[发明专利]一种以二氧化硅气凝胶为改性剂制备耐高温聚乙烯的方法

说明书

本发明涉及一种以二氧化硅气凝胶为改性剂制备耐高温聚乙烯的方法，具体为：以二氧化硅气凝胶粉为改性剂、聚乙烯粉为原料，通过硅烷偶联剂把气凝胶颗粒和聚乙烯链接枝在一起，从而大幅度提高聚乙烯的耐温性能。在聚乙烯熔融过程中，需根据不同的引发剂调节不同的反应温度。掺入5%‑10%二氧化硅气凝胶粉的聚乙烯块体拥有较低的热导率，其热导率从原来的0.38 W/m·K下降到0.21‑0.27 W/m·K，其耐温性从80℃增加到120℃‑150℃。通过此法制备的聚乙烯不仅耐温性能大幅度提高，而且方法简单容易操作以及所用的试剂便宜环保，有望在工业上大规模的生产。

技术领域

本发明属于以二氧化硅气凝胶粉为改性剂制备耐高温聚乙烯领域，具体涉及一种二氧化硅气凝胶粉为改性剂制备耐高温聚乙烯的方法，目的在于降低聚乙烯的热导率，从而提高它的耐温性。

背景技术

二氧化硅气凝胶是一种由许多纳米粒子相互交织构成三维网络结构的纳米多孔材料。孔进分布在2-50 nm范围内的氧化硅气凝胶属于介孔材料。由于空气分子的平均自由程是70 nm，作为介孔材料的二氧化硅气凝胶大部分孔小于70 nm，使得它拥有极低的气态热导率。一般二氧化硅气凝胶的密度在3-500mg/cm³范围可调，孔隙率可高达99.8%，比表面积高达1000m²/g。由于极低的热导率，二氧化硅气凝胶拥有优良的保温隔热性能，在许多保温隔热材料中有着重要的应用。

聚乙烯是一种热塑性树脂。由于拥有无毒、优良的耐低温、化学稳定性好等优点，聚乙烯广泛应用于印刷、薄膜管板材和纤维等。根据分子量的不同和链结构的差异，化学上把聚乙稀分为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯以及线性低密度聚乙烯。不同分子量的聚乙烯有着不同的应用。低密度聚乙烯密度较小，材质较软，主要应用于塑胶袋、保鲜膜等。高密度聚乙烯与低密度聚乙烯相比，有较高的耐油、耐温性能，主要应用于吹塑、注塑等领域。线性低密度聚乙烯可用于以上两类所有领域，主要是因为低温韧性、高模量、抗冲击好等优良性能。

聚乙烯虽然有非常好的综合性能，但是作为一种有机物，其热变形温度非常低。一般情况下，聚乙烯粉末或颗粒在80 ℃就开始熔融变软，这就使得聚乙烯在高温领域的应用受到限制。因此，本发明针对这个不足提出以少量的水系气凝胶粉为改性剂制备了耐高温的二氧化硅气凝胶/聚乙烯复合材料。经实验得出结论：当掺入的二氧化硅气凝胶粉质量是聚乙烯的5 %-10 %，改性聚乙烯块体热变形温度从原来的80 ℃提高到了120 ℃-150 ℃，热导率从原来的0.38 W/m·K下降到0.21-0.27 W/m·K。这两组数据充分的表明：经过二氧化硅气凝胶粉改性的聚乙烯耐温性和保温性都大幅度的得到改善。

发明内容

本发明的目的在于提出一种以二氧化硅气凝胶为改性剂制备耐高温的聚乙烯的方法，实验中以廉价二氧化硅气凝胶粉体作为改性剂，在硅烷偶联剂的参与下和聚乙烯长链接枝。接枝上气凝胶颗粒的聚乙烯耐温性改善可观。二氧化硅气凝胶粉掺入质量仅为聚乙烯粉的10 %，聚乙烯的耐温性提高近一倍。此方法简单易操作、适用范围广，可供工业上大规模生产使用。

本发明提出的一种以二氧化硅气凝胶为改性剂制备耐高温聚乙烯的方法，二氧化硅气凝胶均匀分散聚乙烯体系中，从而提高聚乙烯的耐温性和降低它的热导率，具体步骤如下：

（1）、以聚乙烯粉、二氧化硅气凝胶粉、溶剂、硅烷偶联剂和引发剂为原材料，经引发温度下采用共混熔融的方法，制得低热导率、耐高温聚乙烯块体，其中：二氧化硅气凝胶粉、聚乙烯粉和引发剂的质量比(1-2)：20：(1-1.2)；硅烷偶联剂和溶剂体积比1：100；硅烷偶联剂和溶剂体积比1：100；

（2）、将步骤(1)得到的聚乙烯块体在引发温度下搅拌，边搅拌边加入引发剂；其中每1g聚乙烯粉对应的引发剂添加量是0.01-0.05g；

（3）、将步骤(2)得到的混合体系置于干燥箱中，继续熔融，经冷却，即得所需改性聚乙烯块体。