[发明专利]纳米改性高密度聚乙烯复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高性能高密度聚乙烯纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

无机纳米粒子平均粒径处于宏观与微观的过度区，表面原子多、比表面积大且表面能高，能显示出独特的小尺寸效应、表面效应及宏观量子隧道效应等特性，具有许多常规材料不具有的特性，而且少量(3％～5％)的纳米粒子就可以对聚合物明显改性，还可赋予高分子材料某些特殊性能。

现有发明专得“一种纳米改性聚乙烯大口径双壁波纹管”(公开号：CN100478385C)是将纳米碳酸钙偶联剂处理，将改性粒子与聚乙烯材料混合并加入分散剂，挤出制备纳米复合材料，显著提高了环刚度等级和冲击强度；现有发明专利“纳米改性高密度聚乙烯复合材料及其制备方法”(CN101633755A)是通过改性的硫酸钡与高密度聚乙烯熔融混合，挤出制备纳米复合材料；现有发明专利“一种高性能高分子量聚乙烯/层状硅酸盐纳米复合材料的制备”(公开号：CN1300234C)是通过偶联处理和微交联实现有机聚合体在层状硅酸盐外表面及层间的粘合力。

上述的三项公开的发明专利都在一定程度提高了聚乙烯的力学强度，侧重于力学方面的改良，并没有赋予聚乙烯其他的特殊功能。而高密度聚乙烯作为一种常用的工程塑料，广泛应用户外的各种恶劣环境下，这就要求纳米粒子改性的高密度聚乙烯具备吸收屏蔽紫外光的功能，使高密度聚乙烯具有一定的抗紫外老化性能，但也要同时保证复合材料的力学性能不明显降低，这样才有实际的应用价值。这就迫切需要我们发明一种力学性能保持良好，同时耐紫外线老化的纳米改性高密度聚乙烯复合材料及其制备方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种力学性能保持良好，同时耐紫外线老化的纳米改性高密度聚乙烯复合材料及其制备方法。

本发明的第一方面是一种纳米改性高密度聚乙烯复合材料，由高密度聚乙烯及纳米二氧化钛组成，其中纳米二氧化钛占1-5％质量且是经偶联剂表面修饰的。

根据本发明优选的复合材料，其中纳米二氧化钛的粒径为50～200nm。

根据本发明优选的复合材料，其按如下方法制得：纳米二氧化钛与高密度聚乙烯搅拌分散20min，温度保持在20～50℃以充分混合，然后加入到双螺杆挤出机中经熔融共混后挤出，挤出机的操作温度为240～270℃。

优选地，本发明的复合材料中纳米二氧化钛占1％质量。

本发明的另一方面是一种制备纳米改性高密度聚乙烯复合材料的方法，包括：将纳米二氧化钛与高密度聚乙烯搅拌分散20min，温度保持在20～50℃以充分混合，其中纳米二氧化钛占1-5％质量且是经偶联剂表面修饰的；然后加入到双螺杆挤出机中经熔融共混后挤出，挤出机的操作温度为240～270℃。

根据本发明优选的方法，其中纳米二氧化钛占1％质量，且纳米二氧化钛的粒径为50～200nm。

本方法的优点是工艺简单，易于操作，降低成本，实现了纳米二氧化钛在高密度聚乙烯材料中以纳米水平分散存在，保证了高密度聚乙烯材料的拉伸强度和冲击强度不降低的同时，赋予高密度聚乙烯材料抗紫外光的功能。

附图说明

图1(a)表示纯的高密度聚乙烯SEM照片；

图1(b)表示含有1wt％纳米的高密度聚乙烯SEM照片；

图1(c)表示含有5wt％纳米二氧化钛的高密度聚乙烯SEM照片。

图2表示不同纳米二氧化钛含量的纳米二氧化钛改性高密度聚乙烯复合材料紫外吸收强度，其中(a)纯高密度聚乙烯；(b)1wt％含量纳米复合材料；(c)5wt％含量纳米复合材料；(d)纳米二氧化钛。

具体实施方式

本发明利用纳米二氧化钛制备了保持良好的力学性能，并具有屏蔽吸收紫外光功能的纳米复合材料。具体地，本发明涉及利用表面修饰的纳米二氧化钛制备纳米二氧化钛/高密度聚乙烯复合材料的方法。

在一具体实施例中，将偶联剂表面修饰的纳米二氧化钛按比例与充分干燥的高密度聚乙烯材料充分混合后(纳米二氧化钛的质量百分含量为1～5％)，加入到双螺杆挤出机中经熔融共混后挤出，水冷、切粒机造粒。挤出机的操作温度为240～270℃，螺杆转速为100r/min，加料螺杆转速30r/min。粒料经干燥后，用注塑机注塑成力学性能测试标准样条。纳米二氧化钛改性后的HDPE的拉伸强度和缺口冲击强度分别可达到22.1MPa和16.1kJ/m²。例如，纳米二氧化钛表面修饰的方法可以使用申请号为201310438733.9的中国专利申请中披露的纳米二氧化钛表面修饰方法。将该申请的内容通过引用全部并入本文。