专利名称：一种树脂/粘土纳米复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及材料领域，特别是一种二氧化碳基树脂/层状硅酸盐粘土纳米复合材料及其制备方法。
背景技术：
通过二氧化碳和环氧化合物共聚得到的二氧化碳基树脂是一类新型的高分子材料，其中最受关注的是由二氧化碳和环氧丙烷、环氧乙烷等的共聚物。二氧化碳基树脂作为全生物降解塑料，是目前使用的普通塑料替代品，可用于解决难于降解且对环境造成污染的“白色垃圾”问题。然而，因受其本身力学性能差和玻璃化温度低的影响，在单独作为一种材料使用时其应用范围受到一定的限制。
为提高该树脂的性能，扩大其应用范围，需对该树脂进行改性。常用的改性方法有(1)化学改性借助其端羟基利用有机硅改性，通过异氰酸酯的作用，连接上可水解性的有机硅烷，制得硅烷化的聚碳酸酯，化学改性虽提高了树脂的力学性能和热性能，但成本高，工业化生产存在困难。
(2)物理改性将树脂与淀粉共混改性，性能改善不明显。
聚合物与层状硅酸盐粘土插层纳米复合是一种材料制备与改性的新技术，已成功应用于许多热塑性塑料和热固性树脂的改性。由于纳米尺度效应和强的界面相互作用，使纳米复合材料具有优异的力学性能、耐热性能和良好的加工性能。
中国专利00105797、01124193、01138007、02139339、02139341公开了几种树脂/粘土纳米复合材料的制备方法。这些树脂分别是聚烯烃、聚乙烯、聚酰胺、聚丙烯、聚氨酯弹性体。这些方法均使层状硅酸盐粘土在纳米尺度得到均匀分散，使复合材料的性能得到了很大的提高。而采用二氧化碳基树脂与粘土共混制备纳米复合材料的专利文献未见报道。
制备粘土纳米复合材料的方法很多，而聚合物熔体插层复合法是一种最直接、最简单、无污染、适用性广、操作工艺简单的制备纳米复合材料的新方法。前人采用这种方法制备了聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料、聚苯乙烯/粘土纳米复合材料等。
聚合物熔融插层法是应用传统的聚合物加工工艺，在聚合物熔点或玻璃化转变温度以上，通过混合或剪切的作用，使聚合物分子扩散并插入到层状硅酸盐粘土片层间共混制备纳米复合材料的方法。熔融插层制备聚合物/粘土纳米复合材料的过程分为2个阶段一是粘土的有机化处理，这一步的重点是选择合适的插层剂，对许多聚合物而言.这是插层成功与否的关键；二是有机化粘土与聚合物的熔融共混插层，它又可根据加工方式的不同分为双辊共混插层、挤出插层、注射插层等。当然。如果聚合物本身可以与粘土存在强的界面相互作用而形成键合力，粘土就不需要有机化。直接与聚合物进行熔融插层也完全可行。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提高二氧化碳基树脂的力学性能和玻璃化温度，扩大该环保型树脂的应用范围。
本发明解决其技术问题采用如下的技术方案本发明由下述重量百分比的原料制成二氧化碳基树脂/层状硅酸盐粘土纳米复合材料，即二氧化碳基树脂70～99、层状硅酸盐粘土1～30。
本发明由下述方法制备二氧化碳基树脂/层状硅酸盐粘土纳米复合材料，主要步骤是制备混合均匀的物料、挤出成型和冷却、包装。
本发明具有如下的有益效果其一.采用的熔融插层法工艺简便，易于实现工业化生产。
其二.所用改性剂为层状硅酸盐粘土，原料易得，价廉，适于推广应用。
其三.所制备的二氧化碳基树脂/粘土纳米复合材料，其粘土分散相尺度为10～100nm，达到了纳米尺度的分散，形成了聚合物基纳米复合材料。二氧化碳基树脂基体与粘土分散相间有很强的界面相互作用，使粘土片层的高强度、高耐热性与二氧化碳基树脂良好的韧性、可加工性充分的结合，树脂的力学性能和热性能有了大幅度的提高，得到了性能优异的纳米复合材料。
其四.由于选用层状硅酸盐粘土与易于生物降解的二氧化碳基树脂复合，因此本发明所制备的复合材料具有环保性能，使用后不会对环境造成污染。
具体实施例方式
本发明是一种二氧化碳基树脂/层状硅酸盐粘土纳米复合材料及其制备方法。
一.二氧化碳基树脂/层状硅酸盐粘土纳米复合材料由下述重量百分比的原料制成二氧化碳基树脂70～99，层状硅酸盐粘土1～30。
上述二氧化碳基树脂为粒料或粉料，可采用二氧化碳—环氧丙烷共聚物、二氧化碳—环氧丙烷—环氧乙烷三元共聚物、二氧化碳—环氧丙烷—环氧环己烷三元共聚物等的一种或一种以上的混合物。
层状硅酸盐粘土可采用蒙脱土、膨润土、、蛭石或累托石的一种或一种以上的混合物。所用粘土可以是普通未改性粘土，也可以是经过改性处理的有机化粘土，最好是有机化粘土。所用粘土的粒径为200～400目，层间距离为0.9～3.5nm，粘土层间距越大，复合材料的性能越好。在粘土含量低于重量1％时，粘土不会产生显著的增强改性效果；当含量超过重量30％时，高分子链不易对粘土片层产生插层与剥离。本发明中，粘土最佳含量为重量2～20％。
二.二氧化碳基树脂/层状硅酸盐粘土纳米复合材料的制备主要步骤如下(1)制备混合均匀的物料在25～40℃、转速50～100r/min的条件下混合3～30min，将粒径为200～400目的层状硅酸盐粘土分散在二氧化碳基树脂中，形成均匀的混合体系。层状硅酸盐粘土作为改性剂，二氧化碳基树脂作为基料，其重量百分比依次是1～30、70～99。
(2)挤出成型将双螺杆挤出机预热，加入混合均匀的物料，挤出后由旋转甩刀切成圆片状粒料。
挤出成型的工艺条件为双螺杆挤出机的螺杆长径比为11～21，压缩比为1.5～3.5∶1，转速为20～80r/min。
挤出温度加料段温度为室温～40℃，压缩段温度为50～90℃，均化段温度为100～140℃，机头及口模温度为110～140℃。
(3)粒料冷却至室温，包装即制成二氧化碳基树脂/层状硅酸盐纳米复合材料。
下面借助于具体实施例对本发明作出进一步的说明。
实施例1将BioCO2TM 100型二氧化碳基树脂(二氧化碳—环氧丙烷共聚物)96份和有机累托石(粒径为300目，层间距为3.1nm)4份在混合机中混合搅拌15min，转速为70r/min，形成均匀的混合体系。将混合物料放置于双螺杆挤出机中，熔融挤出成型。工艺条件为螺杆长径比为13，压缩比为2∶1，转速为60r/min。挤出温度加料段为40℃，压缩段为60℃，均化段为120℃，机头及口模为140℃。造粒后冷却制得二氧化碳基树脂/有机累托石纳米复合材料。该复合材料的力学性能如下拉伸强度18.90MPa，冲击强度28.26kJ/m2，分别比纯二氧化碳—环氧丙烷共聚物树脂提高了143.2％和48.6％。该复合材料的玻璃化温度为61.8℃，比纯树脂提高了13℃。
实施例2BioCO2TM 200型二氧化碳基树脂(二氧化碳—环氧丙烷—环氧乙烷三元共聚物)95份和有机蒙托土(粒径为200目，层间距为2.8nm)5份置于混合机中混合搅拌20min，转速为60r/min，形成均匀的混合体系。将混合物料放置于双螺杆挤出机中，熔融挤出成型。工艺条件为螺杆长径比为16，压缩比为1.5∶1，转速为50r/min。挤出温度加料段为30℃，压缩段为50℃，均化段为110℃，机头及口模为130℃。造粒后冷却即制得二氧化碳基树脂/有机蒙托土纳米复合材料。该复合材料的力学性能如下拉伸强度22.91MPa，冲击强度22.63kJ/m2，分别比纯二氧化碳—环氧丙烷—环氧乙烷三元共聚物树脂提高了194.9％和20.5％。该复合材料的玻璃化温度为58.8℃，比纯树脂提高了17℃。
实施例3BioCO2TM 300型二氧化碳基树脂(二氧化碳—环氧丙烷—环氧环己烷三元共聚物)92份和蒙托土(粒径为200目，层间距为1.0nm)8份置于混合机中混合搅拌10min，转速为80r/min，形成均匀的混合体系。将混合物料置于双螺杆挤出机中。挤出成型的工艺条件螺杆长径比15，压缩比2.5∶1，转速为60r/min。挤出温度加料段40℃，压缩段60℃，均化段120℃，机头及口模140℃。造粒后冷却至室温，制得二氧化碳基树脂/蒙托土纳米复合材料。该复合材料的力学性能如下拉伸强度19.14MPa，冲击强度22.56kJ/m2，分别比纯二氧化碳—环氧丙烷—环氧环己烷三元共聚物树脂提高了146.3％和18.6％。该复合材料的玻璃化温度为54.3℃，比纯树脂提高了5℃。
上述实施例仅用于对本发明作进一步的说明，而不是对本发明的限制。
权利要求
1.一种树脂/粘土纳米复合材料，其特征是二氧化碳基树脂/层状硅酸盐粘土纳米复合材料，由下述重量百分比的原料制成二氧化碳基树脂 70～99，层状硅酸盐粘土 1～30。
2.根据权利要求1所述的树脂/粘土纳米复合材料，其特征在于层状硅酸盐粘土的含量为重量1～30％。
3.根据权利要求1或2所述的树脂/粘土纳米复合材料，其特征在于层状硅酸盐粘土为普通的或经过有机化改性处理的粘土，所用粘土的粒径为200～400目，层间距为0.9～3.5nm。
4.根据权利要求3所述的树脂/粘土纳米复合材料，其特征在于层状硅酸盐粘土为蒙脱土、膨润土、蛭石或累托石的一种或一种以上的混合物。
5.根据权利要求1所述的树脂/粘土纳米复合材料，其特征在于二氧化碳基树脂为二氧化碳-环氧丙烷共聚物、二氧化碳-环氧丙烷-环氧乙烷三元共聚物、二氧化碳-环氧丙烷-环氧环己烷三元共聚物的一种或一种以上的混合物，为粒料或粉料。
6.一种树脂/粘土纳米复合材料，其特征在于由下述方法制备二氧化碳基树脂/层状硅酸盐粘土纳米复合材料，主要步骤如下(1)制备混合均匀的物料将层状硅酸盐粘土和二氧化碳基树脂在25～40℃和50～100r/min转速下混合3～30min，得到混合均匀的物料，两种原料的重量百分比依次是1～30、70～99，(2)挤出成型将双螺杆挤出机预热，加入混合均匀的物料，挤出后由旋转甩刀切成圆片状粒料，(3)将圆片状粒料通过冷却、包装后，即得二氧化碳基树脂/层状硅酸盐纳米复合材料粒料。
7.根据权利要求6所述的树脂/粘土纳米复合材料的制备方法，其特征在于采用如下的挤出成型的工艺条件双螺杆挤出机的螺杆长径比为11～21，压缩比为1.5～3.5∶1，转速为20～80r/min，挤出温度加料段温度为室温～40℃，压缩段温度为50～90℃，均化段温度为100～140℃，机头及口模温度为110～140℃。
全文摘要
本发明涉及一种二氧化碳基树脂/层状硅酸盐粘土纳米复合材料及其制备方法。本发明所采用的二氧化碳基树脂为可生物降解树脂。所采用的层状硅酸盐可以是普通层状硅酸盐粘土或是经有机化处理的层状硅酸盐粘土。制备方法按如下步骤进行(1)二氧化碳基树脂与层状硅酸盐粘土粉末在一定温度和转速条件下共混；(2)在一定温度和压力下挤出造粒。本发明的有益之处是(1)通过与粘土复合改性后，提高了二氧化碳基树脂的力学性能和热性能；(2)制备方法工艺简单，容易实现工业化。
文档编号C08K3/34GK1793237SQ200510120508
公开日2006年6月28日 申请日期2005年12月22日 优先权日2005年12月22日
发明者余剑英, 万春杰, 夏春 申请人:武汉理工大学