CN1227287C - 聚乙烯/蒙脱土复合阻隔材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚乙烯/蒙脱土复合阻隔材料，该复合阻隔材料包含100份聚乙烯树脂、0.5～30份有机蒙脱土、1～10份相容剂。该组合物由上述各种材料按比例均匀混合，在加工温度170℃～250℃条件下，可采用螺杆挤出造粒而成。本发明的复合阻隔材料具有良好的阻隔性能，该材料适合于用吹塑、挤出或注射等成型方法制备产品。
Description
技术领域：本发明涉及一种聚乙烯复合材料，特别是涉及一种具有良好阻隔性能的聚乙烯/蒙脱土复合阻隔材料。
背景技术：聚乙烯具有良好的柔韧性和加工性能，因此，广泛应用于包装材料，据估计，聚乙烯在塑料包装材料中占到半数以上，但聚乙烯的气体阻隔性能较差，人们采用各种方法来改善聚乙烯对气体的阻隔性能，主要方法有：1.表面涂覆、氟化或磺化等表面处理技术；2.多层共挤技术；3.共混改性技术。
表面处理技术因为严重污染环境而受到很大限制；多层共挤技术投资大，工艺复杂，产品成本高，这同样限制了该技术的推广；共混技术相对投资少，而且生产技术简单，特别适合于中小型企业。目前的共混技术中主要有PE/PA(聚乙烯/尼龙)、PE/EVOH(聚乙烯/乙烯-乙烯醇共聚物)、PE/UHWPE(聚乙烯/超高分子量聚乙烯)等阻隔体系，这些体系的阻隔原理是：聚乙烯在复合材料中形成连续相，而PA、EVOH等阻隔材料在连续相中形成层状分散相，复合材料中大量层状结构的存在，使渗透物分子的扩散途径变得迂回，从而使其阻隔性能提高。在这种方法中PA或EVOH等在聚乙烯中的分散即使很均匀，但由于其层状结构尺寸较大，在含量较少时，很难达到理想的阻隔性能，而当含量增大时，会使力学性能大大降低。
中国专利CN1247203A报道了一种阻隔性塑料合金的制备，该方法中使用HDPE为基体材料，AS(苯乙烯-丙烯睛)作为阻隔性材料，HDPE-g-AS(高密度聚乙烯接枝苯乙烯-丙烯睛)、LDPE-g-AS(低密度聚乙烯接枝苯乙烯-丙烯睛)或CPE-g-AS(氯化聚乙烯接枝苯乙烯-丙烯睛)作为增容剂；中国专利CN1067702C报道了一种含有高密度聚乙烯(HDPE)、超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)、粘度调节剂、界面改性剂、自由基终止剂、过氧化物分解剂、碳黑的阻隔型聚烯烃多元组合物。该专利中UHMW-PE在熔融状态下，为半固体状高粘弹体，几乎无流动性，它很难与HDPE熔融共混，上述专利并未涉及粘土。
在现有技术中有聚烯烃与蒙脱土聚合制备的复合材料，如专利CN1289786A(公开日为2001年4月4日)所述的纳米粘土聚烯烃复合材料，但这种材料只提高了材料的强度、耐热、耐老化性，而没有提到改善复合材料的阻隔性能，；又如专利CN1293692A(公开日为2001年5月2日)所述的聚烯烃纳米复合材料，提高了聚烯烃的断裂伸长率、屈服强度及断裂强度，也未提到改善复合材料的阻隔性能。
发明内容：本发明目的在于提供一种阻隔性能良好的聚乙烯/蒙脱土复合材料，并且其制备方法简单易行。
本发明以聚乙烯(PE)为基体材料，经插层处理的蒙脱土作为分散相，采用酸酐类接枝的聚乙烯或EVA为相容剂。
具体地说，本发明的聚乙烯/蒙脱土复合材料包含以下成分：100份聚乙烯树脂(A)；0.5～30份蒙脱土(B)；1～10份相容剂(C))。上述A、B、C组份数均按重量计。
如上所述，根据本发明，该聚乙烯组合物包含A、B、C组分。
作为A组分的聚乙烯树脂，为可工业级用的熔体流动速率(MFR)为0.1-20g/10min的聚乙烯树脂。
作为B组分的蒙脱土为经插层处理的有机蒙脱土，其层间有Na+、Ca2+、Mg2+等可交换性阳离子存在；蒙脱土本身片层间距为1纳米左右，经过插层化处理片层间距被胀大，有的能达到2.5到3个纳米，这样有利于聚合物的大分子插入到蒙脱土的片层间，得到纳米复合材料。目前，国内及国外都有插层化处理的有机蒙脱土。
作为C组分的相容剂为酸酐类接枝的聚乙烯或EVA(乙烯/醋酸乙烯共聚物)，酸酐类接枝的聚乙烯或EVA可以是马来酸酐接枝的聚乙烯、马来酸酐接枝的EVA、丙烯酸酐接枝的聚乙烯或丙烯酸酐接枝的EVA。
组分A、B、C的最佳份数比为20∶5∶1。
如有需要，本发明还可加入分散剂，如聚乙烯蜡或聚丙烯蜡。
本发明的阻隔原理是：蒙脱土是一种天然的层状结构，它的层间有Na+、Ca2+、Mg2+等可交换性阳离子存在，通过插层处理，有机铵盐与蒙脱土层间的阳离子进行交换，使蒙脱土的层间距被撑大，同时使蒙脱土有机化，熔融的聚乙烯大分子链与插层剂(如十六烷基氯化铵)有机基团间的相互作用能够插进蒙脱土的层间，并且在剪切力的作用下，使得蒙脱土的层状结构解离为单个的片层，使其均匀地分布在熔融的聚乙烯基体中，达到纳米尺度的分散，聚乙烯中大量纳米片层结构的存在，使氧气、二氧化碳、水蒸气等气体分子在通过时，路径迂回曲折，大大降低了聚乙烯的气体透过率。同时复合材料将无机物的刚性、耐热性与聚合物的韧性、加工性相结合，使复合材料的性能大大提高。
在加工温度170℃～250℃条件下，将上述A、B、C三种组分(和根据需要加入的其它组分)均匀混合后，采用螺杆挤出造粒即得到本发明所述的聚乙烯/蒙脱土复合阻隔材料。挤出机的温度为170-250℃，螺杆转速为100-300rpm。
具体实施方式：
下面，将结合实施例和对比例对本发明作进一步的描述。但本发明不受实施例内容的限制。
实施例1.
将100份熔体流动速率为2g/10min的聚乙烯树脂、3份插层处理的有机蒙脱土(市售即可)在高速搅拌器中混合均匀，在双螺杆挤出机上进行造粒，挤出机的温度设定为：一区210℃，二区220℃，三区215℃，机头210℃，螺杆转速为240rpm，造粒干燥后得到阻隔复合材料，然后在吹膜机上进行吹膜，其性能测试见下表。
实施例2
将100份熔体流动速率为7g/10min的聚乙烯、8份插层处理的有机蒙脱土、2份马来酸酐接枝聚乙烯，在高速搅拌器中混合均匀，在双螺杆挤出机上进行造粒，其它条件同实施例1。
实施例3.
将100份熔体流动速率为0.5/10min的聚乙烯、15份插层处理的有机蒙脱土、4份马来酸酐接枝EVA，在高速搅拌器中混合均匀，在双螺杆挤出机上进行造粒，其它条件同实施例2。
实施例4.
将100份熔体流动速率为10g/10min的聚乙烯、20份插层处理的有机蒙脱土、5份丙烯酸酐接枝EVA，在高速搅拌器中混合均匀，在双螺杆挤出机上进行造粒，其它条件同实施例3。
实施例5.
将100份熔体流动速率为7g/10min的聚乙烯、25份插层处理的有机蒙脱土、5份马来酸酐接枝聚乙烯，在高速搅拌器中混合均匀，在双螺杆挤出机上进行造粒，其它条件同实施例4。
对比例
对比例中的聚乙烯为100份熔体流动速率为7g/10min的聚乙烯。
对比例及实施例1～5测试结果见下表：
| 聚乙烯(份) | 蒙脱土(份) | 接枝聚乙烯/EVA(份) | 拉伸强度MPa | 伸长率％ | 氧气透过率m3./cm2.s.Pa | 水蒸气透过率g.cm/cm2.s.Pa | |
| 对比例 | 100 | 0 | 0 | 11.5 | 100 | 1.52×10-13 | 1.66×10-14 |
| 实施例1 | 100 | 3 | 0 | 11.2 | 99 | 1.26×10-13 | 1.26×10-14 |
| 实施例2 | 100 | 8 | 2 | 10.0 | 95 | 1.13×10-13 | 1.08×10-14 |
| 实施例3 | 100 | 15 | 4 | 9.0 | 90 | 0.94×10-13 | 0.86×10-14 |
| 实施例4 | 100 | 20 | 5 | 8.5 | 81 | 0.75×10-13 | 0.69×10-14 |
| 实施例5 | 100 | 25 | 5 | 8.0 | 72 | 0.61×10-13 | 0.56×10-14 |
由表中的结果可以看出，本发明的聚乙烯组合物的阻隔性能优于对比例，是一种较为理想的聚乙烯阻隔材料，特别是在阻隔氧气、水蒸气方面效果显著。该材料适合于吹塑、挤出或注射等成型方法制备出具有优良阻隔性能的产品。
Claims (6)
1、一种聚乙烯/蒙脱土复合阻隔材料，其特征在于所述复合材料包含以下成分：
重量份
A、聚乙烯树脂 100份
B、蒙脱土 0.5-30份
C、相容剂 1-10份
2、根据权利要求1所述的聚乙烯/蒙脱土复合阻隔材料，其特征在于所述的聚乙烯树脂的熔体流动速率(MFR)为0.1-20g/10min。
3、根据权利要求1所述的聚乙烯/蒙脱土复合阻隔材料，其特征在于所述的蒙脱土为插层处理的有机化蒙脱土。
4、根据权利要求1所述的聚乙烯/蒙脱土复合阻隔材料，其特征在于所述的相容剂为马来酸酐接枝的聚乙烯或醋酸乙烯共聚物。
5、根据权利要求1所述的聚乙烯/蒙脱土复合阻隔材料，其特征在于所述的各组分聚乙烯树脂、蒙脱土、相容剂的份数比为：20∶5∶1。
6、根据权利要求1所述的聚乙烯/蒙脱土复合阻隔材料，其特征在于所述的阻隔材料是在170-250℃下将各组分共混后再经挤出造粒而成。
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