一种高密度聚乙烯/层状硅酸盐复合材料的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种高密度聚乙烯/层状硅酸盐复合材料的制备方法，该方法由实验室合成类蛭石纳米层状硅酸盐、硅烷偶联剂和高密度聚乙烯为原材料，使用双螺杆挤出机，运用熔融共混的方法制备得到。本发明所述高密度聚乙烯/层状硅酸盐复合材料制备方法简单易操作，显著提高了高密度聚乙烯材料的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和热力学性能。该方法简单易操作，具有层状结构明显，粒径均匀，杂质可控等优点。
【专利说明】
一种高密度聚乙烯/层状硅酸盐复合材料的制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种高密度聚乙烯复合材料的制备方法，具体涉及一种高密度聚乙 烯/层状硅酸盐复合材料的制备方法。
【背景技术】
[0002] 聚乙烯材料具有质量轻、无毒害、易成型加工、价格相对低廉等优点，自问世以来 一直保持着良好的发展态势，聚乙烯材料的需求量一直很高。聚乙烯具有上述所讲的很多 优点，但它们普遍存在着强度较低、耐热性较差和阻隔性能不够好的缺点。在改善其缺点的 这一领域中首选方法就是填充改性。在聚乙烯树脂中加入填充剂不仅可以提高材料的机械 性能、加工性能，同时也能降低成本。目前研究最广、最具有工业化前景并较有效的填充改 性方法就是以粘土为载体，将粘土 (主要为蒙脱土层状硅酸盐类）以纳米尺度分散于聚乙烯 基体中，充分发挥粘土纳米粒子与聚乙烯树脂各自的特性，并制备性能优异的聚乙烯/层状 硅酸盐纳米复合材料。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于，提供一种高密度聚乙烯/层状硅酸盐复合材料的制备方法，该 方法由实验室合成类蛭石纳米层状硅酸盐、硅烷偶联剂和高密度聚乙烯为原材料，使用双 螺杆挤出机，运用熔融共混的方法制备得到。通过本发明所述方法获得的高密度聚乙烯/层 状硅酸盐复合材料显著提高了高密度聚乙烯材料的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和热力 学性能。该方法简单易操作，具有层状结构明显，粒径均匀，杂质可控等优点。
[0004] 本发明所述的一种高密度聚乙烯/层状硅酸盐复合材料的制备方法，按下列步骤 进行：
[0005] a、按摩尔比1:0.1-1:0.5-5:0.5-5称量二氧化硅或气相法二氧化硅或硅酸钠，及 氧化铝、氧化镁和氢氧化钠，采用水热法，在温度250°C条件下反应12小时，得到类蛭石结构 纳米层状硅酸盐；
[0006] b、将步骤a得到的类蛭石结构纳米层状硅酸盐与硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅 烷、乙烯基三(b-甲氧基乙氧基)硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷或γ-(2,3-环氧丙氧）丙基 三甲氧基硅烷按质量比100:1-5,在温度50-90°C下冷凝回流反应2小时进行有机改性，得到 有机改性类蛭石纳米层状硅酸盐；
[0007] C、将高密度聚乙烯与步骤b得到的有机改性类蛭石纳米层状硅酸盐按质量比为 100:1 -10混合，投入到双螺杆挤出机中，进行有机改性类蛭石结构纳米层状硅酸盐的插层、 剥离和分散，其中双螺杆挤出机的加工参数为:双螺杆挤出机有四个控温区，一区温度150-190°C，二区温度150-200°C，三区温度150-200°C，四区温度150-200°C，模头温度150-200 °C，螺杆转速为80-150rmp;
[0008] d、将步骤c所得产物进行除杂，造粒，然后在温度85°C烘箱中烘干3小时，即得到高 密度聚乙烯/层状硅酸盐复合材料。
[0009]本发明所述方法中使用的二氧化硅或二氧化硅前体、氧化铝、氧化镁、氢氧化钠、 硅烷偶联剂及高密度聚乙烯均采用市售的材料和试剂。
[0010]本发明所述高密度聚乙烯/层状硅酸盐复合材料的制备方法简单易操作，显著提 高了高密度聚乙烯材料的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和热力学性能
【具体实施方式】
[0011] 实施例1
[0012] a、按摩尔比1:0.1:0.5:0.5称量二氧化娃(分析纯）、氧化错、氧化镁和氢氧化钠混 合，采用水热法，在温度250°C条件下反应12小时，得到类蛭石结构纳米层状硅酸盐；
[0013] b、称取步骤a得到的类蛭石结构纳米层状硅酸盐10.002g，称取0.108g乙烯基三甲 氧基硅烷(A-171)，在温度50°C条件下冷凝回流反应2小时进行有机改性，得到有机改性类 蛭石纳米层状硅酸盐；
[0014] C、将步骤b得到的有机改性后类蛭石纳米层状硅酸盐10g与1000g高密度聚乙烯混 合，投入到双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机有四个控温区，其中，一区温度150°C，二区温度 150°C，三区温度150°C，四区温度150°C，模头温度150°C，螺杆转速为80rmp，进行有机改性 类蛭石结构纳米层状硅酸盐的插层、剥离和分散；
[0015] d、将步骤c所得产物进行除杂，造粒，将获得的颗粒在温度85 °C烘箱中烘干3小时， 即得该高密度聚乙烯/层状硅酸盐复合材料。
[0016] 实施例2
[0017] a、按摩尔比1:0.2:1:1称量气相法二氧化娃、氧化铝、氧化镁和氢氧化钠，采用水 热法，在温度250°C条件下反应12小时，得到类蛭石结构纳米层状硅酸盐；
[0018] b、称取步骤a得到的类蛭石结构纳米层状硅酸盐20.005g，称取0.105g乙烯基三 (b-甲氧基乙氧基)硅烷(A-172)，在温度60°C条件下冷凝回流反应2小时进行有机改性，得 到有机改性类蛭石纳米层状硅酸盐；
[0019] c、将步骤b得到的有机改性后类蛭石纳米层状硅酸盐20g与200g高密度聚乙烯混 合，投入到双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机有四个控温区，其中，一区温度190°C，二区温度 200°C，三区温度200°C，四区温度200°C，模头温度200°C，螺杆转速为150rmp，进行有机改性 类蛭石结构纳米层状硅酸盐的插层、剥离和分散；
[0020] d、将步骤c所得产物进行除杂，造粒，将获得的颗粒在温度85 °C烘箱中烘干3小时， 即得该高密度聚乙烯/层状硅酸盐复合材料。
[0021] 实施例3
[0022] a、按摩尔比1:1:3:3称量娃酸钠、氧化铝、氧化镁和氢氧化钠，采用水热法，在温度 250°C条件下反应12小时，得到类蛭石结构纳米层状硅酸盐；
[0023] b、称取步骤a得到的类蛭石结构纳米层状硅酸盐15.001g，称取0.455gy-氨丙基 三乙氧基硅烷(KH-550)，在温度80 °C条件下冷凝回流反应2小时进行有机改性，得到有机改 性类蛭石纳米层状硅酸盐；
[0024] c、将步骤b得到的有机改性后类蛭石纳米层状硅酸盐15g与500g高密度聚乙烯混 合，投入到双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机有四个控温区，其中，一区温度170°C，二区温度 180°C，三区温度190°C，四区温度200°C，模头温度185°C，螺杆转速为lOOrrnp，进行有机改性 类蛭石结构纳米层状硅酸盐的插层、剥离和分散；
[0025] d、将步骤c所得产物进行除杂，造粒，将获得的颗粒在温度85 °C烘箱中烘干3小时， 即得该高密度聚乙烯/层状硅酸盐复合材料。
[0026] 实施例4
[0027] a、按摩尔比1:0.5:4:4称量气相法二氧化娃、氧化铝、氧化镁和氢氧化钠，采用水 热法，在温度250°C条件下反应12小时，得到类蛭石结构纳米层状硅酸盐；
[0028] b、称取步骤a得到的类蛭石结构纳米层状硅酸盐20.001g，称取1.005g γ -(2，3-环 氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷(ΚΗ-560)，在温度90°C条件下冷凝回流反应2小时进行有机改 性，得到有机改性类蛭石纳米层状硅酸盐；
[0029] c、将步骤b得到的有机改性后类蛭石纳米层状硅酸盐20g与400g高密度聚乙烯混 合，投入到双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机有四个控温区，其中，一区温度170°C，二区温度 175°C，三区温度185°C，四区温度190°C，模头温度185°C，螺杆转速为120rmp，进行有机改性 类蛭石结构纳米层状硅酸盐的插层、剥离和分散；
[0030] d、将步骤c所得产物进行除杂，造粒，将获得的颗粒在温度85 °C烘箱中烘干3小时， 即得该高密度聚乙烯/层状硅酸盐复合材料。
[0031] 实施例5
[0032] a、按摩尔比1:0.8:2:2称量娃酸钠、氧化铝、氧化镁和氢氧化钠，采用水热法，在温 度250°C条件下反应12小时，得到类蛭石结构纳米层状硅酸盐；
[0033] b、称取步骤a得到的类蛭石结构纳米层状硅酸盐15.010g，称取0.755g乙烯基三 (b-甲氧基乙氧基)硅烷(A-172)，在温度70°C条件下冷凝回流反应2小时进行有机改性，得 到有机改性类蛭石纳米层状硅酸盐；
[0034] c、将步骤b得到的有机改性后类蛭石纳米层状硅酸盐15g与400g高密度聚乙烯混 合，投入到双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机有四个控温区，其中，一区温度150°C，二区温度 170°C，三区温度180°C，四区温度190°C，模头温度180°C，螺杆转速为130rmp，进行有机改性 类蛭石结构纳米层状硅酸盐的插层、剥离和分散；
[0035] d、将步骤c所得产物进行除杂，造粒，将获得的颗粒在温度85 °C烘箱中烘干3小时， 即得该高密度聚乙烯/层状硅酸盐复合材料。
[0036] 实施例6
[0037] a、按摩尔比1:1:5:5称量娃酸钠、氧化铝、氧化镁和氢氧化钠，采用水热法，在温度 250°C条件下反应12小时，得到类蛭石结构纳米层状硅酸盐；
[0038] b、称取步骤a得到的类蛭石结构纳米层状硅酸盐10.002g，称取0.502gY_氨丙基 三乙氧基硅烷(KH-550)，在温度80 °C条件下冷凝回流反应2小时进行有机改性，得到有机改 性类蛭石纳米层状硅酸盐；
[0039] c、将步骤b得到的有机改性后类蛭石纳米层状硅酸盐19g与400g高密度聚乙烯混 合，投入到双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机有四个控温区，其中，一区温度150°C，二区温度 170°C，三区温度180°C，四区温度190°C，模头温度180°C，螺杆转速为130rmp，进行有机改性 类蛭石结构纳米层状硅酸盐的插层、剥离和分散；
[0040] d、将步骤c所得产物进行除杂，造粒，将获得的颗粒在温度85 °C烘箱中烘干3小时， 即得该高密度聚乙烯/层状硅酸盐复合材料。
[0041] 通过本发明所述方法获得的高密度聚乙烯/层状硅酸盐复合材料，经性能测试见 表1;
[0042] 表1.实施例性能一览表
[0044] 空白样指未经过复合改性的纯高密度聚乙烯材料
[0045] 从表中可以看出：经过与类蛭石结构层状硅酸盐的复合，高密度聚乙烯材料的各 项力学性能都得到了较大程度的提高，有望作为基础材料应用于要求更加苛刻的环境中。
【主权项】
1. 一种高密度聚乙烯/层状硅酸盐复合材料的制备方法，其特征在于按下列步骤进行： a、 按摩尔比1:0.1-1:0.5-5:0.5-5称量二氧化硅或气相法二氧化硅或硅酸钠，及氧化 铝、氧化镁和氢氧化钠，采用水热法，在温度250°C条件下反应12小时，得到类蛭石结构纳米 层状硅酸盐； b、 将步骤a得到的类蛭石结构纳米层状硅酸盐与硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、 乙烯基三(b-甲氧基乙氧基)硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷或γ- (2,3_环氧丙氧）丙基三 甲氧基硅烷按质量比100: 1-5,在温度50-90°C下冷凝回流反应2小时进行有机改性，得到 有机改性类蛭石纳米层状硅酸盐； c、 将高密度聚乙烯与步骤b得到的有机改性类蛭石纳米层状硅酸盐按质量比为100: 1-10混合，投入到双螺杆挤出机中，进行有机改性类蛭石结构纳米层状硅酸盐的插层、剥离 和分散，其中双螺杆挤出机的加工参数为:双螺杆挤出机有四个控温区，一区温度150-190 。(：，二区温度150-200°C，三区温度150-200°C，四区温度150-200°C，模头温度150-200°C，螺 杆转速为80-150 rmp; d、 将步骤c所得产物进行除杂，造粒，然后在温度85°C烘箱中烘干3小时，即得到高密度 聚乙烯/层状硅酸盐复合材料。
【文档编号】C08K3/34GK105968537SQ201610553183
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年7月14日
【发明人】陈朝阳, 刘义, 闫世友, 王军华, 谢永新, 范艳伟
【申请人】中国科学院新疆理化技术研究所