤(2)中煅烧后的高岭土与硬脂酸的质量比为100-160：2-6。
所述PE-g-GMA的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚乙烯、甲基丙烯酸环氧丙酯和过氧化二异丙苯在密炼机反应5-10分钟，将接枝物PE-g-GMA取出，切碎成颗粒状；
(2)将步骤(1)的PE-g-GMA用二甲苯完全溶解，80-120℃下回流6-12h，向溶液中添加丙酮进行提纯；
(3)将步骤(2)溶液过滤，第二温度下真空干燥2-4h，得到提纯后的PE-g-GMA材料。
所述聚乙烯、所述甲基丙烯酸环氧丙酯和所述过氧化二异丙苯的质量比为50-70：10-30：2-6；所述密炼机包括顺次排布的六个温度区，一区温度120～160℃，二区温度170～200℃，三区温度170～200℃，四区温度170～200℃，五区温度170～200℃，六区温度170～200℃，机头温度170～200℃；螺杆转速180～260r/min。
所述抗氧剂为三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和1,3,5-三甲基-2,4,6-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲基)苯中的一种或多种。
所述润滑剂为硬脂酸钙或硬质酸钠中的一种或两种组合。
一种上述任一项聚乙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)称取重量份为60份-80份的聚乙烯、20份-40份的改性高岭土、0.2份-0.6份的PE-g-GMA、0.1份-0.5份的抗氧剂和0.4份-0.8份的润滑剂混合并搅拌均匀，得到混合料；
(2)将步骤(1)中得到的混合料挤出造粒，即得到聚乙烯复合材料。
步聚(1)中各原料在混合前先在100℃下干燥3h。
优选地，所述步骤(2)具体为：将步骤(1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒，其中，所述双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，第一温度区的温度为120℃～150℃，第二温度区的温度为170℃～200℃，第三温度区的温度为170℃～200℃，第四温度区的温度为170℃～200℃，第五温度区的温度为170℃～200℃，第六温度区的温度为170℃～200℃，所述双螺杆挤出机的机头温度为170℃～200℃，螺杆转速为120r/min～300r/min。
本发明的有益效果是：
本技术方案煅烧经过硬脂酸表面处理之后的高岭土在PE中的分散性得到改善，减少团聚，从而增强高岭土与PE的粘结强度,有利于PE复合材料物理性能的提高。
PE-g-GMA的加入既能够减少高岭土在PE中的团聚，又在无机填料和有机高聚物之间起到桥梁作用，形成模量梯度的界面过渡层，与高岭土产生很好的协同改性作用，提升复合材料的物理性能。
具体实施方式
以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。
本申请提供一种聚乙烯复合材料及其制备方法，由以下重量份的组分制成：
所述改性高岭土的制备方法，包括以下步骤：
(1)将高岭土置于坩埚中，然后在马弗炉升温至480-600℃，煅烧2-3h后取出。
(2)将煅烧后的高岭土置于三口烧瓶中，加入一定量的硬脂酸，于90-120℃的恒温水浴中加热搅拌反应6-8h，抽滤、洗涤、干燥。
优选地，步骤(2)中的高岭土、硬脂酸的质量比为(100-160)：(2-6)。
所述PE-g-GMA的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚乙烯(PE)、甲基丙烯酸环氧丙酯(GMA)和过氧化二异丙苯(DCP)在密炼机反应5-10分钟，将接枝物PE-g-GMA取出，切碎成颗粒状。
(2)将步骤(1)的PE-g-GMA用二甲苯完全溶解，80-120℃下回流6-12h，向溶液中添加丙酮进行提纯。
(3)将步骤(2)溶液过滤，80-120℃下真空干燥2-4h，得到提纯后的PE-g-GMA材料。
优选地，步骤(1)中的PE、GMA、DCP的质量比为(50-70)：(10-30)：(2-6)，所述的密炼机包括顺次排布的六个温度区，一区温度120～160℃，二区温度170～200℃，三区温度170～200℃，四区温度170～200℃，五区温度170～200℃，六区温度170～200℃，机头温度170～200℃；螺杆转速180～260r/min。
所述抗氧剂为三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯(Irganox168)、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(Irganox1010)和1,3,5-三甲基-2,4,6-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲基)苯(Irganox1330)中的一种或多种。
所述的润滑剂为硬脂酸钙或硬质酸钠中的一种或两种组合
一种上述任一项的聚乙烯复合材料及其制备方法，包括如下步骤：
(1)称取重量份为60份-80份的聚乙烯、20份-40份的改性高岭土、0.2份-0.6份的PE-g-GMA、0.1份-0.5份的抗氧剂和0.4份-0.8份的润滑剂混合并搅拌均匀，得到混合料；
(2)将步骤(1)中得到的混合料挤出造粒，即得到聚乙烯复合材料。
步骤(1)中各原料在混合前可先在100℃下干燥3h。
优选地，所述步骤(2)具体为：
将步骤(1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒，即得到聚乙烯复合材料，其中，所述双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，第一温度区的温度为120℃～150℃，第二温度区的温度为170℃～200℃，第三温度区的温度为170℃～200℃，第四温度区的温度为170℃～200℃，第五温度区的温度为170℃～200℃，第六温度区的温度为170℃～200℃，所述双螺杆挤出机的机头温度为170℃～200℃，螺杆转速为120r/min～300r/min。
本发明的各实施例中所用的原料如下：
PE(型号5502S)，武汉石化；GMA，宁波泰值化工；高岭土，山西金洋高岭土有限公司；抗氧剂(型号Irganox1010、Irganox168、Irganox1330)，瑞士汽巴精化；硬脂酸钙，湖北中料化工；硬质酸钠，湖北兴银河化工。
本发明所用的测试仪器如下：
ZSK30型双螺杆挤出机，德国W&P公司；密炼机，大连华韩橡塑；JL-1000型拉力试验机，广州市广才实验仪器公司生产；HTL900-T-5B型注射成型机，海太塑料机械有限公司生产；XCJ-500型冲击测试机，承德试验机厂生产；QT-1196型拉伸测试仪，东莞市高泰检测仪器有限公司；QD-GJS-B12K型高速搅拌机，北京恒奥德仪器仪表有限公司。
实施例1
(1)称取重量份为60份PE、20份改性高岭土、0.2份PE-g-GMA、0.1份Irganox1330和0.4份硬质酸钠混合并搅拌均匀，得到混合料；
(2)将步骤(1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒，即得到PE复合材料P1，其中，双螺杆挤出机的第一温度区的温度为120℃，第二温度区的温度为170℃，第三温度区的温度为170℃，第四温度区的温度为170℃，第五温度区的温度为170℃，第六温度区的温度为170℃，所述双螺杆挤出机的机头温度为170℃，螺杆转速为120r/min。
实施例2
(1)称取重量份为80份PE、40份改性高岭土、0.6份PE-g-GMA、0.2份Irganox1330、0.1份Irganox1010、0.2份Irganox168和0.8份硬质酸钙混合并搅拌均匀，得到混合料；
(2)将步骤(1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒，即得到PE复合材料P2，其中，双螺杆挤出机的第一温度区的温度为150℃，第二温度区的温度为200℃，第三温度区的温度为200℃，第四温度区的温度为200℃，第五温度区的温度为200℃，第六温度区的温度为200℃，所述双螺杆挤出机的机头温度为200℃，螺杆转速为300r/min。
实施例3
(1)称取重量份为70份PE、30份改性高岭土、0.4份PE-g-GMA、0.2份Irganox1330、0.1份Irganox168、0.3份硬质酸钙和0.3份硬质酸钠混合并搅拌均匀，得到混合料；
(2)将步骤(1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒，即得到PE复合材料P3，其中，双螺杆挤出机的第一温度区的温度为135℃，第二温度区的温度为185℃，第三温度区的温度为185℃，第四温度区的温度为185℃，第五温度区的温度为185℃，第六温度区的温度为185℃，所述双螺杆挤出机的机头温度为185℃，螺杆转速为210r/min。
实施例4
(1)称取重量份为75份PE、35份改性高岭土、0.2份PE-g-GMA、0.1份Irganox1010、0.1份Irganox168、0.3份硬质酸钙和0.5份硬质酸钠混合并搅拌均匀，得到混合料；
(2)将步骤(1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒，即得到PE复合材料P4,其中，双螺杆挤出机的第一温度区的温度为150℃，第二温度区的温度为190℃，第三温度区的温度为190℃，第四温度区的温度为190℃，第五温度区的温度为190℃，第六温度区的温度为190℃，所述双螺杆挤出机的机头温度为190℃，螺杆转速为240r/min。
实施例5
(1)称取重量份为65份PE、25份改性高岭土、0.3份PE-g-GMA、0.2份Irganox1330、0.1份Irganox168、0.3份硬质酸钙和0.1份硬质酸钠混合并搅拌均匀，得到混合料；
(2)将步骤(1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒，即得到PE复合材料P5,其中，双螺杆挤出机的第一温度区的温度为140℃，第二温度区的温度为195℃，第三温度区的温度为195℃，第四温度区的温度为195℃，第五温度区的温度为195℃，第六温度区的温度为195℃，所述双螺杆挤出机的机头温度为195℃，螺杆转速为250r/min。
对比例1
(1)称取重量份为65份PE、25份高岭土、0.2份Irganox1330、0.1份Irganox168、0.3份硬质酸钙和0.1份硬质酸钠混合并搅拌均匀，得到混合料；
(2)将步骤(1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒，即得到PE复合材料D1,其中，双螺杆挤出机的第一温度区的温度为140℃，第二温度区的温度为195℃，第三温度区的温度为195℃，第四温度区的温度为195℃，第五温度区的温度为195℃，第六温度区的温度为195℃，所述双螺杆挤出机的机头温度为195℃，螺杆转速为250r/min。
将上述实施例1-5及对比例1制备的聚乙烯复合材料用注塑机制成样条测试，测试数据如下表：
通过上表对比可看出，本发明制得的聚乙烯复合材料较对比例中聚乙烯相比，物理性能(拉伸强度、弯曲模量、悬臂梁缺口冲击强度)均得到了很大的提高，这大大扩展聚乙烯复合材料的应用领域，具有非常现实的意义。
以上仅是本发明的优选实施方式的描述，应当指出，由于文字表达的有限性，而在客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种聚乙烯复合材料，其特征在于，由以下重量份的组份制成：
所述改性高岭土的制备方法，包括以下步骤：
(1)将高岭土置于坩埚中，然后在马弗炉升温至480-600℃，煅烧2-3h后取出；
(2)将煅烧后的高岭土置于三口烧瓶中，加入一定量的硬脂酸，于90-120℃的恒温水浴中加热搅拌反应6-8h，抽滤、洗涤、干燥，得到改性高岭土。
2.根据权利要求1所述的聚乙烯复合材料，其特征在于，步骤(2)中煅烧后的高岭土与硬脂酸的质量比为100-160：2-6。
3.根据权利要求1所述的聚乙烯复合材料，其特征在于，所述PE-g-GMA的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚乙烯、甲基丙烯酸环氧丙酯和过氧化二异丙苯在密炼机反应5-10分钟，将接枝物PE-g-GMA取出，切碎成颗粒状；
(2)将步骤(1)的PE-g-GMA用二甲苯完全溶解，80-120℃下回流6-12h，
向溶液中添加丙酮进行提纯；
(3)将步骤(2)溶液过滤，第二温度下真空干燥2-4h，得到提纯后的PE-g-GMA材料。
4.根据权利要求3所述的聚乙烯复合材料，其特征在于，所述聚乙烯、所述甲基丙烯酸环氧丙酯和所述过氧化二异丙苯的质量比为50-70：10-30：
2-6；所述密炼机包括顺次排布的六个温度区，一区温度120～160℃，二区温度170～200℃，三区温度170～200℃，四区温度170～200℃，五区温度170～200℃，六区温度170～200℃，机头温度170～200℃；螺杆转速180～260r/min。
5.根据权利要求1所述的聚乙烯复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和1,3,5-三甲基-2,4,6-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲基)苯中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的聚乙烯复合材料，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸钙或硬质酸钠中的一种或两种组合。
7.一种上述权利要求1至6中任一项所述的聚乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)称取重量份为60份-80份的聚乙烯、20份-40份的改性高岭土、0.2份-0.6份的PE-g-GMA、0.1份-0.5份的抗氧剂和0.4份-0.8份的润滑剂混合并搅拌均匀，得到混合料；
(2)将步骤(1)中得到的混合料挤出造粒，即得到聚乙烯复合材料。
8.根据权利要求7所述的聚乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，步聚(1)中各原料在混合前先在100℃下干燥3h。
9.根据权利要求7所述的聚乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)具体为：将步骤(1)中得到的混合料投入到双螺杆挤出机的料斗中挤出造粒，其中，所述双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，第一温度区的温度为120℃～150℃，第二温度区的温度为170℃～200℃，第三温度区的温度为170℃～200℃，第四温度区的温度为170℃～200℃，第五温度区的温度为170℃～200℃，第六温度区的温度为170℃～200℃，所述双螺杆挤出机的机头温度为170℃～200℃，螺杆转速为120r/min～300r/min。
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