CN111961276A - 一种含长链烷基改性倍半硅氧烷的聚乙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种含长链烷基改性倍半硅氧烷的聚乙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含长链烷基改性倍半硅氧烷的聚乙烯复合材料及其制备方法，属于高分子材料技术领域。所述聚乙烯复合材料，按重量份数记，包括如下原料：聚乙烯60～99份，长链烷基改性倍半硅氧烷1～20份，无机粒子0～20份。与现有技术相比，本发明所述的复合方法成本低、制备容易、填料分散均匀等优势，本发明所述聚乙烯复合材料，与普通聚乙烯相比具有更加优异的加工性能及热性能。

Description

一种含长链烷基改性倍半硅氧烷的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，特别是指一种含长链烷基改性倍半硅氧烷的聚乙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚乙烯复合材料化学稳定性好，韧性较好，在各个领域都有非常广泛的应用。随着人们生活水平的提高，对使用的材料有了越来越高的要求。由于聚乙烯本身的结构特点，其在某些特定的场合应用有一定的局限性。如刚性较差，易变形，耐热温度较低。因此需要对材料进行改性，使其具有更好的力学性能、阻燃性能和耐热性能等。
有机硅化合物具有与无机化合物接近的硅氧烷结构，通常热稳定性高、表面能低，可用于改善聚合物的热性能及加工性能。笼型聚倍半硅氧烷(POSS)是一种含硅杂化材料，应用于聚乙烯复合改性，用于改善传统聚乙烯力学性能、热性能等。在聚乙烯基体中添加无机填料(如氧化硅、氧化钛、碳化硅等)是另一类聚乙烯复合手段，能够改善聚乙烯的力学性能、热性能、介电性能等。但普通无机填料在聚乙烯基体中，无法实现均匀分散，为了制备性能优异的复合材料，必须将无机填料进行表面改性或使用增容剂。
鉴于上述现有技术存在的问题，本发明提供一种含长链烷基改性倍半硅氧烷的聚乙烯复合材料及其制备方法，在较低成本条件下提高聚乙烯复合材料的加工性能、热性能及力学性能。
发明内容
本发明提供一种含长链烷基改性倍半硅氧烷的聚乙烯复合材料及其制备方法，采用价格低廉的C30-45烷基改性丙基倍半硅氧烷及无机填料及简单易行的复合方法对聚乙烯进行改性，使其与POSS改性的复合材料相比，在不影响聚乙烯力学性能及其他性能的前提下，以较低成本改善聚乙烯的加工性能及热性能。
本发明通过如下技术方案实现：一种含长链烷基改性倍半硅氧烷的聚乙烯复合材料，按照重量份记，包括如下组份的原料组份:
聚乙烯 60～99份
长链烷基改性倍半硅氧烷 1～20份
无机粒子 0～20份。
对于上述技术方案中，优选的情况下，所述聚乙烯为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯及线性低密度聚乙烯其中任意一种或几种组成的组合物。
对于上述技术方案中，优选的情况下，所述无机粒子为蒙脱土、云母、氮化硼、氧化铝、氧化硅、氧化钛、碳化硅、氮化硅、钛酸钡或者钛酸锶钡其中任意一种或几种组成的组合物。
对于上述技术方案中，优选的情况下，所述长链烷基改性倍半硅氧烷为C30-45烷基改性丙基倍半硅氧烷，优选的，所述长链烷基改性倍半硅氧烷为道康宁公司生产的C30-45烷基改性丙基倍半硅氧烷(Dow
Figure BDA0002638904090000021
SW-8005C30 Resin Wax)。
对于上述技术方案中，优选的情况下，所述无机粒子为细化的无机粒子，其粒径为1纳米～100微米。
对于上述技术方案中，优选的情况下，所述无机粒子的细化处理包括高功率超声剥离，球磨粉碎细化和物理研磨。所述无机粒子的形貌为球形、纤维、片层或者块体，其中细化后的球形、块体粒子粒径为1～1000纳米，纤维形状粒子纤维长度为1～100微米，片层形状粒子厚度为1～10纳米。
上述的含长链烷基改性倍半硅氧烷的聚乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份数记，备料的原料组份包括：
聚乙烯 60～99份
长链烷基改性倍半硅氧烷 1～20份
无机粒子 0～20份
(2)将聚乙烯与长链烷基改性倍半硅氧烷混合均匀后，再加入无机粒子继续混合，至各组分均匀混合，将所得混合物加入至双螺杆挤出机中挤出造粒，得到含长链烷基改性倍半硅氧烷的聚乙烯复合材料的颗粒。
对于上述技术方案中，优选的情况下，步骤(2)中，，所述挤出造粒的温度为160-240℃，即为将所得混合物加入至双螺杆挤出机中于160-220℃条件下挤出造粒，得到含长链烷基改性倍半硅氧烷的聚乙烯复合材料的颗粒。
长链烷基改性倍半硅氧烷是具有与POSS类似的硅氧硅结构单元，同时又带有长链烷基的特殊有机硅杂化材料。长链烷基改性倍半硅氧烷含有长链烷基，与聚乙烯相容性好，作为一种有机硅杂化材料可以单独使用改善聚乙烯力学性能、加工性能及热性能。同时，长链烷基改性倍半硅氧烷可以作为聚乙烯与无机填料的增容剂，改善无机填料在聚乙烯基体中的分散性。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明所述的复合方法成本低、制备容易、填料分散均匀等优势，本发明所述聚乙烯复合材料，与普通聚乙烯相比具有更加优异的加工性能及热性能。
附图说明
图1为长链烷基改性倍半硅氧烷的固体硅谱，显示其结构中含有硅氧硅结构单元及反应性硅羟基。
图2为实施例1所制备的聚乙烯复合材料脆断断面扫描电镜图片，显示长链烷基改性倍半硅氧烷在聚乙烯基体中分散均匀。
图3为实施例3所制备的聚乙烯复合材料的热失重曲线，显示复合材料与纯聚乙烯相比具有更高热稳定性。
图4为实施例5所制备的聚乙烯复合材料的复数黏度曲线，显示复合材料与纯聚乙烯相比，具有更好加工流动性。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思进行等同替换或改变均属于本发明保护范畴。
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明，以下的实施例仅是实例性的，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。
下述实施例中所述长链烷基改性倍半硅氧烷为道康宁公司生产的C30-45烷基改性丙基倍半硅氧烷(Dow
Figure BDA0002638904090000031
SW-8005C30 Resin Wax)。
下述实施例中原料所述份数均为重量份，结晶度通过DSC测试。
实施例1
称取重量份为80的线性低密度聚乙烯，10份长链烷基改性倍半硅氧烷，10份经球磨细化的氧化钛粒子(球形颗粒，平均粒径230nm)，混合均匀，将所得混合物加入至双螺杆挤出机中挤出造粒，得到含长链烷基改性倍半硅氧烷的聚乙烯复合材料的颗粒。其中，双螺杆挤出机的第一温度区的温度为210℃，第二温度区的温度为220℃，第三温度区的温度为220℃，第四温度区的温度为220℃，第五温度区的温度为220℃，所述双螺杆挤出机的机头温度为210℃，熔体温度为190℃，喂料转速为15r/min。
将聚乙烯复合材料颗粒利用微型注塑机制备拉伸样条。其中，注射温度为170℃，模具温度为60℃，压力0.5MPa，保压时间40秒。按照GB/T1040-92标准，将制得样条进行力学性能测试。
表1为聚乙烯及实施例1中聚乙烯复合材料的力学性能和结晶性能。表1可以看出，聚乙烯复合材料与普通聚乙烯相比力学性能和结晶度几乎没有变化。
表1
弹性模量 抗拉强度 断裂伸长率 结晶度
聚乙烯 470MPa 13MPa 246％ 30％
实施例1聚乙烯复合材料 530MPa 15MPa 202％ 31％
实施例2
称取重量份为50份高密度聚乙烯及48份的线性低密度聚乙烯，2份长链烷基改性倍半硅氧烷，混合均匀，将所得混合物加入至双螺杆挤出机中挤出造粒，得到含长链烷基改性倍半硅氧烷的聚乙烯复合材料的颗粒。其中，双螺杆挤出机的第一温度区的温度为20℃，第二温度区的温度为210℃，第三温度区的温度为210℃，第四温度区的温度为210℃，第五温度区的温度为210℃，所述双螺杆挤出机的机头温度为200℃，熔体温度为180℃，喂料转速为15r/min。
实施例3
称取重量份为85的低密度聚乙烯，10份长链烷基改性倍半硅氧烷，5份钛酸钡(球形颗粒，平均粒径420nm)混合均匀，将所得混合物加入至双螺杆挤出机中挤出造粒，得到含长链烷基改性倍半硅氧烷的聚乙烯复合材料的颗粒。其中，双螺杆挤出机的第一温度区的温度为210℃，第二温度区的温度为220℃，第三温度区的温度为220℃，第四温度区的温度为220℃，第五温度区的温度为220℃，所述双螺杆挤出机的机头温度为220℃，熔体温度为210℃，喂料转速为30r/min。
实施例4
称取重量份为65的高密度聚乙烯，20份长链烷基改性倍半硅氧烷，15份蒙脱土(不规则片状，长宽约0.3-0.5微米，平均厚度为4纳米)混合均匀，将所得混合物加入至双螺杆挤出机中挤出造粒，得到含长链烷基改性倍半硅氧烷的聚乙烯复合材料的颗粒。其中，双螺杆挤出机的第一温度区的温度为220℃，第二温度区的温度为230℃，第三温度区的温度为220℃，第四温度区的温度为220℃，第五温度区的温度为220℃，所述双螺杆挤出机的机头温度为230℃，熔体温度为215℃，喂料转速为50r/min。
实施例5
称取重量份为55的低密度聚乙烯及20份高密度聚乙烯，5份倍半硅氧烷，20份云母(不规则片状，长宽约0.2-0.3微米，平均厚度为7纳米)，混合均匀，将所得混合物加入至双螺杆挤出机中挤出造粒，得到含长链烷基改性倍半硅氧烷的聚乙烯复合材料的颗粒。其中，双螺杆挤出机的第一温度区的温度为210℃，第二温度区的温度为220℃，第三温度区的温度为220℃，第四温度区的温度为220℃，第五温度区的温度为220℃，所述双螺杆挤出机的机头温度为210℃，熔体温度为190℃，喂料转速为30r/min。
对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种含长链烷基改性倍半硅氧烷的聚乙烯复合材料，其特征在于：按重量份数记，包括如下原料：
聚乙烯 60～99份
长链烷基改性倍半硅氧烷 1～20份
无机粒子 0～20份。
2.根据权利要求1所述的含长链烷基改性倍半硅氧烷的聚乙烯复合材料，其特征在于：所述聚乙烯为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯及线性低密度聚乙烯中的任意一种或几种组成的组合物。
3.根据权利要求1所述的含长链烷基改性倍半硅氧烷的聚乙烯复合材料，其特征在于：所述无机粒子为蒙脱土、云母、氮化硼、氧化铝、氧化硅、氧化钛、碳化硅、氮化硅、钛酸钡或钛酸锶钡中的任意一种或几种组成的组合物。
4.根据权利要求1所述的含长链烷基改性倍半硅氧烷的聚乙烯复合材料，其特征在于：所述长链烷基改性倍半硅氧烷为C30-45烷基改性丙基倍半硅氧烷。
5.根据权利要求1所述的含长链烷基改性倍半硅氧烷的聚乙烯复合材料，其特征在于：所述无机粒子的粒径为1纳米～100微米。
6.根据权利要求5所述的含长链烷基改性倍半硅氧烷的聚乙烯复合材料，其特征在于：所述无机粒子的形貌为球形、纤维、片层或块体，其中球形、块体粒子粒径为1～1000纳米，纤维形状粒子纤维长度为1～100微米，片层形状粒子厚度为1～10纳米。
7.权利要求1-6中任意一项所述的含长链烷基改性倍半硅氧烷的聚乙烯复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
将聚乙烯与长链烷基改性倍半硅氧烷混合均匀后，再加入无机粒子继续混合，至各组分均匀混合，将所得混合物加入至双螺杆挤出机中挤出造粒，得到聚乙烯复合材料的颗粒。
8.根据权利要求7所述的含长链烷基改性倍半硅氧烷的聚乙烯复合材料的制备方法，其特征在于：所述挤出造粒的温度为160-240℃。
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