一种符合结构纳米组合物的制备方法技术

一种符合结构纳米组合物的制备方法，运用螺杆挤出机，先将具有可反应基团的极性聚合物（如聚酰胺等）与有机改性层状硅酸盐复合，制成预插层浓母粒，然后将该母粒与聚烯烃及其反应性接枝物一起反应挤出，在挤出过程中聚烯烃反应性接枝物与具有可反应基团的极性聚合物发生“原位”反应，形成极性聚合物－聚烯烃嵌段聚合物，实现聚烯烃和极性聚合物之间的反应增容、分散以及聚合物与层状硅酸盐的进一步插层和层间剥离，制备聚烯烃/层状硅酸盐纳米复合材料。该方法工艺简单，可实现连续化生产制备具有优异综合性能的聚烯烃/层状硅酸盐纳米复合材料。

【技术实现步骤摘要】

： 本专利技术属于纳米材料加工
，涉及一种纳米复合材料的制备方法，特别是 一种聚烯烃与层状硅酸盐纳米组合物的制备方法。 技术背景： 聚合物基纳米复合材料是以聚合物为基体，纳米材料为分散相的一类新型复合材 料，由于它既具有超常的特性又具有强的易加工性，质轻等特点，已成为纳米复合材料的最 重要的前沿研究方向。层状硅酸盐是一种最为价廉的天然无机材料，原料来源十分丰富。以 不同的聚合物(如尼龙、聚酯、环氧树脂、丙烯酸酯等等）与层状硅酸盐复合制成的纳米复合 材料，具有优异的热学性能、力学性能、阻燃性能、气体阻隔性能等。可做多种工业部件、日 用产品及医用材料等。是最易实现工业化、最价廉和最有应用前景的聚合物基纳米复合材 料。到目前为止，已有数十个专利涉及了该方面的内容。例如，美国专利6136909,6057396 等都涉及了运用反应釜聚合插层制备聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的制备方法。美国 专利4739007报道了通过单体插层聚合制备聚酰胺/层状硅酸盐纳米复合材料的方法。中 国专利1272513A公开了通过插层共聚合制备聚酯/层状硅酸盐纳米复合材料的方法。中 国专利1242392公开了一种聚苯乙烯/层状硅酸盐纳米复合材料的制备方法等等。 然而，由于层状硅酸盐片层之间具有大量的可交换的离子，表现出了较强的极性 (即亲水性)，尽管通过有机改性后对有机物的浸润性大幅度提高，使其与极性较强的聚合 物(如聚酰胺、环氧树脂、聚氨酯等）具有很好的插层效果，甚至层状硅酸盐在聚合物中产 生了剥离，使该类聚合物的性能大幅度提高，但这种有机改性的层状硅酸盐对于聚烯烃类 强非极性聚合物的亲和性仍然差的太远，以至于连插层型的复合材料也难以实现，复合材 料性能难以提高。然而，聚烯烃类聚合物，尤其是聚乙烯与聚丙烯，是目前用量最大的聚合 物品种，其产量和用量占塑料总量的一半以上。如果能使其与层状硅酸盐实现有效的插层 复合，使聚烯烃材料的性能提高一个档次，可以获得极大的经济效益。因此，如何获得优异 性能的聚烯烃/层状硅酸盐复合材料，一直是摆在科学工作者面前的一个巨大难题。 近年来，尽管已有少量有关聚烯烃/层状硅酸盐插层研究报道，但效果很不理想。 归结起来的有关的研究报道有三种方法：一是(如日本的Kurokawa等）使层状硅酸盐表面 包覆足够厚的、与PP有良好相容性的有机物，但这种方法无论在层状硅酸盐片层间距增大 及性能的提升上均未表现出显著作用；该方法失败的关键问题在于没有解决聚烯烃和层状 硅酸盐的相容性；第二种方法(如日本的Masaya等）是利用马来酸酐接枝低分子量的PP作 为大分子相容剂，改善层状硅酸盐在PP中的分散情况，总体效果不理想。这主要是因为仅 靠少量的马来酸酐接枝没有从根本上改变PP的极性。同时研究表明，马来酸酐必须达到很 高的接枝率(如5. 6wt%)时，才能显示出较为明显的分散效果，如此高的接枝率成本相当 高，几乎无商业化的可能。第三种方法（如中科院化学所）是在溶液中进行丙烯酰胺与层状 硅酸盐插层，并与溶液中的聚丙烯引发接枝的方法。该方法未能收到好的效果，而且溶液插 层也没有实用价值。还有通过单体插层制备聚乙烯/层状硅酸盐纳米复合材料的报道(美 国Cornel大学的Jeffrey S. Bergmen等)。也没有达到理想的效果。
技术实现思路
： 本专利技术目的在于克服现有技术中存在的缺点，寻求提供一种符合结构纳米组合物 的制备方法，为实现上述方法，先运用螺杆挤出机将具有可反应基团的极性聚合物与有机 改性层状硅酸盐复合，制成预插层浓母粒，然后再用螺杆挤出机将制成的预插层浓母粒与 聚烯烃及其反应性接枝物一起反应挤出并造粒。 本专利技术的特征是将现有的极性聚合物的熔融插层与聚合物的反应增容共混有机 地结合起来，制备聚烯烃/层状硅酸盐纳米复合材料，即在螺杆挤出机上，先将具有反应活 性的极性聚合物(如尼龙、环氧树脂等）与有机改性层状硅酸盐复合，制成聚合物预插层浓 母粒；然后将该母粒与聚烯烃及其活性接枝物一起反应挤出，在挤出过程中聚烯烃活性物 与尼龙发生"原位"反应，形成尼龙一聚烯烃嵌段聚合物，实现反应增容插层和层间剥离，制 备聚烯烃/层状硅酸盐纳米复合材料；由于在预插层母粒中，极性聚合物链段已经实现与 层状硅酸盐的有效结合，满足了层状硅酸盐的极性要求，同时与聚烯烃活性物反应形成的 嵌段物既有足够的极性与层状硅酸盐插层结合，又能有效地实现与聚烯烃的相容性。通过 极性聚合物与层状硅酸盐的预插层和聚烯烃接枝物与极性聚合物等"原位"反应增容两大 关键技术，解决了聚烯烃类非极性聚合物与层状硅酸盐插层复合的重大难题。该方法工艺 简单，原料易得，可操作性强，可以直接造粒甚至可以直接生产管材、片材等连续挤出产品。 本专利技术所述的挤出机包括单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、多螺杆挤出机或其它形 式的挤出机；挤出机的长径比在15 - 100范围，转速为10 - 500转/分钟，可控温度在30 - 500°C之间，采用多个加料口，附加侧向喂料装置，液体定量加料装置，真空排气装置等。 本专利技术所述的具有可反应基团的极性聚合物包括聚酰胺类、环氧树脂类、聚丙烯 酸酯类等直接含有可反应基团的聚合物，也包括通过接枝改性而得到的具有可反应基团 的极性聚合物。 本专利技术所述的有机改性层状硅酸盐是指用有机插层剂、分散介质通过离子交换处 理的层状硅酸盐，或用其他方法实现有机化的层状硅酸盐；其中层状硅酸盐包括粘土、白 土、蒙脱土、麦加石等；插层剂包括烷基胺类、烷基铵盐类、醇胺类、几内酰胺、月桂酸胺、苯 基乙胺、对苯二胺等；分散介质包括水、醇类、酮类等。 本专利技术所述的预插层浓母粒中具有可反应基团的极性聚合物与有机改性层状硅 酸盐的重量比为1/5 - 50/1，最好为1/2 - 10/1。 本专利技术所述的聚烯烃包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯醋酸乙烯酯等聚烯烃 塑料；聚烯烃反应性接枝物包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯醋酸乙烯酯等接枝含有 酸酐基、羧基、胺基、环氧基、羟当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种符合结构纳米组合物的制备方法，其特征在于用螺杆挤出机，先将具有可反应基团的极性聚合物与有机改性层状硅酸盐复合，制成预插层浓母粒，然后再用螺杆挤出机将制成的预插层浓母粒与聚烯烃及其反应性接枝物一起反应挤出并造粒；预插层浓母粒中具有可反映基团的极性聚合物与有机改性层状硅酸盐的重量比为1/5‑50/1。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张文良，
申请(专利权)人：于洪洲，
类型：发明
国别省市：山东;37