CN115895102A - 一种安全环保改性含硅高分子材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及C08L高分子材料技术领域，更具体地，本发明提供了一种安全环保改性含硅高分子材料及其制备方法和应用。本发明以聚丙烯、聚乙烯、硬脂酸、硬脂酸锌、纳米三氧化二铝等物质为原料，制备得到的改性含硅高分子材料具有优异的力学性能和耐高温性能，且安全无毒，可以直接接触食物，在耐高温环保高分子材料领域具有潜在的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及C08L高分子材料技术领域，更具体地，本发明提供了一种安全环保改性含硅高分子材料及其制备方法和应用。
背景技术
近年来，随着现代工业的蓬勃发展，高分子材料在各个领域都得到的广泛的应用，人们也对高分子材料综合性能的要求也不断提高。其中，含有无机纳米材料的改性聚烯烃高分子材料是一种新型高分子材料，在电子科技、化工原料、建筑施工等领域均有着广泛的应用价值。但是，随着“安全环保”的理念逐渐深入人心，社会各界人士对接触到物品的安全性需要更高，如何提升改性聚烯烃高分子材料的综合性能成为了高分子材料研发工程师的研究热点之一。
专利公开号为CN102219961A的中国发明专利公开了一种纳米碳化硅份体填料耐磨聚乙烯塑料及其制备方法，在本公开专利中以纳米碳化硅粉体为填料，采用炭黑、氧化锌、N,N-二苯基对苯二胺、二甘醇、二乙基二硫代氨基甲酸锌等助剂，对氯磺化聚乙烯树脂进行改性，着重提升了纳米高分子材料的耐磨度，但对于纳米高分子材料的来说关于耐高温性、韧性、安全性等重要的技术指标仍需要得到改善。
因此，开发一种更简单高效的制备安全无害，且具有优异的耐高温性能的聚烯烃高分子材料的方法在高分子材料领域具有深远的意义。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明第一方面提供了一种安全环保改性含硅高分子材料，按质量百分比计，制备原料包括以下组分：高分子聚合物10-30％，高分子弹性体3-6％，含二氧化硅粉末68-75％，硬脂酸及其衍生物0.1-0.6％，含卤素无规共聚物5-10％，功能化添加剂补充余量至100％。
作为本发明一种优选的技术方案，所述高分子聚合物包括聚乙烯、均聚聚丙烯、聚异丁烯中一种或几种的组合。
作为本发明一种更优选的技术方案，所述高分子聚合物为聚乙烯、均聚聚丙烯，聚乙烯和均聚聚丙烯的质量比为(0.2-0.6)：(1.2-1.8)。
作为本发明一种最优选的技术方案，所述聚乙烯和均聚聚丙烯的质量比为0.4：1.6。
作为本发明一种优选的技术方案，所述聚乙烯包括高压低密度聚乙烯、低压高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、线型中密度聚乙烯中一种或几种的组合。
作为本发明一种更优选的技术方案，所述聚乙烯为线性低密度聚乙烯。
作为本发明一种优选的技术方案，所述均聚聚丙烯的在230℃的熔体流动速率为10-16g/10min。
作为本发明一种更优选的技术方案，所述均聚聚丙烯在230℃的熔体流动速率为12g/10min。
作为本发明一种优选的技术方案，所述高分子弹性体包括乙烯-丁烯高聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中一种或几种的组合。
作为本发明一种优选的技术方案，所述高分子弹性体为乙烯-丁烯共聚物。
作为本发明一种优选的技术方案，所述乙烯-丁烯高聚物的玻璃转化温度为-50～-30℃。
作为本发明一种更优选的技术方案，所述乙烯-丁烯高聚物的玻璃转化温度为-46℃。
作为本发明一种优选的技术方案，所述乙烯-丁烯高聚物的门尼粘度为20-30MU。
作为本发明一种更优选的技术方案，所述乙烯-丁烯高聚物的门尼粘度为22MU。
作为本发明一种优选的技术方案，所述含二氧化硅粉末的粒径为1300-2600目。
作为本发明一种更优选的技术方案，所述含二氧化硅粉末的粒径为1600目。
作为本发明一种优选的技术方案，所述含二氧化硅粉末包括微硅粉、石英粉、蛋白石粉末、玉髓粉末、石灰石粉末中一种或多种的组合。
作为本发明一种更优选的技术方案，所述含二氧化硅粉末为微硅粉。
作为本发明一种优选的技术方案，所述硬脂酸及其衍生物包括硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸钠、硬脂酸铅、硬脂酸丁酯、硬脂酸酰胺中一种或几种的组合。
作为本发明一种更优选的技术方案，所述硬脂酸及其衍生物为硬脂酸、硬脂酸锌，硬脂酸和硬脂酸锌的质量比为(1.2-2.4)：(0.5-1.5)。
作为本发明一种最优选的技术方案，所述硬脂酸和硬脂酸锌的质量比为2：0.8。
作为本发明一种优选的技术方案，所述含卤素无规共聚物为氯化聚乙烯，购自临沂安丰化工有限公司，型号为CPE230。
作为本发明一种优选的技术方案，所述功能化添加剂包括无机类功能化添加剂、有机类功能化添加剂中一种或几种的组合。
作为本发明一种优选的技术方案，所述无机类功能化添加剂包括纳米三氧化二铝、纳米氧化镁、陶瓷微粉、云母粉、高岭土、轻质碳酸钙、滑石粉、硫酸钙、粉煤灰中一种或几种的组合。
作为本发明一种更优选的技术方案，所述无机类功能化添加剂为纳米三氧化二铝、纳米氧化镁、陶瓷微粉，纳米三氧化二铝、纳米氧化镁、陶瓷微粉的质量比为(2-5)：(2-5)：(2-5)。
作为本发明一种最优选的技术方案，所述纳米三氧化二铝、纳米氧化镁、陶瓷微粉的质量比为2：2.5：3。
作为本发明一种优选的技术方案，所述纳米三氧化二铝的粒径为20-60nm。
作为本发明一种更优选的技术方案，所述纳米三氧化二铝的粒径为30nm。
作为本发明一种优选的技术方案，所述纳米氧化镁的比表面积为20-40m2/g。
作为本发明一种更优选的技术方案，所述纳米氧化镁的比表面积为30m2/g。
作为本发明一种优选的技术方案，所述有机类功能化添加剂包括石蜡、聚乙烯蜡、丁基羟基茴香醚、二丁基羟基甲苯、叔丁基对苯二酚、邻羟基苯甲酸苯酯、2,4-二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮中一种或多种的组合。
本发明第二方面提供了一种安全环保改性含硅高分子材料的制备方法，包括以下步骤；
(1)将高分子聚合物，高分子弹性体，含二氧化硅粉末，硬脂酸及其衍生物，含卤素无规共聚物，功能化添加剂加入高速混合机中，高速混合30-60min，得到混合物；
(2)将步骤(1)所述混合物置于密炼机中，经过挤出、切粒，即得所述改性含硅高分子材料。
其中，步骤(1)所述高速混合物的转速为550-750r/min。
步骤(2)所述密炼机中的温度为180-210℃。
本发明第三方面提供了一种安全环保改性含硅高分子材料的应用，所述应用为用于微波炉餐盒的制备。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明制备得到的改性含硅高分子材料，通过向体系中同时加入线性低密度聚乙烯和在230℃的熔体流动速率为12g/10min的均聚聚丙烯进行合理复配，尤其当线性低密度聚乙烯和均聚聚丙烯的质量比为0.4：1.6时，由于其特有的分子结构和分子量，可以与本体系中其它组分协同作用，改善体系的结晶度和软化温度，使得制备得到的高分子材料的强度、硬度与冲击韧性达到平衡，具有优异的机械性能，保证高分子材料在高温下仍具有优异的力学性能，有效解决了聚丙烯高分子材料在微波条件下出现变形的问题。
2、本发明制备得到的改性含硅高分子材料，当向体系中加入乙烯-丁烯高聚物，并严格控制乙烯-丁烯高聚物的玻璃转化温度为-46℃、门尼粘度为22MU时，可以与本体系中线性低密度聚乙烯和在230℃的熔体流动速率为12g/10min的均聚聚丙烯协同作用，在改善了本体系中聚合物分子链的旋转程度，提升了分子间的相互作用力，增强产品机械性能的同时，还赋予了改性含硅改性高分子材料的透气性、耐热性，有效避免了聚丙烯在高温下易老化现象，扩大了产品在高温领域的应用范围和使用寿命。
3、本发明制备得到的改性含硅高分子材料，通过向体系中采用硬脂酸和硬脂酸锌，并对其进行合理复配，本申请人意外发现，当控制硬脂酸和硬脂酸锌的质量比为2：0.8时，其在本体系中具有优异的相容性，可以充分均匀的分散于体系中，改善本体系中聚合物分子量的软段比例，进一步提升了产品在实际使用时的再加工性能。
4、本发明制备得到的改性含硅高分子材料，通过向体系中加入质量比为2：2.5：3的纳米三氧化二铝、纳米氧化镁、陶瓷微粉，尤其当纳米三氧化二铝的粒径为30nm、纳米氧化镁的比表面积为30m2/g时，可以均匀稳定的分散于本体系中聚合物分子链间的空隙中，一方面避免了纳米三氧化二铝、纳米氧化镁易团聚的现象，增强了其在本体系中的填充系数；另一方面与本体系中的乙烯-丁烯高聚物协同作用，赋予了改性含硅高分子材料优异的机械性能和耐高温性能。
5、本发明制备得到的改性含硅高分子材料，以线性低密度聚乙烯和在230℃的熔体流动速率为12g/10min的均聚聚丙烯为高分子基体，向其中加入了1600目的微硅粉，通过乙烯-丁烯共聚物、硬脂酸、硬脂酸锌、纳米三氧化二铝、纳米氧化镁、陶瓷微粉、石蜡的协同作用，制备得到的改性含硅高分子材料安全无毒，且具有优异的高温稳定性、拉伸强度、强度强度，可以被用于餐盒的制备。
附图说明
图1为包含实施例3制备得到的改性含硅高分子材料的微波炉餐盒。
实施例
实施例1
实施例1提供了一种安全环保改性含硅高分子材料，按质量百分比计，制备原料包括以下组分：高分子聚合物10％，高分子弹性体3％，含二氧化硅粉末68％，硬脂酸及其衍生物0.1％，含卤素无规共聚物5％，功能化添加剂补充余量至100％。
所述高分子聚合物为线性低密度聚乙烯、均聚聚丙烯，线性低密度聚乙烯、均聚聚丙烯的质量比为0.4：1.6；所述线性低密度聚乙烯购自东莞市广源新材料科技有限公司，型号为2001；均聚聚丙烯购自东莞市屹立塑胶有限公司，型号为100-MG03，230℃的熔体流动速率为12g/10min；
所述高分子弹性体为乙烯-丁烯共聚物购自上海琨杜实业有限公司，型号为POE8003，玻璃转化温度为-46℃，门尼粘度为20-30MU；
所述含二氧化硅粉末为微硅粉，购自上海汇精亚纳米新材料有限公司，粒径为1600目；
所述硬脂酸及其衍生物为硬脂酸、硬脂酸锌，硬脂酸和硬脂酸锌的质量比为2：0.8；硬脂酸的CAS号为57-11-4；硬脂酸锌的CAS号为557-05-1；
所述含卤素无规共聚物为氯化聚乙烯，购自临沂安丰化工有限公司，型号为CPE230；
所述功能化添加剂为无机类功能化添加剂、有机类功能化添加剂，机类功能化添加剂为质量比为2：2.5：3的纳米三氧化二铝、纳米氧化镁、陶瓷微粉；所述纳米三氧化二铝购自宣城晶瑞新材料有限公司，型号为VK-L30，粒径为30nm；纳米氧化镁购自上海超威纳米科技有限公司，型号为CW-MgO-001，比表面积为30m2/g；陶瓷微粉购自灵寿县华慈矿产品加工厂；所述有机类功能化添加剂为石蜡，购自山东京昊化工有限公司；
所述改性含硅高分子材料的制备方法，包括以下步骤；
(1)将高分子聚合物，高分子弹性体，含二氧化硅粉末，硬脂酸及其衍生物，含卤素无规共聚物，功能化添加剂加入高速混合机中，高速混合30-60min，得到混合物；
(2)将步骤(1)所述混合物置于密炼机中，经过挤出、切粒，即得所述改性含硅高分子材料。
其中，步骤(1)所述高速混合物的转速为650r/min。
步骤(2)所述密炼机中的温度为190℃。
实施例2
实施例2提供了一种安全环保改性含硅高分子材料，按质量百分比计，制备原料包括以下组分：高分子聚合物30％，高分子弹性体6％，含二氧化硅粉末75％，硬脂酸及其衍生物0.6％，含卤素无规共聚物10％，功能化添加剂补充余量至100％。
所述高分子聚合物为线性低密度聚乙烯、均聚聚丙烯，线性低密度聚乙烯、均聚聚丙烯的质量比为0.4：1.6；所述线性低密度聚乙烯购自东莞市广源新材料科技有限公司，型号为2001；均聚聚丙烯购自东莞市屹立塑胶有限公司，型号为100-MG03，230℃的熔体流动速率为12g/10min；
所述高分子弹性体为乙烯-丁烯共聚物购自上海琨杜实业有限公司，型号为POE8003，玻璃转化温度为-46℃，门尼粘度为20-30MU；
所述含二氧化硅粉末为微硅粉，购自上海汇精亚纳米新材料有限公司，粒径为1600目；
所述硬脂酸及其衍生物为硬脂酸、硬脂酸锌，硬脂酸和硬脂酸锌的质量比为2：0.8；硬脂酸的CAS号为57-11-4；硬脂酸锌的CAS号为557-05-1；
所述含卤素无规共聚物为氯化聚乙烯，购自临沂安丰化工有限公司，型号为CPE230；
所述功能化添加剂为无机类功能化添加剂、有机类功能化添加剂，机类功能化添加剂为质量比为2：2.5：3的纳米三氧化二铝、纳米氧化镁、陶瓷微粉；所述纳米三氧化二铝购自宣城晶瑞新材料有限公司，型号为VK-L30，粒径为30nm；纳米氧化镁购自上海超威纳米科技有限公司，型号为CW-MgO-001，比表面积为30m2/g；陶瓷微粉购自灵寿县华慈矿产品加工厂；所述有机类功能化添加剂为石蜡，购自山东京昊化工有限公司；
所述改性含硅高分子材料的制备方法同实施例1。
实施例3
实施例3提供了一种安全环保改性含硅高分子材料，按质量百分比计，制备原料包括以下组分：高分子聚合物11.5％，高分子弹性体5％，含二氧化硅粉末72％，硬脂酸及其衍生物0.5％，含卤素无规共聚物6％，功能化添加剂补充余量至100％。
所述高分子聚合物为线性低密度聚乙烯、均聚聚丙烯，线性低密度聚乙烯、均聚聚丙烯的质量比为0.4：1.6；所述线性低密度聚乙烯购自东莞市广源新材料科技有限公司，型号为2001；均聚聚丙烯购自东莞市屹立塑胶有限公司，型号为100-MG03，230℃的熔体流动速率为12g/10min；
所述高分子弹性体为乙烯-丁烯共聚物购自上海琨杜实业有限公司，型号为POE8003，玻璃转化温度为-46℃，门尼粘度为20-30MU；
所述含二氧化硅粉末为微硅粉，购自上海汇精亚纳米新材料有限公司，粒径为1600目；
所述硬脂酸及其衍生物为硬脂酸、硬脂酸锌，硬脂酸和硬脂酸锌的质量比为2：0.8；硬脂酸的CAS号为57-11-4；硬脂酸锌的CAS号为557-05-1；
所述含卤素无规共聚物为氯化聚乙烯，购自临沂安丰化工有限公司，型号为CPE230；
所述功能化添加剂为无机类功能化添加剂、有机类功能化添加剂，机类功能化添加剂为质量比为2：2.5：3的纳米三氧化二铝、纳米氧化镁、陶瓷微粉；所述纳米三氧化二铝购自宣城晶瑞新材料有限公司，型号为VK-L30，粒径为30nm；纳米氧化镁购自上海超威纳米科技有限公司，型号为CW-MgO-001，比表面积为30m2/g；陶瓷微粉购自灵寿县华慈矿产品加工厂；所述有机类功能化添加剂为石蜡，购自山东京昊化工有限公司；
所述改性含硅高分子材料的制备方法同实施例1。
对比例1
对比例1的具体实施方式同实施例3，不同之处在于，没有加入高分子弹性体。
对比例2
对比例2的具体实施方式同实施例3，不同之处在于，所述功能化添加剂为石蜡。
性能评价
(1)密度检测
将实施例1-3、对比例1-2制备得到的改性含硅高分子材料按照GB/T1033-1986《塑料密度和相对密度实验方法》中的D法，在23℃采用ZMD系列电子密度仪进行产品密度的检测，测得数据见表1；
(2)拉伸性能检测
将实施例1-3、对比例1-2制备得到的改性含硅高分子材料制成制成哑铃型样品，按照GB/T1040《塑料拉伸性能的测定》的方法测定产品的拉伸强度和断裂伸长率，测得数据见表1，
其中，拉伸速率为50mm/min；
(3)弯曲性能检测
将实施例1-3、对比例1-2制备得到的改性含硅高分子材料制备为80mm×10mm×4mm的样品按照GB/T9341-2008《塑料弯曲性能的测试》的方法测定产品的弯曲强度和弯曲模量，测得数据见表1，
其中，拉伸速率为2mm/min；
(4)耐热老化检测
将实施例1-3、对比例1-2制备得到的改性含硅高分子材料按照GB/T 7141-2008《塑料热老化试验方法》中的方法B进行耐热老化检测，热老化时间越久，耐热老化性能越好，测得数据见表1；
表1改性含硅高分子材料性能测试结果
Claims (10)
1.一种安全环保改性含硅高分子材料，其特征在于，按质量百分比计，制备原料包括以下组分：高分子聚合物10-30％，高分子弹性体3-6％，含二氧化硅粉末68-75％，硬脂酸及其衍生物0.1-0.6％，含卤素无规共聚物5-10％，功能化添加剂补充余量至100％。
2.根据权利要求1所述改性含硅高分子材料，其特征在于，所述高分子弹性体包括乙烯-丁烯高聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中一种或几种的组合。
3.根据权利要求2所述改性含硅高分子材料，其特征在于，所述乙烯-丁烯高聚物的玻璃转化温度为-50～-30℃，门尼粘度为20-30MU。
4.根据权利要求1所述改性含硅高分子材料，其特征在于，所述硬脂酸及其衍生物包括硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸钠、硬脂酸铅、硬脂酸丁酯、硬脂酸酰胺中一种或几种的组合。
5.根据权利要求1或4所述改性含硅高分子材料，其特征在于，所述硬脂酸及其衍生物为硬脂酸、硬脂酸锌，硬脂酸和硬脂酸锌的质量比为(1.2-2.4)：(0.5-1.5)。
6.根据权利要求1所述改性含硅高分子材料，其特征在于，所述功能化添加剂包括无机类功能化添加剂、有机类功能化添加剂中一种或几种的组合。
7.根据权利要求6所述改性含硅高分子材料，其特征在于，所述无机类功能化添加剂包括纳米三氧化二铝、纳米氧化镁、陶瓷微粉、云母粉、高岭土、轻质碳酸钙、滑石粉、硫酸钙、粉煤灰中一种或几种的组合。
8.根据权利要求7所述改性含硅高分子材料，其特征在于，所述纳米三氧化二铝的粒径为20-60nm，纳米氧化镁的比表面积为20-40m2/g。
9.一种如权利要求1-8任一项所述改性含硅高分子材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将高分子聚合物，高分子弹性体，含二氧化硅粉末，硬脂酸及其衍生物，含卤素无规共聚物，功能化添加剂加入高速混合机中，高速混合30-60min，得到混合物；
(2)将步骤(1)所述混合物置于密炼机中，经过挤出、切粒，即得所述改性含硅高分子材料。
10.一种如权利要求9所述改性含硅高分子材料的应用，其特征在于，所述应用为用于微波炉餐盒的制备。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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