[发明专利]一种符合结构纳米组合物的制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于纳米材料加工技术领域，涉及一种纳米复合材料的制备方法，特别是一种聚烯烃与层状硅酸盐纳米组合物的制备方法。 

技术背景：

聚合物基纳米复合材料是以聚合物为基体，纳米材料为分散相的一类新型复合材料，由于它既具有超常的特性又具有强的易加工性，质轻等特点，已成为纳米复合材料的最重要的前沿研究方向。层状硅酸盐是一种最为价廉的天然无机材料，原料来源十分丰富。以不同的聚合物（如尼龙、聚酯、环氧树脂、丙烯酸酯等等）与层状硅酸盐复合制成的纳米复合材料，具有优异的热学性能、力学性能、阻燃性能、气体阻隔性能等。可做多种工业部件、日用产品及医用材料等。是最易实现工业化、最价廉和最有应用前景的聚合物基纳米复合材料。到目前为止，已有数十个专利涉及了该方面的内容。例如，美国专利6136909，6057396等都涉及了运用反应釜聚合插层制备聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的制备方法。美国专利4739007报道了通过单体插层聚合制备聚酰胺/层状硅酸盐纳米复合材料的方法。中国专利1272513A公开了通过插层共聚合制备聚酯/层状硅酸盐纳米复合材料的方法。中国专利1242392公开了一种聚苯乙烯/层状硅酸盐纳米复合材料的制备方法等等。 

然而，由于层状硅酸盐片层之间具有大量的可交换的离子，表现出了较强的极性（即亲水性），尽管通过有机改性后对有机物的浸润性大幅度提高，使其与极性较强的聚合物（如聚酰胺、环氧树脂、聚氨酯等）具有很好的插层效果， 甚至层状硅酸盐在聚合物中产生了剥离，使该类聚合物的性能大幅度提高,但这种有机改性的层状硅酸盐对于聚烯烃类强非极性聚合物的亲和性仍然差的太远，以至于连插层型的复合材料也难以实现，复合材料性能难以提高。然而，聚烯烃类聚合物，尤其是聚乙烯与聚丙烯，是目前用量最大的聚合物品种，其产量和用量占塑料总量的一半以上。如果能使其与层状硅酸盐实现有效的插层复合，使聚烯烃材料的性能提高一个档次，可以获得极大的经济效益。因此，如何获得优异性能的聚烯烃/层状硅酸盐复合材料，一直是摆在科学工作者面前的一个巨大难题。 

近年来，尽管已有少量有关聚烯烃/层状硅酸盐插层研究报道，但效果很不理想。归结起来的有关的研究报道有三种方法：一是（如日本的Kurokawa等）使层状硅酸盐表面包覆足够厚的、与PP有良好相容性的有机物，但这种方法无论在层状硅酸盐片层间距增大及性能的提升上均未表现出显著作用；该方法失败的关键问题在于没有解决聚烯烃和层状硅酸盐的相容性；第二种方法（如日本的Masaya等）是利用马来酸酐接枝低分子量的PP作为大分子相容剂，改善层状硅酸盐在PP中的分散情况，总体效果不理想。这主要是因为仅靠少量的马来酸酐接枝没有从根本上改变PP的极性。同时研究表明，马来酸酐必须达到很高的接枝率（如5.6wt％）时，才能显示出较为明显的分散效果，如此高的接枝率成本相当高，几乎无商业化的可能。第三种方法(如中科院化学所)是在溶液中进行丙烯酰胺与层状硅酸盐插层，并与溶液中的聚丙烯引发接枝的方法。该方法未能收到好的效果，而且溶液插层也没有实用价值。还有通过单体插层制备聚乙烯/层状硅酸盐纳米复合材料的报道（美国Cornel大学的Jeffrey S.Bergmen等）。也没有达到理想的效果。 

发明内容：

本发明目的在于克服现有技术中存在的缺点，寻求提供一种符合结构纳米组合物的制备方法，为实现上述方法，先运用螺杆挤出机将具有可反应基团的极性聚合物与有机改性层状硅酸盐复合，制成预插层浓母粒，然后再用螺杆挤出机将制成的预插层浓母粒与聚烯烃及其反应性接枝物一起反应挤出并造粒。