一种制备聚烯烃基阻隔材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种聚烯烃基阻隔材料的制备方法,它以一定量的聚烯烃、阻隔性聚合物以及相容剂为原料，通过双向拉伸熔体混合成型一体化装置中的挤出机输送，经塑化熔融，在单个或组合双向拉伸熔体混合器的双向拉伸作用力下，高分子熔体在此过程中发生了双向拉伸形变，使得作为分散相的阻隔性聚合物变形为片状结构，增加了小分子扩散路径的曲折性，从而提高共混物的阻隔性。本发明专利技术在现有的传统挤出设备上增加选用不同数量的同类型和或不同类型双向拉伸熔体混合器线性联接形成多级组合或多级混合组合双向拉伸熔体混合器，操作简单，可连续性生产，操作控制方便，质量稳定，生产效率高，具有广阔的工业化和市场前景。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种聚烯烃基阻隔材料的制备方法,它以一定量的聚烯烃、阻隔性聚合物以及相容剂为原料，通过双向拉伸熔体混合成型一体化装置中的挤出机输送，经塑化熔融，在单个或组合双向拉伸熔体混合器的双向拉伸作用力下，高分子熔体在此过程中发生了双向拉伸形变，使得作为分散相的阻隔性聚合物变形为片状结构，增加了小分子扩散路径的曲折性，从而提高共混物的阻隔性。本专利技术在现有的传统挤出设备上增加选用不同数量的同类型和或不同类型双向拉伸熔体混合器线性联接形成多级组合或多级混合组合双向拉伸熔体混合器，操作简单，可连续性生产，操作控制方便，质量稳定，生产效率高，具有广阔的工业化和市场前景。【专利说明】
本专利技术涉及，其特点之一是利用具有双向拉伸作用的混合器实现阻隔相在聚烯烃基体中变形为二维片状结构，有效增加小分子扩散路径，进而达到提高阻隔性能的目的，属于聚合物基复合材料制备工艺领域。
技术介绍
阻隔材料是一种重要的功能性包装材料，它对小分子气体、液体、水蒸汽、香味及药味有屏蔽能力，可广泛应用于药品、食品、精细化学物质及精密仪器的保存和包装领域。材料的透氧量小于或等于5ml/m2.24h.1Olkpa(当厚度为 0.1mm 时，氧气渗透系数 P 约为 5.73*10 16cm3.cm/cm2, s.Pa)称为高阻隔材料。近年来，随着科学技术的发展，高分子材料已经在工、农业生产和人民生活中占据重要地位，成为不可缺少的一类材料。相比于金属、陶瓷、玻璃等传统包装材料，高分子材料以其质轻、易于加工成型、不易破碎且易于回收等诸多优势成为阻隔包装材料的首选，得到了广泛应用。聚烯烃如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等具有耐冲击、耐腐蚀及隔湿等优异的性能，且价格低廉；但对氧气、二氧化碳等气体及烃类溶剂的阻隔性差，会由于溶剂的渗漏给环境带来污染。高阻隔树脂如乙烯-乙烯醇共聚物(EV0H)、聚酰胺(PA)等为极性高分子，是具有优异阻隔性能的热塑性树脂，它对氧气和二氧化碳气体具有极好的阻隔性，对多种烃类有机溶剂也具有优良的阻隔性能；但具有很强的吸湿性，吸湿后其阻隔性能和力学性能会明显下降，同时价格较为昂贵。通常是将高阻隔树脂(EV0H、PA)为分散相，加入到阻隔性较差的聚烯烃基体(PE、PP)中，采用合适的加工成型工艺，使两者充分混合，从而制得具有新颖结构特征和新颖性能的改性聚合物。目前制备聚烯烃基阻隔材料的方法主要有:多层共挤法和层状共混法。多层共挤技术是用两台或多台挤出机将两种或多种聚合物同时挤出并在一个机头中成型成多层板式或片状结构的一步法加工成型过程。利用多层共挤技术制备的阻隔性复合材料通常由防湿性材料，阻隔性材料及粘合剂三大类材料组合而成。防湿性树脂通常采用聚烯烃类，如PP、PE等；阻隔性材料常采用对02、N2、C02等气体和甲苯、汽油等有机溶剂阻隔性能优异的高分子材料，如聚酯、尼龙、EVOH等；由于大多数聚合物之间热力学不相容的，如非极性的PE和极性的尼龙或非极性的PP和极性的EVOH进行复合，层间界面张力大，粘合力极低，层间极易剥离分层。因此还需选择合适的相容剂以改善界面粘结，从而制得综合性能优良的阻隔性高分子复合材料。普通多层共挤出虽能得到理想的连续阻隔层结构，但模具设计复杂，废料难回收。层状共混技术是通过选择合适种类和数量的相容剂以及严格控制加工条件，从而使得阻隔性聚合物(EV0H、PA)以片状结构分散于连续相聚烯烃基体(PE、PP)中。适当的熔体粘度比和良好的界面粘合对层状结构的形成与阻隔性能的提高至关重要。国内对层状共混阻隔材料的研究，概括起来主要集中在用中高阻隔性材料改性阻隔性较差材料，大多研究工作都用尼龙来改性聚烯烃，利用改性尼龙或改性聚烯烃作为增容剂来提高共混物两相相容性，并通过控制适当的工艺条件使分散相以二维片状分散在连续相基体树脂中。此方法造价低，可利用现有的加工设备，易实现工业化；但需采用增容技术，加工工艺参数要求很高，且不易控制。因此，现实的发展需要开发一种方法在保证阻隔性聚合物含量不改变的前提下，通过改变阻隔性聚合物在聚烯烃基体中的分散形态(从零维球状粒子变形为二维片状结构)，且该方法的生产工艺简单，易于控制，适合大规模工业化生产。
技术实现思路
针对现有技术中利用多层共挤出法和层状共混法的方法制备聚烯烃阻隔材料的现状，本专利技术的目的是提供一种生产工艺简单、易于控制以及适合大规模工业化生产的聚烯烃基阻隔材料的制备方法，利用该方法可生产出具有二维片状结构阻隔相的聚烯烃基复合材料。本专利技术的基本原理是:鉴于聚烯烃基阻隔材料中作为分散相的阻隔性聚合物的相形态不同，对阻隔性能有较大的影响，所以在聚烯烃基体中，若阻隔相能以二维片状结构存在，则能增加小分子气体或液体渗透曲折性，明显提高材料的阻隔性能。为此，需要尽量使阻隔性能优异的分散相变形为二维片状，由此降低渗透系数，提高阻隔性能。本专利技术从这点出发，在加工方法上改善阻隔性聚合物的分散形态，由此降低聚烯烃阻隔材料的渗透系数。具体来讲，本专利技术是在加工过程中，聚合物熔体流经双向拉伸熔体混合器时发生双向拉伸形变，使得作为分散相的阻隔性聚合物从零维球状粒子变形为二维片状结构，增大小分子扩散路径的曲折性，从而提高共混物的阻隔性。本专利技术基于上述原理，实现上述专利技术目的所采用的技术方案是:本专利技术以聚烯烃为基体，以阻隔性聚合物为分散相，包括如下步骤: 第一步，将聚烯烃、阻隔性聚合物以及相容剂按质量份配比为95?60:5?35:0?5进行配料； 第二步，将上述阻隔性聚合物和相容剂进行干燥处理； 第三步，将上述物料一起投入到高混机进行预混合，得到聚烯烃、阻隔性聚合物和相容剂预混物； 第四步，将第三步制得的预混物投入到由挤出机(1-1)、连接器(1-2)、单个或组合双向拉伸熔体混合器(1-3)、造粒口模(1-4)、冷却装置(1-5)和造粒机(1-7)构成的组合双向拉伸熔体混合成型一体化装置的挤出机(1-1)中(参见图1)，其中双向拉伸熔体混合器的壳体内设有2?10个不同水平延伸的楔形熔体流道；聚合物熔体流经连接器(1-2)并在单个或组合双向拉伸熔体混合器(1-3)的不同水平延伸的楔形熔体流道楔形熔体流道中分流、双向拉伸形变和叠合后流出，从造粒口模(1-4)流出，再经过冷却装置(1-5)冷却、造粒机(1-7)切粒，即可得到颗粒型聚烯烃阻隔复合材料。上述第四步也可以是将第三步制得的预混物投入到由挤出机(2-1)、连接器(2-2)、单个或组合双向拉伸熔体混合器(2-3)和冷却装置(2-5)构成的双向拉伸熔体混合成型一体化装置的挤出机(2-1)中(参见图2)，其中双向拉伸熔体混合器的壳体内设有2?10个不同水平延伸的楔形熔体流道；聚合物熔体流经连接器(2-2)并在单个或组合双向拉伸熔体混合器(2-3)的不同水平延伸的楔形熔体流道中分流、双向拉伸形变和叠合后流出，再经过冷却装置(2-5)冷却即可得到片材型聚烯烃阻隔复合材料。在上述第四步中，经挤出机(1-1或2-1)、连接器(1-2或2-2)流出的聚合物熔体在单个或组合双向拉伸熔体混合器(1-3或2-3)的入口处被分流，流入2?10个不同水平延伸的楔形熔体流道并在楔形熔体流道末端发生叠合，聚合物熔体在流经楔形熔体流道时会发生拉伸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备聚烯烃基阻隔材料的方法，以聚烯烃为基体，以阻隔性聚合物为分散相，其特征在于该方法包括如下步骤：第一步，将聚烯烃、阻隔性聚合物以及相容剂按质量份配比为95～60：5～35:0～5进行配料；第二步，将上述阻隔性聚合物和相容剂进行干燥处理；第三步，将上述物料一起投入到高混机进行预混合，得到聚烯烃、阻隔性聚合物和相容剂的预混物；第四步，将第三步制得的预混物投入到由挤出机(1?1)、连接器(1?2)、单个或组合双向拉伸熔体混合器(1?3)、造粒口模(1?4)、冷却装置(1?5)?和造粒机(1?7)构成的组合双向拉伸熔体混合成型一体化装置的挤出机(1?1)中，其中双向拉伸熔体混合器的壳体内设有2～10个不同水平延伸的楔形熔体流道；聚合物熔体流经连接器（1?2）并在单个或组合双向拉伸熔体混合器（1?3）的不同水平延伸的楔形熔体流道楔形熔体流道中分流、双向拉伸形变和叠合后流出，从造粒口模(1?4)流出，再经过冷却装置（1?5）冷却、造粒机（1?7）切粒，即可得到颗粒型聚烯烃阻隔复合材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李姜，蔡佩伶，郭少云，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：