一种高填充填料改性聚烯烃复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于改性复合材料制备技术领域，具体涉及一种高填充填料改性聚烯烃复合材料及其制备方法与应用。本发明专利技术将粉体与分散剂水溶液混合并搅拌均匀，得到粉体浆料；一级挤出机为双螺杆挤出机，聚烯烃树脂从一级挤出机主喂料口下料，同时在一级挤出机中部塑化区将粉体浆料压入；二级挤出机为双螺杆挤出机，位于一级挤出机下方，螺杆长径比大于48:1；一级挤出机挤出的复合材料熔体流入二级挤出机的主喂料口下料，经熔融混合挤出、冷却、干燥、切粒，得到高填充填料改性聚烯烃复合材料。本发明专利技术采用二级挤出水溶液分散技术有助于高填充量粉体在聚烯烃材料中的分散，并使改性材料具有优异的物理机械性能，制造方法简单，材料性能优异。

【技术实现步骤摘要】
一种高填充填料改性聚烯烃复合材料及其制备方法与应用
本专利技术属于改性复合材料制备
，具体涉及一种高填充填料改性聚烯烃复合材料及其制备方法与应用。
技术介绍
聚烯烃是常见的塑料材料，具有加工条件宽泛、加工稳定性高、价格相对低廉的特征，是日常生活中常见的塑料材料。通过在聚烯烃塑料中加入无机粉体可以在提高塑料材料性能、加速结晶、提高耐热性的同时还可以有效的降低成本，是目前塑料制品中应用最为广泛的塑料种类。在聚烯烃塑料中填料的加入量受加工限制的影响明显，大量的粉体填充对熔体的流动性、熔体强度等性能的影响明显，通常通过双螺杆挤出难以实现高浓度填充。为了在聚烯烃中加入大量的填料，目前主要的技术方法有以下几种，一是使用低分子量树脂将粉体进行包裹制成母料，通过在加工时加入母料改善分散性，如专利CN201810647628.9，但此时粉体添加浓度受母料中填料浓度限值明显；二是使用高流动性的树脂进行配用，如专利CN201611212433.9，CN201811444777.1等，但是高流动性的树脂往往分子量较低，对材料的耐热性、强度等有一定的负面影响；其三是设计专用的基础设备，通过改善螺杆分散效果和剪切强度可以有效提高填充效率，如专利CN201610910456.0，但是这种设备往往属于专用设备，生产成本高，通用性差。当然借助一定的介质，在聚合物熔体中进行协助加工，通过产生多维的非稳态力场，也可以产生一定的分散效果。如专利CN200910057463.0提及将接枝硅烷偶联剂的碳纳米管分散液和聚丙烯进行共挤出，利用硅烷端基的水解实现交联分散，但实际上这个混炼过程完全是随机的，交联也是随机的，对粉体的在熔体的分散无法控制。专利CN201420045127.0提及使用纳米水性分散液辅助混炼挤出和注塑制备聚合物纳米复合材料的设备，使用纳米粉体的水性分散液，由于在水蒸气的膨胀效应和润滑效应，使炮筒内压力上升，使螺杆的分散性大幅下降，同时纳米流体本身的固含量极低，根本无法实现高填充的效果。基于以上，采用高填料填充的聚烯烃复合材料在生产和制造时仍存在较大的问题，难以在保证材料物性的前提下获得高填充的聚烯烃复合材料。开发一种简单高效的挤出方法，实现高质量份数粉体在聚烯烃内的均匀分散已成为发展的重要方向。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种高填充填料改性聚烯烃复合材料的制备方法。本专利技术的另一目的在于提供一种上述制备方法制备得到的高填充填料改性聚烯烃复合材料。本专利技术的再一目的在于提供上述高填充填料改性聚烯烃复合材料的应用。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种高填充填料改性聚烯烃复合材料的制备方法，包含如下步骤：(1)将粉体与分散剂水溶液混合并搅拌均匀，得到粉体浆料；(2)一级挤出机为双螺杆挤出机，聚烯烃树脂从一级挤出机主喂料口下料，同时在一级挤出机中部塑化区将步骤(1)制得的粉体浆料以恒定泵速压入，泵压比为1.01～1.05；排气口设置在一级挤出机尾部，真空脱除；(3)二级挤出机为双螺杆挤出机，位于一级挤出机下方，螺杆长径比大于48:1；步骤(2)中一级挤出机挤出的复合材料熔体流入二级挤出机的主喂料口下料，排气口设置在二级挤出机中部，采用真空脱除；经熔融混合挤出、冷却、干燥、切粒，得到高填充填料改性聚烯烃复合材料；步骤(1)中所述的粉体优选为有机粉体和无机粉体中的至少一种，其中，粉体的粒径优选为800～1250目；所述的有机粉体优选为纳米纤维素、洗脱木纤维等中的至少一种；所述的无机粉体优选为碳酸钙、硅灰石、二氧化硅、滑石、云母粉和炭黑等常见的塑料加工常用无机粉体中的至少一种；步骤(1)中所述的分散剂为甲基纤维素、乙基纤维素、异丙基纤维素和聚氧化乙烯中的至少一种；步骤(1)中所述的粉体浆料中粉体与分散剂的质量比为(70～200):1；步骤(1)中所述的分散剂水溶液的质量分数优选为5～30％；步骤(1)中所述的分散剂水溶液的质量分数进一步优选为10～20％；步骤(1)中所述的混合并搅拌均匀优选在室温下混合并充分搅拌5～24小时；步骤(1)中所述的混合并搅拌均匀进一步优选在室温下混合并充分搅拌12小时；步骤(2)中所述的聚烯烃树脂为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、均聚聚丙烯、共聚聚丙烯、茂金属聚烯烃、聚烯烃弹性体、乙烯和长链烯烃共聚物、乙烯和环烯烃共聚物、聚丁烯-1、聚三甲基一戊烯、聚四甲基一戊烯、聚乙烯-乙烯醇共聚物、聚乙烯-醋酸乙烯酯共聚物等聚烯烃材料中的至少一种；步骤(2)中所述的粉体浆料泵入的方法优选为：在一级挤出机中部塑化区通过液体计量泵将步骤(1)制得的粉体浆料以恒定泵速压入；步骤(2)中所述的一级挤出机的螺杆直径优选为35mm，螺杆长径比优选为30:1，选用双锥同向螺杆；步骤(3)中所述的二级挤出机的螺杆直径优选为35mm，螺杆长径比优选为(48～54):1，选用双平反向螺杆；一种高填充填料改性聚烯烃复合材料，通过上述制备方法制备得到；所述的高填充填料改性聚烯烃复合材料在家用电器外壳、日用品和车用材料等领域中的应用；本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：(1)本专利技术采用两级式挤出机制备高填充填料改性聚烯烃复合材料，其中，在一级挤出机中限定泵压比为1.01～1.05，以防止水性胶体回泵；二级挤出机选用长径比大于48:1的双螺杆挤出机，可以确保纳米填料在聚烯烃树脂熔体中的均匀分散。(2)与固态粉体与熔融状态树脂混合相比，本专利技术将粉体制备成液态的浆料，同时辅以合适的分散剂，和熔融状态的树脂混合更加均匀。(3)本专利技术获得了一种高质量份数粉体填充聚烯烃纳复合材料(填料质量分数可达50～70％)，且可通过调整粉体分散液中粉体的质量份数获得宽范围的聚烯烃复合材料。(4)本专利技术提供的高填充填料改性聚烯烃复合材料具有极佳的机械性能的同时具有优良的加工性能。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例中，碳酸钙的粒径为800目；现以高填充碳酸钙/聚丙烯复合材料制备方法为例，对本专利技术进行进一步详细说明。实施例1(1)以碳酸钙为填料，甲基纤维素为分散剂，将碳酸钙与质量分数30％的甲基纤维素水溶液在室温下混合并搅拌12小时至均匀，其中碳酸钙与甲基纤维素的质量比为200:1，得到粉体浆料；(2)一级挤出机为双螺杆挤出机，其中，螺杆直径为35mm，螺杆长径比为30:1，为双锥同向螺杆；聚丙烯树脂(熔融指数为3g/10min)从一级挤出机主喂料口下料，一级挤出机中部塑化区选用液体计量泵将步骤(1)制得的粉体浆料以恒定泵速压入，其中，泵压比维持在1.01～1.05，以防止水性胶体回泵；一级挤出机温度根据加工设置为150/190/190/200/220℃，排气口设置在一级挤出机尾部，选用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高填充填料改性聚烯烃复合材料的制备方法，其特征在于包含如下步骤：/n(1)将粉体与分散剂水溶液混合并搅拌均匀，得到粉体浆料；/n(2)一级挤出机为双螺杆挤出机，聚烯烃树脂从一级挤出机主喂料口下料，同时在一级挤出机中部塑化区将步骤(1)制得的粉体浆料以恒定泵速压入，泵压比为1.01～1.05；排气口设置在一级挤出机尾部，真空脱除；/n(3)二级挤出机为双螺杆挤出机，位于一级挤出机下方，螺杆长径比大于48:1；步骤(2)中一级挤出机挤出的复合材料熔体流入二级挤出机的主喂料口下料，排气口设置在二级挤出机中部，采用真空脱除；经熔融混合挤出、冷却、干燥、切粒，得到高填充填料改性聚烯烃复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种高填充填料改性聚烯烃复合材料的制备方法，其特征在于包含如下步骤：
(1)将粉体与分散剂水溶液混合并搅拌均匀，得到粉体浆料；
(2)一级挤出机为双螺杆挤出机，聚烯烃树脂从一级挤出机主喂料口下料，同时在一级挤出机中部塑化区将步骤(1)制得的粉体浆料以恒定泵速压入，泵压比为1.01～1.05；排气口设置在一级挤出机尾部，真空脱除；
(3)二级挤出机为双螺杆挤出机，位于一级挤出机下方，螺杆长径比大于48:1；步骤(2)中一级挤出机挤出的复合材料熔体流入二级挤出机的主喂料口下料，排气口设置在二级挤出机中部，采用真空脱除；经熔融混合挤出、冷却、干燥、切粒，得到高填充填料改性聚烯烃复合材料。


2.根据权利要求1所述的高填充填料改性聚烯烃复合材料的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的粉体为有机粉体和无机粉体中的至少一种，其中，粉体的粒径为800～1250目。


3.根据权利要求1所述的高填充填料改性聚烯烃复合材料的制备方法，其特征在于：
所述的有机粉体为纳米纤维素和洗脱木纤维中的至少一种；
所述的无机粉体为碳酸钙、硅灰石、二氧化硅、滑石、云母粉和炭黑中的至少一种。


4.根据权利要求1所述的高填充填料改性聚烯烃复合材料的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的分散剂为甲基纤维素、乙基纤维素、异丙基纤维素和聚氧化乙烯中的至少一种。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹良栋，徐睿杰，雷彩红，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44