一种纳米复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种纳米复合材料及其制备方法和应用，在本发明专利技术中纳米复合材料采用聚乙烯、纳米碳酸钙、陶瓷纳米颗粒、纳米碳化硅、硅烷偶联剂、第一单体、第二单体和引发剂制备得到纳米改性母料，该纳米改性母料中由于分散有纳米碳酸钙和陶瓷纳米颗粒，使得纳米改性母料具有良好的机械性能，此外，硅烷偶联剂能够增强纳米碳酸钙和陶瓷纳米颗粒与聚乙烯材料的相容性，使其具有更好的分散效果，利用原位接枝插层技术得到具有插层结构的纳米复合材料，实现聚乙烯与无机物的纳米复合，从而有效提高聚乙烯塑料的力学性能、耐热性及耐老化性等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纳米改性复合材料领域，涉及一种纳米复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
聚乙烯由于质轻、无毒，具有优异的介电性能、化学稳定性和抗腐蚀等优点，且价格低廉，成型加工容易，可广泛应用于电器、化工、食品、机械等行业。随着科学技术的不断发展，对于聚乙烯材料的性能提出了更高的要求，希望其具有更加优良的力学性能和耐热耐老化性能。因此，对于聚乙烯的改性时目前研究的热点。CN103881187A公开了一种纳米碳纤维改性聚乙烯材料，其组分按质量百分数配比为：聚乙烯50％～70％、纳米碳纤维3％～15％、填料15％～40％、相容剂2％～5％、分散剂0.1％～2％、偶联剂0.1％～1％、抗氧剂0.1％～1％、其它添加剂0.1％～1％。该专利技术制得的纳米碳纤维改性聚乙烯材料，具有高强度、高弹性、高刚度和显著提高抗静电能力。CN1817954A公开了一种聚烯烃/层状硅酸盐纳米复合材料及其制备方法，其复合材料的制备工艺步骤为：在反应器中通入氮气，然后将聚烯烃、未改性层状硅酸盐、第一单体、第二单体、第三单体、引发剂，浸泡溶胀，经搅拌后将产物真空状态下干燥得到改性母料，将母料、聚烯烃混合均匀，混炼得到聚烯烃/层状硅酸盐纳米复合材料。然而该材料的力学性能并不是很好，此外其耐热耐老化性能一般。因此，在本领域中，期望得到一种具有更加优良的机械性能以及具有良好耐热耐老化性能的聚乙烯复合材料。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种纳米复合材料及其制备方法和应用。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一方面，本专利技术提供一种纳米复合材料，所述纳米复合材料由纳米改性母料与聚乙烯制备得到，所述纳米改性母料由以下重量份的组分制备得到：在本专利技术中纳米复合材料采用聚乙烯、纳米碳酸钙、陶瓷纳米颗粒、纳米碳化硅、硅烷偶联剂、第一单体、第二单体和引发剂制备得到纳米改性母料，该纳米改性母料中由于分散有纳米碳酸钙、陶瓷纳米颗粒和纳米碳化硅，使得纳米改性母料具有良好的机械性能，此外，硅烷偶联剂能够增强纳米碳酸钙、纳米碳化硅和陶瓷纳米颗粒与聚乙烯材料的相容性，使其具有更好的分散效果，以获得更加优异的性能。在本专利技术的纳米改性母料的制备原料中，聚乙烯的用量为50-60重量份，例如51重量份、52重量份、53重量份、54重量份、55重量份、56重量份、57重量份、58重量份或59重量份。在本专利技术的纳米改性母料的制备原料中，纳米碳酸钙的用量为10-15重量份，例如11重量份、11.5重量份、12重量份、12.5重量份、13重量份、13.5重量份、14重量份、14.5重量份或15重量份。在本专利技术的纳米改性母料的制备原料中，陶瓷纳米颗粒的用量为10-15重量份，例如10.4重量份、10.8重量份、11重量份、11.3重量份、11.5重量份、11.8重量份、12重量份、12.5重量份、12.8重量份、13重量份、13.5重量份、13.8重量份、14重量份、14.3重量份、14.5重量份或14.8重量份。在本专利技术的纳米改性母料的制备原料中，纳米碳化硅的用量为5-8重量份，例如5.5重量份、5.8重量份、6重量份、6.3重量份、6.5重量份、6.8重量份、7重量份、7.3重量份、7.5重量份或7.8重量份。在本专利技术的纳米改性母料的制备原料中，硅烷偶联剂的用量为10-20重量份，例如10重量份、11重量份、12重量份、13重量份、14重量份、15重量份、16重量份、17重量份、18重量份或19重量份。在本专利技术的纳米改性母料的制备原料中，第一单体的用量为10-30重量份，例如11重量份、13重量份、15重量份、17重量份、20重量份、22重量份、24重量份、26重量份、28重量份或29重量份。在本专利技术的纳米改性母料的制备原料中，第二单体的用量为10-30重量份，例如11重量份、13重量份、15重量份、17重量份、20重量份、22重量份、24重量份、26重量份、28重量份或29重量份。在本专利技术的纳米改性母料的制备原料中，引发剂的用量为0.3-3重量份，例如0.4重量份、0.6重量份、0.8重量份、1重量份、1.3重量份、1.5重量份、1.8重量份、2重量份、2.3重量份、2.5重量份或2.8重量份。优选地，所述聚乙烯为高密度聚乙烯或低密度聚乙烯优选地，所述纳米碳酸钙的平均粒径为10-100nm，例如15nm、20nm、25nm、30nm、40nm、50nm、60nm、65nm、70nm、75nm、80nm、85nm、90nm或95nm，优选60-100nm。优选地，其特征在于，所述陶瓷纳米颗粒的平均粒径为10-100nm，例如15nm、20nm、25nm、30nm、40nm、50nm、60nm、65nm、70nm、75nm、80nm、85nm、90nm或95nm，优选10-50nm。优选地，所述第一单体为马来酸酐、丙烯酸或甲基丙烯酸中的任意一种，优选马来酸酐。优选地，所述第二单体为苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯或α-甲基苯乙烯，优选苯乙烯。优选地，所述引发剂为过氧化物类引发剂，优选为过氧苯甲酰或过氧化二异丙苯。在本专利技术中，所述纳米复合材料中纳米改性母料与聚乙烯的质量比为(1-3)：(8-9)，例如1:8、1.5:8、1:9、1.5:9、2:8、2.5:8、3:8、3.5:8、2:9、2.5:9或3:9。在本专利技术所述的纳米复合材料中，纳米改性母料由以下方法制备得到：在氮气保护下，将聚乙烯、纳米碳酸钙、陶瓷纳米颗粒、硅烷偶联剂、第一单体、第二单体和引发剂在10-25℃溶胀10-20min，而后在80-100℃下搅拌反应0.5-5小时，产物干燥得到所述纳米改性母料。在纳米改性母料的制备方法中，所述溶胀温度可以为11℃、12℃、13℃、14℃、15℃、16℃、17℃、18℃、19℃、20℃、21℃、22℃、23℃或24℃；溶胀时间可以为11min、12min、13min、14min、15min、16min、17min、18min或19min；所述反应温度可以为81℃、82℃、84℃、86℃、88℃、90℃、92℃、94℃、95℃、97℃或99℃；所述搅拌时间可以为0.6小时、0.8小时、1小时、1.3小时、1.5小时、1.8小时、2小时、2.3小时、2.5小时、2.8小时、3小时、3.5小时、3.8小时、4小时、4.3小时、4.5小时或4.8小时。另一方面，本专利技术提供如第一方面所述的纳米复合材料的制备方法，所述方法为：制备纳米改性母料，将纳米改性母料与聚乙烯混合均匀，混炼，得到所述纳米复合材料。在本专利技术纳米复合材料的制备方法中，所述混炼在双螺杆挤出机中进行。优选地，所述双螺杆挤出机螺杆区域的预热温度为200-300℃，例如210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、280℃或290℃。优选地，所述双螺杆挤出机的螺杆转速为250-400r/min，例如255r/min、260r/min、270r/min、280r/min、290r/min、300r/min、320r/min、340r/min、360r/min、380r/min或390r/min。作为本专利技术的优选技术方案，所述纳米复合材料的制备方法包括以下步骤：(1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米复合材料，其特征在于，所述纳米复合材料由纳米改性母料与聚乙烯制备得到，所述纳米改性母料由以下重量份的组分制备得到：

【技术特征摘要】
1.一种纳米复合材料，其特征在于，所述纳米复合材料由纳米改性母料与聚乙烯制备得到，所述纳米改性母料由以下重量份的组分制备得到：2.根据权利要求1所述的纳米复合材料，其特征在于，所述聚乙烯为高密度聚乙烯或低密度聚乙烯。3.根据权利要求1或2所述的纳米复合材料，其特征在于，所述纳米碳酸钙的平均粒径为10-100nm，优选60-100nm；优选地，其特征在于，所述陶瓷纳米颗粒的平均粒径为10-100nm，优选10-50nm。4.根据权利要求1-3中任一项所述的纳米复合材料，其特征在于，所述第一单体为马来酸酐、丙烯酸或甲基丙烯酸中的任意一种，优选马来酸酐；优选地，所述第二单体为苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯或α-甲基苯乙烯，优选苯乙烯；优选地，所述引发剂为过氧化物类引发剂，优选为过氧苯甲酰或过氧化二异丙苯。5.根据权利要求1-5中任一项所述的纳米复合材料，其特征在于，所述纳米复合材料中纳米改性母料与聚乙烯的质量比为(1-3)：(8-9)。6.根据权利要求1-5中任一项所述的纳米复合材料，其特征在于，纳米改性母料由以下制方法制备得到：在氮气保护下，将聚乙烯、纳米碳酸钙、陶瓷纳米颗粒、硅烷偶联剂、第一单体、第二单体和引发剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：张达明，
申请(专利权)人：无锡明盛纺织机械有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32