[發(fā)明專(zhuān)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(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011635258.0
• 申請(qǐng)日: 2020-12-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112795069A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜兆輝;馬長(zhǎng)春;孟慶杰;袁國(guó)濤;商建強(qiáng);肖慶林;郭增革;黃昊飛;丁作偉
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 山東環(huán)海塑業(yè)有限公司;山東理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C08L23/06
• 分類(lèi)號(hào): 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(chuàng)智專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 44589
• 代理人: 葉垚平;李立

本發(fā)明公開(kāi)納米炭黑高分散改性聚乙烯管材材料的制備方法包括步驟：選用偶聯(lián)劑對(duì)納米級(jí)炭黑粒子表面修飾；開(kāi)發(fā)界面增容劑，將界面增容劑、聚乙烯基底材料、修飾后的炭黑粒子加入混合器中熔融混合；根據(jù)混合器的結(jié)構(gòu)參數(shù)運(yùn)用模型確定各組分之間的配比關(guān)系；對(duì)界面結(jié)構(gòu)參數(shù)與聚乙烯分子量、炭黑粒子分散度之間的數(shù)據(jù)關(guān)系分析評(píng)估；調(diào)整混合器中混合物的組分，并添加著色劑，對(duì)著色劑與炭黑粒子的晶體狀態(tài)評(píng)估；根據(jù)分析評(píng)估結(jié)果按照組分重新配比最終混合物組分材料；以最終混合物為原料制備聚乙烯管材材料及管材。利用本發(fā)明的方法制備的聚乙烯管材材料克服了現(xiàn)有的材料的納米炭黑分散性低，以及容易與聚合物熔體相分離的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料領(lǐng)域，具體地說(shuō)涉及一種納米炭黑高分散改性聚乙烯管材材料的制備方法。

背景技術(shù)

炭黑(CB)是由芳香族化合物在一定的控制條件下不完全燃燒或熱裂解而生成，其已廣泛應(yīng)用于塑料工業(yè)、橡膠工業(yè)、纖維工業(yè)、油墨顏料、塑料噴涂及復(fù)合材料增強(qiáng)等領(lǐng)域，因此激起了學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的濃厚興趣，但幾乎所有的應(yīng)用均涉及到炭黑的分散，因此研究炭黑的高效分散技術(shù)一直是其低成本、高附加值應(yīng)用的重要課題。

炭黑除可賦予高導(dǎo)電性、高導(dǎo)熱性、抗紫外等固有特性外，還可提高塑料制品的拉伸強(qiáng)度、沖擊韌性和熱穩(wěn)定性。尤其近年來(lái)，納米炭黑的出現(xiàn)為高性能塑料制品的設(shè)計(jì)提供了豐富的素材。眾所周知，納米炭黑具有表面能高，表面張力大的特點(diǎn)，而聚合物熔體表面張力較低，兩者混合缺乏熱力學(xué)相容性，導(dǎo)致兩者界面處出現(xiàn)孔隙，存在相分離，從而影響共混材料的性能。事實(shí)上，結(jié)構(gòu)合理的聚合物共混材料可兼具聚合物與炭黑的雙重性能，其優(yōu)良性能可否得以保持、功能性能否得以體現(xiàn)一定程度上取決于聚合物基體和炭黑粒子的固有性能以及兩者之間的協(xié)同作用。事實(shí)上，優(yōu)良性能的產(chǎn)生強(qiáng)烈依賴(lài)于無(wú)機(jī)粒子在聚合物基體中的良好分散。可見(jiàn)，納米炭黑的均勻分散是賦予聚合物共混體系高性能的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開(kāi)一種納米炭黑高分散改性聚乙烯管材材料的制備方法，利用該方法制備的聚乙烯管材材料克服了現(xiàn)有的材料的納米炭黑分散性低，以及容易與聚合物熔體相分離的技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明公開(kāi)一種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(jí)炭黑粒子，篩選偶聯(lián)劑對(duì)炭黑粒子進(jìn)行表面修飾；

步驟S2：開(kāi)發(fā)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(jù)混合器的結(jié)構(gòu)參數(shù)運(yùn)用模型確定各組分之間的配比關(guān)系；

步驟S3：基于“洋蔥狀”界面結(jié)構(gòu)模型計(jì)算界面結(jié)構(gòu)參數(shù)，評(píng)估界面結(jié)構(gòu)參數(shù)與聚乙烯分子量、炭黑粒子分散度之間的數(shù)據(jù)關(guān)系；

步驟S4：根據(jù)數(shù)據(jù)關(guān)系調(diào)整混合器中混合物的組分，并添加著色劑，計(jì)算不同分散狀態(tài)下的著色劑與炭黑粒子的晶體和非晶體兩相結(jié)構(gòu)模型；

步驟S5：根據(jù)所述模擬效果確定的各組分之間的配比關(guān)系、界面結(jié)構(gòu)參數(shù)和兩相結(jié)構(gòu)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(duì)制作的管材的性能指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果在對(duì)最終混合物進(jìn)行微調(diào)。

進(jìn)一步地，所述偶聯(lián)劑為無(wú)需水解可用鈦酸酯類(lèi)；所述鈦酸酯類(lèi)的異丙氧基與炭黑納米粒子的表面羥基反應(yīng)從而實(shí)現(xiàn)表面修飾。

進(jìn)一步地，所述界面增容劑為PET熔體。

進(jìn)一步地，所述步驟S2中的配比關(guān)系的確定方法包括：基于混合器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，采用有限元分析推導(dǎo)聚乙烯和炭黑熔體的加權(quán)平均總應(yīng)變、混合單元的分流數(shù)、混合度計(jì)算式，并運(yùn)用軟件模型對(duì)混合器包括速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)在內(nèi)的流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，根據(jù)模擬結(jié)果重新確定配比關(guān)系。