[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，纳米粒子 可以对聚合物明显改性，赋予高分子材料某些特殊性能。

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：CN 1300234C)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；现有发明专利 “纳米碳酸钙/聚乙烯复合材料的制备”(公开号：CN 1373151A)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，挤出制备 纳米复合材料；现有发明专利“碳纳米管与聚乙烯复合材料的原位聚 合制备方法”(公开号：CN 1640923A)制备的碳纳米管负载催化剂在 烷基金属化合物助催化剂存在下进行乙烯聚合，得到碳纳米管与聚乙 烯的复合物。

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，但是层状纳米硅酸盐和碳纳米管的价格昂贵，且表面处理工艺 复杂；纳米碳酸钙虽然价格低廉，其制备的纳米复合材料拉伸强度有 一定的提高，但是对聚乙烯冲击强度的提高十分有限，需要一种既能 提高强度又能减低成本的纳米改性高密度聚乙烯复合材料制备方法。

发明内容

本发明需要解决的问题是提供一种既能提高强度又能减低成本 的纳米粒子/高密度聚乙烯复合材料制备方法。

本发明的技术方案采用改性的纳米硫酸钡粉体、高密度聚乙烯、 双螺杆挤出机、切粒机、注塑机，其特征是将改性的纳米硫酸钡按比 例(纳米粒子占高密度聚乙烯的质量百分含量为1～5％)与干燥的高 密度聚乙烯材料充分混合后，加入到操作温度为170～220℃、螺杆转 速为160～220r/min、加料螺杆转速30～150r/min的双螺杆挤出机 中经熔融共混后挤出，经水冷、切粒机造粒，粒料干燥后，用注塑机 注塑成纳米改性高密度聚乙烯复合材料。

本方法的优点是工艺简单、技术指标合理可靠、切实可行，易于 操作，降低成本，实现了纳米粒子在高密度聚乙烯材料中以纳米水平 分散存在，同时提高了高密度聚乙烯材料的拉伸强度和冲击强度。

具体实施方式

下面分别就影响纳米改性高密度聚乙烯复合材料性能的各种因 素，介绍实施本发明的最好方式。

本发明所述的纳米粉体是硫酸钡粉体(如上海安亿纳米材料有限 公司Pla-800纳米硫酸钡)或含有硫酸钡的矿石粉。矿石粉的主要成 分为钡、锶、硅等多元复合物。含有硫酸钡的矿石粉的粒径为10～ 50nm。

本发明所述的改性的纳米粉体为硬脂酸钠包覆改性的硫酸钡粉 体，或是硬脂酸钠包覆改性的含有硫酸钡的矿石粉。

纳米改性高密度聚乙烯复合材料制备工艺如下：

将改性的纳米粉体与高密度聚乙烯混合，其中纳米粉体在混合物 中的质量百分含量为1～5％；然后放入高混机中，搅拌分散10～ 40min，温度保持在20～50℃；

将上述混合物经双螺杆挤出机进行熔融共混制成改性的纳米复 合材料，挤出机的操作温度为170～220℃，螺杆转速为220r/min， 喂料螺杆转速150r/min；

粒料经干燥后，用注塑机注塑成力学性能测试标准样条/纳米改 性高密度聚乙烯复合材料，注塑机注塑熔化温度范围在200~250℃之 间，模具温度：50~95℃，注射压力：70~110MPa。

纳米改性高密度聚乙烯复合材料加工过程中纳米粒子质量百分 含量与高密度聚乙烯力学性能的影响结果见表1。

表1纳米粒子质量百分含量与高密度聚乙烯力学性能的影响

从表1可以看出，添加纳米粒子同时提高了高密度聚乙烯的拉伸 强度和冲击强度；本方法制备的纳米改性高密度聚乙烯复合材料经 SEM照片显示表明，纳米粒子均匀地分散在高密度聚乙烯的基体中， 纳米粒子与高密度聚乙烯基体结合良好，纳米粒子分散在高密度聚乙 烯基体中的粒径为100～200nm。