CN116444877A - 一种纳米氧化镁改性聚乙烯纳米复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米氧化镁改性聚乙烯纳米复合材料及其制备方法,该纳米氧化镁改性聚乙烯纳米复合材料包括以下质量份数的原料:聚乙烯20‑50份、增强剂10‑25份、纳米氧化镁10‑25份、硅烷偶联剂5‑15份、增韧剂6‑12份、相容剂5‑8份、润滑剂0.2‑1份、抗氧剂0.2‑1份及成核剂0.2‑1份。本发明通过球磨得方式能有效去除了原微米级粉体中夹杂的HCl气体,降低产品杂质含量,通过加入乙烯‑醋酸乙烯共聚物,使得氧化镁能够均匀地分散在聚乙烯中,能够有效抑制电荷的注入和迁移,同时还具有较高的弹性模量和拉升强度。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域,具体来说,涉及一种纳米氧化镁改性聚乙烯纳米复合材料及其制备方法。
背景技术
纳米氧化镁是一种新型高功能精细无机材料,产品为白色粉末、无味、无毒,产品粒径小、比表面积大。具有不同于本体材料的光、电、磁、化学特性,具有高硬度、高纯度和高熔点。纳米氧化镁应用广泛,可用于无线电工业高频磁棒天线、磁性装置填料、绝缘材料填料及各种载体;电绝缘体材料、制造坩埚、熔炉、绝缘导管(管状元件)、电极棒材、电极薄板。由于其优秀的绝缘和电气特性,常被用来改善高电压设备的耐电弧性能和绝缘性能。利用纳米氧化镁优秀的电气特性并通过改性的方法降低其表面能,进而提升高电压设备的耐积污与自清洁能力。
聚乙烯树脂是以乙烯单体聚合而成的聚合物。聚乙烯的分子是长链线形结构或支链结构,为典型的结晶聚合物。在固体状态下,结晶部分与无定形部分共存。结晶度视加工条件和原处理条件而异,一般情况下,密度越高结晶度就越大。LDPE结晶度通常为55%-65%,HDPE结晶度为80%-90%。聚乙烯具有优良的机械加工性能,但其表面呈惰性和非极性,造成印刷性、染色性、亲水性、粘合性、抗静电性能及与其他极性聚合物和无机填料的相容性较差,而且其耐磨性、耐化学药品性、耐环境应力开裂性及耐热等性能不佳,限制了其应用范围。通过改性来提高其性能,扩大其应用领域。
但是,现有技术中采用母料法制备的聚乙烯复合材料在潮湿环境中会吸收水分,会生成氢氧化镁,影响复合材料的空间电荷特性、变温体积电阻率及介电特性,强度、抗弯折性、抗撕裂性、耐磨性、防潮性、耐老化性都需要进行改进。
针对相关技术中的问题,目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的问题,本发明提出一种纳米氧化镁改性聚乙烯纳米复合材料及其制备方法,以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
为此,本发明采用的具体技术方案如下:
根据本发明的一方面,提供了一种纳米氧化镁改性聚乙烯纳米复合材料,该纳米氧化镁改性聚乙烯纳米复合材料包括以下质量份数的原料:
聚乙烯20-50份、增强剂10-25份、纳米氧化镁10-25份、硅烷偶联剂5-15份、增韧剂6-12份、相容剂5-8份、润滑剂0.2-1份、抗氧剂0.2-1份及成核剂0.2-1份。
进一步的,该纳米氧化镁改性聚乙烯纳米复合材料包括以下质量份数的原料:聚乙烯30-40份、增强剂15-20份、纳米氧化镁15-18份、硅烷偶联剂8-12份、增韧剂8-10份、相容剂5.5-7份、润滑剂0.5-0.8份、抗氧剂0.5-0.8份及成核剂0.5-0.7份。
进一步的,该纳米氧化镁改性聚乙烯纳米复合材料包括以下质量份数的原料:聚乙烯38份、增强剂18份、纳米氧化镁16份、硅烷偶联剂10份、增韧剂9份、相容剂6份、润滑剂0.7份、抗氧剂0.7份及成核剂0.6份。
进一步的,所述聚乙烯包括线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯或高密度聚乙烯中的至少一种。
进一步的,所述增韧剂包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物或甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物中的至少一种。
进一步的,所述相容剂包括乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物、马来酸酐接枝聚乙烯或马来酸酐接杆乙烯-辛烯共聚物中的至少一种。
进一步的,所述润滑剂包括固体石蜡、聚乙烯蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌或硬脂酸镁中的至少一种。
进一步的,所述抗氧剂为芳香胺类抗氧剂、受阻酚类抗氧剂及辅助抗氧剂的复配物。
进一步的,所述成核剂包括苯甲酸、硅藻土、苯甲酸钠、己二酸钠、硬脂酸盐、热解硅石或白炭黑中的至少一种。
根据本发明的另一方面,还提供了一种纳米氧化镁改性聚乙烯纳米复合材料的制备方法,该纳米氧化镁改性聚乙烯纳米复合材料的制备方法包括以下步骤:
步骤S1、将配方量的纳米氧化镁和硅烷偶联剂混合,加入醇溶剂中,在室温条件下超声处理20-30min,然后在50-80℃条件下进行球磨70-90min,获得改性纳米氧化镁;
步骤S2、将聚乙烯加入甲苯中,在100-140℃的温度下搅拌反应40-60min,得到聚乙烯溶液;
步骤S3、将步骤S1中的改性纳米氧化镁加入到步骤S2中的聚乙烯溶液中,并保持160-180℃的温度,搅拌3-5h,超声分散3-5h,并在烘箱中放置1-3h脱溶剂,得到改性纳米氧化镁-聚乙烯粉体;
步骤S4、将步骤S3中得到的改性纳米氧化镁-聚乙烯粉体与乙烯-醋酸乙烯共聚物放置于温度为160-180℃的高速混合机中混合20-30min,然后再加入配方量的增韧剂、相容剂、润滑剂、抗氧剂及成核剂继续混合20-30min,然后将混合均匀的通过单螺杆挤出机挤出成型,经过冷却、切粒及干燥后即可得到纳米氧化镁改性聚乙烯纳米复合材料。
其中,本发明所采用的原料组份阐述如下:
线性低密度聚乙烯:为无毒、无味、无臭的乳白色颗粒,其具有较高的软化温度和熔融温度,有强度大、韧性好、刚性大、耐热、耐寒性好等优点,还具有良好的耐环境应力开裂性,耐冲击强度、耐撕裂强度等性能,并可耐酸、碱、有机溶剂等。
低密度聚乙烯:是一种塑料材料,它适合热塑性成型加工的各种成型工艺,成型加工性好。
高密度聚乙烯:为白色粉末颗粒状产品,无毒、无味,它具有良好的耐热性和耐寒性,化学稳定性好,还具有较高的刚性和韧性,机械强度好。
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物:是一种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑型高分子材料,而且有很好的成型性,加工出的产品表面光洁,易于染色和电镀,而且可与多种树脂配混成共混物。
甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物:为浅稻草黄色透明固体颗粒,可用注射、模压、挤出和吹塑等方法成型,制成电器和机械产品的透明外壳和零件等。
马来酸酐接枝聚乙烯:用于聚丙烯、高密度聚乙烯的填充、玻纤增强的偶联剂,色母粒的载体树脂,工程塑料的增韧改性剂、塑料共混物的增容剂、防雾地膜的延长防雾期改性剂等。
聚乙烯蜡:又称高分子蜡,作为一种添加剂可直接加到聚烯烃加工中,它可以增加产品的光泽和加工性能,作为润滑剂,聚乙烯蜡具有更强的内部润滑作用。
硬脂酸钙:为白色粉末,不溶于水,冷的乙醇和乙醚,溶于热苯、苯和松节油等有机溶剂,微溶于热的乙醇和乙醚,可燃,遇强酸分解为硬脂酸和相应的钙盐,有吸湿性。
硬脂酸锌:用作苯乙烯树脂、酚醛树脂、胺基树脂的润滑剂和脱模剂。同时在橡胶中还具有硫化活性剂及软化剂的功能。
硬脂酸镁:为白色轻松无砂性的细粉,微有特臭,与皮肤接触有滑腻感,主要用作润滑剂、抗粘剂及助流剂,特别适宜油类和浸膏类药物的制粒,制成的颗粒具有很好的流动性和可压性。
受阻酚类抗氧剂:具有空间受阻结构的酚类化合物,系链终止型抗氧剂的主要类型,根据分子中受阻酚官能团的数量一般分为一元受阻酚和多元受阻酚。
苯甲酸:为苯或甲醛的气味的鳞片状或针状结晶,它的蒸气有很强的刺激性,吸入后易引起咳嗽,微溶于水,易溶于乙醇、乙醚等有机溶剂,苯甲酸是弱酸,比脂肪酸强。它们的化学性质相似,都能形成盐、酯、酰卤、酰胺、酸酐等,都不易被氧化。
硅藻土:是一种生物成因的硅质沉积岩,它主要由古代硅藻的遗骸所组成,其化学成分以SiO2为主,可用SiO2·nH2O表示,矿物成分为蛋白石及其变种。
苯甲酸钠:为苯甲酸的钠盐,属于酸性防腐剂在酸性环境下防腐效果较好,是很常用的食品防腐剂,有防止变质发酸、延长保质期的效果。
热解硅石:由四氯化硅氢气燃烧反应制得的产物,白色细粒,是一种增稠剂,也是橡胶特别是硅橡胶的白色增强填料。
白炭黑:是白色粉末状X-射线无定形硅酸和硅酸盐产品的总称,主要是指沉淀二氧化硅、气相二氧化硅和超细二氧化硅凝胶,也包括粉末状合成硅酸铝和硅酸钙等。白炭黑是多孔性物质,能溶于苛性碱和氢氟酸,不溶于水、溶剂和酸,耐高温、不燃、无味、无嗅、具有很好的电绝缘性。
本发明的有益效果为:本发明将纳米技术与高分子材料结合,所制得的聚乙烯复合材料具有无卤抑烟的优良阻燃性能,达到UL94V-0阻燃级,并在燃烧过程中无融滴现象,同时所制得的聚乙烯制品具有良好的光泽、尺寸稳定、低翘曲、高模量、高耐热、高抗冲击、成本低的效果,并且通过球磨得方式能有效去除了原微米级粉体中夹杂的HCl气体,降低产品杂质含量,通过加入乙烯-醋酸乙烯共聚物,使得氧化镁能够均匀地分散在聚乙烯中,能够有效抑制电荷的注入和迁移,同时还具有较高的弹性模量和拉升强度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的一种纳米氧化镁改性聚乙烯纳米复合材料及其制备方法的流程图。
具体实施方式
为进一步说明各实施例,本发明提供有附图,这些附图为本发明揭露内容的一部分,其主要用以说明实施例,并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理,配合参考这些内容,本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点,图中的组件并未按比例绘制,而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
根据本发明的实施例,提供了一种纳米氧化镁改性聚乙烯纳米复合材料及其制备方法。
根据本发明的一个实施例,提供了一种纳米氧化镁改性聚乙烯纳米复合材料,该含有纳米氧化镁改性聚乙烯纳米复合材料包括以下质量份数的原料:
聚乙烯20-50份、增强剂10-25份、纳米氧化镁10-25份、硅烷偶联剂5-15份、增韧剂6-12份、相容剂5-8份、润滑剂0.2-1份、抗氧剂0.2-1份及成核剂0.2-1份。
在一个实施例中,该纳米氧化镁改性聚乙烯纳米复合材料包括以下质量份数的原料:聚乙烯30-40份、增强剂15-20份、纳米氧化镁15-18份、硅烷偶联剂8-12份、增韧剂8-10份、相容剂5.5-7份、润滑剂0.5-0.8份、抗氧剂0.5-0.8份及成核剂0.5-0.7份。
在一个实施例中,该纳米氧化镁改性聚乙烯纳米复合材料包括以下质量份数的原料:聚乙烯38份、增强剂18份、纳米氧化镁16份、硅烷偶联剂10份、增韧剂9份、相容剂6份、润滑剂0.7份、抗氧剂0.7份及成核剂0.6份。
在一个实施例中,所述聚乙烯包括线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯或高密度聚乙烯中的至少一种。
在一个实施例中,所述增韧剂包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物或甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物中的至少一种。
在一个实施例中,所述相容剂包括乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物、马来酸酐接枝聚乙烯或马来酸酐接杆乙烯-辛烯共聚物中的至少一种。
在一个实施例中,所述润滑剂包括固体石蜡、聚乙烯蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌或硬脂酸镁中的至少一种。
在一个实施例中,所述抗氧剂为芳香胺类抗氧剂、受阻酚类抗氧剂及辅助抗氧剂的复配物。
具体的,所述芳香胺类抗氧剂包括二苯胺、对苯二胺、二氢喹啉、及其衍生物和聚合物的其中一种;
具体的,所述受阻酚类抗氧剂包括2,6-三级丁基-4-甲基苯酚、双(3,5-三级丁基-4-羟基苯基)硫醚、四〔β-(3,5-三级丁基-4-羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯的其中一种;
具体的,所述辅助抗氧剂包括双十二碳醇酯、双十四碳醇酯及双十八碳醇酯的其中一种。
在一个实施例中,所述成核剂包括苯甲酸、硅藻土、苯甲酸钠、己二酸钠、硬脂酸盐、热解硅石或白炭黑中的至少一种。
根据本发明的另一个实施例,如图1所示,还提供了一种纳米氧化镁改性聚乙烯纳米复合材料的制备方法,该纳米氧化镁改性聚乙烯纳米复合材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤S1、将配方量的纳米氧化镁和硅烷偶联剂混合,加入醇溶剂中,在室温条件下超声处理20-30min,然后在50-80℃条件下进行球磨70-90min,获得改性纳米氧化镁;
步骤S2、将聚乙烯加入甲苯中,在100-140℃的温度下搅拌反应40-60min,得到聚乙烯溶液;
步骤S3、将步骤S1中的改性纳米氧化镁加入到步骤S2中的聚乙烯溶液中,并保持160-180℃的温度,搅拌3-5h,超声分散3-5h,并在烘箱中放置1-3h脱溶剂,得到改性纳米氧化镁-聚乙烯粉体;
步骤S4、将步骤S3中得到的改性纳米氧化镁-聚乙烯粉体与乙烯-醋酸乙烯共聚物放置于温度为160-180℃的高速混合机中混合20-30min,然后再加入配方量的增韧剂、相容剂、润滑剂、抗氧剂及成核剂继续混合20-30min,然后将混合均匀的通过单螺杆挤出机挤出成型,经过冷却、切粒及干燥后即可得到纳米氧化镁改性聚乙烯纳米复合材料。
综上所述,借助于本发明的上述技术方案,本发明将纳米技术与高分子材料结合,所制得的聚乙烯复合材料具有无卤抑烟的优良阻燃性能,达到UL94V-0阻燃级,并在燃烧过程中无融滴现象,同时所制得的聚乙烯制品具有良好的光泽、尺寸稳定、低翘曲、高模量、高耐热、高抗冲击、成本低的效果,并且通过球磨得方式能有效去除了原微米级粉体中夹杂的HCl气体,降低产品杂质含量,通过加入乙烯-醋酸乙烯共聚物,使得氧化镁能够均匀地分散在聚乙烯中,能够有效抑制电荷的注入和迁移,同时还具有较高的弹性模量和拉升强度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种纳米氧化镁改性聚乙烯纳米复合材料及其制备方法,其特征在于,该纳米氧化镁改性聚乙烯纳米复合材料包括以下质量份数的原料:
聚乙烯20-50份、增强剂10-25份、纳米氧化镁10-25份、硅烷偶联剂5-15份、增韧剂6-12份、相容剂5-8份、润滑剂0.2-1份、抗氧剂0.2-1份及成核剂0.2-1份。
2.根据权利要求1所述的一种纳米氧化镁改性聚乙烯纳米复合材料及其制备方法,其特征在于,该纳米氧化镁改性聚乙烯纳米复合材料包括以下质量份数的原料:聚乙烯30-40份、增强剂15-20份、纳米氧化镁15-18份、硅烷偶联剂8-12份、增韧剂8-10份、相容剂5.5-7份、润滑剂0.5-0.8份、抗氧剂0.5-0.8份及成核剂0.5-0.7份。
3.根据权利要求2所述的一种纳米氧化镁改性聚乙烯纳米复合材料及其制备方法,其特征在于,该纳米氧化镁改性聚乙烯纳米复合材料包括以下质量份数的原料:聚乙烯38份、增强剂18份、纳米氧化镁16份、硅烷偶联剂10份、增韧剂9份、相容剂6份、润滑剂0.7份、抗氧剂0.7份及成核剂0.6份。
4.根据权利要求3所述的一种纳米氧化镁改性聚乙烯纳米复合材料及其制备方法,其特征在于,所述聚乙烯包括线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯或高密度聚乙烯中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的一种纳米氧化镁改性聚乙烯纳米复合材料及其制备方法,其特征在于,所述增韧剂包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物或甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的一种纳米氧化镁改性聚乙烯纳米复合材料及其制备方法,其特征在于,所述相容剂包括乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物、马来酸酐接枝聚乙烯或马来酸酐接杆乙烯-辛烯共聚物中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的一种纳米氧化镁改性聚乙烯纳米复合材料及其制备方法,其特征在于,所述润滑剂包括固体石蜡、聚乙烯蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌或硬脂酸镁中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的一种纳米氧化镁改性聚乙烯纳米复合材料及其制备方法,其特征在于,所述抗氧剂为芳香胺类抗氧剂、受阻酚类抗氧剂及辅助抗氧剂的复配物。
9.根据权利要求8所述的一种纳米氧化镁改性聚乙烯纳米复合材料及其制备方法,其特征在于,所述成核剂包括苯甲酸、硅藻土、苯甲酸钠、己二酸钠、硬脂酸盐、热解硅石或白炭黑中的至少一种。
10.一种纳米氧化镁改性聚乙烯纳米复合材料制备方法,用于实现权利要求9中所述纳米氧化镁改性聚乙烯纳米复合材料的制备,其特征在于,包括以下步骤:
步骤S1、将配方量的纳米氧化镁和硅烷偶联剂混合,加入醇溶剂中,在室温条件下超声处理20-30min,然后在50-80℃条件下进行球磨70-90min,获得改性纳米氧化镁;
步骤S2、将聚乙烯加入甲苯中,在100-140℃的温度下搅拌反应40-60min,得到聚乙烯溶液;
步骤S3、将步骤S1中的改性纳米氧化镁加入到步骤S2中的聚乙烯溶液中,并保持160-180℃的温度,搅拌3-5h,超声分散3-5h,并在烘箱中放置1-3h脱溶剂,得到改性纳米氧化镁-聚乙烯粉体;
步骤S4、将步骤S3中得到的改性纳米氧化镁-聚乙烯粉体与乙烯-醋酸乙烯共聚物放置于温度为160-180℃的高速混合机中混合20-30min,然后再加入配方量的增韧剂、相容剂、润滑剂、抗氧剂及成核剂继续混合20-30min,然后将混合均匀的通过单螺杆挤出机挤出成型,经过冷却、切粒及干燥后即可得到纳米氧化镁改性聚乙烯纳米复合材料。
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CN103849039A (zh) * | 2012-12-04 | 2014-06-11 | 青岛三利中德美水设备有限公司 | 纳米阻燃改性聚乙烯复合材料及其制备方法 |
CN109422949A (zh) * | 2017-09-05 | 2019-03-05 | 张家港市沐和新材料技术开发有限公司 | 一种改性纳米氧化镁-聚乙烯复合材料及其制备方法 |
CN110564035A (zh) * | 2019-08-02 | 2019-12-13 | 浙江晟祺实业有限公司 | 一种超高分子量聚乙烯复合材料及其制备方法 |
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2023
- 2023-02-15 CN CN202310119691.6A patent/CN116444877A/zh active Pending
Patent Citations (3)
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