CN110373047A - 用于高密度聚乙烯实壁管的改性超微细碳酸钙及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于高密度聚乙烯实壁管的改性超微细碳酸钙及其应用,改性超微细碳酸钙包括内层、中间层和外层,所述内层为碳酸钙颗粒,所述中间层为偶联层,所述外层为分散层,其中,所述中间层为含有卤族元素长链烷基的硅烷偶联剂,所述外层为碳原子数超过六个长链烷基亲核试剂。本发明通过对超微细碳酸钙进行改性,大大提高改性超微细碳酸钙与高密度聚乙烯中的相容性,同时改性超微细碳酸钙的网状结构能大大提高聚乙烯高聚物长链之间的交联程度,从而帮助提高高密度聚乙烯实壁管的内聚力,进而提高其力学性能。
Description
技术领域
本发明属于碳酸钙技术领域,特别涉及用于高密度聚乙烯实壁管的改性超微细碳酸钙及其应用。
背景技术
碳酸钙主要应用于橡胶、油漆、造纸、食品、化妆品、牙膏、颜料、涂料等行业。碳酸钙是有机高聚物中用量最大的无机填料,其表面具有亲水性较强的羟基,呈现较强的碱性,使得碳酸钙与无机高聚物的亲和性差,易造成碳酸钙在无机高聚物中分散不均匀,并造成两材料之间的界面缺陷。
为了解决这个问题,在碳酸钙的生产行业中,通常对碳酸钙表面进行改性,使碳酸钙粒子表面形成疏水基团,提高碳酸钙粒子在无机高聚物中分散性,从而避免碳酸钙聚团,导致两材料之间的界面缺陷等问题。但是对于高密度聚乙烯实壁管而言,通常是浅埋式安装,时刻经受着来自地面上的各种压力,对于其管壁的强度等性能要求更高,而高密度聚乙烯为线性结构,易受压变形,仅仅对碳酸钙的表面亲水性改性,无法满足高密度聚乙烯实壁管的实际应用需求。
发明内容
本发明针对上述现有技术的存在的问题,提供用于高密度聚乙烯实壁管的改性超微细碳酸钙及其应用。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的:
用于高密度聚乙烯实壁管的改性超微细碳酸钙,包括内层、中间层和外层,所述内层为碳酸钙颗粒,所述中间层为偶联层,所述外层为分散层,其中,所述中间层为含有卤族元素长链烷基的硅烷偶联剂,所述外层为碳原子数超过六个长链烷基亲核试剂。
进一步的,所述卤族元素长链烷基的含碳原子数为3~6个。
进一步的,所述中间层为(3-氯丁基)三甲氧基硅烷。
进一步的,所述外层为带有氨基的脂肪烃。
进一步的,所述外层2-乙基吡咯。
进一步的,所述改性超微细碳酸钙的具体改性步骤为:
(1)将干燥的超微细碳酸钙、(3-氯丁基)三甲氧基硅烷、乙酸乙酯、去离子水和无水乙醇加入反应釜中,超声分散30min后加热至30℃搅拌并回流5h得液态中间物;
(2)向所述液态中间物中添加2-乙基吡咯,搅拌30min后用乙醇溶液洗涤过滤3~5次,在真空箱中干燥即得改性超微细碳酸钙。
进一步的,所述超微细碳酸钙、(3-氯丁基)三甲氧基硅烷和2-乙基吡咯的质量比为100:(0.5~5):(1~10)。
用于高密度聚乙烯实壁管的改性超微细碳酸钙的应用,将改性超微细碳酸钙与高密度聚乙烯母粒混合,在超真空干燥机中干燥6h,然后用高速混合机混合均匀,通过挤出机挤出成型得到高密度聚乙烯实壁管。
进一步的,所述改性超微细碳酸钙与高密度聚乙烯母粒的质量比为1:(8~10)。
本发明的有益效果为:本发明通过对超微细碳酸钙进行改性,利用硅烷偶联剂与碳酸钙表面间存在大量的羟基反应形成新的化学键,然后利用SN2反应将长链烷基接枝在硅烷偶联剂的疏水端,形成星状分叉的立体结构,通过相似相容的原理,碳酸钙颗粒外部的硅烷偶联剂及长链烷基亲核试剂形成的网状疏水链能大大提高改性超微细碳酸钙与高密度聚乙烯中的相容性,同时改性超微细碳酸钙的网状结构能大大提高聚乙烯高聚物长链之间的交联程度,从而帮助提高高密度聚乙烯实壁管的内聚力,进而提高其力学性能。
附图说明
图1是实施例1对应的SEM图;
图2是实施例2对应的SEM图;
图3是实施例3对应的SEM图;
图4是实施例1~3对应的力学性能测试结果。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
用于高密度聚乙烯实壁管的改性超微细碳酸钙,包括内层、中间层和外层,所述内层为碳酸钙颗粒,所述中间层为偶联层,所述外层为分散层,其中,所述中间层为含有卤族元素长链烷基的硅烷偶联剂,所述外层为碳原子数超过六个长链烷基亲核试剂。
通过对超微细碳酸钙进行改性,利用硅烷偶联剂与碳酸钙表面间存在大量的羟基反应形成新的化学键,然后利用SN2反应将长链烷基接枝在硅烷偶联剂的疏水端,形成星状分叉的立体结构,通过相似相容的原理,碳酸钙颗粒外部的硅烷偶联剂及长链烷基亲核试剂形成的网状疏水链能大大提高改性超微细碳酸钙与高密度聚乙烯中的相容性,同时改性超微细碳酸钙的网状结构能大大提高聚乙烯高聚物长链之间的交联程度,从而帮助提高高密度聚乙烯实壁管的内聚力,进而提高其强度。
其中,中间层为(3-氯丁基)三甲氧基硅烷;分散层为2-乙基吡咯。
所述改性超微细碳酸钙的具体改性步骤为:
(1)将干燥的超微细碳酸钙、(3-氯丁基)三甲氧基硅烷、乙酸乙酯、去离子水和无水乙醇加入反应釜中,超声分散30min后加热至30℃搅拌并回流5h得液态中间物;
(2)向所述液态中间物中添加2-乙基吡咯,搅拌30min后用乙醇溶液洗涤过滤3~5次,在真空箱中干燥即得改性超微细碳酸钙。
其中,所述超微细碳酸钙、(3-氯丁基)三甲氧基硅烷和2-乙基吡咯的质量比为100:(0.5~5):(1~10)。
用于高密度聚乙烯实壁管的改性超微细碳酸钙的应用,将改性超微细碳酸钙与高密度聚乙烯母粒混合,在超真空干燥机中干燥6h,然后用高速混合机混合均匀,通过挤出机挤出成型得到高密度聚乙烯实壁管。
其中,所述改性超微细碳酸钙与高密度聚乙烯母粒的质量比为1:(8~10)。
实施例1
将50kg干燥的超微细碳酸钙、0.25kg(3-氯丁基)三甲氧基硅烷、乙酸乙酯、去离子水和无水乙醇加入反应釜中到液面超过固体厚度的一倍,超声分散30min后加热至30℃搅拌并回流5h得液态中间物;向所述液态中间物中添加0.5kg2-乙基吡咯,搅拌30min后用乙醇溶液洗涤过滤3~5次,在真空箱中干燥即得改性超微细碳酸钙;将改性超微细碳酸钙与高密度聚乙烯母粒按质量比1:8混合,在超真空干燥机中干燥6h,然后用高速混合机混合均匀,通过挤出机挤出成型得到高密度聚乙烯实壁管。
实施例2
将50kg干燥的超微细碳酸钙、1.25kg(3-氯丁基)三甲氧基硅烷、乙酸乙酯、去离子水和无水乙醇加入反应釜中到液面超过固体厚度的一倍,超声分散30min后加热至30℃搅拌并回流5h得液态中间物;向所述液态中间物中添加2.5kg2-乙基吡咯,搅拌30min后用乙醇溶液洗涤过滤3~5次,在真空箱中干燥即得改性超微细碳酸钙;将改性超微细碳酸钙与高密度聚乙烯母粒按质量比1:9混合,在超真空干燥机中干燥6h,然后用高速混合机混合均匀,通过挤出机挤出成型得到高密度聚乙烯实壁管。
其中,所述超微细碳酸钙、(3-氯丁基)三甲氧基硅烷和2-乙基吡咯的质量比为100:(0.5~5):(1~10)。
其中,所述改性超微细碳酸钙与高密度聚乙烯母粒的质量比为1:(8~10)。
实施例3
将50kg干燥的超微细碳酸钙、2.5kg(3-氯丁基)三甲氧基硅烷、乙酸乙酯、去离子水和无水乙醇加入反应釜中到液面超过固体厚度的一倍,超声分散30min后加热至30℃搅拌并回流5h得液态中间物;向所述液态中间物中添加5kg2-乙基吡咯,搅拌30min后用乙醇溶液洗涤过滤3~5次,在真空箱中干燥即得改性超微细碳酸钙;将改性超微细碳酸钙与高密度聚乙烯母粒按质量比1:10混合,在超真空干燥机中干燥6h,然后用高速混合机混合均匀,通过挤出机挤出成型得到高密度聚乙烯实壁管。
对实施例1~3所制得的高密度聚乙烯实壁管的横断面进行电竞扫描得到SEM图,图1对应实施例1,图2对应实施例2,图3对应实施例3,从图中可以看到经过改性的超微细碳酸钙能够相对均匀地分散在高密度聚乙烯实壁管中,基本不存在团聚现象,且经过改性的超微细碳酸钙在高密度聚乙烯实壁管形成网状结构,大大提高聚乙烯高聚物长链之间的交联程度,从而帮助提高高密度聚乙烯实壁管的内聚力,进而提高其强度。
另外对实施例1~3所制得的高密度聚乙烯实壁管进行相关的力学性能测试,测试结果详见图4,由图4可以看出改性超微细碳酸钙对高密度聚乙烯实壁管的力学性能明显的帮助。
需要说明的是,在本文中,如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.用于高密度聚乙烯实壁管的改性超微细碳酸钙,其特征在于,包括内层、中间层和外层,所述内层为碳酸钙颗粒,所述中间层为偶联层,所述外层为分散层,其中,所述中间层为含有卤族元素长链烷基的硅烷偶联剂,所述外层为碳原子数超过六个长链烷基亲核试剂。
2.根据权利要求1所述的用于高密度聚乙烯实壁管的改性超微细碳酸钙,其特征在于,所述卤族元素长链烷基的含碳原子数为3~6个。
3.根据权利要求2所述的用于高密度聚乙烯实壁管的改性超微细碳酸钙,其特征在于,所述中间层为(3-氯丁基)三甲氧基硅烷。
4.根据权利要求1~3中任一所述的用于高密度聚乙烯实壁管的改性超微细碳酸钙,其特征在于,所述外层为带有氨基的脂肪烃。
5.根据权利要求4所述的用于高密度聚乙烯实壁管的改性超微细碳酸钙,其特征在于,所述外层2-乙基吡咯。
6.根据权利要求5所述的用于高密度聚乙烯实壁管的改性超微细碳酸钙,其特征在于,所述改性超微细碳酸钙的具体改性步骤为:
(1)将干燥的超微细碳酸钙、(3-氯丁基)三甲氧基硅烷、乙酸乙酯、去离子水和无水乙醇加入反应釜中,超声分散30min后加热至30℃搅拌并回流5h得液态中间物;
(2)向所述液态中间物中添加2-乙基吡咯,搅拌30min后用乙醇溶液洗涤过滤3~5次,在真空箱中干燥即得改性超微细碳酸钙。
7.根据权利要求6所述的用于高密度聚乙烯实壁管的改性超微细碳酸钙,其特征在于,所述超微细碳酸钙、(3-氯丁基)三甲氧基硅烷和2-乙基吡咯的质量比为100:(0.5~5):(1~10)。
8.用于高密度聚乙烯实壁管的改性超微细碳酸钙的应用,其特征在于,将改性超微细碳酸钙与高密度聚乙烯母粒混合,在超真空干燥机中干燥6h,然后用高速混合机混合均匀,通过挤出机挤出成型得到高密度聚乙烯实壁管。
9.根据权利要求8所述的用于高密度聚乙烯实壁管的改性超微细碳酸钙的应用,其特征在于,所述改性超微细碳酸钙与高密度聚乙烯母粒的质量比为1:(8~10)。
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