用无机纳米粒子增加不相容高分子共混物混容性的方法技术

本发明专利技术公开的用无机纳米粒子增加不相容高分子共混物混容性的方法，其特征在于先将无机纳米粒子用烷基胺盐或表面处理剂进行改性处理，然后将其以１～３０％的配比与不相容的两种或两种以上的高聚物熔融共混，或将其先与其中一种高聚物熔融共混，制成母料后，再将母料与另一种或一种以上高聚物熔融共混。用本发明专利技术方法所获得的共混体系不仅其分散相相畴尺寸明显减小且均匀分散在基体中，增加了不相容高聚物的混容性，而且还可改善共混物的模量、强度、热变形温度等性能；无机纳米粒子原料易得，成本低廉；所用工艺过程简单，易于控制，可适用于各种不同的不相容高聚物共混体系。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于改善高聚物共混体系相容性的
，具体涉及。
技术介绍
将不同种类的高聚物共混能综合各高聚物组分的性能，取长补短，获得综合性能较为理想的共混物。但要真正获得综合性能良好的共混物，除需要共混物组份之间的物理性能有较大的差异外，还要求它们之间有较好的相容性，以形成宏观上的不分离，而微观上又是非均相结构的多相体系。由于大多数高聚物的分子结构、极性、分子量等差异很大，即使在强大的机械作用下，能够达到宏观均相体系的共混物仍然很少。为了改变这一现状，人们进行了大量的研究后发现，如果能使共混物产生形态上的分散相尺寸降低，分散度提高的增容作用，就可以解决单纯机械办法所达不到的技术效果。目前，能够在高聚物共混体系中产生增容作用的方法很多，而主要有以下两种1、加入嵌段共聚物或接枝共聚物作为增容剂，如Radonjic G.，J.Appl.在Polym.Sci.，199869(13)，2625报道的在不相容共混物聚丙烯和聚苯乙烯中，加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物。该文称这样有利于增加两者的相容性，减少相区尺寸。但由于在体系中引入的嵌段共聚物为弹性体，因而将不可避免地减少体系的拉伸强度，刚性等性能。2、原位增容，即在高聚物熔融共混过程中，官能化高聚物与其他组分反应，就地形成嵌段或接枝共聚物从而起到增容的效果。例如安倍博臣等在《住友化学》，1989(2)56报道的在超韧尼龙(合金)的研制过程中，使用了经马来酸酐处理的聚合物，它的酸酐侧基与聚酰胺的末端胺基或主链的酰胺基反应，可在原位形成含酰亚胺键或新的酰胺键的共聚物。很显然这类增容方法要求基体材料必须含有相应的可反应的官能团，对不含有官能团的不相容共混物则不适用，因而不具有普适性。
技术实现思路
鉴于已有技术存在的缺陷，本专利技术人力图能提供一种新的、具有普适性又不会降低高聚物共混体系力学性能的增容方法。经过本专利技术人的若干年研究发现，在高聚物共混体系中，如果能将相畴尺寸减少至纳米级，使共混组分呈近似分子链或分子链之间的相互贯穿缠结，则可以改善共混组分间的相容性，提高共混材料的性能。由于无机粒子的分散尺寸可以达到几纳米，且达到纳米级的无机粒子具有特殊的表面效应、极大的比表面积，如果能使不相容的高聚物都吸附在纳米粒子的周围或插入其层间，就可降低共混物的相区尺寸，达到增容的目的。因此本专利技术人提出以下技术方案来达到专利技术目的即先将无机纳米粒子进行改性处理，然后将其与不相容的两种或两种以上的高聚物熔融共混，或将其先与其中一种高聚物熔融共混，制成母料后，再将母料与另一种或一种以上高聚物熔融共混即可。上述方案中的无机纳米粒子可为硅酸盐、碳酸钙、二氧化硅或碳黑，其粒径为10～200纳米。所用的硅酸盐具体可为蒙脱土，高岭土，云母，滑石粉、蛭石或石墨。值得说明的是，由于硅酸盐自身就具有特殊的纳米片层结构，因此对于其宏观的粒径无严格要求。上述方案中当对无机纳米粒子进行改性处理时，如果选用硅酸盐，其改性处理是按下列步骤及条件进行，以下组份含量均为重量份(1)将无机纳米粒子10～30份搅拌溶解于20倍溶剂中；(2)将烷基胺盐3～15份继续加入其中，并在温度60～100℃下搅拌处理1～4小时，过滤；(3)将过滤后的改性无机纳米粒子在温度70～90℃下烘干2～6小时。其中溶剂为水、醇或酮或可与水以任意比例混合的其他溶剂，例如醇等，但出于经济和环境方面的考虑，以水最为优选。烷基胺盐为己内酰胺盐，烷基十二胺盐，烷基十六胺盐，烷基十八胺盐，乙醇胺盐或三乙醇胺盐中的至少一种。上述方案中当对无机纳米粒子进行改性处理时，如果选用的是碳酸钙、二氧化硅或碳黑时，其改性处理是直接将干燥后的无机纳米粒子与重量百分比为3～10％的表面处理剂，在常温下搅拌均匀即可。其中表面处理剂为硬脂酸、硬脂酸钠、硬脂酸铅、硬脂酸锌、铝酸酯、磷酸酯、硅烷偶联剂、钛酸酯中的任一种。铝酸酯可为二(油酸二缩二乙二醇酯基)铝酸异丙酯、二(三硬脂酸季戊四醇酯基)铝酸异丙酯等，硅烷偶联剂可为g——氨丙基三甲氧基硅烷、γ——(甲基丙烯酰氧基丙基)三甲氧基硅烷等，钛酸酯可为异丙基三(二辛基磷酰基)钛酸酯、异丙基三(二辛基磷酸酯酰基)酞酸酯、异丙基三油酰基酞酸酯等。当用无机纳米粒子增加不相容高分子共混物混容性时，其方法一是将改性后的无机纳米粒子以重量百分比为1～30％与不相容的两种或两种以上的高聚物，在高聚物熔融或软化温度以上的20～40℃共混4～20分钟。其方法二是将改性后的无机纳米粒子以重量百分比为1～30％先与其中一种高聚物，在高聚物熔融或软化温度以上的20～40℃共混4～20分钟，制成母料后，再将母料与另一种或一种以上高聚物，在高聚物熔融或软化温度以上的20～40℃共混4～20分钟。为了检验用本专利技术方法制备的共混材料的相容性是否获得明显改善，本专利技术人将用无机纳米粒子蒙脱土所作的一系列对比试验材料，首先用广角X-射线衍射进行了测试，其图谱如图1所示(1)未处理蒙脱土，(2)改性蒙脱土，(3)聚丙烯/改性蒙脱土纳米复合材料，(4)聚苯乙烯/改性蒙脱土纳米复合材料，(5)聚丙烯/聚苯乙烯/改性蒙脱土复合材料。结果表明，未处理蒙脱土在2θ＝6.01°出峰1.47nm，改性蒙脱土在2θ＝4.65°处出峰1.9nm，说明改性蒙脱土层间距增大；聚丙烯/改性蒙脱土纳米复合材料2θ＝2.68°出峰3.3nm，聚苯乙烯/改性蒙脱土纳米复合材料2θ＝2.82°出峰3.2nm，说明聚丙烯和聚苯乙烯都能进入蒙脱土层间；聚丙烯/聚苯乙烯/改性蒙脱土共混物2θ＝2.33°出峰3.79nm，说明聚丙烯和聚苯乙烯既能同时进入蒙脱土层间，而且还能够同时进入蒙脱土的同一片层间。其次，又将未加蒙脱土、加有未处理蒙脱土和加有改性蒙脱土的聚丙烯/聚苯乙烯共混物，用扫描电子显微镜进行了测试，依次获得的照片见图2，图3，图4。图中黑色空洞为聚苯乙烯分散相被甲苯刻蚀掉以后留下的痕迹，从中可以真实地看到聚苯乙烯在基体中的分散情况，即聚丙烯/聚苯乙烯共混物中未添加与添加未改性处理蒙脱土相比，共混体系中分散相的相畴尺寸没有明显的变化，且分散相在基体中呈分散不均，大小不一的状态；而添加了改性蒙脱土的聚丙烯/聚苯乙烯共混物中，分散相的相畴尺寸明显减小，且均匀分布于基体中。这表明无机纳米粒子改性蒙脱土在不相容高分子共混物中起到了明显的增容作用，有利于分散相在基体中均匀分布并减小其相畴尺寸。因而本专利技术具有如下优点1、用本专利技术方法对无机纳米粒子进行改性后，再与不相容的两种或两种以上高聚物混合都能与改性无机纳米粒子发生相互作用，并富集到无机纳米粒子周围或进入其层间，从而大大增加了不相容高分子共混物分子链的缠结，改善了组份间的相容性。2、由于本专利技术方法在不相容共混高聚物中引入的是无机纳米粒子，因而在改善共混体系相容性的同时，不仅可以获得纳米复合材料，还可以改善共混物的模量，强度，热变形温度等性能。3、由于本专利技术方法在不相容共混高聚物中引入的是无机纳米粒子，因而不仅原料易得，而且与已有技术加入的弹性体SBS等嵌段共聚物相比，成本低廉。4、本专利技术方法工艺过程简单，易于控制，可适用于各种不同的不相容高聚物共混体系。四附图说明图1为用无机纳米粒子蒙脱土所作的一系列对比试验材料的广角X-射线衍射图谱；图2为聚丙本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用无机纳米粒子增加不相容高分子共混物混容性的方法，其特征在于先将无机纳米粒子进行改性处理，然后将其与不相容的两种或两种以上的高聚物熔融共混，或将其先与其中一种高聚物熔融共混，制成母料后，再将母料与另一种或一种以上高聚物熔融共混即可。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：傅强，王勇，张琴，杜荣昵，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]