[發明專利]高性能納米復合材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201210116356.2
• 申請日: 2012-04-20
• 公開（公告）號: CN102617922A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 于杰;張歡;秦軍;田瑤珠;何敏;羅筑;魯圣軍
• 申請（專利權）人: 貴州省復合改性聚合物材料工程技術研究中心
• 主分類號: C08L23/06
• 分類號: C08L23/06;C08L23/08;C08K3/26
• 代理公司: 貴陽中新專利商標事務所 52100
• 代理人: 李亮;程新敏

技術領域

本發明涉及材料科學領域，尤其是一種高分子材料及其制備方法。

背景技術

聚烯烴/水滑石納米復合材料因為具有比傳統復合材料更為優異的力學性能、阻隔性能、熱穩定性和阻燃性能，而引起人們的廣泛關注。目前在高密度聚乙烯（HDPE）/水滑石（LDH）納米復合材料的制備中，通常加入的是有機改性過的LDH，如十二烷基磺酸鈉、衣康酸等插層LDH。但在有機改性的過程中難免產生副反應，有游離單體殘留于聚合物中，并且有些多官能團化合物具有強的腐蝕性和刺激性而限制了復合材料的應用。更重要的是復合材料剛性和阻燃性能的提高，往往是以犧牲其韌性為代價的。

發明內容

本發明的目的是：提供一種高性能納米復合材料及其制備方法，它能在不降低剛性的條件下，使高密度聚乙烯/水滑石納米復合材料的韌性大幅度提高，以克服現有技術的不足。

本發明是這樣實現的：高性能復合材料，按重量份數計算，它包括100份高密度聚乙烯，2～10份水滑石及20份乙烯丙烯酸共聚物。

高性能納米復合材料的制備方法，先將乙烯丙烯酸共聚物與水滑石在高速混合機中充分混合，經雙螺桿擠出機擠出造粒得乙烯丙烯酸/水滑石母粒；再將乙烯丙烯酸/水滑石母粒與高密度聚乙烯混合均勻，經雙螺桿擠出機擠出即得高性能高密度聚乙烯/水滑石納米復合材料。

所述的水滑石及乙烯丙烯酸/水滑石母粒使用前在80℃下干燥16h。在擠出前烘干水分，既能避免擠出時水分蒸發氣體的瞬間膨脹造成的危險，又能避免擠出的料中有氣泡而影響性能。

雙螺桿擠出機的螺桿轉速為300轉/分鐘，擠出溫度控制在170～205℃。

為了驗證本發明的技術效果，對采用本發明的方法所制備的高密度聚乙烯/水滑石納米復合材料進行測試：

1、材料選用：

水滑石：鎂鋁碳酸根型，層間陰離子為CO₃^2-，表面未改性，平均粒徑小于2um，分子式[Mg_0.68Al_0.32(0H)₂](CO₃)_0.16·0.7H₂O）；分別取量2、4、6份；

乙烯丙烯酸共聚物（EAA）：牌號1430，丙烯酸含量9.7%，熔融流動速率5g/10min，取量20份；

高密度聚乙烯：牌號5200B，熔融流動速率0.35g/10min，密度0.968g/cm³。

2、樣品的制備：

將2、4、6份水滑石分別與20份乙烯丙烯酸共聚物在高速混合機中充分混合5分鐘，再經同向雙螺桿擠出機，雙螺桿擠出機的螺桿轉速為300轉/分鐘，擠出溫度為：170℃、175℃、180℃、185℃、190℃、195℃、200℃、205℃；擠出造粒得乙烯丙烯酸/水滑石母粒，乙烯丙烯酸/水滑石母粒在80℃下干燥16小時；將制備的3種母粒分別與100份高密度聚乙烯充分混合，經擠出機擠出造粒得高密度聚乙烯/水滑石納米復合材料；所得到的復合材料80℃下烘干16h，然后注塑（190~210℃）成測試樣條，樣條在恒溫恒濕生化箱中放置24h（溫度23℃，濕度80%）。

將制得樣條的力學性能進行驗證和測試：

表1??HDPE/LDH納米復合材料的力學性能

從表1中可又看出，較純高密度聚乙烯，高密度聚乙烯/水滑石納米復合材料的剛性變化不大，韌性卻提高很多。

對所制備的高密度聚乙烯/水滑石納米復合材料進行微觀表征。圖1為復合材料的SEM圖，從圖中可以看出，本發明制備的復合材料中，水滑石粒子與高密度聚乙烯基體之間有纖維狀物質連接，并形成了規整的網狀結構，這是材料沖擊后的拔絲現象，是典型的韌性斷裂；水滑石粒子尺寸小、大小較均一，均勻分散在復合材料中；基體與粒子間的界面變得模糊，說明界面粘結大大增強，斷裂時材料從分散粒子的中部斷開破壞，而不是在界面處破壞，吸收了大量的沖擊能。說明乙烯丙烯酸共聚物的加入起到了較好的增容作用，有效地改善了界面相互作用，抑制水滑石粒子的團聚，促進了粒子在基體中的有效分散。