CN108384089A - 一种改性高密度聚乙烯材料及其制备方法 - Google Patents

一种改性高密度聚乙烯材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种改性高密度聚乙烯材料,该改性高密度聚乙烯材料由高密度聚乙烯和活性纳米碳酸钙组成,所述活性纳米碳酸钙由预处理纳米碳酸钙与改性剂按照重量比100:2~4组成,所述的活性纳米碳酸钙由预处理纳米碳酸钙经改性剂表面化学和物理改性制得,所述的改性剂为端胺基多元醇酯化合物或一种环链式多元聚合物。

Description

一种改性高密度聚乙烯材料及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种高分子材料及其制备方法,具体涉及一种改性高密度聚乙烯材料 及其制备方法。
背景技术
[0002] 高密度聚乙烯(HDPE)为白色粉末或颗粒状产品.无毒,无味,结晶度为80 %〜 90%,软化点为125〜135°C,使用温度可达100°C ;硬度、拉伸强度和蠕变性优于低密度聚乙 烯;耐磨性、电绝缘性、韧性及耐寒性较好;化学稳定性好,在室温条件下,不溶于任何有机 溶剂,耐酸、碱和各种盐类的腐蚀;而广泛用于工业、农业、医药、卫生和日常生活用品等领 域。
[0003] 目前改性HDPE材料品种很多,特别是填充剂(如碳酸钙、滑石粉、玻璃微珠等)改性 HDPE较多。填充剂表面处理采用的处理剂主要有硬脂酸、硬脂酸盐、钛酸酯偶联剂、硅烷偶 联剂铝酸酯偶联剂等,其目的可降低其成本,增加填充剂与HDPE的相容性。但普通的硬脂酸 或硬脂酸盐包覆处理填充剂对改善与HDPE的相容性不佳,钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂铝酸 酯偶联剂应用时易发生水解现象,影响使用效果。所以上述硬脂酸、硬脂酸盐、钛酸酯偶联 剂、硅烷偶联剂铝酸酯偶联剂等对填充剂的应用效果存在一定缺陷。
[0004] 本发明采用改性剂自制活性纳米碳酸钙,制备改性HDPE材料。自制活性纳米碳酸 钙采用的预处理纳米碳酸钙具有比表面积大,而且不易团聚,使用端胺基多元醇酯化合物 或一种环链式多元聚合物作为改性剂,对预处理纳米碳酸钙进行表面物理和化学改性,能 有效提高活性纳米碳酸钙与HDPE的亲和性和相容性,能有效改善HDPE的力学性能、成型加 工性能,满足工程应用需要。
发明内容
[0005] 本发明的目的之一在于解决上述问题,提供一种具有使用方法简便、灵活,可满足 特定应用要求的产品生产,同时具有较好的力学性能、成型加工性能、生产成本较低、生产 工序简单的改性高密度聚乙烯(HDPE)材料。
[0006] 本发明的另一目的在于提供上述改性高密度聚乙烯材料的制备方法。
[0007] 本发明所述的改性高密度聚乙烯材料由下述重量份的组分组成:高密度聚乙烯 100份,活性纳米碳酸钙5〜30份。
[0008] 优选的改性高密度聚乙烯材料由下述重量份的组分组成:高密度聚乙烯100份,活 性纳米碳酸钙10份。
[0009] 优选的改性高密度聚乙烯材料由下述重量份的组分组成:高密度聚乙烯100份,活 性纳米碳酸钙15份。
[0010] 优选的高密度聚乙烯材料为PE-100或PE-80树脂。
[0011] 优选的活性纳米碳酸钙由预处理纳米碳酸钙与改性剂按照重量比100:2〜4组成, 更优选100:3,所述的活性纳米碳酸钙由预处理纳米碳酸钙经改性剂表面化学和物理改性 制得,预处理纳米碳酸钙d5Q<100nm,比表面积为1700〜1800m2/g;所述的改性剂优选为端胺 基多元醇酯化合物或一种环链式多元聚合物。
[0012] 优选的本发明所述的预处理纳米碳酸钙是采用硬脂酸钠对纳米碳酸钙进行湿法 表面包覆处理,经干燥获得,预处理纳米碳酸钙由硬脂酸钠与纳米碳酸钙按照重量比1〜 1.5:100组成,优选的预处理纳米碳酸钙由硬脂酸钠与纳米碳酸钙按照1.5:100重量比组 成。
[0013] 优选的本发明所述的端胺基多元醇酯化合物其外观白色或微黄粉粒状,熔融温度 不低于50°C,分解温度多280°C,加热溶于有机溶剂;所述一种环链式多元聚合物的外观为 白色或微黄色粘稠液体,PH值小于6.0,比重为0.90〜I. Og/ml,分解温度彡280°C,可溶于有 机溶剂,不溶液于水。
[0014] 本发明所述的改性高密度聚乙烯材料的制备方法,包括以下步骤:(1)活性纳米碳 酸钙的制备:按照配方称取预处理纳米碳酸钙、改性剂,先将预处理纳米碳酸钙倒入高速混 合机中高速混合4〜6min,再将改性剂倒入高速混合机中高速混合5〜7min,混合温度为110 〜120°C,得到活性纳米碳酸钙;
[0015] (2)按配方分别称取步骤⑴所得的活性纳米碳酸钙和高密度聚乙烯,倒入高速混 合机中混合4〜5min,混合温度90〜100°C,得到高密度聚乙烯和活性纳米碳酸钙混合物料;
[0016] (3)将步骤(2)所得的高密度聚乙烯和活性纳米碳酸钙混合材料,送入到双螺杆挤 出机中熔融挤出,所挤出的条料经模头进入水槽冷却,经过切粒机切粒和干燥处理,即得改 性高密度聚乙烯材料。
[0017] 优选的本发明所述的改性高密度聚乙烯材料的制备方法所述步骤(3)中,双螺杆 挤出机各区的温度为:Τι = 140 〜150°C,T2 = 150〜160°C,T3 = 160〜170°C,T4=170〜180
Figure CN108384089AD00041
T模=190〜200°C,双螺杆挤出机各区的温度更优选为为:T1 = 145°C,T2 = 155°C,T3 = 165°C,
Figure CN108384089AD00042
[0018] 本发明制备的改性高密度聚乙烯材料优选的应用于排水管中的制备。
[0019] 本发明所述的高密度聚乙烯以下简称HDPE
[0020] 本发明的改性HDPE材料采用自制的活性纳米碳酸钙,其比表面积1700〜1800m2/ g,粒径D5Q< IOOnm,具有以下优点:
[0021] 1.经预处理和表面化学和物理改性的纳米活性碳酸钙,在HDPE基体中分散效果 好,两者界面通过化学作用和物理作用,起到显著的增强增韧效果;
[0022] 2.经预处理和表面化学和物理改性的纳米活性碳酸钙,具有良好的界面润滑作 用,有利于改善高粘度的HDPE基料的成型加工性。随着活性纳米碳酸钙用量的增加,改性高 粘度的HDPE基料溶体流动性增加。
[0023] 3.本发明的改性HDPE材料比普通填充改性HDPE材料具有更高的综合力学性能,且 成本低,有利于市场推广应用。
具体实施方式
[0024] 实施例1
[0025] 本实施例的改性HDPE材料由下述重量的组分制成:
[0026] PE-100的HDPE树脂:25kg活性纳米碳酸钙:5kg
[0027] 上述改性HDPE材料的制备方法具有以下步骤:
[0028] (1)活性纳米碳酸钙制备:按照配方称取50kg预处理纳米碳酸钙和和1.5kg端胺基 多元醇酯化合物。先将预处理纳米碳酸钙倒入高速混合机中高速混合5min,再将改性剂端 胺基多元醇酯化合物,倒入高速混合机中高速混合6min,混合温度为120°C,得到自制活性 纳米碳酸钙,待用。
[0029] (2)按配方分别称取步骤⑴所得的活性纳米碳酸钙5kg和PE-100HDPE树脂25kg, 倒入混合机中高速混合5min,物料混合温度100°C,出料,得到高密度聚乙烯和活性纳米碳 酸钙混合物料;
[0030] (3)将步骤(2)所得的高密度聚乙烯和活性纳米碳酸钙混合物料,料送入到双螺杆 挤出机中熔融挤出,所挤出的条料经模头进入水槽冷却,经过切粒机切粒和干燥处理,即得 改性高密度聚乙烯材料。
[0031] 上述步骤⑶中,双螺杆挤出机各区的温度为= T1 = HScC,T2=155°C,T3=165°C,
Figure CN108384089AD00051
[0032] 实施例2〜实施例6
[0033] 各实施例的改性HDPE材料的制备方法与实施例1相同,不同之处在于各组分的重 量配比,具体见表1。
[0034] 表1:实施例1〜3组方配比
Figure CN108384089AD00052
[0037] 将实施例1〜实施例3制得的改性HDPE材料,采用注塑成型机注塑标准试样,并按 国家标准对该标准试样进行力性能测试,测试结果见表2。
[0038] 表2:实施例1〜3组方制得改性HDPE材料测试结果
Figure CN108384089AD00053
[0040] 对比例
[0041] 对比例的改性HDPE材料的制备方法与实施例2、实施例3相同,不同之处是将纯 HDPE和钛酸酯偶联剂处理其轻质和重质性碳酸钙得到的改性HDPE材料作对比,具体见表3。
[0042] 表3:实施例2、实施例3、对比例1、对比例2、对比例3配方表
Figure CN108384089AD00061
[0044] 将制成的对比例HDPE材料采用注塑成型机注塑标准试样,测试的性能,具体见表 4〇
[0045] 表4:实施例2、实施例3与对比例1〜对比例4制得改性HDPE材料测试结果
Figure CN108384089AD00062
[0047]由表4可知:实施例2、实施例3与对比例1〜对比例4制备的改性HDPE材料比较可 见,本发明采用端胺基多元醇酯化合物改性得到的活性纳米碳酸钙改性HDPE与采用钛酸酯 偶联剂处理得到的活性性质碳酸钙和活性重质碳酸钙改性的HDPE相比,具有更好的综合力 学性能、热变形温度和熔体流动性,相对于现有技术具有较好的技术效果。

Claims (10)

1. 一种改性高密度聚乙烯材料,其特征在于,该改性高密度聚乙烯材料由下述重量份 的组分组成:高密度聚乙烯100份,活性纳米碳酸钙5〜30份。
2. 根据权利要求1所述的改性高密度聚乙烯材料,其特征在于,该改性高密度聚乙烯材 料由下述重量份的组分组成:高密度聚乙烯100份,活性纳米碳酸钙10份。
3. 根据权利要求1所述的改性高密度聚乙烯材料,其特征在于,该改性高密度聚乙烯材 料由下述重量份的组分组成:高密度聚乙烯100份,活性纳米碳酸钙15份。
4. 根据权利要求1-3任一项所述的改性高密度聚乙烯材料,其特征在于,所述高密度聚 乙烯材料为PE-100或PE-80树脂。
5. 根据权利要求1-3任一项所述的改性高密度聚乙烯材料,其特征在于,所述活性纳米 碳酸钙由预处理纳米碳酸钙与改性剂按照重量比100:2〜4组成,所述的活性纳米碳酸钙由 预处理纳米碳酸钙经改性剂表面化学和物理改性制得,预处理纳米碳酸钙d5Q<100nm,比表 面积为1700〜1800m2/g;所述的改性剂为端胺基多元醇酯化合物或一种环链式多元聚合 物。
6. 根据权利要求5所述的改性高密度聚乙烯材料,其特征在于,所述的预处理纳米碳酸 钙是采用硬脂酸钠对纳米碳酸钙进行湿法表面包覆处理,经干燥获得,预处理纳米碳酸钙 由硬脂酸钠与纳米碳酸钙按照重量比1〜1.5:100组成。
7. 根据权利要求5所述的改性高密度聚乙烯材料,其特征在于,所述的端胺基多元醇酯 化合物其外观白色或微黄粉粒状,熔融温度不低于50°C,分解温度多280°C,加热溶于有机 溶剂;所述一种环链式多元聚合物的外观为白色或微黄色粘稠液体,PH值小于6.0,比重为
0.90〜I. Og/ml,分解温度多280 °C,可溶于有机溶剂,不溶液于水。
8. 根据权利要求5所述的改性高密度聚乙烯材料的制备方法,其特征在于,该制备方法 包括以下步骤: (1) 活性纳米碳酸钙的制备:按照配方称取预处理纳米碳酸钙、改性剂,先将预处理纳 米碳酸f丐倒入高速混合机中高速混合4〜6min,再将改性剂倒入高速混合机中高速混合5〜 7min,混合温度为110〜120°C,得到活性纳米碳酸钙; (2) 按配方分别称取步骤(1)所得的活性纳米碳酸钙和高密度聚乙烯,倒入高速混合机 中混合4〜5min,混合温度90〜100°C,得到高密度聚乙烯和活性纳米碳酸钙混合物料; (3) 将步骤(2)所得的高密度聚乙烯和活性纳米碳酸钙混合物料,送入到双螺杆挤出机 中熔融挤出,所挤出的条料经模头进入水槽冷却,经过切粒机切粒和干燥处理,即得改性高 密度聚乙烯材料。
9. 根据权利要求8所述的改性高密度聚乙烯材料的制备方法,其特征在于,所述步骤 (3)中,双螺杆挤出机各区的温度为:T1 = 145°C,T2 = 155°C,T3 = 165°C,T4 = 175°C,T5 = 185 Γ,Τ6=195Γ,Τ7 = 205Γ,Τ8 = 215Γ,Τ9=1205Γ,Ί^=195Γ〇
10. 根据权利要求1-3任一项所述的改性高密度聚乙烯材料的应用,其特征在于,所述 应用为改性高密度聚乙烯材料在制备排水管中的应用。
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