CN114163710A - 一种利用γ射线辐照交联的复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用γ射线辐照交联的复合材料及其制备方法，以重量份计，由如下组分的原料所组成：HDPE树脂80‑100份、氧化石墨烯改性聚乳酸20‑40份、辐射敏化剂3‑8份、抗氧化剂0.5‑1份，在高能射线的作用下，HDPE树脂可以产生大量的自由基，与氧化石墨烯改性聚乳酸材料发生交联反应，本发明利用HDPE树脂和氧化石墨烯改性聚乳酸进行复合，充分利用了两种材料的性能特点，提高了复合材料的力学性能，有效改善了HDPE树脂材料耐老化性能差，硬度低以及耐环境应力开裂性差的缺点。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种利用γ射线辐照交联的复合材料及其制备方法。
背景技术
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℃，使用温度可达100℃；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；薄膜对水蒸气和空气的渗透性小，吸水性低；耐老化性能差，耐环境应力开裂性不如低密度聚乙烯，特别是热氧化作用会使其性能下降，所以树脂中须加入抗氧剂和紫外线吸收剂等来改善这方面的不足。
由于HDPE树脂材料的耐老化性能、力学性能以及耐环境应力开裂性差，因此，需要对HDPE树脂材料进行改性处理。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种利用γ射线辐照交联的复合材料及其制备方法，解决HDPE树脂材料耐老化性能、力学性能以及耐环境应力开裂性差的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：
一种利用γ射线辐照交联的复合材料，以重量份计，由如下组分的原料所组成：HDPE树脂80-100份、氧化石墨烯改性聚乳酸20-40份、辐射敏化剂3-8份、抗氧化剂0.5-1份。
优选的，所述氧化石墨烯改性聚乳酸的制备方法，包括如下步骤：将氧化石墨烯加入到有机溶剂DMF中，超声分散均匀，然后向其中加入L-丙交酯，继续超声分散均匀，得到混合液，向混合液中通入氮气除去氧气，密封后送入辐照室辐照，辐照完毕后，将所得产物进行分散、过滤，收集滤饼，即得到氧化石墨烯改性聚乳酸。
优选的，所述氧化石墨烯、有机溶剂DMF和L-丙交酯的质量比为1:3-8:0.2-0.4。
优选的，辐照剂量为10-50kGy；辐照剂量率为0.2-5kGy/h。
优选的，辐照源为钴60γ射线源。
优选的，所述辐射敏化剂为三烯丙基异氰尿酸酯或三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。
优选的，所述抗氧化剂为抗氧剂1010或抗氧剂168。
本发明提供一种利用γ射线辐照交联的复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将HDPE树脂和氧化石墨烯改性聚乳酸分别干燥后混合均匀，然后向其中加入辐射敏化剂和抗氧化剂，搅拌均匀，得到混合料；
(2)将混合料通过双螺杆挤出机挤出造粒，然后将所得颗粒在室温干燥后用真空包装，采用钴60γ射线源在常温下进行辐照处理，即得到复合材料。
优选的，步骤(2)中，辐照剂量为10-30kGy；辐照剂量率为0.2-2kGy/h。
本发明还提供上述复合材料在塑料薄膜中的应用。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)在高能射线的作用下，HDPE树脂可以产生大量的自由基，与氧化石墨烯改性聚乳酸材料发生交联反应，本发明采用HDPE树脂和氧化石墨烯改性聚乳酸进行复合，充分结合了两种材料的性能特点，提高了复合材料的力学性能，有效改善了HDPE树脂材料耐老化性能差，力学性能差以及耐环境应力开裂性差的缺点。
(2)聚乳酸材料具有较好的硬度和力学性能，但其缺乏韧性，极易弯曲变形，而氧化石墨烯具有良好的韧性和抗拉伸性能，因此本发明先对聚乳酸材料进行接枝改性，提高了聚乳酸材料的韧性，并且进一步提高了聚乳酸材料的力学性能；此外，本发明先将氧化石墨烯接枝在聚乳酸上，然后将氧化石墨烯改性聚乳酸与HDPE树脂进行共混，有利于提高氧化石墨烯在HDPE树脂中分散性能，进而提高HDPE树脂的力学性能和耐老化性能。
(3)在制备氧化石墨烯接枝聚乳酸的过程中，使用高能射线进行接枝反应，减少了副反应的发生，有利于提高氧化石墨烯的接枝率。
具体实施方式
以下通过具体较佳实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明并不仅限于以下的实施例。
需要说明的是，无特殊说明外，本发明中涉及到的化学试剂均通过商业渠道购买。
本实施例中所采用的HDPE树脂购自东莞市嘉嘉塑料原料有限公司，型号：5000S。
实施例1
一种利用γ射线辐照交联的复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)氧化石墨烯改性聚乳酸的制备
将10g氧化石墨烯加入到30mL有机溶剂DMF中，超声分散均匀，然后向其中加入3gL-丙交酯，继续超声分散均匀，得到混合液，向混合液中通入氮气除去氧气，密封后送入辐照室辐照，其中辐照源为钴60γ射线源，辐照剂量为20kGy，辐照剂量率为0.5kGy/h，辐照完毕后，将所得产物进行分散、过滤，收集滤饼，即得到氧化石墨烯改性聚乳酸；
(2)复合材料的制备
将80gHDPE树脂和20g氧化石墨烯改性聚乳酸分别干燥后混合均匀，然后向其中加入3g辐射敏化剂三烯丙基异氰尿酸酯和0.6g抗氧剂1010，搅拌均匀，得到混合料；
将混合料通过双螺杆挤出机挤出造粒，然后将所得颗粒在室温干燥后用真空包装，采用钴60γ射线源在常温下进行辐照处理，辐照剂量为15kGy；辐照剂量率为0.4kGy/h，辐照处理完成后，即得到复合材料。
实施例2
一种利用γ射线辐照交联的复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)氧化石墨烯改性聚乳酸的制备
将10g氧化石墨烯加入到30mL有机溶剂DMF中，超声分散均匀，然后向其中加入2gL-丙交酯，继续超声分散均匀，得到混合液，向混合液中通入氮气除去氧气，密封后送入辐照室辐照，其中辐照源为钴60γ射线源，辐照剂量为30kGy，辐照剂量率为0.5kGy/h，辐照完毕后，将所得产物进行分散、过滤，收集滤饼，即得到氧化石墨烯改性聚乳酸；
(2)复合材料的制备
将90gHDPE树脂和30g氧化石墨烯改性聚乳酸分别干燥后混合均匀，然后向其中加入6g辐射敏化剂三烯丙基异氰尿酸酯和0.8g抗氧剂168，搅拌均匀，得到混合料；
将混合料通过双螺杆挤出机挤出造粒，然后将所得颗粒在室温干燥后用真空包装，采用钴60γ射线源在常温下进行辐照处理，辐照剂量为20kGy；辐照剂量率为0.5kGy/h，辐照处理完成后，即得到复合材料。
实施例3
一种利用γ射线辐照交联的复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)氧化石墨烯改性聚乳酸的制备
将10g氧化石墨烯加入到40mL有机溶剂DMF中，超声分散均匀，然后向其中加入3gL-丙交酯，继续超声分散均匀，得到混合液，向混合液中通入氮气除去氧气，密封后送入辐照室辐照，其中辐照源为钴60γ射线源，辐照剂量为40kGy，辐照剂量率为0.5kGy/h，辐照完毕后，将所得产物进行分散、过滤，收集滤饼，即得到氧化石墨烯改性聚乳酸；
(2)复合材料的制备
将95gHDPE树脂和30g氧化石墨烯改性聚乳酸分别干燥后混合均匀，然后向其中加入5g辐射敏化剂三烯丙基异氰尿酸酯和1g抗氧剂168，搅拌均匀，得到混合料；
将混合料通过双螺杆挤出机挤出造粒，然后将所得颗粒在室温干燥后用真空包装，采用钴60γ射线源在常温下进行辐照处理，辐照剂量为25kGy；辐照剂量率为0.5kGy/h，辐照处理完成后，即得到复合材料。
实施例4
一种利用γ射线辐照交联的复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)氧化石墨烯改性聚乳酸的制备
将10g氧化石墨烯加入到40mL有机溶剂DMF中，超声分散均匀，然后向其中加入4gL-丙交酯，继续超声分散均匀，得到混合液，向混合液中通入氮气除去氧气，密封后送入辐照室辐照，其中辐照源为钴60γ射线源，辐照剂量为40kGy，辐照剂量率为0.5kGy/h，辐照完毕后，将所得产物进行分散、过滤，收集滤饼，即得到氧化石墨烯改性聚乳酸；
(2)复合材料的制备
将100gHDPE树脂和35g氧化石墨烯改性聚乳酸分别干燥后混合均匀，然后向其中加入7g辐射敏化剂三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和1g抗氧剂168，搅拌均匀，得到混合料；
将混合料通过双螺杆挤出机挤出造粒，然后将所得颗粒在室温干燥后用真空包装，采用钴60γ射线源在常温下进行辐照处理，辐照剂量为25kGy；辐照剂量率为0.5kGy/h，辐照处理完成后，即得到复合材料。
对比例1
一种复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)氧化石墨烯改性聚乳酸的制备
将10g氧化石墨烯加入到40mL有机溶剂DMF中，超声分散均匀，然后向其中加入3gL-丙交酯，继续超声分散均匀，得到混合液，向混合液中通入氮气除去氧气，密封后送入辐照室辐照，其中辐照源为钴60γ射线源，辐照剂量为40kGy，辐照剂量率为0.5kGy/h，辐照完毕后，将所得产物进行分散、过滤，收集滤饼，即得到氧化石墨烯改性聚乳酸；
(2)复合材料的制备
将95gHDPE树脂和30g氧化石墨烯改性聚乳酸分别干燥后混合均匀，然后向其中加入5g辐射敏化剂三烯丙基异氰尿酸酯和1g抗氧剂168，搅拌均匀，得到混合料；
将混合料通过双螺杆挤出机挤出造粒，然后将所得颗粒在室温干燥后用真空包装，即得到复合材料。
将实施例1-4、对比例1以及原料HDPE树脂进行性能测试，其中拉伸强度的测试标准按照GB/T1040.1-2018标准，屈服强度测试按照GB/T1040.1-2018标准，冲击强度测试按照GB/T1043.2-2018标准，耐应力开裂测试按照GB/T1842-2008标准，拉伸强度保持率测试：在紫外光下老化2500h，测试拉伸强度保持率，测试结果如下表所示：
从表中可以看出，本实施例所制备的复合材料，其拉伸强度、屈服强度、冲击强度和耐应力开裂性能均有明显提高，在紫外光下老化后，仍能保持良好的拉伸强度。
最后需要说明的是：以上实施例不以任何形式限制本发明。对本领域技术人员来说，在本发明基础上，可以对其作一些修改和改进。因此，凡在不偏离本发明精神的基础上所做的任何修改或改进，均属于本发明要求保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种利用γ射线辐照交联的复合材料，其特征在于，以重量份计，由如下组分的原料所组成：HDPE树脂80-100份、氧化石墨烯改性聚乳酸20-40份、辐射敏化剂3-8份、抗氧化剂0.5-1份。
2.根据权利要求1所述的利用γ射线辐照交联的复合材料，其特征在于，所述氧化石墨烯改性聚乳酸的制备方法，包括如下步骤：将氧化石墨烯加入到有机溶剂DMF中，超声分散均匀，然后向其中加入L-丙交酯，继续超声分散均匀，得到混合液，向混合液中通入氮气除去氧气，密封后送入辐照室辐照，辐照完毕后，将所得产物进行分散、过滤，收集滤饼，即得到氧化石墨烯改性聚乳酸。
3.根据权利要求2所述的利用γ射线辐照交联的复合材料，其特征在于，所述氧化石墨烯、有机溶剂DMF和L-丙交酯的质量比为1:3-8:0.2-0.4。
4.根据权利要求2所述的利用γ射线辐照交联的复合材料，其特征在于，辐照剂量为10-50kGy；辐照剂量率为0.2-5kGy/h。
5.根据权利要求2所述的利用γ射线辐照交联的复合材料，其特征在于，辐照源为钴60γ射线源。
6.根据权利要求1所述的利用γ射线辐照交联的复合材料，其特征在于，所述辐射敏化剂为三烯丙基异氰尿酸酯或三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。
7.根据权利要求1所述的利用γ射线辐照交联的复合材料，其特征在于，所述抗氧化剂为抗氧剂1010或抗氧剂168。
8.一种如权利要求1-7任一项所述利用γ射线辐照交联的复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将HDPE树脂和氧化石墨烯改性聚乳酸分别干燥后混合均匀，然后向其中加入辐射敏化剂和抗氧化剂，搅拌均匀，得到混合料；
(2)将混合料通过双螺杆挤出机挤出造粒，然后将所得颗粒在室温干燥后用真空包装，采用钴60γ射线源在常温下进行辐照处理，即得到复合材料。
9.根据权利要求8所述的利用γ射线辐照交联的复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，辐照剂量为10-30kGy；辐照剂量率为0.2-2kGy/h。
10.如权利要求1-7任一项所述利用γ射线辐照交联的复合材料在塑料薄膜中的应用。
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