CN106366416A - 一种抗老化聚乙烯塑料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抗老化聚乙烯塑料的制备方法，属于工程塑料制品制备技术领域，它将白炭黑、钛白粉、硼酸铝晶须、凹凸棒晶、硅灰石针状纤维、纳米蒙脱土、碳酸氢钠水溶液混合搅拌微波后，浸于氨基磺酸溶液中吸湿、超声波分散，取悬浮物超声波处理，将得到的上层悬浮物过滤洗涤烘干后的材料与硼酸镁晶须、增容剂、硅烷偶联剂、紫外线吸收剂、光稳定剂、抗氧剂混合搅拌、烘干，再加入聚乙烯塑料粉搅拌，在同向双螺杆熔融混练挤出得到抗老化聚乙烯塑料。与现有技术相比，本发明在高密度聚乙烯塑料中添加硼酸铝晶须，增溶剂，抗老化材料，紫外线吸收剂，光稳定剂，抗氧剂等，与聚乙烯塑料共混熔融制成一种具有高强度、抗老化功能的聚乙烯工程塑料。

Description

一种抗老化聚乙烯塑料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种抗老化聚乙烯塑料的制备方法，属于工程塑料制品制备技术领域。

背景技术

高密度聚乙烯(High Density Polyethylene，简称为“HDPE”)，是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂，为无毒、无味、无臭的白色材料，熔点约为130℃，比重比水轻，相对密度为0.941-0.960，具有良好的耐热性和耐寒性，在常温甚至在-40F低温度下均如此，不仅如此，它还具有较高的刚性和韧性，机械强度好，耐酸碱，耐有机溶剂，化学稳定性好。高密度聚乙烯被广泛用于电子电器中，如电冰箱容器、存储容器、家用厨具、通用机械零件等，也可加工制成薄膜、电线电缆护套、管材、渔网、各种中空制品、注塑制品、纤维等，被广泛用于农业、包装、电子电气、机械、汽车、日用杂品、石油工业等方面，可用包括诸如片材挤塑、薄膜挤出、管材或型材挤塑，吹塑、注塑和滚塑等很宽的不同加工法制造。

高密度聚乙烯易变形，易老化，易发脆，容易光氧化、热氧化、臭氧分解，在紫外线作用下容易发生降解，在大气、阳光和氧的作用下，会发生老化，变色、龟裂、变脆或粉化，丧失其力学性能。高密度聚乙烯易燃，离火后能继续燃烧，燃烧时会熔融，有液体滴落。

硅灰石针状纤维是一种三斜晶系，细板状晶体，集合体呈放射针状或纤维状，是塑料、橡胶制品较好的抗老化填充材料，可以提高塑料、橡胶制品的冲击强度、增强流动性以及改善抗拉强度、冲击强度、线性拉伸及模收缩率，无毒、耐化学腐蚀、热稳定性及尺寸稳定良好，有玻璃和珍珠光泽，低吸水率和吸油值，力学性能及电性能优良以及具有一定补强作用。

蒙脱土是一类由纳米厚度的表面带负电的硅酸盐片层，依靠层间的静电作用而堆积在一起构成的土状矿物，其晶体结构中的晶胞是由两层硅氧四面体中间夹一层铝氧八面体构成。具有独特的一维层状纳米结构和阳离子交换性特性，从而赋予蒙脱土诸多改性的可能和应用领域的扩大。经改性的蒙脱土具有很强的吸附能力，良好的分散性能，可以广泛应用高分子材料行业作为纳米聚合物高分子材料的添加剂，提高抗冲击、抗疲劳、尺寸稳定性及气体阻隔性能等，从而起到增强聚合物综合物理性能的作用，同时改善物料加工性能。在聚合物中的应用可以在聚合物时添加，也可以在熔融时共混添加。

晶须是以单晶形式生长而成的直径非常小(0.1-10um)、原子排列高度有序、强度接近完整晶体的理论值、有一定长径比(5-1000)的纤维材料，在热塑性高分子材料中加入少量晶须，便能既增强又增韧，还可提高耐热性等其它性能。

硼酸镁晶须又名焦硼酸镁晶须，外观为白色蓬松状固体，显微镜下观察为纤维状晶体，直径0.2-10μm，长度10-100μm，价格仅是碳化硅晶须的1/20-1/30，是当今复合材料最有希望广泛应用的晶须之一。在发达国家以晶须增强的复合材料被广泛应用在军事、航空航天材料、建筑、机械、桥梁、汽车、高分子材料、体育器材以及铝基、镁基合金增强，塑料复合材料增强，陶瓷复合材料增强，高分子材料增强等领域。硼酸镁晶须具有轻量化、高强度、高弹性模量、高硬度，耐高温、耐腐蚀以及良好的机械强度和电绝缘性等优异性能，无毒无害无污染。硼酸镁晶须增强塑料成型流动性好，接近于无填充的树脂，晶须可达到部件的任意角落，具有成型精度高、部件稳定性强、表面光滑等优点。以硼酸镁晶须为增强体的塑料材料在精密的工程塑料零部件和超薄壁零器件上已得到成功应用。硼酸镁晶须耐强碱，在溶剂中具有良好的分散性，适合进一步表面处理。

硼酸铝晶须是一种针状单晶纤维，属于正交系结构的晶体，直径0.5-1μm，长度10-30μm。这种晶须具有高的弹性模量、良好的机械强度、耐热性、耐化学药品性、耐酸性、电绝缘性、中子吸收性能以及与金属共价性等特点，不仅可以用于绝热、耐热和耐腐材料，也可用作热塑性树脂、热固性树脂、水泥、陶瓷和金属的补强剂。硼酸铝晶须具有优异的耐磨减磨性能、耐火阻燃性等。硼酸铝的价格较低，仅为碳化硅晶须的1/10-1/30，是一种有很大市场潜力的新型晶须材料。目前研究使用的基体树脂主要包括PP、PE、PVC、PS、PC、PA、聚酰亚胺、聚苯硫醚等，制得的复合材料具有优异的强度、刚度、耐磨性。

白炭黑可以强烈地反射紫外线，添加到聚乙烯树脂中可大大减少紫外线对聚乙烯的降解作用，从而达到延缓材料老化的目的。白炭黑颗粒比SiO2要小100—1000倍，将其添加到聚乙烯树脂中，有利于熔融加工成型表面光洁度。由于白炭黑的高流动性和小尺寸效应，使材料表面更加致密细洁，加之纳米颗粒的高强度，使聚乙烯的强度大大增强。

凹凸棒土的基本结构单元为棒状、针状、纤维状单晶体，简称凹凸棒晶，凹凸棒土中棒晶的含量一般＜50％，凹凸棒晶长约0.5-5μm，宽约0.01-0.10μm，表面布满凹凸相间的沟槽，莫氏硬度2-3级，加热到700-800℃，硬度＞5级，比重为2.05-2.32，添加在塑料中既作为着色剂，又具有补强、阻燃、防老化。

碳酸钙晶须用于改性塑料等热塑性材料表现出显著的增强、增韧作用。可以改善产品的热稳定性、抗老化性能；还可提升加工性能及制品的表面光洁度。

紫外线吸收剂UVP-327，能强烈吸收波长为270-380纳米的紫外线，化学稳定性好，挥发性极小，特别适用于聚乙烯和聚丙烯，与抗氧化剂并用为显著的协同效应，显著改善制品的热氧稳定性。抗氧剂1010对聚丙烯、聚乙烯有卓越的抗氧化性能，可有效地延长制品的使用期限。光稳定剂HPT，该品可用为聚乙烯和聚丙烯光稳定剂，可赋予制品优良的户外防老化性能。

多年来材料科技工作者针对聚乙烯塑料存在的缺陷，进行了大量的改性研究，以期制得具有强度高、耐磨、抗冲击、抗老化聚乙烯塑料。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种制作精细、高强、耐老化的聚乙烯塑料的制备方法。

本发明所述的一种抗老化聚乙烯塑料的制备方法，采用如下步骤：

A)按质量份数取0.6-1.0份白炭黑，0.6-1.0份金红石型钛白粉，0.4-0.8份月桂胺聚氧乙烯醚，1.0-1.5份表征参数直径为0.5-1μm、长度为10-25μm的硼酸铝晶须，0.3-0.5份表征参数长为0.5-5μm、宽为0.01-0.10μm凹凸棒晶，0.3-0.5份表征参数长径比为14-16:1硅灰石针状纤维，0.3-0.5份纳米蒙脱土，3.0-5.0份质量分数为20-30％的碳酸氢钠水溶液混合，在150-170℃过热蒸汽反应釜内搅拌汽蒸反应45-60min，在300-400℃条件下真空微波辐射2.5-3.5h，然后浸于80-120份质量分数为30％的氨基磺酸溶液中真空吸湿处理，吸透后加热至60-95℃超声波分散0.5-1.5h，再搅拌分散2.5-3.5h，取悬浮物；

B)按质量份数将步骤A)获得的2.0-4.0份悬浮物用60-100份含质量分数3-5％三聚磷酸钠分散液的去离子水在70-90℃下超声波处理20-40min，取上层悬浮物经100-150目过滤，蒸馏水洗涤干净，真空烘干，得到改性无机纳米材料；

C)按质量份数取步骤B)10-15份得到的改性无机纳米材料，10-15份表征参数直径为0.2-5μm、长度10-25μm的硼酸镁晶须，3.0-5.0份表征参数直径为0.5-3μm、长度为5-20μm的碳酸钙晶须，2.0-4.0份PE-g-MAH增容剂，5.0-10份质量分数为10-20％的KH-550硅烷偶联剂，0.4-0.6份紫外线吸收剂，0.15-0.2份光稳定剂，0.1-0.15份抗氧剂，80-90℃条件下在混合机中以450-550r/min的速度搅拌反应45-60min，在55-65℃条件下真空烘干，再加入250-350份高密度聚乙烯塑料粉，以250-350r/min的速度搅拌40-50min，在同向双螺杆熔融混练挤出得到抗老化聚乙烯塑料。

本发明所述的一种抗老化聚乙烯塑料的制备方法，采用如下步骤：

A)按质量份数取0.8份白炭黑，0.8份金红石型钛白粉，0.6份月桂胺聚氧乙烯醚，1.2份表征参数直径为0.7μm、长度为17μm的硼酸铝晶须，0.4份表征参数长为2.5μm、宽为0.05μm凹凸棒晶，0.4份表征参数长径比为15:1硅灰石针状纤维，0.4份纳米蒙脱土，4.0份质量分数为25％的碳酸氢钠水溶液混合，在160℃过热蒸汽反应釜内搅拌汽蒸反应50min，在350℃条件下真空微波辐射3h，然后浸于100份质量分数为30％的氨基磺酸溶液中真空吸湿处理，吸透后加热至75℃超声波分散1h，再搅拌分散3h，取悬浮物；

B)按质量份数将步骤A)获得的3.0份悬浮物用80份含质量分数4％三聚磷酸钠分散液的去离子水在80℃下超声波处理30min，取上层悬浮物经125目过滤，蒸馏水洗涤干净，真空烘干，得到改性无机纳米材料；

C)按质量份数取步骤B)12份得到的改性无机纳米材料，4.0份表征参数直径为2μm、长度为15μm的碳酸钙晶须，12份表征参数直径为2.5μm、长度17μm的硼酸镁晶须，3.0份PE-g-MAH增容剂，7.0份质量分数为15％的KH-550硅烷偶联剂，0.5份紫外线吸收剂，0.17份光稳定剂，0.12份抗氧剂，85℃条件下在混合机中以500r/min的速度搅拌反应50min，在60℃条件下真空烘干，再加入300份高密度聚乙烯塑料粉，以300r/min的速度搅拌45min，在同向双螺杆熔融混练挤出得到抗老化聚乙烯塑料。

与现有技术相比，本发明在高密度聚乙烯塑料中添加白炭黑、钛白粉、硼酸铝晶须，PE-g-MAH增溶剂，硅灰石针状纤维等抗老化材料，紫外线吸收剂，光稳定剂，抗氧剂等，与聚乙烯塑料共混熔融制成一种以微原纤维形态分散在聚乙烯塑料内部、具有高强度、抗老化功能的聚乙烯工程塑料。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明作详细的介绍：本发明所述的一种抗老化聚乙烯塑料的制备方法采用如下步骤：

A)按质量份数取0.6-1.0份白炭黑，0.6-1.0份金红石型钛白粉，0.4-0.8份月桂胺聚氧乙烯醚，1.0-1.5份表征参数直径为0.5-1μm、长度为10-25μm的硼酸铝晶须，0.3-0.5份表征参数长为0.5-5μm、宽为0.01-0.10μm凹凸棒晶，0.3-0.5份表征参数长径比为14-16:1硅灰石针状纤维，0.3-0.5份纳米蒙脱土，3.0-5.0份质量分数为20-30％的碳酸氢钠水溶液混合，在150-170℃过热蒸汽反应釜内搅拌汽蒸反应45-60min，在300-400℃条件下真空微波辐射2.5-3.5h，然后浸于80-120份质量分数为30％的氨基磺酸溶液中真空吸湿处理，吸透后加热至60-95℃超声波分散0.5-1.5h，再搅拌分散2.5-3.5h，取悬浮物；

B)按质量份数将步骤A)获得的2.0-4.0份悬浮物用60-100份含质量分数3-5％三聚磷酸钠分散液的去离子水在70-90℃下超声波处理20-40min，取上层悬浮物经100-150目过滤，蒸馏水洗涤干净，真空烘干，得到改性无机纳米材料；

C)按质量份数取步骤B)10-15份得到的改性无机纳米材料，10-15份表征参数直径为0.2-5μm、长度10-25μm的硼酸镁晶须，3.0-5.0份表征参数直径为0.5-3μm、长度为5-20μm的碳酸钙晶须，2.0-4.0份PE-g-MAH增容剂，5.0-10份质量分数为10-20％的KH-550硅烷偶联剂，0.4-0.6份紫外线吸收剂，0.15-0.2份光稳定剂，0.1-0.15份抗氧剂，80-90℃条件下在混合机中以450-550r/min的速度搅拌反应45-60min，在55-65℃条件下真空烘干，再加入250-350份高密度聚乙烯塑料粉，以250-350r/min的速度搅拌40-50min，在同向双螺杆熔融混练挤出得到抗老化聚乙烯塑料。

实施例1：一种抗老化聚乙烯塑料的制备方法，采用如下步骤：

A)按质量份数取0.6份白炭黑，0.6份金红石型钛白粉，0.4份月桂胺聚氧乙烯醚，1.0份表征参数直径为0.5μm、长度为10μm的硼酸铝晶须，0.3份表征参数长为0.5μm、宽为0.01μm凹凸棒晶，0.3份表征参数长径比为14:1硅灰石针状纤维，0.3份纳米蒙脱土，3.0份质量分数为20％的碳酸氢钠水溶液混合，在150℃过热蒸汽反应釜内搅拌汽蒸反应45min，在300℃条件下真空微波辐射2.5h，然后浸于80份质量分数为30％的氨基磺酸溶液中真空吸湿处理，吸透后加热至60℃超声波分散0.5h，再搅拌分散2.5h，取悬浮物；

B)按质量份数将步骤A)获得的2.0份悬浮物用60份含质量分数3％三聚磷酸钠分散液的去离子水在70℃下超声波处理20min，取上层悬浮物经100目过滤，蒸馏水洗涤干净，真空烘干，得到改性无机纳米材料；

C)按质量份数取步骤B)10份得到的改性无机纳米材料，10份表征参数直径为0.2μm、长度10μm的硼酸镁晶须，3.0份表征参数直径为0.5μm、长度为5μm的碳酸钙晶须，2.0份PE-g-MAH增容剂，5.0份质量分数为10％的KH-550硅烷偶联剂，0.4份紫外线吸收剂，0.15份光稳定剂，0.1份抗氧剂，80℃条件下在混合机中以450r/min的速度搅拌反应45min，在55℃条件下真空烘干，再加入250份高密度聚乙烯塑料粉，以250r/min的速度搅拌40min，在同向双螺杆熔融混练挤出得到抗老化聚乙烯塑料。

实施例2：一种抗老化聚乙烯塑料的制备方法，采用如下步骤：

A)按质量份数取0.8份白炭黑，0.8份金红石型钛白粉，0.6份月桂胺聚氧乙烯醚，1.2份表征参数直径为0.7μm、长度为17μm的硼酸铝晶须，0.4份表征参数长为2.5μm、宽为0.05μm凹凸棒晶，0.4份表征参数长径比为15:1硅灰石针状纤维，0.4份纳米蒙脱土，4.0份质量分数为25％的碳酸氢钠水溶液混合，在160℃过热蒸汽反应釜内搅拌汽蒸反应50min，在350℃条件下真空微波辐射3h，然后浸于100份质量分数为30％的氨基磺酸溶液中真空吸湿处理，吸透后加热至75℃超声波分散1h，再搅拌分散3h，取悬浮物；

B)按质量份数将步骤A)获得的3.0份悬浮物用80份含质量分数4％三聚磷酸钠分散液的去离子水在80℃下超声波处理30min，取上层悬浮物经125目过滤，蒸馏水洗涤干净，真空烘干，得到改性无机纳米材料；

C)按质量份数取步骤B)12份得到的改性无机纳米材料，12份表征参数直径为2.5μm、长度17μm的硼酸镁晶须，4.0份表征参数直径为2μm、长度为15μm的碳酸钙晶须，3.0份PE-g-MAH增容剂，7.0份质量分数为15％的KH-550硅烷偶联剂，0.5份紫外线吸收剂，0.17份光稳定剂，0.12份抗氧剂，85℃条件下在混合机中以500r/min的速度搅拌反应50min，在60℃条件下真空烘干，再加入300份高密度聚乙烯塑料粉，以300r/min的速度搅拌45min，在同向双螺杆熔融混练挤出得到抗老化聚乙烯塑料。

实施例3：一种抗老化聚乙烯塑料的制备方法，采用如下步骤：

A)按质量份数取1.0份白炭黑，1.0份金红石型钛白粉，0.8份月桂胺聚氧乙烯醚，1.5份表征参数直径为1μm、长度为25μm的硼酸铝晶须，0.5份表征参数长为5μm、宽为0.10μm凹凸棒晶，0.5份表征参数长径比为16:1硅灰石针状纤维，0.5份纳米蒙脱土，5.0份质量分数为30％的碳酸氢钠水溶液混合，在170℃过热蒸汽反应釜内搅拌汽蒸反应60min，在400℃条件下真空微波辐射3.5h，然后浸于120份质量分数为30％的氨基磺酸溶液中真空吸湿处理，吸透后加热至95℃超声波分散1.5h，再搅拌分散3.5h，取悬浮物；

B)按质量份数将步骤A)获得的4.0份悬浮物用100份含质量分数5％三聚磷酸钠分散液的去离子水在90℃下超声波处理40min，取上层悬浮物经150目过滤，蒸馏水洗涤干净，真空烘干，得到改性无机纳米材料；

C)按质量份数取步骤B)15份得到的改性无机纳米材料，15份表征参数直径为5μm、长度25μm的硼酸镁晶须，5.0份表征参数直径为3μm、长度为20μm的碳酸钙晶须，4.0份PE-g-MAH增容剂，10份质量分数为20％的KH-550硅烷偶联剂，0.6份紫外线吸收剂，0.2份光稳定剂，0.15份抗氧剂，90℃条件下在混合机中以550r/min的速度搅拌反应60min，在65℃条件下真空烘干，再加入350份高密度聚乙烯塑料粉，以350r/min的速度搅拌50min，在同向双螺杆熔融混练挤出得到抗老化聚乙烯塑料。

本发明所述的实施例并不限于以上所述实施例，通过前述公开的数值范围，在就具体实施例中进行任意替换，从而可以得到无数个实施例，对此不一一例举。

Claims (2)

1.一种抗老化聚乙烯塑料的制备方法，其特征在于该制备方法采用如下步骤：

A)按质量份数取0.6-1.0份白炭黑，0.6-1.0份金红石型钛白粉，0.4-0.8份月桂胺聚氧乙烯醚，1.0-1.5份表征参数直径为0.5-1μm、长度为10-25μm的硼酸铝晶须，0.3-0.5份表征参数长为0.5-5μm、宽为0.01-0.10μm凹凸棒晶，0.3-0.5份表征参数长径比为14-16:1硅灰石针状纤维，0.3-0.5份纳米蒙脱土，3.0-5.0份质量分数为20-30％的碳酸氢钠水溶液混合，在150-170℃过热蒸汽反应釜内搅拌汽蒸反应45-60min，在300-400℃条件下真空微波辐射2.5-3.5h，然后浸于80-120份质量分数为30％的氨基磺酸溶液中真空吸湿处理，吸透后加热至60-95℃超声波分散0.5-1.5h，再搅拌分散2.5-3.5h，取悬浮物；

B)按质量份数将步骤A)获得的2.0-4.0份悬浮物用60-100份含质量分数3-5％三聚磷酸钠分散液的去离子水在70-90℃下超声波处理20-40min，取上层悬浮物经100-150目过滤，蒸馏水洗涤干净，真空烘干，得到改性无机纳米材料；

C)按质量份数取步骤B)10-15份得到的改性无机纳米材料，10-15份表征参数直径为0.2-5μm、长度10-25μm的硼酸镁晶须，3.0-5.0份表征参数直径为0.5-3μm、长度为5-20μm的碳酸钙晶须，2.0-4.0份PE-g-MAH增容剂，5.0-10份质量分数为10-20％的KH-550硅烷偶联剂，0.4-0.6份紫外线吸收剂，0.15-0.2份光稳定剂，0.1-0.15份抗氧剂，80-90℃条件下在混合机中以450-550r/min的速度搅拌反应45-60min，在55-65℃条件下真空烘干，再加入250-350份高密度聚乙烯塑料粉，以250-350r/min的速度搅拌40-50min，在同向双螺杆熔融混练挤出得到抗老化聚乙烯塑料。

2.一种抗老化聚乙烯塑料的制备方法，其特征在于该制备方法采用如下步骤：

A)按质量份数取0.8份白炭黑，0.8份金红石型钛白粉，0.6份月桂胺聚氧乙烯醚，1.2份表征参数直径为0.7μm、长度为17μm的硼酸铝晶须，0.4份表征参数长为2.5μm、宽为0.05μm凹凸棒晶，0.4份表征参数长径比为15:1硅灰石针状纤维，0.4份纳米蒙脱土，4.0份质量分数为25％的碳酸氢钠水溶液混合，在160℃过热蒸汽反应釜内搅拌汽蒸反应50min，在350℃条件下真空微波辐射3h，然后浸于100份质量分数为30％的氨基磺酸溶液中真空吸湿处理，吸透后加热至75℃超声波分散1h，再搅拌分散3h，取悬浮物；

B)按质量份数将步骤A)获得的3.0份悬浮物用80份含质量分数4％三聚磷酸钠分散液的去离子水在80℃下超声波处理30min，取上层悬浮物经125目过滤，蒸馏水洗涤干净，真空烘干，得到改性无机纳米材料；

C)按质量份数取步骤B)12份得到的改性无机纳米材料，4.0份表征参数直径为2μm、长度为15μm的碳酸钙晶须，12份表征参数直径为2.5μm、长度17μm的硼酸镁晶须，3.0份PE-g-MAH增容剂，7.0份质量分数为15％的KH-550硅烷偶联剂，0.5份紫外线吸收剂，0.17份光稳定剂，0.12份抗氧剂，85℃条件下在混合机中以500r/min的速度搅拌反应50min，在60℃条件下真空烘干，再加入300份高密度聚乙烯塑料粉，以300r/min的速度搅拌45min，在同向双螺杆熔融混练挤出得到抗老化聚乙烯塑料。