[發明專利]納米炭黑高分散改性聚乙烯管材材料的制備方法

在審

• 申請號: 202011635258.0
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112795069A
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 姜兆輝;馬長春;孟慶杰;袁國濤;商建強;肖慶林;郭增革;黃昊飛;丁作偉
• 申請（專利權）人: 山東環海塑業有限公司;山東理工大學
• 主分類號: C08L23/06
• 分類號: C08L23/06;C08L67/02;C08K9/04;C08K3/04;F16L9/12;G16C20/70;G16C60/00;G16C20/30
• 代理公司: 深圳市中融創智專利代理事務所(普通合伙) 44589
• 代理人: 葉垚平;李立

1.納米炭黑高分散改性聚乙烯管材材料的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

步驟S1：選用納米級炭黑粒子，篩選偶聯劑對炭黑粒子進行表面修飾；

步驟S2：開發界面增容劑，將界面增容劑、聚乙烯基底材料、步驟S1形成的炭黑粒子加入混合器中熔融混合；根據混合器的結構參數運用模型確定各組分之間的配比關系；

步驟S3：基于“洋蔥狀”界面結構模型計算界面結構參數，評估界面結構參數與聚乙烯分子量、炭黑粒子分散度之間的數據關系；

步驟S4：根據數據關系調整混合器中混合物的組分，并添加著色劑，計算不同分散狀態下的著色劑與炭黑粒子的晶體和非晶體兩相結構模型；

步驟S5：根據所述模擬效果確定的各組分之間的配比關系、界面結構參數和兩相結構模型，重新配比最終混合物組分材料；

步驟S6：以最終混合物為原料制備聚乙烯管材材料，并利用聚乙烯管材材料制作管材；

步驟S7：對制作的管材的性能指標進行檢測，根據檢測結果在對最終混合物進行微調。

2.如權利要求1所述的納米炭黑高分散改性聚乙烯管材材料的制備方法，其特征在于，所述偶聯劑為無需水解可用鈦酸酯類；所述鈦酸酯類的異丙氧基與炭黑納米粒子的表面羥基反應從而實現表面修飾。

3.如權利要求1所述的納米炭黑高分散改性聚乙烯管材材料的制備方法，其特征在于，所述界面增容劑為PET熔體。

4.如權利要求1所述的納米炭黑高分散改性聚乙烯管材材料的制備方法，其特征在于，所述步驟S2中的配比關系的確定方法包括：基于混合器的結構參數，采用有限元分析推導聚乙烯和炭黑熔體的加權平均總應變、混合單元的分流數、混合度計算式，并運用軟件模型對混合器包括速度場、溫度場、壓力場在內的流場進行數值模擬，根據模擬結果重新確定配比關系。

5.如權利要求1所述的納米炭黑高分散改性聚乙烯管材材料的制備方法，其特征在于，所述步驟S3中的“洋蔥狀”界面結構模型為基于聚乙烯分子鏈—纏結偶聯劑—錨固偶聯劑—納米炭黑粒子組成的界面結構。

6.如權利要求1所述的納米炭黑高分散改性聚乙烯管材材料的制備方法，其特征在于，步驟S3中評估數據關系的方法包括：基于傅立葉變換紅外光譜和熱失重分析,定義界面層的厚度、同一大分子鏈相鄰錨固點間隔重復單元數及兩錨固點間重復單元最小值參數，根據界面層厚度、體積分數及平均每個聚乙烯大分子鏈錨固點數的表達式，綜合確定耐熱性和玻璃化參數是否符合預設要求。

7.如權利要求1所述的納米炭黑高分散改性聚乙烯管材材料的制備方法，其特征在于，所述步驟S4包括通過調整偶聯劑、著色劑用量，判斷將包括結晶度、結晶速率及結晶活化能在內的結晶參數與炭黑粒子及著色劑的分散性之間的關系，并結合界面結構模型，調整所述偶聯劑、著色劑用量。

8.如權利要求1所述的增加納米碳黑的聚乙烯管材材料制備方法，其特征在于，所述步驟S6中制備制作管材的方法包括：將表面修飾后的炭黑粒子，著色劑混合并制備顆粒；將將界面增容劑、聚乙烯基底材料加熱處于熔融狀態；將制備的顆粒均勻加入熔融狀態的界面增容劑、聚乙烯基底材料中混合攪拌，并通過擠壓成型為管材。