一种纳米复合聚合物材料制造技术

本发明专利技术公开了一种纳米复合聚合物材料，该材料由树脂熔体、第二反应助剂和第二纳米填料按照熔融共混的方式制备而成；树脂熔体的制备过程如下：将聚合物、第一纳米填料、复配型稳定剂、开口剂、第一反应助剂、界面相容剂在螺杆挤出机中混合挤出。本发明专利技术所提供的纳米复合聚合物材料，所含两种填料表面的改性基团可发生原位化学反应，从而实现纳米填料在材料中的良好分散和与聚合物基体的良好相容，提高了纳米复合聚合物材料的力学性能。

A nanocomposite polymer material

【技术实现步骤摘要】
一种纳米复合聚合物材料
本专利技术涉及聚合物纳米复合领域，尤其涉及一种纳米复合聚合物材料。
技术介绍
聚烯烃是国民经济的重要基础行业之一，以其优异的机械性能和化学稳定性，被广泛应用于交通、农业、军事、电子、医疗、卫生和日常生活用品等领域。在大部分情况下，聚乙烯树脂通常需要混合填料，填料对于聚烯烃塑料产品的性能有着十分显著的效果。通常可以通过加入纳米颗粒的方式提高力学性能，但由于纳米粒子粒径小、比表面积较大，容易在基体中发生团聚现象，因此分散性良好是制备性能优良的纳米复合材料的关键性问题。一般可以通过表面化学修饰纳米颗粒，提高其与基体的相容性，但存在表面不易修饰的纳米粒子，因此为了提高此类纳米粒子在基体中的分散性，CN108299579A公开了一种石墨烯/纳米二氧化硅/聚苯乙烯杂化材料，该方法是在反应釜内原位乳液聚合，并只对纳米二氧化硅进行偶联剂改性，石墨烯与纳米二氧化硅之间相互作用力不强。CN109929141A报道了一种聚乙烯亚胺改性的氧化石墨烯PEI-GO，该方法只应用于将氧化石墨烯用于聚乙烯亚胺中，不具有普适性。CN106117949B报道了一种高密度聚乙烯材料的复合材料，其中填料包含石墨烯和碳纳米管，但仅仅利用两者之间的氢键作用，并经过表面修饰，无法实现填料在基体中的优良分散。CN107602987A公开了一种含石墨烯和碳纳米管的高分子PTC复合材料及制备方法，同样该方法仅利用了填料之间的物理相互作用实现分散。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种纳米复合聚合物材料，可以达到分散纳米粒子的要求。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种纳米复合聚合物材料，其特征在于，由质量百分比为80-99.8％的树脂熔体、0.1-5％的第二反应助剂和质量百分比为0.1-15％的第二纳米填料按照熔融共混的方式制备而成；所述树脂熔体由质量分数为75-99.7％的聚合物、0.1-5％的抗氧剂、0.1-5％的第一反应助剂、0.1-15％的第一纳米填料在螺杆挤出机中连续混合挤出制得。第一纳米填料与第二纳米填料之间存在原位反应。进一步地，所述聚合物为聚乙烯、聚烯烃热塑性弹性体、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS、乙丙橡胶、丁腈橡胶、聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯或聚苯醚。进一步地，所述的第一纳米填料通过以下方法制备得到：将第一纳米材料用溶液稀释后，加入质量为填料质量的5-20％的第一偶联剂，在70-130℃进行搅拌反应，反应2-8小时，反应结束后，进行干燥处理后得到修饰后的第一纳米填料；所述溶液为乙醇水溶液或甲苯溶液；所述第一偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种，第一纳米材料为粒径为10-100纳米的二氧化硅、碳酸钙、氧化锌、二氧化钛中的一种或多种按照任意配比混合组成。进一步地，所述的第二纳米填料通过以下方法制备得到：将第二纳米填料用溶液稀释后，加入质量为填料质量的5-20％的第二偶联剂，在70-130℃进行搅拌反应，反应2-8小时，反应结束后，进行干燥处理后得到修饰后的第二纳米填料；所述溶液为乙醇水溶液或甲苯溶液；所述第二偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种。所述的第二纳米填料为长径比为10-1000的纤维素、纤维素纳米晶、纤维素纳米纤维、木质素、碱性木质素、埃洛石中的一种或多种按照任意配比混合组成。进一步地，所述第一偶联剂优选γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，γ-氨丙基三乙氧基硅烷或3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷。进一步地，所述第二偶联剂优选γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，γ-氨丙基三乙氧基硅烷或3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷。进一步地，所述抗氧剂由BTH、DSTP、DLTP、168、264、300、425、626、627、1010、1076中的一种或多种按照任意配比混合组成。进一步地，所述第一反应助剂由氮丙啶、环氧类、异氰酸酯类、钛酸酯类、恶唑啉类中的一种或多种按照任意配比混合组成。所述第二反应助剂由多环氧基或胺基化合物、双酚A型环氧树脂、硅烷偶联剂、缩水甘油酯、碳化二亚胺、异氰酸酯类化合物、氯化苄中的一种或多种按照任意配比混合组成。进一步地，所述纳米复合聚合物材料通过加工制得薄膜、片材或板材用于制备包装材料、农用薄膜材料、高强度薄膜材料、高强度片材、高强度板材。所述薄膜的厚度为5～200μm，所述片材的厚度为200μm～2mm。进一步地，所述加工方法包括吹膜法、流延法、溶液浇筑法、旋涂法、压延法、多层共挤法、双向拉伸法、层压法。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是，针对纳米粒子在聚合物基体中分散性及相容性差的问题，基于相容好的纳米粒子在聚合物基体中的良好分散，利用其与不好相容的纳米粒子之间的化学键相互作用，使不好相容的纳米粒子与聚合物的相容性和分散性提高，从而制备了一种力学性能良好的一种纳米复合聚合物材料。通过调控两种粒子的化学修饰程度和质量比，可得到不同力学性能的可生物降解薄膜。本专利技术所述纳米复合聚合物材料具备良好的力学性能，生产工艺简单，适合于大规模生产。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术的技术方案作进一步具体说明。实施例11、修饰纳米填料第一纳米材料选用粒径为30纳米的二氧化硅：将98.5％的二氧化硅溶于9850％的按质量比为1:9的水与乙醇混合溶液中，得填料有机溶液；加入质量为二氧化硅质量的5％的偶联剂(选用γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷)，在70℃进行搅拌反应，反应8小时，反应结束后，进行干燥处理后得到修饰后填料。第二纳米材料选用长径比为50的纳米纤维素：将90％的纳米纤维素溶于9760％的按质量比为1:9的水与乙醇混合溶液中，得填料有机溶液；加入质量为纳米纤维素质量的5％的偶联剂(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)，在70℃进行搅拌反应，反应8小时，反应结束后，进行干燥处理后得到修饰后填料。2、树脂加工将质量百分比为80％的聚合物(选用聚乙烯)、14.9％的第一纳米填料、5％的第一反应助剂(选用氮丙啶)、0.1％的抗氧剂DSTP在螺杆挤出机中连续混合挤出，得树脂熔体；将质量百分比为80.1％的树脂熔体、5％的第二反应助剂(选用碳化二亚胺)14.9％的第二纳米填料在螺杆挤出机中连续混合挤出，经吹膜加工即得PE复合薄膜。经上述步骤所得的复合薄膜，其厚度为25μm，经万能材料试验机测得其拉伸强度可达40MPa，弹性模量可达100MPa，断裂伸长率800％左右。实施例21、修饰纳米填料第一纳米材料选用粒径为50纳米的碳酸钙：将95％的碳酸钙溶于1000％的按质量比为1:8的水与乙醇混合溶液中，得填料有机溶液；加入质量为碳酸钙质量的5.5％的偶联剂(选用γ-氨丙基三乙氧基硅烷)，在80℃进行搅拌反应，反应7.5小时，反应结束后，进行干燥处理后得到修饰后填料。第二纳米材料选用长径比为20的纤维素纳米晶：将88％的纤维素纳米晶溶于7760％的按质本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米复合聚合物材料，其特征在于，由质量百分比为80-99.8％的树脂熔体、0.1-5％的第二反应助剂和质量百分比为0.1-15％的第二纳米填料按照熔融共混的方式制备而成；所述树脂熔体由质量分数为75-99.7％的聚合物、0.1-5％的抗氧剂、0.1-5％的第一反应助剂、0.1-15％的第一纳米填料在螺杆挤出机中连续混合挤出制得。第一纳米填料与第二纳米填料之间存在原位反应。/n

【技术特征摘要】
1.一种纳米复合聚合物材料，其特征在于，由质量百分比为80-99.8％的树脂熔体、0.1-5％的第二反应助剂和质量百分比为0.1-15％的第二纳米填料按照熔融共混的方式制备而成；所述树脂熔体由质量分数为75-99.7％的聚合物、0.1-5％的抗氧剂、0.1-5％的第一反应助剂、0.1-15％的第一纳米填料在螺杆挤出机中连续混合挤出制得。第一纳米填料与第二纳米填料之间存在原位反应。


2.根据权利要求1所述的纳米复合聚合物材料，其特征在于，所述聚合物为聚乙烯、聚烯烃热塑性弹性体、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS、乙丙橡胶、丁腈橡胶、聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯或聚苯醚。


3.根据权利要求1所述的纳米复合聚合物材料，其特征在于，所述的第一纳米填料通过以下方法制备得到：将第一纳米材料用溶液稀释后，加入质量为填料质量的5-20％的第一偶联剂，在70-130℃进行搅拌反应，反应2-8小时，反应结束后，进行干燥处理后得到修饰后的第一纳米填料；所述溶液为乙醇水溶液或甲苯溶液；所述第一偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种，第一纳米材料为粒径为10-100纳米的二氧化硅、碳酸钙、氧化锌、二氧化钛等中的一种或多种按照任意配比混合组成。


4.根据权利要求1所述的纳米复合聚合物材料，其特征在于，所述的第二纳米填料通过以下方法制备得到：将第二纳米填料用溶液稀释后，加入质量为填料质量的5-20％的第二偶联剂，在70-130℃进行搅拌反应，反应2-8小时，反应结束后，进行干燥处理后得到修饰后的第二纳米填料；所述溶液为乙醇水溶液或甲苯溶液；所述第二偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种。所述的第二纳米填料为长径比为10-100...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文俊，来蕾，刘平伟，李伯耿，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33