CN113736108A - 一种改性聚乙烯透气母粒及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种改性聚乙烯透气母粒及其制备方法，该母粒包括原料聚乙烯、石墨烯、滑石粉、碳酸钙和助剂，其制备方法先将石墨烯和多种助剂按一定顺序球磨后得到改性石墨烯粉末；再与聚乙烯、滑石粉、碳酸钙搅拌均匀，经熔融、挤出、切粒、烘干，即得改性聚乙烯透气母粒。本发明制备得到的改性聚乙烯透气母粒用于透气膜材料时具有透气、耐水以及拉伸强度高等优点。同时本发明的制备方法经济、环保，利于实现大规模连续化生产。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种改性聚乙烯透气母粒及其制备方法。
背景技术
聚乙烯(polyethylene，简称PE)是一种常用工程塑料，在包装材料、医疗卫生、汽车等各个领域均有较为广泛的应用。流延或吹塑制备的透气膜通常依靠添加的无机功能材料如碳酸钙等，拉伸形成纳米微孔从而达到透气(湿气)、隔水的效果。在拉伸过程中由于聚乙烯的延展性等性能不足，容易出现针孔、破洞甚至断膜等情况。
石墨烯是一种二维材料，具有诸多的优良特性：超高的比表面积，极薄的纳米片层，稳定的化学结构，很好的防腐性和抗菌性以及优异的机械性能。在很多领域都有较好的应用前景。
研究表明将石墨烯以纳米填料的形式添加到聚合物材料体系中，能够明显改善聚合物性能(宣正伟.氧化石墨烯/聚乙烯醇复合膜的性能研究[J].化工新型材料，2017(04):47-49.)，然而由于石墨烯层间的范德华力较强，很容易造成石墨烯在干燥状态下发生团聚或堆叠，不利于提高聚合物材料体系的综合性能。因此，如何更好地利用石墨烯改性聚乙烯复合材料是本领域急需解决的技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有聚乙烯透气膜拉伸强度不足等缺点，提供一种拉伸强度好、工艺简单、经济环保的改性聚乙烯透气母粒及其制备方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
本发明提供了一种改性聚乙烯透气母粒，其特征在于，按重量份计包括如下组分：聚乙烯40～80份、石墨烯0.2～2份、滑石粉1～2份、碳酸钙40～60份以及助剂0.5～3份；优选聚乙烯90～105份、石墨烯0.5～1.5份、滑石粉1～1.5份、碳酸钙40～55份以及助剂0.5～2份；
进一步的，所述聚乙烯为低密度聚乙烯，密度为0.910～0.925g/cm3；
进一步的，所述石墨烯的横向尺寸为0.4μm～50μm，片层小于10层；
进一步的，所述碳酸钙粒径分布为0.4μm～10μm；
进一步的，所述助剂按重量份计包括：抗氧剂0.1～1份、分散剂0.2～1.5份以及稳定剂0.1～1份；优选抗氧剂0.1～0.5份、分散剂0.2～1份以及稳定剂0.1～0.5份；
进一步的，所述抗氧剂为酚类抗氧剂、硫类抗氧剂、磷类抗氧剂或天然抗氧剂中的一种或几种；所述分散剂为硬脂酸钙、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、氯化聚乙烯蜡或EVA蜡中的一种或几种；所述稳定剂为紫外线吸收剂或光稳定剂中的一种或几种；
本发明还提供了一种上述改性聚乙烯透气母粒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)按重量份称取石墨烯、分散剂，加入研磨珠球磨，加入抗氧剂、稳定剂，继续球磨，过筛，得改性石墨烯粉末；
(2)按重量份称取聚乙烯、滑石粉、碳酸钙，搅拌；加入步骤(1)中的改性石墨烯粉末，继续搅拌；
(3)将步骤(2)得到的混合物料加入双螺杆挤出机，经熔融、挤出、切粒、烘干，即得改性聚乙烯透气母粒；
进一步的，所述步骤(1)中研磨珠的料珠比为5:3，每次球磨时间为30～50min；优选每次球磨时间为40min；
进一步的，所述步骤(2)中搅拌温度为40℃～70℃，搅拌速度为400～600r/min，每次搅拌时间为30～60min；优选搅拌温度为40℃，搅拌速度为600r/min，每次搅拌时间为30min；
进一步的，所述步骤(3)中螺杆挤出的加热温区为：1区145～155℃，2区155～165℃，3区175～185℃，4区185～195℃，5区195～205℃，6区200～210℃，7区200～210℃，8区200～210℃，机头200℃，烘干温度为95～135℃。
本发明的有益效果在于：通过改性石墨烯粉末加入聚乙烯制备得到的改性聚乙烯透气母粒具有良好的力学性能，用于制备透气膜材料具有透气、耐水以及拉伸强度高等优点。同时本发明的制备方法经济、环保，利于实现大规模连续化生产。
具体实施方式
以下结合实例说明本发明，但不限制本发明。在本领域内，技术人员对本发明所做的简单替换或改进均属于本发明所保护的技术方案内。
实施例1：
称取1份石墨烯和0.5份分散剂，加入到球磨分散罐中，加入研磨珠，料珠比为5:3，球磨40min，再称取0.2份抗氧剂和0.2份稳定剂，继续球磨40min，将混合料过筛，得到改性石墨烯粉末，备用。
称取46份聚乙烯，1.5份滑石粉，43份碳酸钙，于搅拌料桶中，在40℃下，搅拌30min，转速600r/min。再加入筛分后的改性石墨烯粉末，继续搅拌混合30min。
将混合料投入到双螺杆挤出机中，熔融混合挤出，螺杆挤出的加热温区为：1区150℃，2区160℃，3区180℃，4区190℃，5区200℃，6区205℃，7区205℃，8区205℃，机头200℃，挤出料经水槽水冷，出水后经风机吹干，经切粒机切粒，再经125℃烘干，即得改性聚乙烯透气母粒。
实施例2：
称取1.2份石墨烯和0.6份分散剂，加入到球磨分散罐中，加入研磨珠，料珠比为5:3，球磨40min，再称取0.2份抗氧剂和0.2份稳定剂，继续球磨40min，将混合料过筛，得到改性石墨烯粉末，备用。
称取50份聚乙烯，1.5份滑石粉，48份碳酸钙，于搅拌料桶中，在40℃下，搅拌30min，转速600r/min。再加入筛分后的改性石墨烯粉末，继续搅拌混合30min。
将混合料投入到双螺杆挤出机中，熔融混合挤出，螺杆挤出的加热温区为：1区150℃，2区160℃，3区180℃，4区190℃，5区200℃，6区205℃，7区205℃，8区205℃，机头200℃，挤出料经水槽水冷，出水后经风机吹干，经切粒机切粒，再经125℃烘干，即得改性聚乙烯透气母粒。
实施例3：
称取0.7份石墨烯和0.4份分散剂，加入到球磨分散罐中，加入研磨珠，料珠比为5:3，球磨40min，再称取0.1份抗氧剂和0.2份稳定剂，继续球磨40min，将混合料过筛，得到改性石墨烯粉末，备用。
称取52份聚乙烯，1份滑石粉，40份碳酸钙，于搅拌料桶中，在40℃下，搅拌30min，转速600r/min。再加入筛分后的改性石墨烯粉末，继续搅拌混合30min。
将混合料投入到双螺杆挤出机中，熔融混合挤出，螺杆挤出的加热温区为：1区150℃，2区160℃，3区180℃，4区190℃，5区200℃，6区205℃，7区205℃，8区205℃，机头200℃，挤出料经水槽水冷，出水后经风机吹干，经切粒机切粒，再经125℃烘干，即得改性聚乙烯透气母粒。
实施例4：
称取1.5份石墨烯和0.7份分散剂，加入到球磨分散罐中，加入研磨珠，料珠比为5:3，球磨40min，再称取0.2份抗氧剂和0.2份稳定剂，继续球磨40min，将混合料过筛，得到改性石墨烯粉末，备用。
称取53份聚乙烯，1.5份滑石粉，54份碳酸钙，于搅拌料桶中，在40℃下，搅拌30min，转速600r/min。再加入筛分后的改性石墨烯粉末，继续搅拌混合30min。
将混合料投入到双螺杆挤出机中，熔融混合挤出，螺杆挤出的加热温区为：1区150℃，2区160℃，3区180℃，4区190℃，5区200℃，6区205℃，7区205℃，8区205℃，机头200℃，挤出料经水槽水冷，出水后经风机吹干，经切粒机切粒，再经125℃烘干，即得改性聚乙烯透气母粒。
对比例1：
称取0.5份分散剂，加入到球磨分散罐中，加入研磨珠，料珠比为5:3，球磨40min，再称取0.2份抗氧剂和0.2份稳定剂，继续球磨40min，将混合料过筛，得到改性助剂粉末，备用。
称取46份聚乙烯，1.5份滑石粉，43份碳酸钙，于搅拌料桶中，在40℃下，搅拌30min，转速600r/min。再加入筛分后的改性助剂粉末，继续搅拌混合30min。
将混合料投入到双螺杆挤出机中，熔融混合挤出，螺杆挤出的加热温区为：1区150℃，2区160℃，3区180℃，4区190℃，5区200℃，6区205℃，7区205℃，8区205℃，机头200℃，挤出料经水槽水冷，出水后经风机吹干，经切粒机切粒，再经125℃烘干，即得改性聚乙烯透气母粒。
对比例2：
称取1份石墨烯和0.5份分散剂，加入到球磨分散罐中，加入研磨珠，料珠比为5:3，球磨40min，再称取0.2份抗氧剂和0.2份稳定剂，继续球磨40min，将混合料过筛，得到改性石墨烯粉末，备用。
称取80份聚乙烯，1.5份滑石粉，30份碳酸钙，于搅拌料桶中，在40℃下，搅拌30min，转速600r/min。再加入筛分后的改性石墨烯粉末，继续搅拌混合30min。
将混合料投入到双螺杆挤出机中，熔融混合挤出，螺杆挤出的加热温区为：1区150℃，2区160℃，3区180℃，4区190℃，5区200℃，6区205℃，7区205℃，8区205℃，机头200℃，挤出料经水槽水冷，出水后经风机吹干，经切粒机切粒，再经125℃烘干，即得改性聚乙烯透气母粒。
试验例：
将实施例1-4及对比例1-2所得母粒制备透气膜进行性能测试，结果如下：
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种改性聚乙烯透气母粒，其特征在于，按重量份计包括如下组分：聚乙烯40～80份、石墨烯0.2～2份、滑石粉1～2份、碳酸钙40～60份以及助剂0.5～3份。
2.根据权利要求1所述的改性聚乙烯透气母粒，其特征在于，所述聚乙烯为低密度聚乙烯，密度为0.910～0.925g/cm3。
3.根据权利要求1所述的改性聚乙烯透气母粒，其特征在于，所述石墨烯的横向尺寸为0.4μm～50μm，片层小于10层。
4.根据权利要求1所述的改性聚乙烯透气母粒，其特征在于，所述碳酸钙粒径分布为0.4μm～10μm。
5.根据权利要求1所述的改性聚乙烯透气母粒，其特征在于，所述助剂按重量份计包括：抗氧剂0.1～1份、分散剂0.2～1.5份以及稳定剂0.1～1份。
6.根据权利要求5所述的改性聚乙烯透气母粒，其特征在于，所述抗氧剂为酚类抗氧剂、硫类抗氧剂、磷类抗氧剂或天然抗氧剂中的一种或几种；所述分散剂为硬脂酸钙、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、氯化聚乙烯蜡或EVA蜡中的一种或几种；所述稳定剂为紫外线吸收剂或光稳定剂中的一种或几种。
7.一种根据权利要求1～6任一项所述的改性聚乙烯透气母粒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)按重量份称取石墨烯、分散剂，加入研磨珠球磨，加入抗氧剂、稳定剂，继续球磨，过筛，得改性石墨烯粉末；
(2)按重量份称取聚乙烯、滑石粉、碳酸钙，搅拌；加入步骤(1)中的改性石墨烯粉末，继续搅拌；
(3)将步骤(2)得到的混合物料加入双螺杆挤出机，经熔融、挤出、切粒、烘干，即得改性聚乙烯透气母粒。
8.根据权利要求7所述的改性聚乙烯透气母粒的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中研磨珠的料珠比为5:3，每次球磨时间为30～50min。
9.根据权利要求7所述的改性聚乙烯透气母粒的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中搅拌温度为40℃～70℃，搅拌速度为400～600r/min，每次搅拌时间为30～60min。
10.根据权利要求7所述的改性聚乙烯透气母粒的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中螺杆挤出的加热温区为：1区145～155℃，2区155～165℃，3区175～185℃，4区185～195℃，5区195～205℃，6区200～210℃，7区200～210℃，8区200～210℃，机头200℃，烘干温度为95～135℃。
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