CN106633299B - 一种聚乙烯/蒙脱土负载二氧化钛复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种聚乙烯/蒙脱土负载二氧化钛复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚乙烯/蒙脱土负载二氧化钛复合材料及其制备方法，由以下重量份的原料混合而成：高密度聚乙烯100份，蒙脱土负载二氧化钛5～10份，相容剂1～5份。将蒙脱土负载二氧化钛粉末与高密度聚乙烯置于高速混合机中、在200‑500r/min转速下混合7‑10min，并同时添加配方比例的相容剂；并将得到的共混物添加到螺杆挤出机中进行挤出造粒，挤出温度为120‑150℃，然后冷却、切粒，得到聚乙烯/蒙脱土负载二氧化钛复合材料。本发明制得的聚乙烯/蒙脱土负载二氧化钛复合材料具有拉伸强度提高47.2％～84.6％，冲击强度提高30.4％～93.7％，且制备方法简单易行，可以替代普通聚乙烯材料，降低材料成本。

Description

一种聚乙烯/蒙脱土负载二氧化钛复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及聚乙烯与蒙脱土负载二氧化钛复合材料及其制备方法。
背景技术
聚合物/纳米粒子复合材料由于具有令人瞩目的机械性能、热性能、电性能、光性能等，已成为目前复合材料研究领域的研究热点之一。聚乙烯PE是以乙烯为单体，经催化聚合、造粒而制得的一种热塑性树脂，其无臭，无毒，手感似蜡，具有优良的耐低温性能(最低使用温度可达-100～-70℃)且化学稳定性好，能耐大多数酸碱的侵蚀(不耐具有氧化性质的酸)。然而该材料也存在一定的不足，如低温缓冲性能差，较易老化，后期加工成型耐热性差，拉伸强度低等缺点，极大的限制了其在高端工程领域的发展与应用。
蒙脱土MMT是一种硅酸盐的天然矿物，为膨润土矿的主要矿物组分，是一类由纳米厚度的表面带负电的硅酸盐片层，依靠层间的静电作用而堆积在一起构成的土状矿物，其晶体结构中的晶胞是由两层硅氧四面体中间夹一层铝氧八面体构成。具有独特的一维层状纳米结构和阳离子交换性特性。经改性的蒙脱土具有很强的吸附能力，良好的分散性能，可以广泛应用高分子材料行业作为纳米聚合物高分子材料的添加剂，提高抗冲击、抗疲劳、尺寸稳定性及气体阻隔性能等，从而起到增强聚合物综合物理性能的作用，同时改善物料加工性能。纳米二氧化钛，亦称钛白粉，直径在100纳米以下，产品外观为白色疏松粉末。具有良好的抗紫外线、抗菌、自洁净、抗老化等性能，可广泛用于化妆品、功能纤维、塑料、油墨、精细陶瓷等领域，但由于其比表面积很大，且为无机物，很难与普通的有机聚合物相容，极大地限制了其在高分子复合材料领域的应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种聚乙烯/蒙脱土负载二氧化钛复合材料及其制备方法，解决聚乙烯低温缓冲性能差，较易老化，后期加工成型耐热性差，拉伸强度低的缺点。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种聚乙烯/蒙脱土负载二氧化钛复合材料，由以下重量份的原料混合而成：高密度聚乙烯100份，蒙脱土负载二氧化钛5～10份，相容剂1～5份。
作为优选，由以下重量份的原料混合而成：高密度聚乙烯100份，蒙脱土负载二氧化钛8份，相容剂3份。
作为优选，由以下重量份的原料混合而成：高密度聚乙烯100份，蒙脱土负载二氧化钛5份，相容剂2份。
作为优选，由以下重量份的原料混合而成：高密度聚乙烯100份，蒙脱土负载二氧化钛10份，相容剂5份。
作为优选，所述的相容剂为聚乙烯接枝马来酸酐、聚氧化乙烯POE、聚乙烯接枝环氧中的一种。
本发明还提供了一种聚乙烯/蒙脱土负载二氧化钛复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)常温下将蒙脱土加入到缓冲溶液中，超声分散，然后将聚多巴胺加入到蒙脱土悬浮液中，常温下搅拌，真空烘干，得到表面包覆聚多巴胺的蒙脱土；
(2)常温搅拌下将表面包覆聚多巴胺的蒙脱土加入氯化氢和乙酸混合溶液中，然后在30℃-90℃下缓慢加入二氧化钛前驱体，持续搅拌，真空烘干，得到蒙脱土负载二氧化钛粉末；
(3)将蒙脱土负载二氧化钛粉末与高密度聚乙烯置于高速混合机中、在200-500r/min转速下混合7-10min，并同时添加配方比例的相容剂；
(4)将步骤(3)得到的共混物添加到螺杆挤出机中进行挤出造粒，挤出温度为120-150℃，然后冷却、切粒，得到聚乙烯/蒙脱土负载二氧化钛复合材料。
作为优选，步骤(1)中，常温下将蒙脱土加入到pH值为6.5的缓冲溶液中，超声分散2min，然后将多巴胺加入到蒙脱土悬浮液中，常温下搅拌4h。
作为优选，步骤(2)中，常温剧烈搅拌下将表面包覆聚多巴胺的蒙脱土加入到0.2％的氯化氢和0.2％的乙酸溶液中，然后在60℃下缓慢加入二氧化钛前驱体，持续搅拌12h。
作为优选，步骤(2)中的二氧化钛前驱体为钛酸异丁酯、钛酸丙酯、四氯化钛、钛酸四乙酯中的一种或者任意两种以上。
本发明通过有机聚多巴胺成分将蒙脱土与二氧化钛纳米粒子组合在一起，使之在聚乙烯材料基体中良好分散，进而提高材料的力学性能。通过本发明制得的聚乙烯/蒙脱土负载二氧化钛复合材料具有拉伸强度提高47.2％～84.6％，冲击强度提高30.4％～93.7％，且制备方法简单易行，可以替代普通聚乙烯材料，降低材料成本。
具体实施方式
聚乙烯/蒙脱土负载二氧化钛复合材料于由以下重量份的原料混合而成：高密度聚乙烯100份，蒙脱土负载二氧化钛5～10份，相容剂1～5份。
其中，蒙脱土负载二氧化钛的制备方法为：
(1)常温下将蒙脱土加入到缓冲溶液中，超声分散，然后将聚多巴胺加入到蒙脱土悬浮液中，常温下搅拌，真空烘干，得到表面包覆聚多巴胺的蒙脱土；
蒙脱土占缓冲溶液的质量百分比为10％～30％，以形成良好的分散效果。
多巴胺的加入量与蒙脱土的摩尔比1:1～1:5，多巴胺在缓冲溶液中形成的聚多巴胺具有表面改性功能，能增强蒙脱土与聚合物界面结合力。
(2)常温搅拌下将表面包覆聚多巴胺的蒙脱土加入氯化氢和乙酸混合溶液中，然后在30℃-90℃下缓慢加入二氧化钛前驱体，持续搅拌，真空烘干，得到蒙脱土负载二氧化钛粉末。
二氧化钛前驱体与表面包覆聚多巴胺的蒙脱土之间的摩尔比为1:1～1:3，氯化氢与乙酸溶液按摩尔比1:2。二氧化钛前驱体通过酸水解形成纳米二氧化钛。
步骤(1)中，常温下将蒙脱土加入到pH值为6.5的缓冲溶液中，超声分散2min，然后将多巴胺加入到蒙脱土悬浮液中，常温下搅拌4h。多巴胺聚合的最佳条件为ph＝6.5，酸性过强或碱性条件下，多巴胺无法形成聚合物，从而难以对蒙脱土进行改性。
步骤(2)中，常温剧烈搅拌下将表面包覆聚多巴胺的蒙脱土加入到0.2％的氯化氢(质量浓度)和0.2％的乙酸(质量浓度)溶液中，然后在60℃下缓慢加入二氧化钛前驱体，持续搅拌12h。60℃是二氧化钛形成的最佳温度，温度过高形成的二氧化钛颗粒太大，过低，反应速率太慢。
下面通过实施例进一步详细描述本发明，但本发明不仅仅局限于以下实施例。
实施例1
本发明一种聚乙烯/蒙脱土负载二氧化钛复合材料的制备方法，包含如下步骤：
(1)常温下将250g蒙脱土加入到pH值为6.5的缓冲溶液中，超声分散2min，然后将10g多巴胺加入到蒙脱土悬浮液中，常温下搅拌4h，真空烘干，得到表面包覆聚多巴胺的蒙脱土。
(2)常温剧烈搅拌下将表面包覆聚多巴胺的蒙脱土加入到0.2％的氯化氢和0.2％的乙酸溶液中，然后在60℃下缓慢加入250g钛酸异丁酯，持续搅拌12h，真空烘干，得到蒙脱土负载二氧化钛粉末。
(3)将蒙脱土负载二氧化钛粉末与10kg高密度聚乙烯置于高速混合机中、在200r/min转速下混合7min，并同时添加100g聚乙烯接枝马来酸酐相容剂。
(4)将步骤(3)得到的共混物添加到双螺杆挤出机中进行挤出造粒，挤出温度为120℃，然后通过40℃水槽冷却、切粒，得到聚乙烯/蒙脱土负载二氧化钛复合材料。
此实例制得的聚乙烯/蒙脱土负载二氧化钛复合材料性能如下：拉伸强度达27.7MPa，冲击强度达4.5KJ/m2，拉伸强度提高了84.6％，冲击强度提高40.6％。
实施例2
本发明一种聚乙烯/蒙脱土负载二氧化钛复合材料的制备方法，包含如下步骤：
(1)常温下将300g蒙脱土加入到pH值为6.5的缓冲溶液中，超声分散2min，然后将15g多巴胺加入到蒙脱土悬浮液中，常温下搅拌4h，真空烘干，得到表面包覆聚多巴胺的蒙脱土。
(2)常温剧烈搅拌下将表面包覆聚多巴胺的蒙脱土加入到0.2％的氯化氢和0.2％的乙酸溶液中，然后在60℃下缓慢加入300g钛酸异丁酯，持续搅拌12h，真空烘干，得到蒙脱土负载二氧化钛粉末。
(3)将蒙脱土负载二氧化钛粉末与10kg高密度聚乙烯置于高速混合机中、在300r/min转速下混合8min，并同时添加150g聚乙烯接枝马来酸酐相容剂。
(4)将步骤(3)得到的共混物添加到双螺杆挤出机中进行挤出造粒，挤出温度为130℃，然后通过35℃水槽冷却、切粒，得到聚乙烯/蒙脱土负载二氧化钛复合材料。
此实例制得的聚乙烯/蒙脱土负载二氧化钛复合材料性能如下：拉伸强度达23.1MPa，冲击强度达6.2KJ/m2，拉伸强度提高了54.6％，冲击强度提高93.7％。
实施例3
本发明一种聚乙烯/蒙脱土负载二氧化钛复合材料的制备方法，包含如下步骤：
(1)常温下将500g蒙脱土加入到pH值为6.5的缓冲溶液中，超声分散2min，然后将30g多巴胺加入到蒙脱土悬浮液中，常温下搅拌4h，真空烘干，得到表面包覆聚多巴胺的蒙脱土。
(2)常温剧烈搅拌下将表面包覆聚多巴胺的蒙脱土加入到0.2％的氯化氢和0.2％的乙酸溶液中，然后在60℃下缓慢加入500g钛酸异丁酯，持续搅拌12h，真空烘干，得到蒙脱土负载二氧化钛粉末。
(3)将蒙脱土负载二氧化钛粉末与10kg高密度聚乙烯置于高速混合机中、在500r/min转速下混合10min，并同时添加500g聚乙烯接枝马来酸酐相容剂。
(4)将步骤(3)得到的共混物添加到双螺杆挤出机中进行挤出造粒，挤出温度为150℃，然后通过35℃水槽冷却、切粒，得到聚乙烯/蒙脱土负载二氧化钛复合材料。
此实例制得的聚乙烯/蒙脱土负载二氧化钛复合材料性能如下：拉伸强度达26.4MPa，冲击强度达5.1KJ/m2，拉伸强度提高了76.3％，冲击强度提高59.3％。

Claims (7)

1.一种聚乙烯/蒙脱土负载二氧化钛复合材料，其特征在于由以下重量份的原料混合而成：高密度聚乙烯100份，蒙脱土负载二氧化钛5~10份，相容剂1~5份，该聚乙烯/蒙脱土负载二氧化钛复合材料的制备方法包括如下步骤：
（1）常温下将蒙脱土加入到缓冲溶液中，超声分散，然后将聚多巴胺加入到蒙脱土悬浮液中，常温下搅拌，真空烘干，得到表面包覆聚多巴胺的蒙脱土；
（2）常温搅拌下将表面包覆聚多巴胺的蒙脱土加入氯化氢和乙酸混合溶液中，然后在30℃-90℃下缓慢加入二氧化钛前驱体，持续搅拌，真空烘干，得到蒙脱土负载二氧化钛粉末；
（3）将蒙脱土负载二氧化钛粉末与高密度聚乙烯置于高速混合机中、在200-500r/min转速下混合7-10min，并同时添加配方比例的相容剂；
（4）将步骤（3）得到的共混物添加到螺杆挤出机中进行挤出造粒，挤出温度为120-150℃，然后冷却、切粒，得到聚乙烯/蒙脱土负载二氧化钛复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种聚乙烯/蒙脱土负载二氧化钛复合材料，其特征在于：由以下重量份的原料混合而成：高密度聚乙烯100份，蒙脱土负载二氧化钛8份，相容剂3份。
3.根据权利要求1所述的一种聚乙烯/蒙脱土负载二氧化钛复合材料，其特征在于：由以下重量份的原料混合而成：高密度聚乙烯100份，蒙脱土负载二氧化钛5份，相容剂2份。
4.根据权利要求1所述的一种聚乙烯/蒙脱土负载二氧化钛复合材料，其特征在于：由以下重量份的原料混合而成：高密度聚乙烯100份，蒙脱土负载二氧化钛10份，相容剂5份。
5.根据权利要求1所述的一种聚乙烯/蒙脱土负载二氧化钛复合材料，其特征在于：所述的相容剂为聚乙烯接枝马来酸酐、聚氧化乙烯POE、聚乙烯接枝环氧中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种聚乙烯/蒙脱土负载二氧化钛复合材料，其特征在于：步骤（2）中，常温剧烈搅拌下将表面包覆聚多巴胺的蒙脱土加入到0.2%的氯化氢和0.2%的乙酸溶液中，然后在60℃下缓慢加入二氧化钛前驱体，持续搅拌12h。
7.根据权利要求1所述的一种聚乙烯/蒙脱土负载二氧化钛复合材料，其特征在于：步骤（2）中的二氧化钛前驱体为钛酸异丁酯、钛酸丙酯、四氯化钛、钛酸四乙酯中的一种或者任意两种以上。
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