CN107216530A - 一种pe复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种PE复合材料及其制备方法，PE复合材料其组成按重量份由以下组分组成：PE为80份‑100份；改性硅灰石为10份‑20份；抗氧剂为0.1份‑0.5份；润滑剂为0.1份‑0.3份。本申请中，稀土溶液处理剂中的醇羟基可以与硅灰石表面的硅羟基发生了化学结合，这有利于改善云母粉在聚烯烃基体中的分散；通过制得一种以硅灰石为核、以PE为壳的改性硅灰石，该结构的形成使得在接触界面与PE有很好的相容性，而作为核的硅灰石贡献二维平面增强作用，很好地解决了材料之间的相容性问题。

Description

一种PE复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高分子材料技术领域，特别是指一种PE复合材料及其制备方法。
背景技术
硅灰石是一种常见的无机填料，可用作增强高聚物基复合材料，硅灰石和高分子材料的相容性差，这严重限制了硅灰石改性高聚物的应用。
但是新型的改性硅灰石，用来改性高聚物尚没有见于报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种PE复合材料及其制备方法，以解决硅灰石改性高聚物的性能，扩展PE复合材料的应用。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种PE复合材料，其组成按重量份由以下组分组成：
所述改性硅灰石的制备方法，具体步骤为：
(1)先将硅灰石与稀土溶液在高速搅拌机里进行混合，混合时间20-30min，得到初步改性硅灰石；
(2)称取一定量的甲苯、初步改性硅灰石和催化剂放入反应釜内，通乙烯气至乙烯溶解平衡，体系总压强维持在160-180kPa，温度为60-80℃，反应4-8h；
(3)将产物过滤，经醇洗涤数次，放入真空干燥箱里烘干，即得到改性硅灰石。
步骤(1)中所述硅灰石为2500目-6000目的针状硅灰石，所述稀土溶液为氯化镧溶液，所述硅灰石和所述氯化镧溶液的质量比为(100-120)：(0.2-0.8)，所述的高速搅拌机的转速为200-320r/min。
步骤(2)中的所述甲苯、所述初步改性硅灰石及所述催化剂的质量比为(80-100)：(20-28)：(0.1-0.3)，所述催化剂为APE-1茂金属催化剂。
步骤(3)中的所述醇为乙醇、正丁醇或乙二醇，所述真空干燥箱温度为70-90℃。
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]季戊四醇酯或1，3，5-三甲基-2，4，6-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲基)苯中的一种或几种的混合。
所述润滑剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙或硬脂酸钾中的一种或多种。
上述任一项PE复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取80份-100份的PE、10份-20份改性硅灰石、0.1份-0.5份抗氧剂、0.1份-0.3份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PE复合材料。
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，一区温度140～160℃，二区温度180～200℃，三区温度180～200℃，四区温度180～200℃，五区温度180～200℃，六区温度180～200℃，机头温度180～200℃,螺杆转速200～280r/min。
本发明的有益效果是：
1、稀土溶液处理剂中的醇羟基可以与硅灰石表面的硅羟基发生了化学结合，这有利于改善云母粉在聚烯烃基体中的分散。
2、本申请制得一种以硅灰石为核、以PE为壳的改性硅灰石，该结构的形成使得在接触界面与PE有很好的相容性，而作为核的硅灰石贡献二维平面增强作用，很好地解决了材料之间的相容性问题。
具体实施方式
以下通过实施例来详细说明本发明技术方案，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。
本申请的各实施例中所用的原料如下：
PE(型号5070)，盘锦乙烯；硅灰石，辽宁天石矿业；氯化镧溶液，实验室自备；催化剂(型号APE-1)，北京化工研究院；甲苯，蚌埠华海化工；乙醇，国药集团化学有限公司；正丁醇，骏业化工有限公司；乙二醇，国药集团化学有限公司；
本申请各实施例中所用的测试仪器如下：
ZSK30型双螺杆挤出机，德国W&P公司；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。
本申请提供一种PE复合材料，其组成按重量份由以下组分组成：
改性硅灰石的制备方法，具体步骤为：
(1)先将硅灰石与稀土溶液在高速搅拌机里进行混合，混合时间20-30min，得到初步改性硅灰石；
(2)称取一定量的甲苯、初步改性硅灰石和催化剂放入反应釜内，通乙烯气至乙烯溶解平衡，体系总压强维持在160-180kPa，温度为60-80℃，反应4-8h；
(3)将产物过滤，经醇洗涤数次，放入真空干燥箱里烘干，即得到改性硅灰石。
步骤(1)中硅灰石为2500目-6000目的针状硅灰石，稀土溶液为氯化镧溶液，硅灰石和氯化镧溶液的质量比为(100-120)：(0.2-0.8)，的高速搅拌机的转速为200-320r/min。
步骤(2)中的甲苯、初步改性硅灰石及催化剂的质量比为(80-100)：(20-28)：(0.1-0.3)，催化剂为APE-1茂金属催化剂。
步骤(3)中的醇为乙醇、正丁醇或乙二醇，真空干燥箱温度为70-90℃。
抗氧剂为巴斯夫公司的三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯(简称Irganox168)、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(简称Irganox1010)或1，3，5-三甲基-2，4，6-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲基)苯(简称Irganox1330)中的一种或几种的混合。
润滑剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙或硬脂酸钾中的一种或多种。
上述任一项PE复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取80份-100份的PE、10份-20份改性硅灰石、0.1份-0.5份抗氧剂、0.1份-0.3份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PE复合材料。
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，双螺杆挤出机包括顺次排布的六个温度区，一区温度140～160℃，二区温度180～200℃，三区温度180～200℃，四区温度180～200℃，五区温度180～200℃，六区温度180～200℃，机头温度180～200℃,螺杆转速200～280r/min。
制备例1
(1)将1kg2500目的硅灰石与2g氯化镧溶液在高速搅拌机里进行混合，转速为200r/min，混合时间20min，得到初步改性硅灰石。
(2)称取800g甲苯、200g初步改性硅灰石和1gAPE-1茂金属催化剂放入反应釜内，通乙烯气至乙烯溶解平衡，体系总压强维持在160kPa，温度为60℃，反应4h；
(3)将产物过滤，经乙醇洗涤数次，放入70℃真空干燥箱里烘干，即得到改性硅灰石。
实施例1
(1)称取80份的PE、10份制备例1的改性硅灰石、0.1份Irganox168、0.1份硬脂酸锌混合并搅拌均匀，得到混合料；
(2)将步骤(1)中得到的混合料挤出造粒，即得到PE复合材料P1。
其中双螺杆挤出机各区温度及螺杆转速分别为：一区温度140℃，二区温度180℃，三区温度180℃，四区温度180℃，五区温度180℃，六区温度180℃，机头温度180℃,螺杆转速200r/min。
制备例2
(1)将1.2kg6000目的硅灰石与8g氯化镧溶液在高速搅拌机里进行混合，转速为320r/min，混合时间30min，得到初步改性硅灰石。
(2)称取1kg甲苯、280g改性硅灰石和3gAPE-1茂金属催化剂放入反应釜内，通乙烯气至乙烯溶解平衡，体系总压强维持在180kPa，温度为80℃，反应8h；
(3)将产物过滤，经正丁醇洗涤数次，放入90℃真空干燥箱里烘干，即得到改性硅灰石。
实施例2
(1)称取100份的PE、20份制备例2的改性硅灰石、0.1份Irganox168、0.2份Irganox1010、0.2份Irganox1330、0.15份硬脂酸钙、0.15份硬脂酸锌混合并搅拌均匀，得到混合料；
(2)将步骤(1)中得到的混合料挤出造粒，即得到PE复合材料P2。
其中双螺杆挤出机各区温度及螺杆转速分别为：一区温度160℃，二区温度200℃，三区温度200℃，四区温度200℃，五区温度200℃，六区温度200℃，机头温度200℃,螺杆转速280r/min。
制备例3
(1)将1.1kg3000目的硅灰石与5g氯化镧溶液在高速搅拌机里进行混合，转速为260r/min，混合时间25min，得到初步改性硅灰石。
(2)称取900g甲苯、240g改性硅灰石和2gAPE-1茂金属催化剂放入反应釜内，通乙烯气至乙烯溶解平衡，体系总压强维持在170kPa，温度为70℃，反应6h；
(3)将产物过滤，经乙二醇洗涤数次，放入80℃真空干燥箱里烘干，即得到改性硅灰石。
实施例3
(1)称取90份的PE、15份制备例3的改性硅灰石、0.1份Irganox168、0.2份Irganox1010、0.1份硬脂酸锌、0.1份硬脂酸钾混合并搅拌均匀，得到混合料；
(2)将步骤(1)中得到的混合料挤出造粒，即得到PE复合材料P3。
其中双螺杆挤出机各区温度及螺杆转速分别为：一区温度150℃，二区温度190℃，三区温度190℃，四区温度190℃，五区温度190℃，六区温度190℃，机头温度190℃；螺杆转速240r/min。
制备例4
(1)将1.2kg5000目的硅灰石与7g氯化镧溶液在高速搅拌机里进行混合，转速为280r/min，混合时间24min，得到初步改性硅灰石。
(2)称取850g甲苯、260g改性硅灰石和3gAPE-1茂金属催化剂放入反应釜内，通乙烯气至乙烯溶解平衡，体系总压强维持在160kPa，温度为80℃，反应8h；
(3)将产物过滤，经乙二醇洗涤数次，放入90℃真空干燥箱里烘干，即得到改性硅灰石复合材料。
实施例4
(1)称取85份的PE、18份制备例4的改性硅灰石、0.1份Irganox1010、0.2份Irganox1330、0.1份硬脂酸钙、0.1份硬脂酸锌混合并搅拌均匀，得到混合料；
(2)将步骤(1)中得到的混合料挤出造粒，即得到PE复合材料P4。
其中双螺杆挤出机各区温度及螺杆转速分别为：一区温度155℃，二区温度195℃，三区温度195℃，四区温度195℃，五区温度195℃，六区温度195℃，机头温度195℃；螺杆转速260r/min。
制备例5
(1)将1kg4500目的硅灰石与3g氯化镧溶液在高速搅拌机里进行混合，转速为290r/min，混合时间28min，得到初步改性硅灰石。
(2)称取950g甲苯、260g改性硅灰石和3gAPE-1茂金属催化剂放入反应釜内，通乙烯气至乙烯溶解平衡，体系总压强维持在175kPa，温度为75℃，反应7h；
(3)将产物过滤，经乙醇洗涤数次，放入85℃真空干燥箱里烘干，即得到改性硅灰石。
实施例5
(1)称取88份的PE、14份制备例5的改性硅灰石、0.2份Irganox1010、0.2份Irganox1330、0.1份硬脂酸钙、0.2份硬脂酸钾混合并搅拌均匀，得到混合料；
(2)将步骤(1)中得到的混合料挤出造粒，即得到PE复合材料P4。
其中双螺杆挤出机各区温度及螺杆转速分别为：一区温度145℃，二区温度185℃，三区温度185℃，四区温度185℃，五区温度185℃，六区温度185℃，机头温度185℃；螺杆转速255r/min。
对比例1
(1)称取85份的PE、15份硅灰石、0.2份Irganox1010、0.2份Irganox1330、0.1份硬脂酸钙、0.1份硬脂酸钾混合并搅拌均匀，得到混合料；
(2)将步骤(1)中得到的混合料挤出造粒，即得到PE复合材料D1。
其中双螺杆挤出机各区温度及螺杆转速分别为：一区温度145℃，二区温度185℃，三区温度185℃，四区温度185℃，五区温度185℃，六区温度185℃，机头温度185℃；螺杆转速255r/min。
将上述应用例1-5及比例1制备的PE复合材料用注塑机制成样条,其产品性能数据如下表所示:
由上表可以看出：
实施例1-5的拉伸强度、弯曲强度、悬臂梁冲击强度要比对比例1的要大，这说明加入改性硅灰石改性PE比单纯加入硅灰石的物理性能更好。
这表明本申请制备的PE复合材料很好地解决了材料之间的相容性问题，有利于得到性能优良的高分子复合材料。
以上公开的仅为本申请的几个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (8)

1.一种PE复合材料，其特征在于，其组成按重量份由以下组分组成：
所述改性硅灰石的制备方法，具体步骤为：
(1)先将硅灰石与稀土溶液在高速搅拌机里进行混合，混合时间20-30min，得到初步改性硅灰石；
(2)称取一定量的甲苯、初步改性硅灰石和催化剂放入反应釜内，通乙烯气至乙烯溶解平衡，体系总压强维持在160-180kPa，温度为60-80℃，反应4-8h；
(3)将产物过滤，经醇洗涤数次，放入真空干燥箱里烘干，即得到改性硅灰石。
2.根据权利要求1所述的PE复合材料，其特征在于，步骤(1)中所述硅灰石为2500目-6000目的针状硅灰石，所述稀土溶液为氯化镧溶液，所述硅灰石和所述氯化镧溶液的质量比为(100-120)：(0.2-0.8)，所述的高速搅拌机的转速为200-320r/min。
3.根据权利要求1所述的PE复合材料，其特征在于，步骤(2)中的所述甲苯、所述初步改性硅灰石及所述催化剂的质量比为(80-100)：(20-28)：(0.1-0.3)，所述催化剂为APE-1茂金属催化剂。
4.根据权利要求1所述的PE复合材料，其特征在于，步骤(3)中的所述醇为乙醇、正丁醇或乙二醇，所述真空干燥箱温度为70-90℃。
5.根据权利要求1所述的PE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]季戊四醇酯或1，3，5-三甲基-2，4，6-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲基)苯中的一种或几种的混合。
6.根据权利要求1所述的PE复合材料，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙或硬脂酸钾中的一种或多种。
7.上述权利要求1至6中其特征在于，任一项PE复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取80份-100份的PE、10份-20份改性硅灰石、0.1份-0.5份抗氧剂、0.1份-0.3份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PE复合材料。
8.根据权利要求7所述的PE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，一区温度140～160℃，二区温度180～200℃，三区温度180～200℃，四区温度180～200℃，五区温度180～200℃，六区温度180～200℃，机头温度180～200℃,螺杆转速200～280r/min。
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