一种高阻隔性二维超薄二氧化钛改性PE纳米复合薄膜材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种高阻隔性二维超薄纳米二氧化钛改性PE纳米复合薄膜材料及其制备方法，属于高分子材料技术领域。该材料按照重量份数计，由以下组分组成：聚乙烯60‑98份，改性的二维超薄纳米TiO2 0.5‑40份，增容剂0.5‑2份，抗氧剂0.5‑2份，光稳定剂0.5‑2份；所述的改性的二维超薄纳米TiO2是将二维超薄纳米TiO2加入表面活性剂进行表面改性后得到的；所述的改性的二维超薄纳米TiO2为厚度小于20nm，径厚比大于5。本发明专利技术还提供一种高阻隔性二维超薄纳米二氧化钛改性PE纳米复合薄膜材料的制备方法。该复合材料的PE隔水、隔氧性能得到明显改进，大大扩大了PE材料的应用范围。

A High Barrier Two-Dimensional Ultrathin Titanium Dioxide Modified PE Nanocomposite Film Material and Its Preparation Method

The invention provides a high barrier two-dimensional ultra-thin nano-titanium dioxide modified PE nanocomposite film material and a preparation method, which belongs to the technical field of macromolecule materials. The material is composed of 60 to 98 parts by weight of polyethylene, 0.5 to 40 parts of modified two-dimensional ultra-thin nano-titanium dioxide, 0.5 to 2 parts of compatibilizer, 0.5 to 2 parts of antioxidant and 0.5 to 2 parts of light stabilizer. The modified two-dimensional ultra-thin nano-titanium dioxide is obtained by surface modification of two-dimensional ultra-thin nano-titanium dioxide with surfactant. The thickness of nano-titanium dioxide is less than 20 nm and the diameter-thickness ratio is more than 5. The invention also provides a preparation method of two-dimensional ultra-thin nano-titanium dioxide modified PE nanocomposite film material with high barrier property. The water-proof and oxygen-proof properties of PE composites have been significantly improved, which greatly enlarges the application scope of PE materials.

【技术实现步骤摘要】
一种高阻隔性二维超薄二氧化钛改性PE纳米复合薄膜材料及其制备方法
本专利技术属于高分子材料领域，具有提供一种高阻隔性二维超薄纳米二氧化钛改性PE纳米复合薄膜材料及其制备方法。
技术介绍
聚乙烯(PE)在合成树脂生产中占据重要地位，在国内外发展极均为迅速，但人们对材料性能提出了日益广泛而苛刻的要求，单一组分材料难以满足社会的需要。传统的聚合物增强增韧改性方法是将聚合物与橡胶、热塑性塑料、热固性树脂等进行共混或共聚，但它们往往以牺牲材料宝贵的强度、刚度、尺寸稳定性、耐热性及可加工性能为代价。而近些年来发展起来的无机刚性粒子增韧聚合物，同时可将其韧性、强度、模量、耐热性、阻隔性、加工流动性能等得到改善，显示了增韧增强的复合效应。但由于填料与聚合物表面极性相差很大，两者的相容性差，使最终改性后的材料阻隔性能较差。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有的无机纳米改性材料阻隔性能较差的问题，而提供一种高阻隔性二维超薄纳米二氧化钛改性PE纳米复合薄膜材料及其制备方法。本专利技术首先提供一种高阻隔性二维超薄纳米二氧化钛改性PE纳米复合薄膜材料，按照重量份数计，由以下组分组成：聚乙烯60-98份，改性的二维超薄纳米TiO20.5-40份，增容剂0.5-2份，抗氧剂0.5-2份，光稳定剂0.5-2份；所述的改性的二维超薄纳米TiO2是将二维超薄纳米TiO2加入表面活性剂进行表面改性后得到的；所述的改性的二维超薄纳米TiO2为厚度小于20nm，径厚比大于5。优选的是，所述的表面活性剂为TM-38S、十六烷基三甲氧基硅烷、KH550或KH570中的一种或几种。优选的是，所述的增容剂为杜邦3210或杜邦AC2112中的一种。优选的是，所述的抗氧剂为1010、1076、B900或3114中的一种或几种。优选的是，所述的光稳定剂为3853、2002、2020或770中的一种。本专利技术还提供一种高阻隔性二维超薄纳米二氧化钛改性PE纳米复合薄膜材料的制备方法，该方法包括：步骤一：制备二维超薄纳米TiO2在氮气保护下，向乙二醇中加入四氯化钛，加热至回流，然后加入水反应，得到二维超薄纳米TiO2；步骤二：改性的二维超薄纳米TiO2将表面活性剂和步骤一的二维超薄纳米TiO2反应，得到改性的二维超薄纳米TiO2；步骤三：熔融共混将聚乙烯、改性的二维超薄纳米TiO2、抗氧剂、光稳定剂和增容剂进行搅拌混合至均匀，得到的混合物通过双螺杆挤出机挤出、造粒，得到粒料；步骤四：吹塑将步骤三的粒料进行吹塑成型，得到高阻隔性二维超薄纳米二氧化钛改性PE纳米复合薄膜材料。优选的是，所述步骤一中乙二醇与四氯化钛的体积比为(5-100)：1，四氯化钛与水的体积比为(1-4)：1。优选的是，所述的步骤二的反应温度为60～80℃，反应时间为2-6h。优选的是，所述步骤三的挤出温度为170-210℃，螺杆转速为100-150r/min。优选的是，所述步骤四的吹塑成型温度为180-200℃。本专利技术的有益效果本专利技术首先提供一种高阻隔性二维超薄纳米TiO2改性PE纳米复合薄膜材料，该材料是在PE材料中加入改性的超薄片层的纳米TiO2，该超薄片层的纳米TiO2具有类石墨烯结构，直接得到超薄片层无需剥离，该制备简单、产率高；同时，由于改性的超薄片层的纳米TiO2的不可渗透性，加入到聚乙烯基体树脂中能均匀分散以降低渗透分子的溶解度，而且还可延长渗透分子的渗透路径，降低渗透分子的扩散速率，使PE隔水、隔氧性能得到明显改进，而且填料与聚合物两者之间达到很好的浸润，使材料还具有良好的成膜性，大大扩大了PE材料的应用范围。具体实施方式下面将详细说明本专利技术，在此本专利技术的示意性实施例以及说明用来解释本专利技术，但不作为对本专利技术的限定。本专利技术首先提供一种高阻隔性二维超薄纳米二氧化钛改性PE纳米复合薄膜材料，按照重量份数计，由以下组分组成：聚乙烯60-98份，改性的二维超薄纳米TiO20.5-40份，增容剂0.5-2份，抗氧剂0.5-2份，光稳定剂0.5-2份；优选为聚乙烯90-94份，改性的二维超薄纳米TiO24-8份，增容剂1份，抗氧剂0.5份，光稳定剂0.5份；所述的改性的二维超薄纳米TiO2是将二维超薄纳米TiO2加入表面活性剂进行表面改性后得到的；所述的表面活性剂优选为TM-38S、十六烷基三甲氧基硅烷、KH550或KH570中的一种或几种。本专利技术通过表明活性剂对二维超薄纳米TiO2进行表面改性，使二维超薄纳米TiO2与PE材料两者之间达到很好的浸润，以提高PE材料的性能。所述的改性的二维超薄纳米TiO2为厚度小于20nm，优选为10nm，径厚比大于5，优选为10。本专利技术限定该改性的二维超薄纳米TiO2的厚度和径厚比，当厚度过高时，会影响PE纳米复合薄膜的成膜性，当径厚比太小时，会降低PE纳米复合薄膜的阻隔性能，渗透分子的渗透路径得不到延长，达不到阻隔的目的。按照本专利技术，所述的增容剂、抗氧剂和光稳定剂为本领域常用的助剂，没有特殊限制，所述的增容剂优选为杜邦3210或杜邦AC2112中的一种；抗氧剂优选为1010、1076、B900、3114中的一种或几种；光稳定剂优选为3853、2002、2020、770中的一种；本专利技术还提供一种高阻隔性二维超薄纳米二氧化钛改性PE纳米复合薄膜材料的制备方法，该方法包括：步骤一：制备二维超薄纳米TiO2在氮气保护下，向乙二醇中加入四氯化钛，加热至回流，然后加入水反应，反应结束后，降温至室温，离心分离洗涤后得到二维超薄纳米TiO2；所述的反应时间优选为30min-5h；更优选为2-4h，所述乙二醇与四氯化钛的体积比优选为(5-100)：1，更优选为(5-6)：1，，四氯化钛与水的体积比优选为(1-4)：1，更优选为(1-1.25)：1；所述的乙二醇作为导向剂；步骤二：改性的二维超薄纳米TiO2将表面活性剂和步骤一的二维超薄纳米TiO2反应，得到改性的二维超薄纳米TiO2；具体优选为：将二维超薄纳米TiO2反分散于水和乙醇混合溶液中，超生分散，所述的分散时间优选为50-60min，然后加入表面活性剂反应，所述的反应温度优选为60～80℃，时间优选为2-6h，冷却后离心，干燥，所述的离心转速优选为4000-6000r/min，干燥温度优选为60～140℃，干燥时间优选为12-24h；所述的表面活性剂的加入量为二维超薄纳米TiO2质量的0.5-10％，更优选为4％；步骤三：熔融共混将聚乙烯、改性的二维超薄纳米TiO2、抗氧剂、光稳定剂和增容剂进行搅拌混合至均匀，得到的混合物通过双螺杆挤出机挤出、造粒，得到粒料；所述的聚乙烯、改性的二维超薄纳米TiO2进行混合之前，优选先分别进行干燥，以提高材料的加工性能，所述的干燥温度优选为95-125℃，干燥时间优选为2-8小时；所述的挤出温度优选为170-210℃，更优选为180℃，螺杆转速优选为100-150r/min，更优选为120r/min；步骤四：吹塑将步骤三的粒料进行吹塑成型，得到高阻隔性二维超薄纳米TiO2改性PE纳米复合薄膜材料；所述步骤四的吹塑成型温度优选为180-200℃，吹胀比优选为3，牵引比优选为8。下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，实施例中涉及到的原料均为商购获得。实施例1在氮气保护下，向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高阻隔性二维超薄纳米二氧化钛改性PE纳米复合薄膜材料，其特征在于，按照重量份数计，由以下组分组成：聚乙烯60‑98份，改性的二维超薄纳米TiO2 0.5‑40份，增容剂0.5‑2份，抗氧剂0.5‑2份，光稳定剂0.5‑2份；所述的改性的二维超薄纳米TiO2是将二维超薄纳米TiO2加入表面活性剂进行表面改性后得到的；所述的改性的二维超薄纳米TiO2为厚度小于20nm，径厚比大于5。

【技术特征摘要】
1.一种高阻隔性二维超薄纳米二氧化钛改性PE纳米复合薄膜材料，其特征在于，按照重量份数计，由以下组分组成：聚乙烯60-98份，改性的二维超薄纳米TiO20.5-40份，增容剂0.5-2份，抗氧剂0.5-2份，光稳定剂0.5-2份；所述的改性的二维超薄纳米TiO2是将二维超薄纳米TiO2加入表面活性剂进行表面改性后得到的；所述的改性的二维超薄纳米TiO2为厚度小于20nm，径厚比大于5。2.根据权利要求1所述的一种高阻隔性二维超薄纳米二氧化钛改性PE纳米复合薄膜材料，其特征在于，所述的表面活性剂为TM-38S、十六烷基三甲氧基硅烷、KH550或KH570中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的一种高阻隔性二维超薄纳米二氧化钛改性PE纳米复合薄膜材料，其特征在于，所述的增容剂为杜邦3210或杜邦AC2112中的一种。4.根据权利要求1所述的一种高阻隔性二维超薄纳米二氧化钛改性PE纳米复合薄膜材料，其特征在于，所述的抗氧剂为1010、1076、B900或3114中的一种或几种。5.根据权利要求1所述的一种高阻隔性二维超薄纳米二氧化钛改性PE纳米复合薄膜材料，其特征在于，所述的光稳定剂为3853、2002、2020或770中的一种。6.权利要求1所述的一种高阻隔性二维超薄纳米二氧化钛改性PE纳米复合薄膜材料的制备方法，其特征在于，该方法包括：步骤一：制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：周光远，李璐，姜国伟，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22