本发明专利技术属于聚烯烃／蒙脱土纳米复合材料领域，特别涉及具有热加工稳定性的聚烯烃／蒙脱土纳米复合材料。本发明专利技术的具有热加工稳定性的聚烯烃／蒙脱土纳米复合材料中含有蒙脱土０．１～１０重量份，聚烯烃基体８７～１００重量份，咪唑盐类改性剂０．０３～３重量份，蒙脱土片层剥离且均匀分散在聚烯烃基体中。咪唑盐类改性剂不仅改善极性蒙脱土与非极性聚烯烃的相容性，而且赋予复合材料更好的热加工稳定性。本发明专利技术的纳米复合材料在经过热加工后仍保持较好的分散相尺寸及分布。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于聚烯烃/蒙脱土纳米复合材料领域，特别涉及具有热加工稳定性的聚烯烃/蒙脱土纳米复合材料。
技术介绍
剥离型聚烯烃/蒙脱土纳米复合材料由于蒙脱土以纳米尺寸均匀分布在聚烯烃基体中，通过蒙脱土纳米片层的小尺寸效应、表面及界面效应以及量子效应，在非常少的填料下(一般少于5wt％)不仅可以改善聚烯烃材料的力学性能和热性能，而且可以提高聚烯烃制品的耐气体阻隔性和阻燃性能等，从而拓宽聚烯烃材料的应用领域，实现通用材料的高性能化。聚合物熔体插层复合及溶液插层复合(J Mater Sci，1996，314307；JMater Sci Lett，1997，161670；J Appl Polym Sci，1997，661781；Macromolecules，1997，306333；Polym Bull，1998，41107；J Eng MaterTechnol，1999，121483；Polymer，2001，429633；Macromol Rapid Commun，2001，22176；1 J Mater Sci，2000，351045；)虽然能用于制备聚烯烃复合材料，但是通常只能得到插层型或部分剥离型的复合材料，很难得到完全剥离型的聚烯烃/蒙脱土纳米复合材料。溶液插层复合过程中大量有机溶剂的使用，对材料后处理及环境保护极为不利。剥离型的纳米复合材料是一种理想结构的纳米复合材料，由于蒙脱土以纳米片层形式均匀分散在聚烯烃基体中，因而其物理力学性能及某些其它性能较基体材料显著提高。单体原位插层聚合法(Chem Commun，19992179；Macromol RapidCommun，1999，20423；DE 19 846 314(2000)；Macromol Rapid Commun，2000，2157；Macromol Rapid Commun 2002，23135-140)通过烯烃单体的原位聚合来制备插层型及剥离型的纳米复合材料。目前报道的原位插层聚合法大多采用茂金属催化剂，由于茂金属催化剂价格昂贵，同时助催化剂MAO用量大，使得制备成本提高；而且茂金属催化剂很难合成出高等规度、高熔融温度的聚烯烃复合材料，从而限制其工业化。专利技术者所在的中科院化学研究所采用ziegler-Natta/MMT复合催化剂，通过原位聚合成功制备出高立构等规度的聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料，及聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料(CN 02119744.X，CN02157888.5，CN 02157887.7，)。随后的研究发现，尽管通过原位聚合法可制备出剥离型纳米复合材料，但聚烯烃纳米复合材料在经过热加工(挤出或注塑成型)后，剥离型结构由于有机铵的热分解而受到破坏，蒙脱土片层在热加工后重新自聚集(Macromol Rapid Commun 2002，23135-140)。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是针对目前有机铵改性剂在高温下不稳定，其高温热降解导致复合材料中蒙脱土的重新自聚集，从而改变复合材料的纳米相结构，提供一种具有热加工稳定性的聚烯烃/蒙脱土纳米复合材料。本专利技术的目的之二是提供热具有热加工稳定性的聚烯烃/蒙脱土纳米复合材料的制备方法。采用耐热型单烷基咪唑盐、双烷基咪唑盐或其混合物改性Na-MMT，并通过化学反应法制备出TiCl4/MgCl2/有机蒙脱土(MMT)复合催化剂，复合催化剂催化烯烃单体原位聚合，从而制备出热加工稳定的聚烯烃/蒙脱土纳米复合材料。本专利技术的目的之三是通过原位聚合方法克服现有物理加工技术中蒙脱土片层难以剥离，通过聚合反应热及聚合物在蒙脱土片层间的原位生成来制备具有热加工稳定性的剥离型聚烯烃/蒙脱土纳米复合材料。本专利技术的目的之四是利用价格低廉的Z-N催化剂，催化丙烯制备出高立体定向、高熔点的聚α-烯烃；引入咪唑盐类改性剂以提高复合材料的热稳定性，从而制备出具有热加工稳定性的聚烯烃/蒙脱土纳米复合材料。本专利技术的目的之五是提供具有热加工稳定性的聚烯烃/蒙脱土纳米复合材料的用途。本专利技术的具有热加工稳定性的聚烯烃/蒙脱土纳米复合材料中含有蒙脱土0.1～10重量份，聚烯烃基体87～100重量份，咪唑盐类改性剂0.03～3重量份，蒙脱土片层剥离且均匀分散在聚烯烃基体中。本专利技术的纳米复合材料中所用的咪唑盐类改性剂不仅改善了极性蒙脱土与非极性聚烯烃的相容性，而且赋予了复合材料更好的热加工稳定性。本专利技术的纳米复合材料在经过热加工后仍保持较好的分散相尺寸及分布。所述聚烯烃为聚乙烯或聚丙烯。所述咪唑盐类改性剂为单烷基咪唑盐改性剂、双烷基咪唑盐改性剂或它们的混合物；其中烷基的结构为CH3-(CH2)n-(9≤n≤10000)或CH2CH3CH-(CH2CH3CH)m-(9≤m≤10000)。单烷基咪唑盐改性剂如十六烷基碘化咪唑盐，十八烷基碘化咪唑盐等；双烷基咪唑盐改性剂如双十六烷基碘化咪唑盐或双十八烷基碘化咪唑盐等。所述蒙脱土的比表面积50～1000m2/g，孔径5～50nm，孔容0.3～500cm3/g，阳离子交换容量优选为100～120meq/100g。所述蒙脱土为Na-蒙脱土、K-蒙脱土、Ca-蒙脱土或Li-蒙脱土。本专利技术的具有热加工稳定性的聚烯烃/蒙脱土纳米复合材料的制备方法按下列步骤进行(1).咪唑类改性剂的合成将咪唑溶解于四氢呋喃溶剂中，加入定量的碘代烷，于50～70℃反应12～48小时，除去四氢呋喃后用烷烃洗涤过滤3～4次，置于真空干燥箱室温干燥24小时。具体方法如下将咪唑溶解于四氢呋喃溶剂中，咪唑与四氢呋喃的比例是20～200ml四氢呋喃中加入1g咪唑，然后加入碘代烷，碘代烷与咪唑的摩尔比为1～4∶1，于50～70℃反应12～48小时，除去四氢呋喃后用烷烃洗涤过滤3～4次，置于真空干燥箱室温干燥24小时。通过控制碘代烷与咪唑的比例可分别得到单烷基碘化咪唑及双烷基碘化咪唑盐。所述烷基的结构为CH3(CH2)n-(9≤n≤10000)或CH2CH3CH-(CH2CH3CH)m-(9≤m≤10000)。单烷基咪唑如十六烷基碘化咪唑，十八烷基碘化咪唑等；双烷基咪唑盐如双十六烷基碘化咪唑盐或双十八烷基碘化咪唑盐等。(2).蒙脱土的有机化处理将1重量份Na-蒙脱土、K-蒙脱土、Ca-蒙脱土或Li-蒙脱土于30～90℃在10～100重量份蒸馏水中搅拌1～4小时，然后加入步骤(1)得到的单烷基碘化咪唑与盐酸乙醇的混合溶液，其中混合溶液浓度为1～80wt％，盐酸与单烷基碘化咪唑的摩尔比为1～1.3∶1，加入蒙脱土的混合溶液中单烷基碘化咪唑盐与蒙脱土的重量份比是0.4～5∶1；或加入步骤(1)得到的双烷基碘化咪唑盐与乙醇的混合溶液，其中混合溶液浓度为1～80wt％，加入蒙脱土的混合溶液中双烷基碘化咪唑盐与蒙脱土的重量份比是0.4～10∶1；或加入步骤(1)得到的单烷基碘化咪唑与双烷基碘化咪唑盐与盐酸乙醇的混合溶液，其中混合溶液浓度为1～80wt％，盐酸与单烷基碘化咪唑的摩尔比为1～1.3∶1，单烷基咪唑与双烷基咪唑盐的摩尔比为0.01～1∶0.01～1，加入蒙脱土的混合溶液中两种咪唑盐与蒙脱土的重量份比是0.4～10∶1；上述混合溶液于30～90℃搅拌1～6小时后抽滤，用乙醇洗涤直至无游离的碘离子，然后置于30～100℃真空干燥1本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有热加工稳定性的聚烯烃／蒙脱土纳米复合材料，其特征是：所述的聚烯烃／蒙脱土纳米复合材料中含有蒙脱土０．１～１０重量份，聚烯烃基体８７～１００重量份，咪唑盐类改性剂０．０３～３重量份，蒙脱土片层剥离且均匀分散在聚烯烃基体中。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：贺爱华，董金勇，韩志超，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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