一种类水滑石基高分子聚合物保温母粒及其制备方法与流程

本发明属于农业高分子材料领域，具体涉及一种母粒，特别是一种类水滑石基高分子聚合物保温母粒及其制备方法。

背景技术：

农用薄膜具有提高土壤温度、减少杂草和害虫、保持水分以及提高作物产量的特点。据统计，2015年我国农膜产量达到230.95万吨，居世界首位。随着农业科学技术的迅速发展，对农膜的需求量将会继续增长。农膜的保温性通过吸收并反射特定波段的红外光(1428-400cm^-1，峰值1180-914cm^-1)来实现,常用农膜材料高分子聚合物的红外光透过率为70％-80％，因此农膜的保温性能并不理想。制备保温农膜的关键是制备保温母粒，通常包括两种常用方法。一种方法是采用添加微米级或纳米级无机材料(如滑石粉、高岭土、蒙脱土等)的方法制备无机材料基保温母粒。但因为无机材料的红外光吸收波段并不理想，因此制备的无机材料基保温母粒，其保温性能提高不显著，并且由于无机材料与聚合物基体的兼容性不好，会导致制备的农膜力学、光学等性能的大幅降低，影响实际使用。另一种方法是采用添加具有特定红外光吸收波段(1180-914cm^-1)的有机小分子的方法制备有机材料基保温母粒。但是由于有机小分子具有极强的迁移性，在较短时间内就会逃逸到材料表面并随之流失，从而使其失去保温性能，因此这种方法制备的保温母粒，其使用寿命较短。

基于上述不足，研发具有特定红外吸收波段的有机-无机材料并将之添加到聚合物基体中，制备新型保温母粒具有重大意义。

类水滑石是一类具有层状结构的无机粘土，其层板是由二价和三价金属离子组成，层间含有无机离子或者有机阴离子。由于其金属层板的可设计性和层间阴离子的可替换性，因此可以根据不同需求制备出具有不同功能的类水滑石。基于这种理由，如何获得更加适合保温母粒使用的改性类水滑石成为本领域的难题。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的诸多不足之处，提供了一种类水滑石基高分子聚合物保温母粒及其制备方法，该母粒以有机化类水滑石和高分子聚合物为原料制备而成；制备有机化类水滑石使用方法(球磨法)与传统共沉淀法相比，具有产量高、无溶剂等特点，且不会产生环境污染；其红外吸光度可提高60-100，保温性得到显著提高；本发明加工工艺简单，能耗低、效率高，属低能型工艺。

本发明利用具有特定红外光吸收波段(1180-914cm^-1)的有机小分子，使用球磨法大量制备保温性有机化类水滑石，然后将其添加到高分子聚合物中制备类水滑石基高分子聚合物保温母粒。

具体技术方案是：

一种类水滑石基高分子聚合物保温母粒，其主要组分按重量份计为：

有机化类水滑石0.5-8.0份，高分子聚合物92.0-99.5份；

本发明最大的特点就是提供了上述有机化类水滑石的制备方法如下：

将有机小分子物质、二价金属盐、三价金属盐和碱性物质按照摩尔比(1-20)：(1-20)：(1-20)：(1-20)添加到球磨罐中，随后将球磨罐固定到行星式球磨机上，室温下在10-300rpm转速条件下反应0.1-5h，然后将产物在70℃烘箱中烘干，用粉碎机将烘干产物磨细，最后过800目筛，得到有机化类水滑石；

其中所述的有机小分子物质选自烷基磷酸盐、烷基硫酸盐、烷基硅烷、全氟烷基硅烷、烷基三氯硅烷、全氟烷基三氯硅烷中的一种或几种；

所述的二价金属盐选自氯化钙、氯化镁、氯化亚铁、氯化锌、硝酸钙、硝酸镁、硝酸亚铁、硝酸锌、硫酸钙、硫酸镁、硫酸亚铁、硫酸锌中的一种或几种；

所述的三价金属盐选自氯化铁、氯化铝、氯化锰、氯化铬、硝酸铁、硝酸铝、硝酸锰、硝酸铬、硫酸铁、硫酸铝、硫酸锰、硫酸铬中的一种或几种；

所述的碱性物质选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡、氨水中的一种或几种；

所述的高分子聚合物选自聚乙烯、聚氯乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-乙烯醇中的一种或几种；优选采用聚乙烯；

更进一步的，发明人将所述有机小分子物质、二价金属盐、三价金属盐和碱性物质的摩尔比限定为2-8：2-8：1-3：1-20；在这一比例范围内可以获得最佳的技术效果；

与现有技术相比，本发明提供的有机化类水滑石制备方法，与常规改性技术对比的优势：

(1)制备工艺简单；

(2)过程中不适用溶剂，属于清洁型工艺；

(3)单次制备量大；

现有的常规制备方法主要是溶液共混法，其使用水作为溶剂，单次制备量少只有几克，工艺复杂，需要使用溶液共混法制备类水滑石前驱体，然后使用有机化改性法制备有机化类水滑石，整个过程复杂且制备产量极低，而本发明则克服了上述的缺陷，直接将有机化小分子物质与其他原料混合后全部送入球磨机进行制备，一步即可获得有机化类水滑石，不使用任何溶剂也不需要额外有机化改性步骤，较之现有技术有了很大的进步；

本发明的另外一个特点就是提供了所述类水滑石基高分子聚合物保温母粒的制备方法，包括以下步骤：

将两种物料按重量比加入高速混合机，室温条件下以旋转速率60rpm充分混合10min后，将得到的混合物料以投料速率600g·min-1添加到双螺杆挤出机中，制备类水滑石基高分子聚合物保温母粒，双螺杆挤出机的温度设定为120-220℃。

综上所述，采用本发明所提供的这种母粒及其制备方法，优势如下：

1、本发明使用球磨法制备类水滑石，与传统共沉淀法相比，具有产量高、无溶剂等特点，且不会产生环境污染；

2、制备的类水滑石基高分子聚合物保温母粒，红外吸光度可提高60-100，保温性得到显著提高；

3、加工工艺简单，能耗低、效率高，属低能型工艺。

附图说明

图1为有机化类水滑石、聚乙烯和本发明类水滑石基聚乙烯保温母粒红外光谱对比图；

由图可以发现类水滑石基聚乙烯保温母粒的谱图中在3440cm^-1处出现代表-oh的吸收振动特征吸收峰，在567cm^-1处出现代表金属m-o键的弯曲振动特征吸收峰，这些新出现的特征吸收峰说明类水滑石在保温母粒中的存在，另外，在1078cm^-1处出现的强烈的红外吸收峰，说明制备的母粒的保温性能得到显著提高；

图2为聚乙烯和实施例2所获得的类水滑石基聚乙烯保温母粒在特定波段的红外光吸光度对比图；

由图可以观察到类水滑石基聚乙烯保温母粒对特定红外光波段(1180-914cm^-1)的吸收明显增强，普通聚乙烯的吸光度为11.46，保温母粒的吸光度为71.12，较之普通聚乙烯吸光度提高60左右，这些数据说明了有机化类水滑石的加入明显提高了聚乙烯的保温性能。

具体实施方式

实施例1：

将烷基磷酸盐、氯化钙、氯化铁和氢氧化钠按照摩尔比4:6:2:16添加到球磨罐中，随后将球磨罐固定到行星式球磨机上，室温下在50rpm转速条件下反应1h，然后将产物在70℃烘箱中烘干，用粉碎机将烘干产物磨细，过800目筛子，得到有机化类水滑石；

然后将两种物料按重量比：有机化类水滑石1.0％，聚氯乙烯99.0％，加入高速混合机，室温条件下以旋转速率60rpm充分混合10min后，将得到的混合物料以投料速率600g·min^-1添加到双螺杆挤出机中，制备类水滑石基聚氯乙烯保温母粒，双螺杆挤出机的温度设定为140-220℃。保温性得到显著提高，红外吸光度可提高30左右。

实施例2：

将烷基硫酸盐、硝酸锌、硝酸铝和氢氧化钾按照摩尔比4:5.5:2.5:16添加到球磨罐中，随后将球磨罐固定到行星式球磨机上，室温下在100rpm转速条件下反应2h，然后将产物在70℃烘箱中烘干，用粉碎机将烘干产物磨细，过800目筛子，得到有机化类水滑石；

然后将两种物料按重量比：有机化类水滑石3.0％，聚乙烯97.0％，加入高速混合机，室温条件下以旋转速率60rpm充分混合10min后，将得到的混合物料以投料速率600g·min^-1添加到双螺杆挤出机中，制备类水滑石基聚乙烯保温母粒，双螺杆挤出机的温度设定为185-205℃。保温性得到显著提高，红外吸光度可提高60左右。

实施例3：

将烷基硅烷、硫酸镁、硝酸铬和氢氧化钡按照摩尔比5:5.5:2.5:16添加到球磨罐中，随后将球磨罐固定到行星式球磨机上，室温下在150rpm转速条件下反应3h，然后将产物在70℃烘箱中烘干，用粉碎机将烘干产物磨细，过800目筛子，得到有机化类水滑石；

然后将两种物料按重量比：有机化类水滑石5.0％，乙烯-醋酸乙烯共聚物95.0％，加入高速混合机，室温条件下以旋转速率60rpm充分混合10min后，将得到的混合物料以投料速率600g·min^-1添加到双螺杆挤出机中，制备类水滑石基乙烯-醋酸乙烯共聚物保温母粒，双螺杆挤出机的温度设定为120-180℃。保温性得到显著提高，红外吸光度可提高80左右。

实施例4：

将烷基三氯硅烷、硫酸锌、硫酸锰和氨水按照摩尔比5:6:2:16添加到球磨罐中，随后将球磨罐固定到行星式球磨机上，室温下在250rpm转速条件下反应4h，然后将产物在70℃烘箱中烘干，用粉碎机将烘干产物磨细，过800目筛子，得到有机化类水滑石；

然后将两种物料按重量比：有机化类水滑石7.0％，乙烯-乙烯醇93.0％，加入高速混合机，室温条件下以旋转速率60rpm充分混合10min后，将得到的混合物料以投料速率600g·min^-1添加到双螺杆挤出机中，制备类水滑石基乙烯-乙烯醇保温母粒，双螺杆挤出机的温度设定为150-210℃。保温性得到显著提高，红外吸光度可提高100左右。

可见随着聚合物母粒中有机化类水滑石含量的增加，对应母粒的红外吸光度提高值逐渐增加，保温性得到显著提高。