專利名稱：改性的層狀硅酸鹽、聚乙烯－層狀硅酸鹽納米復合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改性的層狀硅酸鹽及納米聚乙烯，特別是一種改性的層狀硅酸鹽、聚乙烯-層狀硅酸鹽納米復合材料及其制備方法隨著納米技術(shù)的發(fā)展，近年來發(fā)展了一種蒙脫土或其他層狀硅酸鹽嵌入高聚物中復合制備納米材料的方法，能夠使蒙脫土以納米顆粒的形式分散到聚合物中，得到的復合材料性能有很大提高，見A.M.Dubios等人的Mater.Sci.Eng.Rep，2000年第28卷，1-63頁。這種方法實現(xiàn)了無機納米相均勻分散、無機/有機界面結(jié)合、自主裝和具有較常規(guī)聚合物/無機填料復合材料無法比擬的性能優(yōu)點。但這種方法主要適用于尼龍、環(huán)氧樹脂等極性材料，對于非極性材料如聚丙烯，效果較差，見M.Kawasumi等人Macromolecules，1997年第30卷。對于聚乙烯的改性則未見報道。
難以制備聚乙烯—層狀硅酸鹽納米復合材料的原因是聚乙烯是非極性聚合物，而層狀硅酸鹽及其處理劑是極性物質(zhì)，二者相溶性較差。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種采用特殊的處理劑改性的層狀硅酸鹽與聚乙烯復合得到的聚乙烯-層狀硅酸鹽納米復合材料---納米聚乙烯，所述的納米聚乙烯具有優(yōu)良的綜合性能，制造成本低，產(chǎn)品無污染。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種納米聚乙烯的制備方法，該方法工藝簡單、制造成本低、無毒、無污染，產(chǎn)品性能好。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種改性的層狀硅酸鹽，包括層狀硅酸鹽60-99wt％處理劑1-40wt％所述的層狀硅酸鹽可以是60-400目的蒙脫土、滑石、鋰蒙脫土、沸石、蛭石一種或一種以上的組合，以及適合本發(fā)明的其他層狀硅酸鹽。優(yōu)選蒙脫土。
所述的處理劑可以是具有下列結(jié)構(gòu)的化合物 其中R1-7為1-10個碳原子的直鏈或支鏈烴基、芳香烴基、含有氧或氮原子的烴基或氫原子以及不飽和烴基，X-為陰離子。其中R1-7可以是甲基、乙基、丙基、異丙基、正丁基、異丁基、甲氧基、乙氧基、苯基、苯氧基以及適合本發(fā)明的其他烴基；所述的陰離子可以是鹵原子如氯、溴，也可以是硫酸根、碳酸根或適合本發(fā)明的其他陰離子。
所述的處理劑可以優(yōu)選甲基丙烯酸二甲基胺乙基脂對氯離子化三甲氧基硅烷。層狀硅酸鹽的離子交換容量為40-200mmol/100g。
改性層狀硅酸鹽的制備方法為將層狀硅酸鹽分散到液體溶劑中，加入處理劑，使層狀硅酸鹽與處理劑發(fā)生離子交換反應或表面化學反應，經(jīng)過過濾、干燥、粉碎，得到改性層狀硅酸鹽粉末。所述的溶劑可以是水、乙醇、甲醇、丙醇、異丙醇、THF以及適合本發(fā)明的其他溶劑。
也可以采用現(xiàn)有技術(shù)的其他方法制備本發(fā)明處理劑改性的層狀硅酸鹽。
本發(fā)明所述的納米聚乙烯包括聚乙烯 50-98wt％改性層狀硅酸鹽 1-40wt％助劑1-30wt％其中所述的聚乙烯可以是低分子、中分子、高分子或超高分子聚乙烯；所述的助劑為現(xiàn)有技術(shù)通常采用的抗氧劑、抗紫外劑、復合促進劑、偶合劑等；所述的偶合劑為直接采購的馬來酸酐接枝聚乙烯或馬來酸酐接枝聚丙烯。
聚乙烯-改性層狀硅酸鹽復合納米聚乙烯的制備方法為將聚乙烯、改性層狀硅酸鹽、助劑按比例混合，經(jīng)雙螺桿擠出機擠出造粒。也可以采用現(xiàn)有技術(shù)的其他方法制備本發(fā)明所述的聚乙烯-改性層狀硅酸鹽復合納米聚乙烯。
本發(fā)明的處理劑中的有機銨離子可以置換出層狀硅酸鹽中的Na+、Ca+、Mg+等離子，并使層狀硅酸鹽中的層間距增大，有利于聚合物插入層狀硅酸鹽層形成聚乙烯-層狀硅酸鹽納米復合材料。特別是本發(fā)明的處理劑中(R1-7為非極性基團和極性基團的混合)，非極性的聚乙烯插入層狀硅酸鹽后，能夠與處理劑有較強的物理及化學作用，在無機/有機界面形成良好的結(jié)合，改善聚乙烯的性能，采用本發(fā)明的改性層狀硅酸鹽與聚乙烯復合，得到的納米聚乙烯，具有良好的強度及綜合性能、特別是高溫性能突出，本發(fā)明的納米聚乙烯可以代替交聯(lián)聚乙烯用于制作各種建筑材料、電纜護套、如建筑冷熱水管材。
下面結(jié)合具體實施例詳細描述本發(fā)明，所述的實施例用于描述本發(fā)明而不是限制本發(fā)明。
實施例2向10wt％的100-250目滑石的500ml甲醇中，加入0.5g處理劑，回流反應4小時，過濾，并用乙醇洗至無離子，真空干燥至恒重，研磨得到改性蒙脫土。
實施例3向10wt％的150-300目鋰蒙脫土與蒙脫土(重量比1∶1)的500ml水溶液中，加入20g處理劑，室溫反應4小時，過濾，并用乙醇洗至無離子，真空干燥至恒重，研磨得到改性蒙脫土。
實施例4本實施例所述的納米聚乙烯包括聚乙烯(牌號6000M)90wt％改性蒙脫土 5wt％
助劑的組成及含量為抗氧劑1010 0.2％助氧化劑7910 0.2％馬來酸酐接枝聚丙烯4.6％其中馬來酸酐接枝聚丙烯直接采購。
將牌號為6000M聚乙烯、改性蒙脫土、助劑按上述比例混合，經(jīng)雙螺桿擠出機在攝氏210℃擠出造粒，即得到本發(fā)明的納米聚乙烯。
實施例5本實施例所述的納米聚乙烯包括聚乙烯(牌號2F0.3A)85wt％改性滑石7wt％助劑的組成及含量為抗氧劑10100.3％助氧化劑7910 0.2％馬來酸酐接枝聚乙烯7.5％。
將牌號為2F0.3A的聚乙烯、改性蒙脫土、助劑按上述比例混合，經(jīng)雙螺桿擠出機在攝氏190℃擠出造粒，即得到本發(fā)明的納米聚乙烯。
實施例6-9
實施例6-9中，所用聚乙烯的牌號6000M。
比較例本實施例所述的納米聚乙烯包括聚乙烯(牌號6000M)95wt％助劑的組成及含量為抗氧劑1010 0.2％助氧化劑7910 0.22％馬來酸酐接枝聚丙烯 4.6％。
將6000M聚乙烯、助劑按上述比例混合，經(jīng)雙螺桿擠出機在攝氏210℃擠出造粒。
實施例4-9得到的納米聚乙烯的性能見表1。表權(quán)利要求
1.一種改性的層狀硅酸鹽，其特征在于包括層狀硅酸鹽60-99wt％處理劑1-40Wt％；所述的層狀硅酸鹽為蒙脫土、滑石、鋰蒙脫土、沸石、蛭石一種或一種以上的組合；所述的處理劑為具有下列結(jié)構(gòu)的化合物 其中R1-7為1-10個碳原子的直鏈或支鏈烴基、芳香烴基、含有氧或氮原子的烴基、氫原子以及不飽和烴基，X-為氯、溴、硫酸根、碳酸根或其他陰離子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性的層狀硅酸鹽，其特征在于所述的層狀硅酸鹽優(yōu)選甲基丙烯酸二甲基胺乙基脂對氯離子化三甲氧基硅烷。
3.權(quán)利要求1或2所述改性的層狀硅酸鹽的制備方法，其特征在于將層狀硅酸鹽分散到液體溶劑中，加入處理劑，使層狀硅酸鹽發(fā)生離子交換反應或表面化學反應，經(jīng)過過濾、干燥、粉碎，得到改性層狀硅酸鹽粉末。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的改性的層狀硅酸鹽的制備方法，其特征在于所述的溶劑可以是水、乙醇、甲醇、丙醇、異丙醇或THF。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的改性的層狀硅酸鹽的制備方法，其特征在于反應溫度為室溫或回流溫度。
6.權(quán)利要求1或2所述改性的層狀硅酸鹽與聚乙烯復合的聚乙烯-層狀硅酸鹽納米復合材料，包括聚乙烯 50-98wt％改性層狀硅酸鹽 1-40wt％助劑1-30wt％所述的助劑為現(xiàn)有技術(shù)通常采用的抗氧劑、抗紫外劑、復合促進劑、偶合劑；所述的偶合劑為馬來酸酐接枝聚乙烯或馬來酸酐接枝聚丙烯。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的聚乙烯-層狀硅酸鹽納米復合材料，包括聚乙烯 50-98wt％改性層狀硅酸鹽 1-40wt％助劑的組成及含量抗氧劑0.2-0.3wt％助氧化劑 0.2-0.3wt％馬來酸酐接枝聚乙烯或馬來酸酐接枝聚丙烯0.5-30％。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的聚乙烯-層狀硅酸鹽納米復合材料，所述的納米聚乙烯優(yōu)選包括聚乙烯(牌號6000M)90wt％改性蒙脫土 5wt％助劑的組成及含量為抗氧劑1010 0.2％助氧化劑7910 0.2％馬來酸酐接枝聚丙烯 4.6％
9.權(quán)利要求6所述改性的聚乙烯-層狀硅酸鹽納米復合材料的制備方法，其特征在于將聚乙烯、改性層狀硅酸鹽、助劑按比例混合，經(jīng)雙螺桿擠出機擠出造粒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種改性的層狀硅酸鹽及由層狀硅酸鹽與聚乙烯復合的納米聚乙烯及其制備方法,所述的改性層狀硅酸鹽為60－99wt%層狀硅酸鹽經(jīng)1－40wt%處理劑處理,使層狀硅酸鹽與處理劑發(fā)生離子交換反應或表面化學反應,聚合物插入層狀硅酸鹽層形成聚乙烯－層狀硅酸鹽納米復合材料,所述的聚乙烯－層狀硅酸鹽納米復合材料包括50－98wt%的聚乙烯、1－40wt%改性層狀硅酸鹽和1－30wt%的助劑;本發(fā)明的改性層狀硅酸鹽與聚乙烯復合得到的納米聚乙烯,具有良好的強度及綜合性能、特別是高溫性能突出,可以代替交聯(lián)聚乙烯用于制作各種管材。
文檔編號C08K3/00GK1389501SQ0112419
公開日2003年1月8日 申請日期2001年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月22日
發(fā)明者宋渝吉 申請人:宋渝吉